1、2019/1/4,目录第一章 流体测量基本概念 第二章 差压式流量计 第三章 容积式流量计 第四章 涡街流量计 第五章 涡轮流量计 第六章 电磁流量计 第七章 浮子流量计 第八章 超声波流量计,2019/1/4,第一章流体测量基本概念,1.1流量测量的应用领域 流量仪表是过程自动化仪表与装置中的大类仪表之一，它被广泛应用于冶金、电力、煤炭、化工、石油、交通、建筑、轻纺、食品、医药、农业、环境保护及人民日常生活等国民经济各个领域，它是发展工农业生产、节约能源、改进产品质量、提高经济效益和管理水平的重要工具，在国民经济中占有重要的地位。 在过程自动化仪表与装置中，流量仪表有两大功用：作为过程自动化
2、控制系统的检测仪表和测量物料数量的总量表。 据统计，流量仪表的产值约占全部过程自动化检测仪表与装置产值的五分之一。,流量测量方法和仪表选用,2019/1/4,1.2流量仪表的种类按照目前最流行、最广泛的分类法： 1 差压式流量计：2.浮子流量计；3.容积式流量计；4.涡轮流量计；5.电磁流量计；6.涡街流量计；7.超声流量计；8.质量流量计；9.插入式流量计；10.其他流量计,流量测量方法和仪表选用,2019/1/4,1.3流量测量中常用的流体参数对工业管道流体流动规律的研究、流量测量计算以及仪表选型时，都要遇到一系列反映流体属性和流动状态的物理参数这些参数，常用的有流体的密度、粘度、绝热指数
3、(等熵指数)、体积压缩系数以及雷诺数、流速比(马赫数)等；这些物理参数都与温度压力密切相关。,流量测量方法和仪表选用,2019/1/4,1.3.1流体的密度流体的密度()是流体的重要参数之一，它表示单位体积内流体的质量。在一般工业生产中，流体通常可视为均匀流体，流体的密度可由其质量和体积之商求出： m/v 式中 m流体的质量，kg；v质量为m的流体所占的体积，m3各种流体的密度都随温度、压力改变而变化在低压及常温下，压力变化对液体密度的影响很小，所以工程计算上往往可将液体视为不可压缩流体，即可不考虑压力变化的影响但这只是一种近似计算。而气体，温度、压力变化对其密度的影响较大，所以表示气体密度时
4、，必须严格说明其所处的压力、温度状况工业测量中，有时还用“比容”这一参数。比容数是密度数的倒数，单位为m3kg。,流量测量方法和仪表选用,2019/1/4,1.3.2流体的粘度流体的粘度是表示流体内摩擦力的一个参数。各种流体的粘度不同，表示流动时的阻力各异。粘度也是温度、压力的函数。一般说来，温度上升，液体的粘度就下降，气体的粘度则上升在工程计算上液体的粘度，只需考虑温度对它的影响，仅在压力很高的情况下才需考虑压力的影响。水蒸气及气体的粘度与压力、温度的关系十分密切表征流体的粘度，通常采用动力粘度( )和运动粘度(v)，有时也采用恩氏粘度(E)a)动力粘度:流体动力粘度的意义是，当该流体的速度
5、梯度等于l时，接触液层间单位面积上的内摩擦力流体的动力粘度也可理解为两个相距1m、面积各为1m2的流体层以相对速度1ms移动时相互间的作用力，即,2019/1/4,式中：流体动力粘度,Pas； 单位面积上的内摩擦力，Pa； 速度梯度，1/s； u 流体流速，m/s； h 两流体层间距离,m。,b)运动粘度:由于流体的粘度和密度有关，将动力粘度与流体密度之比作为粘度的另一参数，称运动粘度，用v表示：= / ,流量测量方法和仪表选用,2019/1/4,c)恩氏粘度:试验室对粘度进行测定常采用恩格勒粘度计，这里还需提及恩氏粘度(E)的概念。流体的恩氏粘度又称条件粘度，它是基于流体的粘性越大，流动时表
6、现的阻力也越大的原理,按下列方式测定的：取一定容积的被测流体(例如200mL)，在一定的温度(t)下，测定其从恩格勒粘度计流出的时间( t)，以s为单位，然后与同体积的蒸馏水在20时流出恩格勒粘度计的时间（ Tt ）对比，其比值称该流体在t时的恩氏粘度,流量测量方法和仪表选用,2019/1/4,1.3.3雷诺数雷诺数是一个表征流体惯性力与粘性力之比的无量纲量，其定义为：式中：v流体的平均速度，m/s；流速的特征长度，如在圆管中取管内径值，m；流体的运动粘度，m2/s。雷诺数小，意味着流体流动时各质点问的粘性力占主要地位，流体各质点平行于管路内壁有规则地流动，呈层流流动状态。雷诺数大，意味着惯性
