第5章 流量检测(5.1)

第五章流量检测流量:单位时间内流过管道某截面流体的体积或质量。前者称为体积流量，后者称为质量流量。流体:液体和气体的总称。总量:在一段时间内流过的流体量，即瞬时流量对时间的累积。流体计量表(或流量计):测量总量的仪表。本章介绍差压式、容积式、速度式、振动式和电磁式流量计。5.1流量的检测方法qv表示体积流量，单位为m3/s；qm表示质量流量，单位为kg/s。则二者之间的关系为：ρ表示流体的密度，时间t内，流体流过管道某截面的总体积流量和总质量流量分别为：mVqq'0tVVqqdt'0tmmqqdt5.1流量的测量方法一、节流差压法在管道中安装一个直径比管径小的节流件。通常以节流件的型式对差压式流量计分类。文丘利管孔板喷嘴节流件前后产生的静压差的大小和流过的流体流量有一定的函数关系，可以通过节流件前后的压差求流量。二、容积法容积式流量计又称排量流量计，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，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。容积式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。定排量测量方法可追溯到18世纪，20世纪30年代进入普遍商业应用。5.1流量的测量方法三、速度法直接测出管道内流体的流速，以此作为流量测量的依据。四、流体阻力法流体流动对设置在管道中的阻力体以作用力，其作用力的大小与流量大小有关。浮子流量计,又称转子流量计,是变面积式流量计的一种,可以自由运动的浮子作为阻力体，在一根由下向上扩大的垂直锥型管中,圆形横截面的浮子的重力是由液体动力承受的,浮子可以在锥管内自由地上升和下降。在流速和浮力作用下上下运动，与浮子重量平衡后，通过磁耦合传到与刻度盘指示流量。5.1流量的测量方法五、流体振动法在管道中设置特定的流体流动条件，使流体流过后产生振动，而振动频率与流量有确定的函数关系。六、质量流量测量通过直接或间接的方法测量单位时间内流过管道截面的流体质量数。1、直接式2、间接式5.1流量的测量方法5.2差压式流量计差压式流量计又叫节流式流量计，主要有两大部分组成：节流装置和差压计。差压式流量计基于流体在通过设置于流通管道上的节流件时产生的压力差与流体流量之间的函数关系，通过测量差压值求得流体流量。5.2.1节流装置的工作原理流体流经节流装置（如孔板）时的节流现象如图所示。5.2差压式流量计在水平管道装有标准孔板，当流体流经孔板时的流束及压力分布情况如图所示。当流体流经管道内的节流件时，流体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。2ppp1=5.2.2流量方程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）。连续性方程：任取一管段，设截面Ⅰ、截面Ⅱ处的面积、流体密度和截面上流体的平均流速分别为A1、ρ1、v1和A2、ρ2、v2。222111AvAv5.2.2流量方程伯努利方程：当理想流体在重力作用下在管内定常流动时，对于管道中任意两个截面Ⅰ和Ⅱ有如下图所示：势能mgh1mgh2动能1/2mv121/2mv22压力能mp1/ρ1mp2/ρ22vh1h21v1p2p221122121222vpvpghgh2211221212,22若则vpvphh221211022000222202002022(,)12()12()2vmvpvpFvFvFFFmFFFpppvppmqFvFpqFvFp1212011根据伯努利方程：流体连续性方程：管道面积，节流件面积,==体积流量：质量流量：流量系数，用实验确定其值大小。5.2.2流量方程22222200.012520.012520.012520.01252//;1vmppqmdmDqmdpmDpmmFFdDdD工程上实用方程式：体积流量：质量流量：孔板开孔面积与管道内截面积之比，即流量膨胀的校正系数，不可压缩流体=1，可压缩流体；节流装置在工作状态下的开孔直径；工作状态下的管道内径；被测流体的重度（现在一般采用密度）。