流速与流量的测量

1、第四章第四章 流速和流量测量流速和流量测量 Flow and volume measurement 第一节第一节 毕托管测速毕托管测速 Pitot pipe flow measurement一、基本结构和测速原理一、基本结构和测速原理二、二维气流速度的测量二、二维气流速度的测量三、毕托管标定三、毕托管标定 可压缩性对气流速度测量的影响可压缩性对气流速度测量的影响第四节第四节 热线流速仪热线流速仪一、基本结构一、基本结构二、工作原理二、工作原理第六节第六节 流量测量流量测量flow measurement一、流体与流量一、流体与流量二、流量计的类型二、流量计的类型1、容积型流量计、容积型流量计2

2、、速度型流量计、速度型流量计3、质量流量计、质量流量计三、流量计的选用原则三、流量计的选用原则（1）根据被测介质的性质选择）根据被测介质的性质选择（2）根据用途选择）根据用途选择（3）根据工况条件选择）根据工况条件选择（4）其它）其它第七节第七节 差压式流量计差压式流量计(参考书：化工测量及仪表 范玉九主编流量测量方法和仪表的选用 蔡武昌主编）一、测量原理与流量方程一、测量原理与流量方程（一）流量方程式（一）流量方程式（二）流量方程中有关系数的确定（二）流量方程中有关系数的确定 1.流量系数流量系数 流量系数流量系数与节流元件的形式、取压方式、直径比与节流元件的形式、取压方式、直径比（ d/D

3、)d/D)，以及流动状态（，以及流动状态（R ReDeD）等因素有关。）等因素有关。标准节流装置的流量系数是通过试验求得的。标准节流装置的流量系数是通过试验求得的。 2.2.流体膨胀校正系数流体膨胀校正系数二、节流装置二、节流装置三、差压计三、差压计四、差压式流量计测量结果的修正四、差压式流量计测量结果的修正1.节流元件开孔尺寸节流元件开孔尺寸d因温度变化的修正因温度变化的修正 dd201+(T(T-T-T20) cd=(d/d)2 qv =cdqv2.被测流体密度被测流体密度变化的修正变化的修正 qv =cqv第六节第六节 电磁流量计电磁流量计 电磁流量计是根据法拉第电磁感应定电磁流量计是根

4、据法拉第电磁感应定律研制出的一种测量导电液体体积流量律研制出的一种测量导电液体体积流量的仪表。的仪表。4vDqeB第八节 速度式流量计1.涡轮流量计原理和特点2.涡轮流量计转速n与流量Q的关系3.涡轮流量计的安装 4.涡轮流量计的使用及维护1.涡轮流量计原理和特点涡轮流量计是一种速度式流量仪表。它具有测涡轮流量计是一种速度式流量仪表。它具有测量精度高量精度高, , 反应快以及耐压高等特点。反应快以及耐压高等特点。 它是以动量距守恒原理为基础的它是以动量距守恒原理为基础的, ,流体冲击涡流体冲击涡轮叶片。使涡轮旋转轮叶片。使涡轮旋转, ,涡轮的旋转速度随流量涡轮的旋转速度随流量的变化而变化的变化

5、而变化, ,最后从涡轮的转数求出流量值。最后从涡轮的转数求出流量值。通过磁电转换装置将涡轮转数变换成电脉冲通过磁电转换装置将涡轮转数变换成电脉冲, , 经前置放大经前置放大, ,送入二次仪表进行计数和显示送入二次仪表进行计数和显示, ,由由单位时间的脉冲数和累计脉冲数反映出瞬时流单位时间的脉冲数和累计脉冲数反映出瞬时流量和累积流量。量和累积流量。2.涡轮流量计转速与流量的关系设涡轮设涡轮(涡轮与叶片的组合体常称为叶轮涡轮与叶片的组合体常称为叶轮)的平面半的平面半径径r0,叶栅的流通截面为叶栅的流通截面为 S0,涡轮转速为涡轮转速为n,则平均半则平均半径径r0处的切向流速为：处的切向流速为： V

