合肥工业大学化工仪表第3章3流量检测方法及仪表

流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表流量测量技术和仪表的应用领域工业生产过程能源计量一次能源（煤炭、原油、瓦斯气、石油气、天然气）二次能源（电力、焦炭、煤气、成品油、液化石油气、蒸汽）及含能工质（压缩空气、氧、氮、氢、水）等生物技术交通运输环保工程空气污染(烟废气排放)、水污染管道输送流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表应用容积法检测流量（椭圆齿轮流量计）应用动、静压能转换原理检测流量（差压式流量计)应用改变流通面积的方法检测流量(转子流量计)应用电磁感应原理检测流量(电磁流量计)应用有规则的漩涡剥离现象测量流体流量(漩涡流量计)应用叶轮的转动测流量(涡轮流量计)质量流量计的测量方法(直接式和间接式的测量)本节主要内容流量检测方法及仪表流量检测的基本概念瞬时流量－单位时间内流体通过一定截面积的数量。体积流量－用流体的体积来表示（Q），单位为m3/h。质量流量－用流量的质量来表示（M），单位为kg/h。累积流量一段时间内流体体积流量或质量流量的累积值累积体积流量dtQQt0总流量计量－对在一定通道内流动流体的流量进行测量。dtMMt0总累积质量流量流量测量的任务：根据测量目的，被测流体的种类、状态、测量场所等条件，研究各种相应的测量方法，并保证流量值的正确传递。流量检测方法及仪表体积流量的测量方法（1）容积法：在单位时间内以标准固定体积对流动介质连续不断地进行度量，以排出流体固定容积数来计算流量。椭圆齿轮流量计、旋转活塞式流量计和刮板流量计。受流体的流动状态影响小，适用于测量高粘度、低雷诺数的流体。（2）速度法：这种方法是先测出管道内的平均流速，再乘以管道截面积求得流体的体积流量。较宽的使用条件，可用于各种工况下的流体的流量检测，利用平均流速计算流量，管路条件的影响大，流动产生涡流以及截面上流速分布不对称等都会给测量带来误差。流量检测方法及仪表质量流量的测量方法（1）直接法：利用检测元件，使输出信号直接反映质量流量。利用孔板和定量泵组合实现的差压式检测方法；利用同轴双涡轮组合的角动量式检测方法；应用麦纳斯效应的检测方法基于科里奥利力效应的检测方法。（2）间接法：用两个检测元件分别测出两个相应参数，通过运算间接获取流体的质量流量。①ρqv2检测元件和ρ检测元件的组合；②qv检测元件和ρ检测元件的组合；③ρqv2检测元件和qv检测元件的组合。流量检测方法及仪表差压式流量计测量对象：流体方面，单相、混相、洁净、脏污；工作状态：常压、高压、真空、常温、高温、低温；管径方面：从几毫米到几米；流动条件：亚音速流、临界流、脉动流基于流体流动的节流原理,利用流经节流装置时产生的压力差而实现流量测量的;历史悠久、技术成熟、应用最广泛。节流式特点：结构简单、使用寿命长，适应能力强，几乎能测量各种工况下的流量。差压式流量计孔板引压管差压计流量检测方法及仪表差压式流量计组成节流装置：安装于管道中产生差压，节流件前后的差压与流量成开方关系。引压导管：取节流装置前后产生的差压，传送给差压变送器。差压变送器：产生的差压转换为标准电信号（4-20mA）。原理总结：节流装置引压管差压变送器显示仪表/控制器oIpvqp流体在管道中正常流动（u、p）节流件使流体收束，流速增大，压力降低节流件前后出现“压差”“压差”与流量有关再采用差压变送器，将差压信号转换为统一的标准信号，便于显示及控制流量检测方法及仪表差压式流量计分类表分类原则分类类型按产生差压的作用原理分类1）节流式；2）动压头式；3）水力阻力式；4）离心式；5）动压增益式；6）射流式按结构形式分类1）标准孔板；2）标准喷嘴；3）经典文丘里管；4）文丘里喷嘴；5）锥形入口孔板；6）1/4圆孔板；7）圆缺孔板；8）偏心孔板；9）楔形孔板；10）整体（内藏）孔板；11）线性孔板；12）环形孔板；13）道尔管；14）罗洛斯管；15）弯管；16）可换孔板节流装置；17）临界流节流装置按用途分类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；流量检测方法及仪表应用动压能和静压能转换的原理检测流量节流元件附近流速和压力分布情况检测原理•当流体流经管道内的节流件时，流速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，这样可依据压差来衡量流量的大小。