第四章-流量测量

第四章流量检测流量及其测量方法1.流量的概念单位时间内流过管道内某一截面的流体数量，称为瞬时流量。而在某一段时间间隔内流过管道某一截面的流体量的总和，即瞬时流量在某一段时间内的累积值，称为总量或累积流量，如用户的水表、气表等。工程上讲的流量常指瞬时流量，下面若无特别说明均指瞬时流量。瞬时流量有体积流量和质量流量之分。1）体积流量qv体积流量qv是指单位时间内通过某截面的流体的体积，单位为m3/s。2）质量流量qm质量流量qm是指单位时间内通过某截面的流体的质量。qm=qv*ρ质量流量=体积流量*流体密度目前流量测量的方法很多，测量原理和流量传感器（或称流量计）也各不相同。节流差压法容积法节流差压法速度法质量流量测量流量测量电磁式、振动式差压式流量计的基本构成和原理：差压式流量传感器又称节流式流量传感器，主要由节流装置和差压传感器(或差压变送器)组成。它是利用管路内的节流装置，将管道中流体的瞬时流量转换成节流装置前后的压力差，然后用差压传感器将差压信号转换成电信号，或直接用差压变送器把差压信号转换为与流量对应的标准电流信号或电压信号，以供测量、显示、记录或控制。变送器节流装置节流装置的作用是把被测流体的流量转换成压差信号。当被测流体流过节流元件时，流体受到局部阻力，在节流元件前后产生压力差，就像电流流过电阻元件产生电压差那样。高压低压节流元件上游压力P1高于下游压力P2。流量与压差ΔP=P1-P2的关系为PSqPSq220m0vα为流量系数，是用实验方法求出的。各种节流装置取压方式：1、角接取压法2、法兰取压法3、理论取压法4、径距取压法5、管接取压法1角接取压法：(1).环式取压法(2).加紧环取压法(钻孔取压)法兰取压法：理论取压法DD径距取压法：DDD/2管接取压法：2.5DD8D容积式流量传感器流体充满一定的空间流体排除优点：精准，被测流体黏度影响不大，不要求前后直管端。要求：流体不含固体颗粒。椭圆齿轮流量计一、椭圆齿轮流量计上齿轮旋转1/4周，流过流量计的流体体积是一个“月牙”型腔的体积。怎样知道流量？每一个齿轮旋转一周，就有4个“月牙”型空间的体积的流体流过。只要计算每个齿轮的旋转周数，就知道有被测流体通过仪表。腰轮流量计：旋转活塞式流量计1－液体入口；2－隔板；3－液体出口；4－活塞轴；5－计量室轴；6－计量室；7－旋转活塞2134567刮板式流量计优点：测量精确，不需要直管段，流体黏度影响小：缺点：要求被测流体清洁，不含颗粒物，结构中有活动部件。速度流量计——叶轮式流量计叶轮式流量计通过叶轮盒的分配作用，将多束水流从叶轮盒的进水口切向冲击叶轮使之旋转，然后通过齿轮减速机构连续记录叶轮的转数，从而记录流经水表的累积流量。叶轮式流量计叶轮式流量计叶轮式流量计叶轮式流量计常见应用水表、煤气表速度式流量计——涡轮式结构：当被测流体流过传感器时，在流体作用下，叶轮受力旋转，其转速与管道平均流速成正比，叶轮的转动周期地改变磁电转换器的磁阻值。检测线圈中磁通随之发生周期性变化，产生周期性的感应电势，即电脉冲信号，经放大器放大后，送至显示仪表显示。涡轮式涡轮式优点：结构简单、加工零部件少、重量轻、维修方便、流通能力大涡轮式流量与信号频率的关系：qv=f/Kf－流量计输出信号的频率；K－流量计的仪表系数。涡轮式安装要求：流量计可水平或垂直安装，垂直安装时流体流动方向应从下向上，液体必须充满管道，不得有气泡；液体流动方向要与传感器外壳上指示流向的箭头方向一致；传感器前后直管段要求，上游端至少应有10倍公称通径长度的直管段，下游端应不少于5倍公称通径的直管段，其内壁应光滑清洁，无凹痕、积垢和起皮等缺陷。传感器应远离外界电场、磁场，必要时应采取有效的屏蔽措施，以避免外来干扰。振动式流量计根据流体受阻后产生振动漩涡的原理制成的流量传感器，又称漩涡式流量计。流体在流动过程中遇到某种阻碍后在它的下游会产生一系列自激振荡的漩涡，测量流量漩涡的振动频率就可推算出流量值。