6、q=23.14r0n (2-1)被测流体经过叶片时的轴向平均流速为被测流体经过叶片时的轴向平均流速为Vz： Vz=Q/S0 (2-2)则则 tga=Vq/Vz (2-3)2.涡轮流量计转速与流量的关系简化简化(2-3)得得: Q=(23.14r0S0/tga)n(2-4) 由式由式(2-4)可知可知,当涡轮结构一定时当涡轮结构一定时,r0,S0,a为定为定值值,23.14r0S0/tga即为常数即为常数,则容积流量则容积流量Q正比正比于涡轮的转速于涡轮的转速n。设常数。设常数 C=tga/23.14r0S0 则有则有n=CQ (2-5) 由式由式(2-5)知知,测得涡轮转速测得涡轮转速,即可反

7、映容积流量。即可反映容积流量。3.涡轮流量计的安装1.涡轮流量计应水平安装涡轮流量计应水平安装,进出口处前后直进出口处前后直管段应不小于管段应不小于15D和和5D。 变送器与前置放变送器与前置放大器之间的距离不超过大器之间的距离不超过3m。3.变送器应安装在不受外界电磁场影响的变送器应安装在不受外界电磁场影响的地方地方,否则在变送器的磁电感应转换上加设否则在变送器的磁电感应转换上加设屏蔽罩。屏蔽罩。3.涡轮流量变送器与二次仪表都应良好的涡轮流量变送器与二次仪表都应良好的接地接地,连接电缆应采用屏蔽电缆。连接电缆应采用屏蔽电缆。4.涡轮流量计的使用及维护1.涡轮流量计变送器与仪表连接使用涡轮流量

8、计变送器与仪表连接使用,通常通常采用数字式积算频率仪表作二次显示仪表采用数字式积算频率仪表作二次显示仪表,以测出流量的瞬时值和累积值。以测出流量的瞬时值和累积值。2.变送器的比例常数变送器的比例常数C在一般情况下在一般情况下,除受介除受介质粘度的影响外质粘度的影响外, 几乎只与几何参数有关。几乎只与几何参数有关。实际使用时实际使用时,若与厂家标定时条件不符若与厂家标定时条件不符,为保为保证足够测量精度证足够测量精度,需实际重新标定。需实际重新标定。4.涡轮流量计的使用及维护3.由于变送器在工作时叶轮要高速旋转由于变送器在工作时叶轮要高速旋转,即使润滑即使润滑情况良好情况良好,也仍有磨擦产生。这

9、样也仍有磨擦产生。这样,在使用过一定的在使用过一定的时间之后时间之后,因磨擦而致使涡轮变送器不能正常工作因磨擦而致使涡轮变送器不能正常工作, 就应更换轴或轴承就应更换轴或轴承,并经重新标定后方能使用。并经重新标定后方能使用。4.发现故障发现故障,及时诊断处理。及时诊断处理。2.涡街流量计在流体中放置一非线性柱在流体中放置一非线性柱状物状物(如圆柱或三角形等如圆柱或三角形等),则在某一雷诺数范围内则在某一雷诺数范围内,在在柱状物的下游就会产生两柱状物的下游就会产生两列不对称且又有规律的漩列不对称且又有规律的漩涡。通常称为卡门涡街。涡。通常称为卡门涡街。圆柱卡门漩涡产生的频率圆柱卡门漩涡产生的频率

10、f与平均流速与平均流速V,圆圆柱直径柱直径d: f = St(V/d)在在Re =510215104之间时之间时,St基基本为一常数本为一常数0.2。其中其中 St斯特罗哈尔数斯特罗哈尔数第九节第九节 容积流量计容积流量计u工作原理：在一定容积的空间里充满的工作原理：在一定容积的空间里充满的液体，随流量计内部的运动元件的移动液体，随流量计内部的运动元件的移动而被送出出口，测量这种送出流体的次而被送出出口，测量这种送出流体的次数就可以求出通过流量计的流体体积。数就可以求出通过流量计的流体体积。椭圆齿轮流量计椭圆齿轮流量计 可广泛用于石油、化工、医药卫生等部门的流量测量。1、精确度高，受液体粘度影

