计量器具的原理及故障处理

计量器具的原理及故障处理第1页，课件共43页，创作于2023年2月1）计量概述2）天然气计量3）流量计工作原理、安装、使用维护要求目录第2页，课件共43页，创作于2023年2月1、计量概述误差的基本概念量值传递与溯源校准与测定

计量管理第3页，课件共43页，创作于2023年2月

1）绝对误差：测量误差指测量结果与被测量的真值之差。表示为：△X=X-X02）相对百分误差（准确度）：测量结果的绝对误差△X与真值Xo之比，即：δX=（△X÷X0）×100%3）引用误差：指计量器具的示值的绝对误差与器具计量上限值（量程）之比，即：XQ=（△X÷Xlim）×100%4）重复性：在相同测量条件下，同一被测量进行连续多次测量所得结果之间的一致性。注：不同类型的流量计，其重复性计算公式略有不同。5）复现性：改变了的测量条件下，同一被测量测量结果之间的一致性。1.1误差的基本概念第4页，课件共43页，创作于2023年2月

计量检定是指计量器具的检定，是查明确认计量器具是否符合法定要求的程序，它包括检查、加标记和（或）出具检定证书。检定是进行量值传递源以及保证量值准确可靠的重要措施，因此，检定在计量工作中具有重要地位。

计量校准是指在规定的条件下，为确定计量仪器或计量装置所指示的量值，或实物量具（包括标准物质）所代表的量值，与相对应的由计量标准所复现的量值之间关系的一组操作。校准结果既可给出被测量的示值，又可确定示值的修正值。1.2校准与检定第5页，课件共43页，创作于2023年2月2、天然气计量天然气计量的特点流体的一些基本方程天然气计量方式

天然气计量要求

天然气计量仪表第6页，课件共43页，创作于2023年2月

（1）由于天然气属于易燃、易爆气体，所以保证天然气流量计量和分析测试全过程的安全性是天然气计量的首要约束条件；（2）由于天然气属于动态可压缩气体，且受到储存和运输条件的制约，天然气的计量量值不易于复现；（3）由于天然气属于多组分混合气体，组分的变化会引起相对密度、发热量、压缩因子、等熵指数、临界流函数等物性参数的变化，而这些参数直接参与天然气流量计算，对计量结果有直接影响；（4）由于天然气的气体流态特征，流量计的上游管件和阻力件形式、前后直管段和整流器形式等安装条件和温度、压力、震动、脉动、电磁干扰等操作条件和环境条件均会对计量结果产生直接影响；（5）天然气计量包括“质”和“量”两个方面，且两者相互关联。要保证天然气计量最终结果的准确可靠，必须保证天然气流量计量和分析测试两个方面均具有良好的溯源性。2.1天然气计量的特点第7页，课件共43页，创作于2023年2月

连续性方程：连续性方程是质量守恒定律应用于运动流体的数学表达式。对于可压缩流体非定常流动，认为流体是由无数流体微团连续分布而组成的连续介质，也就是认为表征流体属性的密度、速度、压力的流体物理量也是连续分布的。

对于定常流，根据质量守恒关系，在同一管道内，截面1的质量流量qm1和截面2的质量流量qm2应有如下关系：qm1=qm22.2流体的一些基本方程-1第8页，课件共43页，创作于2023年2月

克拉伯龙方程：PV=nRT单位：pPa；V

m3；T

K；n

mol；R

摩尔气体常数8.314510Jmol-1K-12.2流体的一些基本方程-2第9页，课件共43页，创作于2023年2月（1）体积计量：标准参比条件下的体积。主要是前苏联、东欧的一些国家及中国采用。（2）质量计量：常用于CNG、LNG的计量。（3）能量计量---GB/T22723-2008《天然气能量的测定》：天然气的能量计量是流量计量，发热量计量和组成分析三部分的组合。能量计量是通过两个不相关的测量来完成的，即体积或质量流量的测量和体积或质量发热量的测量，将这两种测量合成，计算出燃气的能量，其计算式如下：E=H×Q