振动式流量计按照管道内设置阻碍和产生漩涡形式的不同可分为旋进式漩涡流量计和卡门漩涡流量计。这类流量计一般以频率输出，以数字显示，它们的转换过程没有可动元件，压力损失小，流量测量范围大，工作可靠，寿命长。振动式流量计怎样测出涡流的发生频率？由于涡流的产生造成漩涡发生体的左右两侧流速的交替变化，由热敏电阻测出这个流速的变化。热敏电阻振动式流量计当流体通过由螺旋形叶片组成的漩涡发生器后，流体被迫绕着发生体轴剧烈旋转，形成漩涡。当流体进入扩散段时，形成陀螺式的涡流进动现象。该进动频率与流量大小成正比，不受流体物理性质和密度的影响。检测元件测得流体旋转进动频率，就知道了流量。振动式流量计旋进式漩涡流量计振动式流量计优点：测量精度高，量程宽。测量介质广泛，可测量液体、气体和蒸汽。工作温度高，介质温度可达350℃。无运动部件，无磨损，可靠性高。表体采用不锈钢材料，耐腐蚀振动式流量计◆公称口径：◆适用范围：气体、液体、蒸汽。◆可测介质温度：-40℃～280℃，-40℃～350℃。◆公称压力：≤1.6MPa≤2.5MPa≤4MPa。◆精度等级：气体、液体1.5级、蒸汽1.0级。◆输出信号：电压脉冲：低电平≤1V，高电平≥6V4-20mA◆供电电源：电压脉冲输出时：+12VDC。4-20mA输出时：+19VDC—+30VDC。现场液晶显示：3.6V1号1节锂电池供电，使用寿命大于2年。◆环境温度电压脉冲输出：-30℃—+65℃4-20mA输出：-10℃—+55℃现场液晶显示：-25℃—+55℃安装要求（1）.流量传感器可安装在室内或室外，避开高压线、旋转机械设备、有毒有害环境、强烈机械振动等危及人身和仪表安全的环境，及与流量传感器使用条件不相符的温度、湿度环境。选择在安全，便于安装、调试和检修，环境比较好的地方。（2）.在设计流量传感器安装位置时，除了考虑直管段条件外，还应给流量传感器的周围留有足够的操作空间，以方便安装、调试和检修。特别是要给人留有安全、方便的操作空间。仪表被安装在高空时，应制作操作平台，确保人在高空操作的安全。（3）.流量传感器可以安装在水平、垂直或倾斜的管道上。但当测量液体时，安装在垂直或倾斜的管道上的流量传感器，必须保证液体的流向自下而上，以保证管道内充满液体，以及抵消附加重力的冲击.（4）.流量传感器的上游和下游应留有较长的直管段，直管段的尺寸根据上游的管道型式不同而异。（5）.安装流量传感器的管道内径必须与流量传感器内径一致。否则在安装流量传感器的那一段上下游管道要进行变径。选择管径的原则是：管道内径必须与流量传感器的公称内径一致。两内径的相对误差控制在±1%以内为好。（6）.为了检修拆卸时，不影响连续生产。在有条件的情况下，推荐采用有旁通管道的安装方法。（7）.流量传感器的上游不应安装调节阀或半开阀门，以免影响流量传感器的精确度和稳定性。调节阀或半开阀门应安装在流量传感器下游5DN之外。复习与练习：1.什么是正压电效应和逆压电效应？2.压电传感器有什么特点？3.电容传感器由哪几种类型?4.什么是霍尔效应？5.容积式流量计的基本原理是什么？有什么优点？对被测流体有什么要求？电磁流量计原理：法拉第电磁感应定律E=BLVB：磁场强度L：导体长度V：导体移动速度电磁流量计流量传感器是把流过管道内的导电液体的体积流量转换为线性电信号。其转换原理就是著名的法拉第电磁感应定律，即导体通过磁场，切割电磁线，产生电动势。电磁流量计U=BDVB：磁场强度。D：管道内壁。V：液体流动速度。体积流量的计算qv=π(D/4)2V注意：管道不能导磁内壁挂绝缘材料电磁流量计的结构电磁流量计优点：不产生的压力损失实际上不受流体密度、粘度、温度、压力变化的影响缺点：不能测量电导率很低的液体，如石油制品和有机溶剂等。不能测量气体、蒸汽。不宜用于较高温度的液体。注：不要在上游接截止阀。