11、响较小 2、表前不需安装直管段3、可水平安装或垂直安装，但椭圆齿轮轴应安装成水平位置。4、铸铁（普通型），不锈钢（防腐型）。5、有单累积计数器和双累积计数器两种（双累积有单次清零功能）注：为防止被测介质中的杂物卡死流量计，必须在表前安装过滤器配套使用。椭圆齿轮流量计椭圆齿轮流量计基本误差限（%）公称压力（MPa）工作温度（）液体粘度（mpas）0.5%1.60600.6200型号公称通径（mm）流量范围（m3/h）石油产品粘度（mpas）化学液体粘度（mpas）0.622882000.6200LC15150.381.50.21.50.151.50.31.5LC20200.7530.430.33

12、0.63LC25251.560.860.661.26罗茨流量计转子流量计7-3 用毕托管测量管道内水的流量，已知水温t=500c，水的密度=988kg/m3，运动粘度=0.55210-5m2/s，管道直径D=200mm，毕托管全压口距管壁r=23.8mm，测得压差P=0.7kpa，试确定此时的容积流量。7-4 转子流量计的测量准确度受哪些因素的影响？7-5 用转子流量计测量水的流量，当流量为0.75m3/h时，标尺高度h=160mm，如图7-27所示。转子有效面积A3=82mm2，转子体积V3=635mm3，转子材料密度3=8500kg/m3，转子流量计的流量系数=0.98，水的密度=998.

13、2kg/m3，确定转子流量计的锥半角。（答案：=1.33）7-6 试述涡轮流量计测量准确度受哪些因素的影响？7-7 用超声波流量计测水的流量。已知管径D=150mm，超声波发射与接收装置之间的距离L=450mm，声波在水中的传播速度c=1500m/s，超声波频率f=28Khz 。当流量为500m3/h时，确定超声波在顺流和逆流中传播的时间，时间差和相位差。（答案：12.98410-4s，23.015810-4s，3.1810-6s，0.559rad）7-8 分析椭圆齿轮流量计如何实现流量测量的，造成测量误差的因素有哪些？7-9 何谓标准节流装置？常见的标准节流件有哪些？相应的取压方式是什么？为

14、什么标准节流装置能在工业上得到广泛运用？7-10 试分析为什么对标准节流装置前后的直管段长度提出要求？直管段长度应如何确定？7-11 国际上目前使用的标准节流装置有哪几种？在使用标准节流装置时对流体，流动状态和管道都有哪些要求？7-12 测腐蚀性介质流量时，为防止压差变送器被腐蚀，采用甘油水溶液（=1129.5kg/m3）充满正负压信号管道，已知变送、器位于取压口下2m处仪表测量范围040kpa，最大压差对应的流量q=40t/h，负压管在运行中隔离液全部漏掉而错冲液体石蜡（=887kg/m3），求由负压管错冲隔离液而引起的测量误差。（答案：34.48%）7-13 如果节流式流量计的最大流量刻度

15、为q，为什么流量计允许的最小流量必须大于q/3？若最小流量为q/10，有什么问题？7-14 用标准孔板测量某流体流量。所配压差变送器的测量范围为040kpa，显示仪表标尺长100mm，流量刻度对应为030t/h；运行中该流量始终在2030t/h范围内变化，现想通过更换压差变送器和显示仪表的标尺，将初始流量设定为20t/h，试确定：（1）更换后的压差变送器的压差测量范围是多少？（2）对应流量22t/h，24t/h，26t/h，28t/h的刻度点距标尺起点的距离各为多少？答案：（1）025kpa；（2）L1=16.8mm，L2=35.2mm，L3=55.2mm，L4=76.8mm7-15 直径D=760mm的抽水管道，采用标准孔板测量抽出水的流量，孔板的开孔直径比=0.4，管道内压力P=0.7Mpa，设计时水温t=200C ；孔板前后测得压差P=3kPa。试确定：在冬天平均温度t1=80C，在夏天平均温度t2=280C时由温度偏离设计值引起的流量测量相对误差（已知80C时水的密度为=1000kg/m3，