7、力占主要地位，流体呈紊流流动状态，一般管道雷诺数ReD2000为层流状态，ReD4000为紊流状态，ReD20004000为过渡状态。 。,流量测量方法和仪表选用,2019/1/4,1.4选型原则一般选型可以从五个方面进行考虑，这五个方面为仪表性能方面、流体特性方面、安装条件方面、环境条件方面和经济因素方面。五个方面的详细因素如下： 1.仪表性能方面 准确度、重复性、线性度、范围度、流量范围、信号输出特性、响应时间、压力损失等； 2.流体特性方面 流体、温度、压力、密度、粘度、化学腐蚀、磨蚀性、结垢、堵塞、混相、相变、电导率、声速、导热系数、比热容，等熵指数； 3.安装条件方面 管道布置方向，
8、流动方向，检测件上下游侧直管段长度、管道口径、维修空间、电源、接地、辅助设备（过滤器、消气器）、安装、脉动等；,流量测量方法和仪表选用,2019/1/4,4.环境条件方面 环境温度、湿度、电磁干扰、安全性、防爆、管道振动等； 5.经济因素方面 仪表购置费、安装费、运行费、校验费、维修费、仪表使用寿命、备品备件等。 仪表选型的步骤如下： 1. 依据流体种类及五个方面考虑因素初选可用仪表类型(要有几类型以便进行选择); 2. 对初选类型进行资料及价格信息的收集,为深入的分析比较准备条件; 3. 采用淘汰法逐步集中到1-2种类型,对五个方面因素要反复比较分析最终确定预选目标。,流量测量方法和仪表选用
9、,2019/1/4,第二章 差压式流量计,. 2.1概述差压式流量计是根据安装于管道中流量检测件产生的差压，已知的流体条件和检测件与管道的几何尺寸以测量流量的仪表。DPF由一次装置（检测件）和二次装置（差压转换和流量显示仪表）组成。通常以检测件的型式对DPF分类，如孔板流量计、文丘里管流量计及均速管流量计等。二次装置为各种机械、电子、机电一体式差压计，差压变送器和流量显示及计算仪表，它已发展为三化（系列化、通用化及标准化）程度很高的类型规格庞杂的一大类仪表。DPF按其检测件的作用原理可分为：节流式、动压头式、水力阻力式、离心式、动压增益式及射流式等几大类，其中以节流式和动压头式应用最为广泛。,
10、流量测量方法和仪表选用,2019/1/4,2.2基本工作原理充满管道的流体，当它流经管道内节流件时，如下图所示，流束将在节流件处形成局部收缩。因而流速增加，静压力降低，于是在节流件前后便产生了压差，流体流量愈大，产生的压差愈大，因而可依据压差来衡量流量的大小。这种测量方法是以流动连续性方程（质量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒定律）为基础的，压差大小不仅与流量还与其它许多因素有关，如节流装置型式、流体的物理性质（密度、粘度等）以及雷诺数等。,流量测量方法和仪表选用,2019/1/4,2.3分类差压式流量计的分类原则有如下a）按产生差压的作用原理分类（1）节流式: 依据流体通过节流孔使部分压力能
11、转变为动能以产生差压的原理来工作的，其检测件称为节流装置，是差压式流量计的主要品种。（2）动压头式: 依据动压转变为静压原理工作，如均速管流量计。（3）离心式: 依据弯曲管或环状管产生离心力原理形成的压差来工作，如弯管流量计。（4）水力阻力式: 依据流体阻力产生的压差原理来工作，其检测件为毛细管束，又称层流流量计。（5）动压增益式: 依据动压放大原理工作，如皮托-文丘里管。（6）射流式: 依据流体射流撞击产生压差原理工作，如射流式差压流量计。,流量测量方法和仪表选用,2019/1/4,b)按结构形式分类（1）标准孔板；（2）标准喷嘴；（3）长径喷嘴；（4）经典文丘里管；（5）文丘里喷嘴；（6）
12、锥形入口孔板；（7）1/4圆孔板；（8）圆缺孔板；（9）偏心孔板；（10）楔形孔板；（11）内藏孔板；（12）线性孔板；（13）环形孔板；（14）道尔管；（15）低压损管；（16）通用文丘里管；（17）矩形文丘里管。c) 按用途分类（1）标准节流装置；（2）低雷诺数节流装置；（3）脏污流用节流装置；（4）低压损节流装置；（5）小管径节流装置；（6）宽范围度节流装置；（7）临界流节流装置；（8）混相流节流装置。,流量测量方法和仪表选用,2019/1/4,2.4几种差压流量计介绍2.4.1标准孔板标准孔板又称同心直角边缘孔板，是一块加工成圆形同心的具有锐利直角边缘的薄板。优点是价格便宜，有大量的实
13、验数据，缺点永久压损大，易堵塞。取压方式：角接取压 法兰取压 径距取压 适用管径：501000mm,2019/1/4,2.4.2长径喷嘴 主要应用于电力行业高压或高温高压的场合，装机容量在50MW以上的主蒸汽、主给水或减温水等均采用此典型设计型式，它具有压力损小、寿命长等特点。取压方式：径距取压适用压力：0.0132MPa适用管径：50630mm,流量测量方法和仪表选用,2019/1/4,2.4.3文丘里管 应用于各种行业各种介质的流量测量、控制和调节；它具有压力损失很小、寿命长等特点。经典文丘里管取压方式：特殊取压适用压力：0.0125MPa适用管径：502000mm结构形式：(如右图a所示
