培训3几种典型流体的流量测量

0页流量测量马永志2014年4月增长知识，迈向辉煌1页目录一、流量测量技术与流量测量仪表应用二、企业流量计量监侧与管理系统三、师生互动，疑难问题现场解答2页一、流量测量技术与流量测量仪表应用（一）蒸汽和气体流量测量技术新进展、国内外流量仪表的优势比较及选型安装调试方法（二）几种典型流体的流量测量（三）热量和冷量的计量（四）流量批量控制系统、脉动流量测量（五）提高流量测量精准度的实用方法（六）流量测量系统误差的生成与处理（七）天然气与煤气的流量计量（八）流量仪表及流量过程测量的相关国家标准、国际标准及操作规程3页（二）几种典型流体的流量测量1、微小流量的测量；2、大流量的测量；3、腐蚀性介质的流量测量；4、多相流体的流量测量。一、流量测量技术与流量测量仪表应用4页1、微小流量的测量（1）概念半导体制造业、生物工程、精细化工等的兴起，使流量测量向低端延伸，小流量计流量的要求在上世纪80∽90年代凸显起来。何谓小流量？业界尚无公认的定义和界限，小流量因应用领域而异是一个模糊的概念。管道小流量测量体现于管径小和流速低两个层次，就流程工业而言，习惯上DN10甚至DN15以下管径流量测量称之小流量测量，通常其流量值液体为1L/min或0.06m³/h以下，流量仪表满度流量时的流速低于0.1m/s。（二）几种典型流体的流量测量5页1、微小流量的测量（2）测量方法传统小流量测量技术节流差压（层流）法、浮子法和容积法等有了卓越的改进，新测量技术如超声法、热法、科里奥利法等也有成效地应于液体和气体小流量测量。（二）几种典型流体的流量测量6页1、微小流量的测量（3）特点微小流量与一般流量测量相比较，具有以下特点。1）雷诺数低一般管道流动均为紊流流动，流量仪表也是针对紊流流动态设计的，而小流量仪表因管径小常处于层流流动（例如管内径6mm,流量0.05L/min，Re为1800或层流/紊流过渡区流态流动，小流量测量受使用中流体黏度变化影响颇大。）（二）几种典型流体的流量测量7页1、微小流量的测量微小流量与一般流量测量相比较，具有以下特点。2）要用实际使用流体校准液体流量仪表一般用水校准，气体用空气校准。若知道实际测量流体与校准流体间某些物性不同对示值有规律变化时，中大管径流量仪表常以适当系数修正。但有些小流量仪表受黏度等流体物性影响大，须以实际使用流体校准。所幸流量小，用实际使用流体校准难度不大，但在作有害性流体校准时应注意安全和环境污染。（二）几种典型流体的流量测量8页1、微小流量的测量微小流量与一般流量测量相比较，具有以下特点。3）要求测量时防止污染流体若测量洁净气体和纯水常不允许接触流体的仪表零件材料析出离子，例如半导体制备中仪表不能用金属和玻璃制成，只能用塑料。流体中也不允许混入活动件的磨蚀尘粒。流量仪表流通通道要尽可能简单，不应有潴留（指液体在体内不正常地聚集停留）部位，防止潴留介质变质。（二）几种典型流体的流量测量9页1、微小流量的测量微小流量与一般流量测量相比较，具有以下特点。4）气泡和尘埃附着的影响因管径小黏性增加，液体中微细气泡易在管系流动过程中积聚变大，使测量时指示不稳，精确度下降。流体中尘埃附着测量元件也要影响测量值，例如浮子流量计的浮子上沉积有肉眼觉察不出的附着层也会影响示值。（二）几种典型流体的流量测量10页1、微小流量的测量微小流量与一般流量测量相比较，具有以下特点。5）流量仪表品种使用上受到一定限制在众多测量原理流量仪表中，因各种原因小流量应用受到一些限制，当前能应用于小流量的品种如表格所示。（二）几种典型流体的流量测量11页1、微小流量的测量（4）几种小流量测量仪表1）差压式管路中接入差压发生器（节流件），测量其前后产生与流速成比例的压差，以此求取流量。在紊流时差压与流速平方成正比，在层流时与流速成线性关系。小流量测量由层流元件（如瓦楞纸状节流板）组成差压发生器，以保证层流流动，这种差压式仪表也称层流流量计，最小可测流量5mL/min液体。