•基础：流体连续性方程（质量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒定律）。•压差影响因素：流量、节流装置形式、管道内流体的物理性质（密度、粘度）流量检测方法及仪表流量基本方程式根据流体力学的伯努力方程和流体的连续性方程，可以推导出流量与压差之间的流量方程式，即体积流量/20pFQ质量流量pF20式中α——流量系数节流装置的结构形式、取压方式、节流装置开孔直径、流体流动状态（雷诺数）及管道条件等因素有关。对于标准节流装置，α值可直接从有关手册中查出。ε——流束膨胀系数F0——节流装置的开孔截面积ρ——流体密度Δр——节流装置前后实际测得的压力差流量与压力差的平方根成正比流量检测方法及仪表标准节流元件标准孔板结构简单，安装方便，适合大流量的测量标准喷嘴标准文丘里管结构复杂，压力损失比孔板小(a)标准孔板(b)喷嘴(c)文丘里管把流体流过阻力件使流束收缩造成压力变化的过程称节流过程，其中的阻力件称为节流件。流量检测方法及仪表环室取压单独钻孔取压法兰取压标准喷嘴取压方式标准孔板的几种取压方式取压方式取压方式：角接取压法—孔板或喷嘴前后两端面与管壁的夹处取压（标准孔板）法兰取压法流量检测方法及仪表选用考虑要点安装条件方面流件前后有必要直管段长度引压管线仪表性能方面(1)精确度、重复性、线性度、流量范围⑵压力损失流体特性方面⑴流体物性参数的确定(2)流体的腐蚀、磨蚀、结垢、脏污等环境条件方面流量检测方法及仪表——节流式流量计的使用特点和要求标准孔板应用广泛，它具有结构简单、安装方便的特点，适用于大流量的测量。孔板测量的压损大，当不允许有较大的管道压损时，便不宜采用。在一般场合下，仍采用孔板为多。标准喷嘴和标准文丘里管的压力损失较孔板为小，但结构比较复杂，不易加工。标准节流装置仅适用于测量管道直径大于50mm，雷诺数在104～105以上的流体；流体应当清洁，充满全部管道，不发生相变；为保证流体在节流装置前后为稳定的流动状态，在节流装置的上、下游必须配置一定长度的直管段（与管径、节流件的开孔面积以及管路上的弯头数都有关系）节流装置经过长时间的使用，会因物理磨损或者化学腐蚀，造成几何形状和尺寸的变化，从而引起测量误差，因此需要及时检查和维修，必要时更换新的节流装置流量检测方法及仪表——节流式流量计误差产生的原因实际工况与设计要求不符，如：温度、压力、湿度以及相应的流体重度、粘度、雷诺数等参数数值发生变化，则会造成较大的误差。为了消除这种误差，必须按新工艺重新设计计算，或加以必要的修正。节流装置安装不正确节流装置安装不正确，在安装时，特别要注意节流装置的安装方向。在使用中，要保持节流装置的清洁。如在节流装置处防止有沉淀、结焦、堵塞等现象。节流装置的磨损，应注意日常检查、维修，必要时应换用新的孔板。导压管安装不正确，或有诸塞、渗漏现象，差压变送器的安装三个方面的内容：取压口的选择引压管的安装变送器本身的安装流量检测方法及仪表差压变送器取压口的选择液体、气体、蒸汽？？被测介质为液体时，取压口应位于管道下半部与管道水平线成0～45°角内，目的是保证引压管内没有气泡，两根引压管内液柱产生的附加压力可以相互抵消；问：能否从底部引出？为什么？45°45°(a)液体被测介质为气体时，取压口应位于管道上半部与管道垂直中心线成0～45°角内，其目的时为了保证引压管中不积聚和滞留液体。45°45°(b)气体被测介质为蒸汽时，取压口应位于管道上半部与管道水平线成0～45°角内。最常见的接法是从管道水平位置接出，并分别安装凝液罐，这样两根引压管内部都充满冷凝液，而且液位高度相同。