14、) 2.4.4文丘里喷嘴取压方式：特殊取压适用压力：0.012.5MPa适用管径：651200mm结构形式：(如右图b所示),图a,图b,流量测量方法和仪表选用,2019/1/4,2.4.5圆缺孔板和偏心孔板 圆缺孔板和偏心孔板适用于脏污介质的流量测量，它使含有沉淀杂质或悬浮杂质的介质更容易通过孔板，不会在孔板前端形成堆积而影响测量。取压方式：钻孔取压 法兰 取压 径距取压适用压力：16.0MPa适用管径：502000mm圆缺孔板：(如右图a所示) 偏心孔板：(如右图b所示,图a,图b,流量测量方法和仪表选用,2019/1/4,2.4.6 1/4圆孔板 锥形入口孔板和双重孔板 对于管道雷诺数很
15、小或介质粘度高的场合，应用孔板或喷嘴等来测量很难达到要求，而这些装置正是专为此而设计的。取压方式：环室取压 钻孔取压 法兰取压(D40)适用压力：1.6MPa适用管径：25400mm1/4圆孔板 ：(如右图a所示) 锥形入口孔板：(如右图b所示),图a,图b,流量测量方法和仪表选用,2019/1/4,2.4.7整体小孔板、内藏小孔板 小孔板适用管道内径小于50mm的场合的流量测量。,流量测量方法和仪表选用,2019/1/4,2.4.7机翼型测风装置 机翼测风装置是目前国内电力行业一二次风量测量中运用最广的一种流量测量装置，它与其它测风装置比较有如下优点： a、具有独特的机翼线型，能产生较大的差
16、压，测量稳定。 b、采用双机翼或多机翼结构，装置本身长度短，并且所需上下游直管段也较短。 c、压损较小，产生的压损不超过差压值的14%。 d、流束均匀稳定，对流体具有一定的整流作用。 e、安装维护方便。 f、精度较高，在最大流量的30100%范围内，误差不超过2%。,流量测量方法和仪表选用,2019/1/4,2.4.8均速流量计(阿牛巴流量计) 适用于各种方管或圆形管道的流量测量，它具有永久压力损失极小，价格低廉，要求的直管段长度较短的特点，适用于大管径大流量的测量，在风量测量中运用较广。,流量测量方法和仪表选用,2019/1/4,2.5主要特点（1）应用最普遍的标准孔板，结构易于复制，简单牢
17、固，性能稳定可靠，使用期长，价格低廉；（2）应用范围广泛，至今尚无任何一类流量计可与之比拟，全部单相流体，包括液、气、蒸汽皆可测量，部分混相流，如气固、气液、液固等亦可应用，一般生产过程的管道直径，工作状态（压力和温度）皆有产品；（3）检测件与差压显示仪表可分开不同制造厂生产，便于专业化形成规模经济生产，它们的结合非常灵活方便；（4）检测件，特别是标准型的，是全世界通用的，并得到国际标准化组织和国际法制计量组织的认可。对标准型检测件进行的试验研究是国际性的，其它流量计一般仅依靠个别厂家或研究群体进行，因此其研究广度与深度不可同日而语。从时间上看，标准型自20世纪30年代由国际标准化组织确定后再
18、也没有改变，这样研究资料及生产实践的积累极其丰富，它涉及的应用范围还没有哪一类流量计可比拟；（5）正是由于上述原因，标准型节流式DPF无须实流校准即可投用，在流量计中亦是唯一的；（6）目前在各种类型中以节流式和动压头式应用最多，节流式检测件达数十种之多，新品种不断出现，较成熟的向标准型方向发展，ISO设有专门技术委员会负责此工作。动压头式以均速管流量计为代表近年有较快发展，它是插入式流量计的主要品种；（7）测量的重复性，精确度在流量计中属中等水平，由于众多因素的影响错综复杂，难以精确掌握，精确度提高比较困难；（8）范围度窄，一般为31或41；（9）现场安装条件要求较高，如需较长直管段长度，一般
19、较难满足；（10）检测件与差压显示仪表之间的引压管线为薄弱环节，易产生泄漏、堵塞、冻结及信号失真等故障；（11）压损大（指孔板、喷嘴等）。,流量测量方法和仪表选用,2019/1/4,2.6 标准节流装置的选择原则 为了选择最适宜的标准节流装置，选型时应从以下几方面考虑： （1）管径、直径比和雷诺数范围的限制条件； （2）测量准确度； （3）允许的压力损失； （4）要求的最短直管段长度； （5）对被测介质侵蚀、磨蚀和脏污的敏感性； （6）结构的复杂程度和价格； （7）安装的方便性； （8）使用的长期稳定性,流量测量方法和仪表选用,2019/1/4,根据上述几方面，标准节流装置的选型原则可归纳为以