差压变送器内藏喷嘴或孔板也常用作小流量测量，最小可测量15mL/min液体。本类仪表缺点是测量受黏度影响，并易堵塞，有潴留介质部位，接触介质零部件不能全用塑料，应用局限较多。（二）几种典型流体的流量测量12页1、微小流量的测量（4）几种小流量测量仪表2）浮子流量计它利用浮子在垂直锥形管内随着流量大小上下浮动改变流通面积，以浮子高度测定测量。若锥形度小，浮子密度和被测液体密度接近，满度流量可小至10Ml/min；2mm直径球形浮子仪表最小可至0.16Ml/min。结构简单易制成全塑料仪表，应用于纯水、洁净气体，但只是通过透明锥形管读取流量值，无输出信号作配比等流量控制。日本曾发表可发信的小流量浮子流量计，称做（Semiflow）流量计，如图所示，浮子延伸下端为永久磁铁7，由磁敏元件10检出其位置。位置与输出信号关系如图所示。接触液体部件均由氟塑料制成。最小规格的满度流量为30mL/min，范围度5:1，测量精度为±6%FS。（二）几种典型流体的流量测量±1%R的意思精度是实际读数的±1%，是个随实际读数变化的值，±2%FS的意思精度是满量程的±2%，是个稳定的值。R是英文Read的第一个大写字母，FS是英文FullSCAL（满量程）的简写。13页1、微小流量的测量（4）几种小流量测量仪表3）容积式流量计小流量容积式流量计常见的有圆柱齿轮式和椭圆齿轮式仪表，通过磁性或光电检出齿轮转数，常用于测量石油制品，如动力机耗油量计量、润滑油流量监测，以及各种添加剂注入量控制等。其优点是不受黏度、密度、流速分布影响，可测量高黏度液体；缺点是有活动部件会产生磨损微粒，压损相对较大。齿轮式仪表最小满度流量为4L/min,精确度为±0.5%；椭圆齿轮式仪表最小满度流量为0.1L/min，精确度为±2%，范围度低黏度液体为10:1，中等黏度液体为100:1，高黏度液体则更高。（二）几种典型流体的流量测量14页1、微小流量的测量（4）几种小流量测量仪表4）热式流量计它是在上世纪80年代初半导体制造业需求的推动下得到发展，现仍是其主要使用产业。热式流量计是当前气体小流量测量的主导品种，最小满度流量为5mL/min（标准状态），测量精确度±（1-2）%FS。近年市场上已有工业实用型液体热式流量计，如荷兰BronkHiTech公司、美国Brooks公司产品，最小满度流量为0.034g/min，测量精确度+1%FS，响应时间1-3s。（二）几种典型流体的流量测量15页1、微小流量的测量（4）几种小流量测量仪表4）热式流量计若使用场所不容许加热升温，则可采用帕耳帖效应（PeltierEffect当有电流通过不同的导体组成的回路时,除产生不可逆的焦耳热外,在不同导体的接头处随着电流方向的不同会分别出现吸热、放热现象。这是J.C.A.珀耳帖在1834年发现的。）制冷型热式流量计，（美）Estech公司LF系列仪表满度流量在0.01-100g/min范围内有9种规格，响应时间2s。热式流量计测量质量流量，气体仪表通常用空气校准，空气、氮气等温度压力变化不大时（100℃，1Mpa以内），测量值所受影响极小，测量其他气体时用系数换算。若测量混合气体的组分比率变化则要影响量值。热式流量计只能用于测量洁净流体，微小流量型仪表测量管内径小，仅0.5-0.8mm甚至0.2mm易堵塞。（二）几种典型流体的流量测量16页1、微小流量的测量（4）几种小流量测量仪表5）超声流量计超声流量计利用声波在顺流方向传播速度增快，逆流方向减慢，同一传播距离就有不同传播时间，测量传播时间差以求取流量，称作传播时间法超声流量计。这种通用设计的仪表用于小管径遇到的问题有：(1)小口径仪表声程长度和所测时间过短，口径小于50mm检测有难度；（2）通常测量的是声程在直径位置上线平均流速，经转换系数K换算成面平均流速，K随雷诺系数而变，如图从层流区转向紊流区K变化甚大，小管径小流量仪表常落在层流转向紊流区的过度区内。小流量超声流量计需另辟途径，趋避这两不利因素。