45°45°(c)蒸汽流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表差压变送器引压管的安装引压管应按最短距离敷设，引压管的弯曲处应该是均匀的圆角，曲率半径一般不小于引压管外径的10倍。引压管的管路应保持垂直，或者与水平线之间不小于1:10的倾斜度，必要时要加装气体、凝液、微粒收集器等设备，并定期排除收集物。引压管内径与引压管长度引压管内径引压管mm长度m被测介质＜1.61.6～4.54.5～9水、水蒸气、干气体7～91013湿气体131313低中粘度油品131925脏液体252533在测量液体介质时，变送器只能安装在取样口之上时，在引压管的管路中应有排气装置，如图(a)所示，这样，即使有少量气泡，也不会对测量精度造成影响。在测量气体介质时，如果差压变送器只能安装在取样口之下时，必须加装如图(b)所致的贮液罐和排放阀，克服因滞留液对测量精度产生影响。测量蒸汽时的引压管管路则如图(c)所示。－+－+－+11223311445516655777(a)(b)(c)1－取压口2－放空阀3－贮气罐4－贮液罐5－排放阀6－凝液罐7－差压变送器流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表差压变送器本身的安装差压变送器通常必须安装切断阀1、2和平衡阀3，构成三阀组－+2131、2－切断阀3－平衡阀差压变送器是用来测量差压的，但如果正、负引压管上的两个切断阀不能同时打开或者关闭时，就会造成差压变送器单向受很大的静压力，有时会使仪表产生附加误差，严重时会使仪表损坏。为了防止差压计单向受很大的静压力，必须正确使用平衡阀。在启用差压变送器时，应先开平衡阀3，使正、负压室连通，受压相同，然后再打开切断阀1、2，最后再关闭平衡阀3，变送器即可投入运行。差压变送器需要停用检修时，应先打开平衡阀，然后再关闭切断阀1、2。当切断阀1、2关闭，平衡阀3打开时，即可以对仪表进行零点校验。——节流式流量计误差产生的原因孔板本身原因：HhDd直角边缘不锐利P()测量值偏小d太大P()测量值偏小h太大P()测量值偏大安装不好，孔板弯曲可大可小流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表要使仪表的指示值与通过管道的实际流量相符，必须做到以下几点：（1）差压变送器的压差和显示仪表的流量标尺有若干种规格，选择时应与节流装置孔径匹配。（2）在测量蒸汽和气体流量时，常遇到工作条件的密度ρ与设计时的密度ρc不相同，这时必须对示数进行修正。（3）显示仪表刻度通常是线性的，测量值（差压信号）要经过开方运算进行线性化处理后再送显示仪表。（4）节流装置应正确安装。（5）接至差压变送器的压差应该与节流装置前后压差相一致，这就需要正确安装差压信号管路。转子流量计在工业生产中经常遇到小流量的测量，因其流体的流速低，这就要求测量仪表有较高的灵敏度，才能保证一定的精度。转子流量计特别适宜于测量管径50mm以下管道的流量，测量的流量可小到每小时几升。h孔板流量计：节流面积不变流量变化压差发生变化转子流量计：压差不变流量变化节流面积发生变化转子流量计主要由两个部分组成：一是由下往上逐渐扩大的锥形管（通常用透明玻璃制成）二是放在锥形管内可自由运动的转子。AgVhQphQAgVhMphMAgVpppAppgVfftffftfftft)(22)(22)()()(2121流量检测方法及仪表——电远传式转子流量计LZD系列电远传式转子流量计（1）功能：远传显示（2）组成：流量测量变送部分+电动显示部分流量测量变送部分：转子流量计差动变压器T1电动显示部分：差动变压器T2放大器可逆电机凸轮显示机构流量检测方法及仪表差动变压器的结构与原理组成：铁芯，骨架，初级线圈(绕在骨架的内层，同相串联)，次级线圈(绕在骨架的外层，反相串联)。流量检测方法及仪表图3-10差动变压器结构铁芯处于中间位置时：e1=e2u=e1-e2=0铁芯上移时