20、下几点： （1） 标准节流装置各种类型节流件应用的管径、直径比和雷诺 数范围皆有一定限制，在国家标准GB/T2624-93（或国际标准ISO5167-1）中有详细规定，例如孔板可应用于比喷嘴和文丘里喷嘴更大的管径范围，各种类型经典文丘里管的管径范围差别较大等等。 （2）标准节流装置各种类型节流件的准确度在同样差压、密度测量精度下，决定于流出系数与可膨胀系数的不确定度。各种节流件的流出系数的不确定度差别较大，相比之下，孔板的流出系数的不确定度最小，廓形节流件（喷嘴、文丘里管）较大。廓形节流件较大的原因是标准中给出的流出系数公式所依据的拟合的数据库质量较差。但是对廓形节流件进行个别校准，也可得到高
21、的准确度。 （3）在同样差压下，经典文丘里管和文丘里喷嘴的压力损失约为孔板与喷嘴的1/4-1/6 。而在同样的流量和相同的值时喷嘴的压力损失只有孔板的30%50%。,流量测量方法和仪表选用,2019/1/4,（4）在相同阻流件类型和直径比情况下，经典文丘里管的必要直管段长度比孔板与喷嘴的要小得多。 （5）测量易使节流件沾污、磨损及变形的被测介质时，廓形节流件较孔板要优越得多。 （6）在加工制造及安装等方面，孔板最为简单，喷嘴次之，文丘里喷嘴和经典文丘里管最复杂，其造价亦依次递增。管径愈大，这种差别愈显著。 （7）孔板易取出检查节能流件质量（采用可换孔板节流装置），喷嘴和文丘里管则需截断流体，拆
22、下管道才可检查，比较麻烦。 （8）中小口径（DN50DN100）节流装置，取压口尺寸和取压位置的影响显著，这时采用环室取压有一定优势。,流量测量方法和仪表选用,2019/1/4,附：各类节流装置主要技术参数,2019/1/4,2.7.1弯管流量计的原理 弯管流量计是一种差压式的流量计，是利用流体流经弯管传感器产生离心力的原理来测量流体流量的。当流体流经弯管时，由于弯管的约束，迫使流体在弯管内作类似的圆周运动，根据流体强制旋流理论，流体作圆周运动遵循的规律与固体在空间状态下作圆周运动相似。弯管内的流体由于作圆周运动而产生离心力，该离心力的大小与流体流速、流体的质量（密度）以及作圆周运动的曲率半径
23、等因素有关。离心力的作用使流体对弯管内、外侧产生压力差，测出此差压值就可计算出管道内流体的流速，进而计算出流体的流量值，这就是弯管流量计的基本测量原理。 2.7.2弯管流量计的组成弯管流量计由弯管传感器、智能显示仪表、差压变送器及一些阀门组件（三阀组、三通旋塞阀、针型阀等）组成。当流量测量需温度、压力补偿时还应配备压力变送器，温度传感器。,2.7弯管流量计,流量测量方法和仪表选用,2019/1/4,2.7.3主要技术指标 测量范围 管径：DN10DN2000mm 流速：液体介质0.212m/s；蒸汽或其他气体5160m/s; 温度：-50600 压力：032MPa 准确度 系统测量准确度0.5
24、1.5级 直管段长度要求 要求前5D后2D直管段,流量测量方法和仪表选用,2019/1/4,“L”型水平安装状态,“L”型垂直安装状态,“S”型垂直直管安装状态,“S”型水平直管安装状态,流量测量方法和仪表选用,2019/1/4,2.7.4弯管流量计与其他流量计比较有哪些优点？1、无附加阻力损失、节省流体输送的动力消耗、降低运行费用； 2、安装方便、无泄漏、免维护、耐磨损、可直接焊接安装在管道上； 3、耐高温、耐腐蚀、抗震动、抗冲击、抗磁性能好； 4、适应性强、量程范围宽、直管段要求低； 5、测量精度高，重现性好；测量精度可达1以上，重现性则高达0.2% ； 6、使用寿命长。而涡街流量计 1
25、、涡街流量计是一种速度式流量计，旋涡分离的稳定性受流速影响，故它对直管段一定的要求，一般是前10D、后5D； 2、 测量液体时，上限流速受压损和气蚀现象限制，一般是0.5-8m/s； 3、测量气体是，上限流速受介质可压缩性变化的限制，下限流速受雷诺数和传感器灵敏度的限制，蒸汽是8-25m/s；,流量测量方法和仪表选用,2019/1/4,4、 应力式涡街流量计对振动较为敏感，故在振动较大的管道安装流量计时，管道要有一定的减震措施；5、应力式涡街流量计采用压电晶体作为检测传感器，故其受温度的限制，一般为-40-+300。 孔板流量计 孔板流量计应用历史悠久，有国际标准，理论精度高，应用十分普遍，但