（二）几种典型流体的流量测量Re=vd/r式中;Re为雷诺数，d为管道直径，v为管道中平均流速，r为液体运动粘滞系数17页1、微小流量的测量（4）几种小流量测量仪表5）超声流量计µLF-100型液体超声流量计定型产品管径3-6mm，若用于1mm内径管，满量程流量为100mL/min，流速0.5-10m/s范围内的测量精确度为±2%R，重复性±0.2%，流速分辨力（指显示装置中对其最小示值误差的辨别能力）为5mm/s。超声流量计测量液体若含有气泡会使输出大幅跳动，但近年带微处理器的仪表做数学运算后，可防止输出突然偏移这一缺点。（二）几种典型流体的流量测量重复性是用本方法在正常和正确操作情况下，由同一操作人员，在同一实验室内，使用同一仪器，并在短期内，对相同试样所作多个单次测试结果，在95%概率水平两个独立测试结果的最大差值。18页1、微小流量的测量（4）几种小流量测量仪表6）科里奥利质量流量计它的特点是测量值不受流体物性影响，但压力损失较大，较多用于液体，也可以用于中高压气体。荷兰BronKhorstHigh-Tech公司Cori-Flow系列仪表有多种规格可测满量程流量范围为3.33g/min-600kg/h，最小流量0.33g/min，精确度±0.2∽1%R（二）几种典型流体的流量测量19页1、微小流量的测量（4）几种小流量测量仪表7）电磁流量计它的优点是测量通道是无阻扰的直管，无潴留部位。与液体接触的仅是氟塑料内壁测量管和白金等电极，具有良好耐腐蚀性适宜于测各种药液，但不能测低电导率≤-10E6S/cm的纯水、酒精等。若仅从小流量这一视点作比较，电磁流量计不是强项，因为口径小比常用口径仪表小的多，流速不能用得过低，因此最小流量相对较大。小流量电磁流量计常用作注入药液流量控制，如水厂用于原水和凝聚剂间流量配比控制。ADMAG型微小电磁流量计规范中最小口径DN2.5，满度流量2.95L/min，此时平均流速10m/s，为管道常用经济流速的5倍，精度为±0.5%R。（二）几种典型流体的流量测量20页（二）几种典型流体的流量测量1、微小流量的测量；2、大流量的测量；3、腐蚀性介质的流量测量；4、多相流体的流量测量。一、流量测量技术与流量测量仪表应用21页2、大流量的测量随着为提高效率推向大型化规模生产，流量仪表也经历了一轮向大口径扩展的变革，如电磁流量计口径最大已经达3m，超声流量计已经能用到5-10m管道。种类：(1)大口径管路液体流量测量(2)气体大流量测量（二）几种典型流体的流量测量22页2、大流量的测量(1)大口径管路液体流量测量1）特点①管路口径大要求压损越小越好。一般不允许用局部缩径的方法提高流速。②流速一般都不高。新设计安装的管路，一般均选择经济流速。因为流速太低，势必增加管路的投资，流速太高，会造成功力损耗大幅度增加，导致运行成本上升，都是不经济的。但有些老管路，由于增产的需要而提高了流速。③由于流速较低，流体中的污垢、淤泥等极易在管道内壁沉积。作系统设计时应考虑仪表与流体接触部分的清洗。（二）几种典型流体的流量测量23页2、大流量的测量(1)大口径管路液体流量测量1）特点④测量范围度要求大。有些水管夜间和日间、冬季和夏季流量相差悬殊，多达1O-20倍，有些空调用水，到一定季节干脆就停用，因此，这些水的流量计就要求范围度特别大。⑤防护等级要求高。大口径管路大多埋地敷设，为的是节省空间，在北方，也是防冻的需要。因此流量传感器大多被安装在仪表井内的管段上。由于雨水、井壁渗漏和管路外漏等原因常常引起井内水位上升而淹没流量传感器，所以设计时就应估计到这种情况，选用防持续浸水影响的流量传感器，例如IP68的防护等级（由IEC（INTERNATIONALELECTROTECHNICALCOMMISSION）所起草。将电器依其防尘防湿气之特性加以分级。）。（二）几种典型流体的流量测量24页2、大流量的测量(1)大口径管路液体流量测量2）仪表选型①电磁流量计。电磁流量计在大口径水流量测量中占有极其