流量检测与仪表

刘玉长1.3流量检测与仪表流量是指单位时间内流过管道或特定通道横截面的流体数量，称为瞬时(平均)流量。流量分体积流量(Q或qv表示)与质量流量(M或qm表示)，体积流量是流体平均流速V与流经管道横截面积A乘积，即Q=AV；单位:L/S、m3/h质量流量M=Qρ,单位:kg/st/h流量计类型很多，常分为以下两类：⑴速度式流量计：通过测量流体在管道内的流速来计算流量。⑵容积式流量计：以单位时间内根据所推出流体固定容积数作为测量依据来计算流量。刘玉长1.差压流量计2.均速管流量计3.转子式流量计4.容积式流量计5.涡轮流量计6.电磁流量计7.旋涡式流量计刘玉长1.差压式流量计流体流经节流件时，流束收缩引起压头转换而在节流件前后产生静压力差，该压差与流过的流量之间存在一定的关系，通过测量压差而求出流量的一种流量计通称节流装置，也称为差压装置。节流装置结构简单，性能稳定，使用维护方便，且有一部分已标准化，是目前应用最多的一种流量计。常用标准节流装置有孔板、喷嘴及文丘里管，如下图所示。刘玉长测量原理当流体连续流过节流孔时，在节流件前后由于压头转换而产生压差。对于不可压缩流体例如水，节流前后流体的密度保持不变。流体流经节流孔前后的流态变化刘玉长则不可压缩流体的体积流量Q与质量流量M为:d2dd24d22=(5)12PPQAVAAMQAP24/1其中称为流量系数，它是一个综合性系数，其值与节流件的类型、取压方式、直径比及雷诺数等因素有关，由实验确定。刘玉长对于空气、煤气、水蒸汽等可压缩流体，流体流经节流装置前后的流体密度会发生变化，故应引入一个可膨胀系数ε，则可压缩流体的流量基本方程为：3dd2,m/s2,kg/sPQCEAMCEAP刘玉长2.均速管流量计均速管又称为均速流量传感器或均速探头，它通过测量管道内流动流体的速度压力——流速来测量流量。均速管流量探头主要有阿牛巴(Annubar)、威力巴(Vrabar)、威尔巴(Wellbar)、德尔塔巴(Deltaflow)、托巴(Torbar)、双D巴等几种。它们的共同特点都是结构简单的插入式探头，适于测量气体、蒸汽和液体的流量，管道内径从十几毫米到几米，使用范围很广。一般要求雷诺数104≤ReD≤107，测量准确度通常为(1~3)％。刘玉长阿牛巴(Annubar)流量计阿牛巴是一种均速流量探头，配以差压变送器和流量积算器而组成阿牛巴流量计，也属于差压式流量测量仪表，用来测量一般气体、液体和蒸汽的流量。适用范围：管径D=25~2500mm(特殊达5000mm)，工作压力≤5MPa，工作温度≤400℃，雷诺数ReD≥104，流速要求气体5m/s，(液体为0.5m/s，蒸汽为9m/s以上。)刘玉长总压管面对气流方向开有四个取压孔，所测量的是该四个环形截面的流体总压头(包括静压头和动压头)，在总压管内另插入一根引压管，由它引出四个总压头的平均值P1，静压管装在背着流动方向上，取压孔在管道轴线位置上，引出流体的静压头P2。1-总压管2-静压管刘玉长将P1、P2分别引入差压变送器，测出两者的压差ΔP，ΔP便是流体的平均速度头。根据柏努力方程式从平均速度头可求出流体平均速度和流量，实用流量方程式如下：2320.12645/,m/h0.12645,kg/hrrrrrrQKYFDPMKYFDP式中：D—管道内径mm；ΔP—压差，kPa；ρ—流体体密度，kg/m3。刘玉长3.转子流量计在一个向上略为扩大的均匀锥形管内，放一个较被测流体密度稍大的浮子(也叫转子)，当流体自下而上流动时，浮子受到流体的作用力而上升，流体的流量愈大，浮子上升愈高。浮子上升的高度就代表一定的流量。从而可从管壁上的流量刻度标尺直接读出流量数值。SS0S2()CgQAA刘玉长4.容积式流量计应用容积法测量流体流量的仪表，称为容积式流量计。它有一个已标定容积的计量室，容积是在仪表壳体与旋转体之间形成的。当流体经过仪表时，利用仪表入口和出口之间产生的压力差，推动旋转体转动，将流体从计量室中容积V0一份一份地推送出去。所推送出的流体流量为Q=nV0式中，n—转动的次数，r/s(转∕秒)。因为计量室的容积是已知的，故只要测出旋转体的转动次数，根据计量室的容积和旋转体的转动频率，求出流体的瞬时流量和累计流量。