26、经过几十年的应用，发现孔板流量计有以下不足： 1、 应用中许多因素（设计参数与工况参数不符，上游直管段不足，孔板和管道不同心，孔板A面受污，锐角磨损等）对其测量精度有非常大的影响，使其测量误差增大； 2、 安装较为麻烦，维护及拆洗的工作量较大； 3、 流量量程比为1：3，局限性大；,流量测量方法和仪表选用,2019/1/4,4、 若安装不正确，容易发生蒸汽泄漏； 5、 压力损失较大，运行费用高。 相比较，弯管流量计的量程比可达1：10，对于蒸汽，它的适用范围为0-70m/s，可以较好地满足蒸汽流量测量的要求。弯管流量计由于其特殊的测量原理，使其在实际应用时对直管段的要求不严格，一般只要求前5D
27、、后2D即可，远远低于其他流量测量装置的要求； 2.7.5温度组件和压力变送器如何取舍温度组件和压力变送器等装置是否需要视情况而定，一般过热蒸汽都要配备，饱和蒸汽只配温度组件即可，其它介质原则如下：温度、压力对介质密影响大，一般要求配备；温度、压力波动范围较大，一般要求配备；对计量介质的准确度要求高，一般要求配备；对热量计量有要求的，需配备温度组件。,流量测量方法和仪表选用,2019/1/4,2.7.6弯管流量计适合测量的介质有那些？只要是低粘度的介质，弯管流量计都可以准确计量，由于弯管流量计本身的特点，更适合测量的介质有蒸汽（过热和饱和蒸汽）、供暖用循环水、空调制冷机组的冷冻水、各种煤气（高
28、炉、焦炉、转炉煤气）、压缩空气、天然气、污水等。只要是能用孔板、涡街，均速管等流量计进行测量的流体都可用弯管流量计来进行流量测量，且在耐高温、耐高压、耐冲击、耐震动、耐潮湿、耐粉尘等方面，弯管流量计远远优于这些常用的流量计。,流量测量方法和仪表选用,2019/1/4,2.2.6 弯管传感器选型,2.7.7弯管流量计选型,流量测量方法和仪表选用,2019/1/4,第三章容积式流量计,3.1概念容积式流量计又称排量流量计（positive displacement flowmeter），简称PD流量计或PDF，在流量仪表中是精度最高的一类。它利用机械测量元件把流体连续不断地分割成单个已知的体积部分
29、，根据计量室逐次、重复地充满和排放该体积部分流体的次数来测量流量体积总量。PD流量计一般不具有时间基准，为得到瞬时流量值需要另外附加测量时间的装置。,流量测量方法和仪表选用,2019/1/4,3.2工作原理典型的PDF（椭圆齿轮式）的工作原理如图1所示。两个椭圆齿轮具有相互滚动进行接触旋转的特殊形状。P1和p2分别表示入口压力和出口压力，显然p1p2，图1（a）下方齿轮在两侧压力差的作用下，产生逆时针方向旋转，为主动轮；上方齿轮因两侧压力相等，不产生旋转力矩，是从动轮，由下方齿轮带动，顺时针方向旋转。在图1(b)位置时，两个齿轮均在差压作用下产生旋转力矩，继续旋转。选装到图1(c)位置时，上方
30、齿轮变为主动轮，下方齿轮则成为从动轮，继续旋转到与图1(a)相同位置，完成一个循环。一次循环动作排出四个由齿轮与壳壁间围成的新月形空腔的流体体积，该体积称作流量计的“循环体积“。设流量计“循环体积“为，一定时间内齿轮转动次数为N，则在该时间内流过流量计的流体体积为V， 则 VN （1）,流量测量方法和仪表选用,2019/1/4,3.3优点1 、 PDF计量精度高，基本误差一般为0.5R，特殊的可达0.2R或更高。通常在昂贵介质或需要精确计量的场合使用。 2、 PDF在旋转流和管道阻流件流速场畸变时对计量精确度没有影响，没有前置直管段要求。这一点在现场使用中有重要的意义。 3、 PDF可用于高粘
31、度流体的测量。范围度宽，一般为10：1到5：1，特殊的可达30：1或更大。 4、 PDF是直读式仪表，无需外部能源，可直接获得累计总量，清晰明了，操作简便。 5、在以体积流量计组合的间接法质量流量测量中，PDF与速度式等推导体积流量计相比，所得体积是直接几何量，体积量的影响因素要单纯些。在不适合采取密度计测量的高压天然气测量中，不易处理的气体压缩系数，用PDF可间接求得。,流量测量方法和仪表选用,2019/1/4,3.4缺点1 、 PDF结构复杂，体积大，笨重，尤其较大口径PDF体积庞大，故一般只适用于中小口径。2 、与其他几类通用流量计（如差压式、浮子式、电磁式）相比， 1 、 PDF的被测
32、介质种类、介质工况（温度、压力）、口径局限性较大，适应范围窄。 3、由于高温下零件热膨胀、变形，低温下材质变脆等问题，PDF一般不适用于高低温场合。目前可使用温度范围大致在-30+160，压力最高为10MPa。 4、大部分PDF仪表只适用洁净单相流体，含有颗粒、脏污物时上游需装过滤器，既增加压损，又增加维护工作；如测量含有气体的液体必须装设气体分离器。 5、 PDF安全性差，如检测活动件卡死，流体就无法通过，断流管系就不能应用。但有些结构设计（如Instromet公司腰轮流量计）在壳体内置一旁路，当检测活动元件卡死，流体可从旁路通过。 6、部分形式PDF仪表（如椭圆齿轮式、腰轮式、旋转活塞式等