式中：E——燃气的能量，MJ；

Q——燃气体积或质量，m3或kg；

H——燃气的体积或质量的发热量，MJ/m3或MJ/kg北美、南美、西欧、中东和亚洲的大多数国家，虽在计量单位上有所差异，但均采用能量计量。2.3天然气的计量方式第10页，课件共43页，创作于2023年2月GB/T17167-2006《用能单位能源计量器具配备和管理通则》：计量器具类别计量目的准确度等级要求气体流量表（装置）进出用能单位的气体能源计量煤气2.0天然气2.0蒸汽2.52.4天然气计量要求-1第11页，课件共43页，创作于2023年2月GB/T18603-2001《天然气计量系统技术要求》：参数测量计量系统配套仪表准确度A级（1.0）B级（2.0）C级（3.0）温度0.5℃0.5℃1℃压力0.2%0.5%1.0%密度0.25%0.75%1.0%压缩因子0.25%0.5%0.5%发热量1）0.5%1.0%1.0%工积流量0.75%1.0%1.5%1）当供气双方用能量流量交接时需要配套的项目。2.4天然气计量要求-2第12页，课件共43页，创作于2023年2月容积式流量计:内部具有构成一定标准体积的空间，这个空间由仪表壳的内壁和流量计转动部件一起构成。当流体通过流量计时，流体不断充满具有—定容积的计量室，由于在流量计进出口之间存在一定的压力差，流量计的转动部件在这个压力差作用下将产生旋转。在这个过程中，流体一次次地充满流量计的“计量空间”，然后又不断地被送往出口。在给定流量计条件下，该计量空间的体积是确定的，并推动腰轮(或活塞、齿轮、膜片等)往复转动。只要测得转动部件的转动次数，再由计数器累计流体充满计量室的次数就可以得到通过流量计的流体体积的总流量累计值。膜式燃气表、腰轮表等属于容积式流量计。2.5天然气的计量仪表-1第13页，课件共43页，创作于2023年2月

速度式流量计:速度式流量计利用被测流体流过管道时的速度冲动流量计叶轮或涡轮，使它们转动。流体速度快，单位时间内叶轮或涡轮转数就多；速度慢，叶轮轮或涡轮转数就少。叶轮或涡轮的转数与流量有较稳定的函数关系。测得叶轮或涡轮单位时间转数就可获知流体流量。除上述两种外，还有利用电磁流量计、旋进漩涡流量计、超声波、激光、同位素作媒介的流量计。2.5天然气的计量仪表-2第14页，课件共43页，创作于2023年2月

差压式流量计:差压式流量计是在流体流动的管道中装有一特制装置(如孔板、喉管等)。流体流过时，该装置前后两部分产生差压，差压大小与流量有—定函数关系。即差压大，流量大；差压小，流量小。测量出差压即可计算出流量。差压流量计分为：定差压式和节流式(或变差压式)两类。转子流量计属于定差压式流量计；节流装置与差压变送器组成的流量计属于节流式流量计。2.5天然气的计量仪表-3第15页，课件共43页，创作于2023年2月

质量流量计:质量流量计是用于计量流过管道流体的质量流量，主要有：科里奥利式质量流量计，利用流体在振管内产生的科氏力，采用测量科氏力方法得到流体质量流量。热式质量流量计，在流体管壁外设置热源，利用流动气体传递热量质量的关系，在其上下游产生温度变化而得到气体的质量流量。冲量式质量流量计，利用流体在一定的高度下落的冲量产生的力，采用测力方法得到质量流量。质量流量计可以直接得到质量流量，较多地用于生产过程参数计量、检测和过程控制。2.5天然气的计量仪表-4第16页，课件共43页，创作于2023年2月

小结:各类流量计各有其优缺点。速度式流量计结构简单，体积小，成本低。但是小流量时准确度低，甚至叶轮(或涡轮)不转动，容易造成“死表”。节流式流量计较适合于高压流体的测量，通用性强，易于大批量生产，但是对于小管径、小流量的流体使用困难，准确度较低。容积式流量计准确度高，但体积大，装配测试的技术要求较高，对测试环境的条件要求严格，成本较高。综上所述，一般在输配网络的初端使用节流式流量计，中部使用速度式流量计，终端使用容积式流量计。所以一般家用燃气表选择使用物美价廉的膜式燃气表，膜式燃气表属容积式流量计。2.5天然气的计量仪表-5第17页，课件共43页，创作于2023年2月膜式燃气表腰轮流量计涡轮流量计