刘玉长椭圆齿轮流量计在流体差压(p1-p2)作用下，推动椭圆齿轮A和B反方向旋转，不断地将充满半月形固定容积中的流体推出去，其转动与充液排液过程如图。齿轮每转一周就推出四个半月形容积的流体，从齿轮的转数可计算出排出流体的总流量。椭圆齿轮的转动通过减速传动机构带动指针与机械计数器，仪表盘中间的大指针指示流体的瞬时流量，经过齿轮计数器显示体积总流量。刘玉长椭圆齿轮转动与充液排液过程(1)t=0,θ=0°，流体进入计量室；(2)t=T/8,θ=45°，流体排出计量室；(3)t=T/4,θ=90°，流体全部排出，开始下一个循环，每次周期完成4次计量。刘玉长5.涡轮流量计(一)电磁感应涡轮流量计涡轮是用高导磁的不锈钢制成的，涡轮体上有数片螺旋形叶片(故也称叶轮流量计)，整个涡轮支承在前后两个摩擦力很小的轴承内。流体流动推动涡轮旋转(涡轮旋转速度与流体速度相当)，通过测量涡轮转速而测定流量。1-涡轮；2-轴承；3-永久磁钢；4-线圈；5-外壳；6-导流器刘玉长6.电磁流量计当被测流体垂直于磁力线方向流动而切割磁力线时，在与流体流向和磁力线垂直方向上产生感应电势Ex(伏)，Ex与体积流量Q的关系为:Ex=4B/(πD)Q×10-3=KQ式中，K为仪表常数，决定于仪表几何尺寸及磁场强度。利用传感器测量管上对称配置的电极引出感应电势，经放大和转换处理后，仪表指示出流量值。刘玉长电磁流量转换器将传感器输出的电势信号Ex经转换器信号处理和放大后转换为正比于流量的4~20mADC电流信号或脉冲信号，输出给显示记录仪表，因励磁波形的不同，电磁流量转换器的电路有多种形式。电磁流量计的选用流量计的特点优点：测量导管内无可动部件，几乎没有压力损失，也不会发生堵塞理象；无机械惯性，反应灵敏，可以测量脉动流量；测量范围很宽，精度较高。不足：被测介质温度有限制(一般为-40~130℃)；要求被测介质必须具有导电性能。刘玉长7.涡街流量计流体在流动过程中，遇到障碍物必然产生回流而形成旋涡。在流体中垂直插入一根圆柱体(或三角柱体、方柱体等)作为旋涡发生体，流体流过柱体，当流速度高于一定值时，在柱体两侧就会产生两排交替出现的的旋涡列，称为卡门涡街，简称涡街。当管道内径和圆柱体的几何尺寸确定后，单列旋涡产生的频率f与流体体积流量成正比。故通过测量旋涡即可测得流量。刘玉长根据卡门涡街形成原理，单列旋涡产生的频率f为：1ttVVfSSdmd式中，V1、V—分别为圆柱体两侧的流体速度和管道流体的平均流速，m/s；d—圆柱体直径，m；m—流速比，m＝V/V1；St—斯特劳尔数，在ReD＝5×102~15×104范围内，St≈常数；设管道直径为D，管道截面积为A0，令β=d/D，当β≤0.35时，m=(1-1.27β)，则流体的体积流量Q为:011.27tAdQfS刘玉长当管道内径和圆柱体的几何尺寸确定后，体积流量只与涡街产生的频率成正比，而与流体的物理性质(温度、压力、密度、成分等)无关，于是得：Q=Kf如采用三角柱体作为旋涡发生体，其迎流面的边长或宽度为d，流体的体积流量Q为：011.5tAdQfS刘玉长1-7试述节流式.容积式.涡轮式.电磁式.漩涡式流量测量仪表的工作原理,精度范围及使用特点.答:a.节流式.工作原理:根据流体对节流元件的推力或在节流元件前后形成的压差等可以测定流量的大小.差压流量计:根据节流元件前后的压差测流量.精度:正负0.5%到1%.使用特点:保证节流元件前后有足够长直管段.b.容积式.工作原理:直接安装固定的容积来计量流体.精度:可达2%较差时亦可保证0.5%~1%.使用特点:适用于高黏度流体的测量.c.涡轮式:工作原理:利用导流器保证流体沿轴向推动涡轮,并且根据磁阻变化产生脉冲的输出.精度:0.25%~1%.使用特点:只能在一定的雷诺数范围内保证测量精度.由于有转子,易被流体中的颗粒及污物堵住,只能用于清洁流体的流量测量.d.电磁式:工作原理:以电磁感应定律为基础,在管道两侧安放磁铁,以流动的液体当作切割磁力线的导体,由产生的感应电动势测管内液体的流量.精度:0.5%~1%.使用特点:只能测导电液体的流量.e.漩涡式:工作原理:根据漩涡产生的频率与流量的关系测定流量.精度:正负0.2%~正负1%.使用特点:量程比达到30:1,可测液体和气体.