33、）在测量过程中会给流动带来脉动，较大口径仪表还会产生噪声，甚至是管道产生振动。,流量测量方法和仪表选用,2019/1/4,3.5分类PDF品种繁多，可按不同原则分类。按测量元件结构分类有如下型式： 1） 转子式 椭圆齿轮式 腰轮式卵轮式 螺杆式2） 刮板式 3） 旋转活塞式 4） 膜式等,流量测量方法和仪表选用,2019/1/4,3.6应用概况 PDF由于具有精确的计量特性，在石油、化工、涂料、医药、食品以及能源等工业部门计量昂贵介质的总量或流量。在这些流程工业中进药液注入、抽出或混合配比控制，化学液中触媒、硬化剂、聚合防止剂等添加剂的定量注入，向食品流体和化妆品添加香料，涂装线涂料的定量供给
34、等。PDF最大用途是石油制品等的储运交接和分发等计量，这些应用领域可作为财务核算的依据或作为纳税和买卖双方执行合同的法定计量。 具有高精度、长期性能保持性和良好重复性的高品质PDF，在比较法流量标准装置中用作标准流量计（又称校准用流量计，reference flowmeter或master flowmeter）作流量量值传递。 PDF相对庞大笨重，尤其是大流量、大口径仪表，逐渐被涡轮式、电磁式、涡街式和科里奥利质量式替代一部分。然而其优良的重复性和精度长期保持性等性能优势，仍能保持着许多应用领域，在可预见的未来不会全被其它仪表所替代。PDF在国外还广泛应用于液化石油气，在我国则尚处于起动初始阶
35、段。,流量测量方法和仪表选用,2019/1/4,4.1概述涡街流量计(VSF)是在流体中安放一根（或多根）非流线型阻流体（bluff body），流体在阻流体两侧交替地分离释放出两串规则的旋涡，在一定的流量范围内旋涡分离频率正比于管道内的平均流速，通过采用各种形式的检测元件测出旋涡频率就可以推算出流体的流量。 涡街流量计是属于最年轻的一类流量计,但其发展迅速,目前已成为通用的一类流量计。,第四章涡街流量计,流量测量方法和仪表选用,2019/1/4,VSF结构图,流量测量方法和仪表选用,2019/1/4,4.2涡街流量计适用范围洁净气体.蒸汽和液体的大中流量测量，可选用涡街流量计。低速流体及粘度
36、大的液体，不宜选用漩涡流量计测量。粘度太高会降低流量计对小流量测量的能力，具体表现在保证精度的雷诺数上，不同制造厂的产品，不同管径的涡街对保证测量精确度的液体和气体最小的和最大雷诺数及管道流速有不同要求。选用时应对雷诺数和管道流速进行验算。管子振动或泵出口也不宜选用。4.3分类 涡街流量计可按下述原则分类。 按传感器连接方式分为法兰型和夹装型。 按检测方式分为热敏式、应力式、电容式、应变式、超声式、振动体式、光电式和光纤式等。 按用途分为普通型、防爆型、高温型、耐腐型、低温型、插入式和汽车专用型等。 按传感器与转换器组成分为一体型和分离型,流量测量方法和仪表选用,2019/1/4,应力式VSF
37、 如图所示，它把检测元件受到的升力以应力形式作用在压电晶体元件上，转换成交变的电荷信号，经电荷放大、滤波、整形后得到旋涡频率信号。压电传感器响应快、信号强、工艺性好、制造成本低、与测量介质不接触、可靠性高。仪表的工作温度范围宽，现场适应性强，可靠性较高，它是目前VSF的主要产品类型。但是，它对管道振动较敏感，是其主要缺点 。,流量测量方法和仪表选用,2019/1/4,1-表头组；2-三角柱；3-表体；4-联轴；5-压板；6-探头；7-密封垫；8-接头； 9-密封垫圈；10-螺栓；11-销；12-铭牌；13-圆螺母；14-支架；15-螺栓,流量测量方法和仪表选用,2019/1/4,4.4优点 1
38、 、结构简单而牢固，无可动部件，可靠性高，长期运行十分可靠。 2 、 VSF结构简单牢固，安装维护方便（与节流式差压流量计相比较，无需导压管和三阀组等，减少泄漏、堵塞和冻结等）。 3 、检测传感器不直接接触被测介质，性能稳定，寿命长。 4 、输出是与流量成正比的脉冲信号，无零点漂移，精度高。 5 、测量范围宽，量程比可达1：10。 6 、压力损失较小（约为孔板流量计1/41/2） ，运行费用低，更具节能意义。 7 、在一定的雷诺数范围内，输出信号频率不受流体物理性质和组份变化的响，仪表系数仅与旋涡发生体的形状和尺寸有关，测量流体体积流量时无需补偿，调换配件后一般无需重新标定仪表系数。 8 、应