孔板流量计超声波流量计

质量流量计

体积流量计

气体流量标准装置3、流量计工作原理、安装、使用维护要求第18页，课件共43页，创作于2023年2月

机械式膜式燃气表计量原理当流动的气体经过燃气表时，受到管道摩擦及机构的阻挡，内部的燃气会在燃气表进出口两端产生压力差，通过这个压力差推动膜式燃气表的膜片在计量室内运动，并且带动配气机构进行协调配气，使得膜片的运动能够连续往复的进行，膜式燃气表通过内部的机械结构，把直线往复运动转变成圆周运动，再通过圆周运动带动机械滚轮计数器转动；膜片每往复一次，就排出一定量气体，最终滚轮转过一个技术单元，实现滚轮旋转计量显示效果。3.1膜式燃气表-1第19页，课件共43页，创作于2023年2月

电子式膜式燃气表计量原理预付费膜式燃气表采用的是在机械基础上，增加电子计量的方式，通常情况下，会在机械滚轮上，并在最高精度位置装有磁铁，并且在滚轮的上下方装有两个干簧管，当磁铁没到达干簧管位置时，俩干簧管断开；当磁铁转到其中一个干簧管位置时，干簧管吸合。按如上电路示意图配置，就会输出如右图部分的电路波形S0、S1，单片机对这俩组波形进行判断，即可得出气表的工作状态。当S0,S1相继出现一个低脉冲时，判断为有效的脉冲计量，此时即可对预存的燃气购买量进行减操作；当S0（或S1）输出的两个脉冲之间，S1(或S0)没有输出脉冲，可判断燃气表S1（或）S0出现故障，应做一些故障处理，如报警，关阀等操作。3.1膜式燃气表-2第20页，课件共43页，创作于2023年2月

特点计量准确、误差稳定、灵敏度高、安全可靠、使用寿命长等特点。检定周期1）对于最大流量qmax≤10m3／h的燃气表只做首次强制检定，限期使用，到期更换。a）以天然气为介质的燃气表使用期限一般不超过10年；

b）以人工燃气、液化石油气等为介质的燃气表使用期限一般不超过6年。

2）对于最大流量qmax>10m3／h的燃气表的检定周期一般不超过3年。3.1膜式燃气表-3第21页，课件共43页，创作于2023年2月

结构原理被测气体进入流量计进口后，会在计量腔内形成压力差，从而驱动叶轮转动，叶轮每旋转一周就会有固定体积的气体从出口排出，气体的体积流量和腰轮转子的转速成线性的关系。通过精密的齿轮传动，经磁耦合器传递给计数器，从而累积流过流量计的气体的体积量，实现计量的目的。3.2腰轮流量计-1第22页，课件共43页，创作于2023年2月