5.2.2流量方程5.2.3流量系数的确定主要是流量系数α，与节流装置的形式、取压方式、雷诺数、节流装置开口截面比和管道内壁粗糙度等有关。雷诺数：是表征粘性介质流动特性的一个无因次量。角接取压法对应的节流装置定位标准的节流装置。根据角接法测得与流量系数α相关的实验数据关系如下。左图是标准孔板的流量系数α，流体雷诺数Re和孔板截面比m的实验关系曲线。右图是标准孔板在雷诺数大于界限雷诺数Rek时的流量系数随m值变化的关系曲线。5.2.3流量系数的确定5.2.4标准节流装置全套标准节流装置如图所示。使用条件：1.被测介质应充满全部管道截面并连续流动；2.管道内的流束是稳定的；3.节流装置的前后要有足够长的直管段，前后长度为二倍管道直径，管道内表面不能有突出物和明显的粗糙不平；4.各种标准节流装置的使用管径D和孔截面比都有取值限制。标准孔板及标准喷嘴的结构如图所示。5.2.4标准节流装置补充：孔板或喷嘴的安装孔板和喷嘴的安装应符合下列规定：1.孔板或喷咀安装前应进行外观检查，孔板的入口和喷嘴的出口边缘应无毛刺和圆角，并按现行的国家标准《流量测量节流装置的设计安装和使用》的规定复验其加工尺寸；2.安装前进行清洗时不应损伤节流件；3.孔板的锐边或喷嘴的曲面侧应迎着被测介质的流向；4.在水平和倾斜的工艺管道上安装的孔板或喷嘴，若有排泄孔时，排泄孔的位置对液体介质应在工艺管道的正上方，对气体及蒸汽介质应在工艺管道的正下方；5.孔板或喷嘴与工艺管道的同轴度及垂直度，应符合规范的相应规定；6.环室上有“＋”号的一侧应在被测介质流向的上游侧，当用箭头标明流向时，箭头的指向应与被测介质的流向一致；7.垫片的内径不应小于工艺管道的内径。5.2.5取压方式以孔板为例，各种取压方式的取压孔位置如图所示。1为角接取压；2为法兰取压；3为理论取压；4为径距取压；5为管接取压；5.2.5取压方式角接取压:上下游取压管位于孔板(或喷嘴)的前后端面处。角接取压包括单独钻孔和环室取压。如图中1-1位置。法兰取压：取压孔的轴线至孔板上、下游侧端面之间的距离均为25.4±0.8mm（1inch)。取压孔开在孔板上下游侧的法兰上．如图中2-2位置。理论取压：上游侧取压孔的轴线至孔板上游端面的距离为1D±0.1D，下游侧取压孔的轴线至孔板上游端面的距离因值不同而异。该距离理论上就是流束收缩到最小截面的距离。如图中的3—3位置。5.2.5取压方式径距取压：上游侧取压孔的轴线至孔板上游端面的距离为1D±0.1D，下游侧取压孔的轴线至孔极下游端面的距离为0.5D。如图的4-4位置。管接取压(损失取压)：上游侧取压孔的轴线至孔板上游端面的距离为2.5D，下游侧取压孔的轴线至孔板下游端面的距离为8D。如图中的5-5位置。该方法使用很少。5.2.6差压计一、双波纹管差压计主要由两个波纹管(2\12)量程弹簧(16)扭力管及外壳等部分组成。挡板23推动扭管转动，其中心轴将连接轴5的位移传给指针或显示单元。二、膜片式差压计主要由差压测量室(5/13)、三通导压阀(29高压阀；30平衡阀；31低压阀)和差动变压器(17)三部分组成。5.2.6差压计5.2.7标准节流装置的安装要求一、节流件的开孔和管道同心，端面与管道的轴线垂直。在节流件的上下游，必须有一定长度的直管段；二、导压管尽量按最短距离敷设在3～50m之内；为了不致在此管路中积聚气体和水分，导压管应垂直安装。水平安装时，其倾斜率不应小于1：10，导压管为直径10mm～12mm的铜、铝或钢管。5.2.7标准节流装置的安装要求三、测量液体流量时，应将差压计安装在低于节流装置处，如一定要安装在上方时，应在连接管路的最高点安装带阀门的集气器，在最低处安装带阀门的沉降器，以便排出导压管内的气体和沉积物。5.2.7标准节流装置的安装要求四、测量气体流量时，应将差压计安装在高于节流装置处。如一定要安装在下面，在连接导管的最低处安装沉降器，以便排除冷凝液及污物。五、测量粘性的、腐蚀性的或易燃的流体流量时，应安装隔离器，如图所示。5.2.7标准节流装置的安装要求六、测量蒸汽流量时，差压计和节流装置之间的相对配置和测量液体流量相同：一般将差压计安装在低于节流装置处。5.2.7标准节流装置的安装要求