电磁流量计【电磁流量计特点】NV2118D智能电磁流量计是我公司采用国内外最先进技术研制开发的全智能型电磁流量计，广泛应用于化工化纤、食品、造纸、制糖、矿冶、给排水、环保、水利水工、钢铁等工业领域中，用来测量各种酸碱、泥浆、纸浆等导电液体介质的体积流量。其全中文电磁内核转换器采用高速中央处理器。计算速度非常快、精度高，测量性能可靠。电磁流量计参数技术参数：●管径：四氟衬里：DN15~DN600；橡橡衬里：DN40~DN1200●精度等级：0.5级●被测介质温度：普通橡胶衬里：-20~+60℃；高温橡胶衬里：-20~+90℃；聚四氟乙稀衬里：-30~+100℃；高温型四氟衬里：-20~+180℃。●额定工作压力：DN6~DN80：≤1.6Mpa；DN100~DN250≤1.0Mpa；DN300~DN1200≤0.6Mpa；高压可订制。●流量测量范围：流量测量范围对应流速范围是0.1~15m/s●供电电源：85~256V，45~63Hz●直管段长度：上游≥5D，下游≥2D。●连接方式：电磁流量计与配管之间均采用法兰连接。●消耗总功率：小于20W●环境温度：-25℃~60℃●可提供一般型和隔爆型电磁流量计误差生成的几个原因电磁流量计误差生成的几个原因1.管内液体未充满实例1某造船厂有一台电磁流量计测量水流量，运行人员反映关闭阀门后流量为零时，输出反而达到满度值。现场检查发现传感器下游仅有一段短管，水直接排入大气，截止阀却装在传感器上游，阀门关闭后传感器测量管内水全部排空。将阀门改装位置后，故障便迎刃而解。这类故障原因在制造厂售后服务事例中是经常碰到的，当属工程设计之误。电磁流量计误差生成的几个原因（2）导电沉积层短路效应。电磁流量传感器测量管绝缘衬里若沉积导电物质，流量信号将被短路而使仪表失效。由于导电物质是逐渐沉积，本类故障通常不会出现在调试期，而要运行一段时期后才显露出来。电磁流量计误差生成的几个原因某柴油机厂工具车间电解切削工艺试验装置上，流量计测量和控制饱和食盐电解液流量以获取最佳切削效率。起初该仪表运行正常，间断使用2个月后，感到流量显示值越来越小，直到流量信号接近为零。现场检查，发现绝缘层表面沉积一层黄锈，擦拭清洁后仪表运行正常。黄锈层是电解液中大量氧化铁沉积所致。凡是开始运行正常，随着时间推移，流量显示越来越小，就应分析有此类故障的可能性。（3）有可能结晶的液体有些易结晶化工物料在温度正常的情况下能正常测量，由于输送流体的导管都有良好的保温，在保温工作时不会结晶，但是电磁流量传感器的测量管难以实施伴热保温，因此，流体流过测量管时易因降温而引起内壁结上一层固体。实例3湖南某冶炼厂安装一批电磁流量计测量溶液流量，因电磁流量传感器的测量管难以实施保温，数星期后内壁和电极上就结了一层结晶物，导致信号源内阻变得很大，仪表示值失常。（4）液体电导率超过允许范围引发的问题液体导电率若接近下限值也有可能出现流量测量不准现象。各种流量计比较差压流量计(DP)这是最普通的流量技术，包括孔板、文丘里管和音速喷嘴。DP流量计可用于测量大多数液体、气体和蒸汽的流速。DP流量计没有移动部分，应用广泛，易于使用。但堵塞后，它会产生压力损失，影响精确度。流量测量的精确度取决于压力表的精确度。容积流量计(PD)PD流量计用于测量液体或气体的体积流速，它将流体引入计量空间内，并计算转动次数。叶轮、齿轮、活塞或孔板等用以分流流体。PD流量计的精确度较高，是测量粘性液体的几种方法之一。但是它也会产生不可恢复的压力误差，以及需装有移动部件。优点：(1)精度高，(2)适用于高粘度介质流量的测量.缺点：(1)不适用于含有固体颗粒的流体(固体颗粒会将齿轮卡死，以致无法测量流量)(2)不适于测量腐蚀性介质涡轮流量计当流体流经涡轮流量计时，流体使转子旋转。转子的旋转速度与流体的速度相关。通过转子感受到的流体平均流速,推导出流量或总量。涡轮流量计可精确地测量洁净的液体和气体。像PD流量计，