39、用范围广，蒸汽、气体、液体的流量均可测量。 9 、检定周期为二年。,流量测量方法和仪表选用,2019/1/4,4.5缺点1 、需在工艺管上直接安装,且需要直管段(类似节流装置)：上游15-50D；上游加整流器时，上游10D，下游5D。2、 VSF不适用于低雷诺数测量（ReD2104），故在高粘度、低流速、小口径情况下应用受到限制3 、易受管道震动影响,流量测量方法和仪表选用,2019/1/4,4.6安装使用注意事项（a） 测量含液体的气体流量仪表安装； （b） 测量含气液体流量仪表安装,流量测量方法和仪表选用,2019/1/4,对上、下游直管段长度的要求 （a）一个90o弯头； （b）同心扩管
40、； （c）同心收缩全开阀门； （d）不同平面两个90弯头； （e）调节阀半开阀门； （f）同一平面两个90o头,流量测量方法和仪表选用,2019/1/4,如需断流检查与清洗传感器，应设置旁通管道如图所示。,流量测量方法和仪表选用,2019/1/4,首先在选择传感器安装场所时尽量注意避开振动源。其次采用弹性软管连接在小口径中可以考虑。第三，加装管道支撑物，一种管道支撑方法如图所示。,流量测量方法和仪表选用,2019/1/4,5.1涡轮流量计原理涡轮流量计的原理示意图如图所示在管道中心安放一个涡轮，两端由轴承支撑当流体通过管道时，冲击涡轮叶片，对涡轮产生驱动力矩，使涡轮克服摩擦力矩和流体阻力矩而产
41、生旋转在一定的流量范围内，对一定的流体介质粘度，涡轮的旋转角速度与流体流速成正比由此，流体流速可通过涡轮的旋转角速度得到，从而可以计算得到通过管道的流体流量涡轮的转速通过装在机壳外的传感线圈来检测当涡轮叶片切割由壳体内永久磁钢产生的磁力线时，就会引起传感线圈中的磁通变化传感线圈将检测到的磁通周期变化信号送入前置放大器，对信号进行放大、整形，产生与流速成正比的脉冲信号，送入单位换算与流量积算电路得到并显示累积流量值；同时亦将脉冲信号送入频率电流转换电路，将脉冲信号转换成模拟电流量，进而指示瞬时流量值,第五章 涡轮流量计,流量测量方法和仪表选用,2019/1/4,5.2优点1.高精度,在所有流量计
42、中,属于最精确的流量计; 2.重复性好; 3.元零点漂移,抗干扰能力好; 4.范围度宽; 5.结构紧凑。6.适用于高压测量7.可制成插入式，适用于大口径测量，压损小，价格低。,流量测量方法和仪表选用,2019/1/4,5.3缺点 1.不能长期保持校准特性，需定期校验。; 2.流体物性对流量特性有较大影响。 3.不适用于脉动流和混相流测量4.对被测介质的清洁度要求较高。 5.4应用概况涡轮流量计在以下一些测量对象获得广泛应用:石油、有机液体、无机液、液化气、天然气和低温流体.在欧洲和美国,涡轮流量计在用量上是仅次于孔板流量计的天然计量仪表,仅荷兰在天然气管线上就采用了2600多台各种尺寸,压力从
43、0.86.5MPa的气体涡轮流量计,它们已成为优良的天然气计量仪表。,流量测量方法和仪表选用,2019/1/4,6.1电磁流量计原理 电磁流量计（EMF）是利用法拉第电磁感应定律制成的一种测量导电液体体积流量的仪表。当液体在磁场中运动时，根据法拉第定律产生感应电动势，如果磁场垂直于流动液体的电绝缘管道，而液体的电导率又不太低，则装在管壁上的两个电极之间可测量到一个电压，这电压同磁通量密度、液体的平均流速以及两个电极之间的距离成正比。这样，就可以测得液体的流速，进而测得液体的流量。,第六章 电磁流量计,流量测量方法和仪表选用,2019/1/4,6.2电磁流量计的主要特点1.电磁流量计的变送器结构
44、简单，没有可动部件，也没有任何阻碍流体流动的节流部件，所以当流体通过时不会引起任何附加的压力损失，同时它不会引起诸如磨损，堵塞等问题，特别适用于测量带有固体颗粒的矿浆，污水等液固两相流体，以及各种粘性较大的浆液等同样，由于它结构上无运动部件，故可通过附上耐腐蚀绝缘衬里和选择耐腐材料制成电极，起到很好的耐腐蚀性能，使之可用于各种腐蚀性介质的测量。主要用于导电的液体或均匀的液固两相介质流体测量。可测量各种强酸.强碱.盐.氨水.矿浆.纸浆等介质。2.电磁流量计是一种体积流量测量仪表，在测量过程中，它不受被测介质的温度粘度、密度以及电导率(在一定范围内)的影响因此，电磁流量计只需经水标定以后，就可以用
45、来测量其它导电性液体的流量，而不需要附加其它修正。3.电磁流量计的量程范围极宽，同一台电磁流量计的量程比可达1：100此外，电磁流量计只与被测介质的平均流速成正比，而与轴对称分布下的流动状态（层流或紊流）无关。4.电磁流量计无机械惯性，反应灵敏，可以测量瞬时脉动流量，而且线性好因此，可将测置信号直接用转换器线性地转换成标准信号输出，可就地指示，也可远距离传送。,流量测量方法和仪表选用,2019/1/4,6.3电磁流量计在使用上的一些限制1.电磁流量计不能用于测量气体、蒸气以及含有大量气体的液体。2.电磁流量计目前还不能用来测量电导率很低的液体介质，被测液体介质的电导率不能低于5Scm，相当于蒸
46、馏水的电导率对石油制品或者有机溶剂等还无能为力。 3.由于测量管绝缘衬里材料受温度的限制，目前工业电磁流量计还不能测量高温高压流体。4.电磁流量计受流速分布影响，在轴对称分布的条件下，流量信号与平均流速成正比所以，电磁流量计前后也必须有一定长度的前后直管段。5.电磁流量计易受外界电磁干扰的影响。,流量测量方法和仪表选用,2019/1/4,6.4电磁流量计的选用原则1口径与量程的选择变送器口径通常选用与管道系统相同的口径如果管道系统有待设计，则可根据流量范围和流速来选择口径对于电磁流量计来说，流速0.3-10 ms，以24ms较为适宜在特殊情况下，如液体中带有固体颗粒，考虑到磨损的情况，可选常用
47、流速3ms，对于易附管理的流体可选用流速2ms流速确定以后，再确定口径。变送器的量程可以根据两条原则来选择：一是仪表满量程大于预计的最大流量值；二是正常流量大于仪表满量程的50，以保证一定的测量精度2温度和压力的选择电磁流量计能测量的流体压力与温度是有一定限制的选用时，使用压力必须低于该流量计规定的工作压力电磁流量计的工作温度取决于所用的衬里材料，一般为570如做特殊处理，可以超过上述范围，3内衬材料与电极树料的选择变送器的内衬材料及电极材料必须根据介质的物理化学性质来正确选择，否则仪表会由于衬里和电极的腐蚀而很快损坏，而且腐蚀性很强的介质一旦泄漏容易引起事故因此，必须根据生产过程中的具体测量
48、介质，慎重地选择电极与衬里的材料,流量测量方法和仪表选用,2019/1/4,第七章 浮子流量计,7.1原理概述浮子流量计的流量检测元件是由一根自下向上扩大的垂直锥形管和一个沿着锥管轴上下移动的浮子组所组成。工作原理如图1所示，被测流体从下向上经过锥管1和浮子2形成的环隙3时，浮子上下端产生差压形成浮子上升的力，当浮子所受上升力大于浸在流体中浮子重量时，浮子便上升，环隙面积随之增大，环隙处流体流速立即下降，浮子上下端差压降低，作用于浮子的上升力亦随着减少，直到上升力等于浸在流体中浮子重量时，浮子便稳定在某一高度。浮子在锥管中高度和通过的流量有对应关系。,流量测量方法和仪表选用,2019/1/4,
49、7.2分类 市场上定型产品和特殊要求仪表从不同角度可作如下分类。 （1） 按锥管材料分类，有透明材料锥管和金属锥管两种。 （2） 按有无远传信号输出分类，有就地指示型和远传信号输出型，后者又分为电远传和气远输两种。 （3） 按被测流体分类，有液体用、气体用和蒸汽用三种。 （4） 按用途分类，有普通型、夹套保温型、防爆型、耐腐蚀型和吹流型五种。 （5） 按被测流体通过浮子流量计的量分类，有全流型和分流型。,流量测量方法和仪表选用,2019/1/4,7.3优点和缺点 1.浮子流量计使用于小管径和低流速。常用仪表口径40-50mm以下，最小口径做到1.5-4mm。适用于测量低流速小流量，以液体为例，
50、口径10mm以下玻璃管浮子流量计满度流量的名义管径，流速只在0.2-0.6m/s之间，甚至低于0.1m/s；金属管浮子流量计和口径大于15mm的玻璃管浮子流量计稍高些，流速在0.5-1.5m/s之间。 2.浮子流量计可用于较低雷诺数，选用粘度不敏感形状的浮子，流通环隙处雷诺数只要大于40或500，雷诺数变化流量系数即保持常数，亦即流体粘度变化不影响流量系数。这数值远低于标准孔板等节流差压式仪表最低雷诺数104-105的要求。 3.大部分浮子流量计没有上游直管段要求，或者说对上游直管段要求不高。 4.浮子流量计有较宽的流量范围度，一般为10：1，最低为5：1，最高为25：1。流量检测元件的输出接近于线性。压力损失较低。 5.玻璃管浮子流量计结构简单，价格低廉。只要在现场指示流量者使用方便，缺点是有玻璃管易碎的风险，尤其是无导向结构浮子用于气体。 6.金属管浮子流量计无锥管破裂的风险。与玻璃管浮子流量计相比，使用温度和压力范围宽。 大部分结构浮子流量计只能用于自下向上垂直流的管道安装。 7浮子流量计应用局限于中小管径，普通全流型浮子流量计不能用于大管径，玻璃管浮子流量计最大口径100mm，金属管浮子流量计为150mm，更大管径只能用分流型仪表。,