性能特点优点：具有测量准确度高，量程比宽，被测气体的密度和粘度的变化对仪表示值和准确度影响小，对仪表前后直管段要求不高，缺点：主要是体积大、笨重、进行周期检定较困难。压损较大，运行中有振动。仪表传动机构复杂，制造要求高，关键件易磨损。腰轮流量计需定期清洗和添加、更换润滑油。检定周期准确度等级为0.2级或0.5级的流量计，检定周期为2年；其余等级的流量计检定周期为3年。3.2腰轮流量计-2第23页，课件共43页，创作于2023年2月安装1）彻底吹扫管道中的杂质，如沙粒、铁屑、铁锈、焊渣等；2）流量计安装于管道之前,先检查流量计内部腰轮转动是否灵活；3）流量计上游必须安装过滤器并定期清洗；4）安装流量计时，应考虑安装伸缩管或波纹管消除管路应力引起的流量计变形；5）如果不允许中断气体的供应，建议设置旁通管路，以便对流量计进行维护；6）应保证管道与流量计出口、入口的连接同轴安装；7）安装后运行前，必须加润滑油。请在卸压状态下从注油口注入润滑油至油窗中线（注意不能多加）；8）没有特殊要求罗茨表出厂是左进右出，上进下出，如果反向安装的，订货时需要另外说明。3.2腰轮流量计-3第24页，课件共43页，创作于2023年2月使用维护1）、定量加油，同时确认油的质量未变质。2）、运行与注意事项启动：为防止压力冲击损坏流量计，必须做到有压启动，步骤如下——关闭流量计后面的阀门，缓慢开启流量计前面的阀门，使气体充满流量计；——有旁通管道的打开旁通管道；——缓慢开启流量计后面的阀门，使其在小流量下运行，观察其是否正常；——流量计运行稳定后，关闭旁通阀，用流量计后面的阀门调节流量值。过范围保护：流量计能承受逐步增加的过范围此时除加速磨损外不会造成内部损坏，然而管道加压，排气或清洁时发生的极限气体流速会使流量计内部转子突然加速，从而引起流量计严重损坏，因此需要缓慢加压和启动。3.2腰轮流量计-4第25页，课件共43页，创作于2023年2月常见故障排除

故障项目可能原因检修没有流量记录1管道或仪表中有障碍物检查管道和阀门,保证畅通的流体通道2指示轮或减速齿轮不转动或管道内无气流；检查仪表转子自由旋转情况没有气流；起步流量故障3仪表负载超过范围选用大小合适的仪表4仪表旁路有渗漏检查旁路和阀门5仪表内部有机械磨擦按项目6、7、9检查差压大6在计量室内沉积了杂质冲洗仪表7轴承或齿轮有损坏向公司提出更换8油位过高或含杂质检查油位和油的清洁度9转子旋转不合拍与端板、壳体摩擦手工转动转子听是否有摩擦声；检查仪表是否水平扰动/噪声10管道不平齐或有应力排除管道应力11转子与腔体有摩擦见项目7、912计量室内有杂物冲洗仪表3.2腰轮流量计-5第26页，课件共43页，创作于2023年2月

结构原理气体涡轮流量计是基于气体流动速度来测量气体体积流量的仪表。当被测气体进入流量计时，气流在整流器作用下得到整流并加速。流动的气体在涡轮叶片上产生压力差，推动涡轮沿轴旋转，其转速与管道平均流速成正比。通过轴和齿轮的作用，旋转着的涡轮转子驱动八位数字的机械式计数器进行计数，并由磁簧开关输出低频脉冲。如图所示，气体涡轮流量计主要结构为：①机械计数器②磁性联轴器③涡轮④流量计表体⑤整流装置⑥机芯等组成。3.3涡轮流量计-1第27页，课件共43页，创作于2023年2月

性能特点准确度高，重复性好；输出脉冲信号，无零点漂移，抗干扰能力强；可获得很高的频率信号（0.3～4kHz），信号分辨力强。范围度宽，中大口径可达20：1～50：1，小口径为10：1或20：1。结构紧凑轻巧，安装维护方便，流通能力大。适用高压测量，仪表表体上不必开孔，易制成高压型仪表。难以长期保持校准特性，需要定期校验。不适于脉动流和混相流的测量。对被测介质的清洁度要求较高。检定周期气体涡轮流量计检定周期为2年。3.3涡轮流量计-2第28页，课件共43页，创作于2023年2月安装1）在流量计装入管道前，并用吹气的方法检验叶轮转动是否灵活平稳。2）流量计在开始安装前，特别是安装在新管路或经维修的管路上时，首先应清扫管道，去除所有的沙粒、焊渣、铁屑等其他杂质。3）如果需要在涡轮流量计附近的管线上做焊接工作，则必须将涡轮流量计拆下来方可进行。4）流量计安装时务必保证涡轮流量计与管道同轴，且各螺栓受力均匀，以免影响密封效果。为了得到准确的测量结果，必须保证没有密封件从法兰凸入管道。5）安装涡轮流量计时，注意使气体流动方向与壳体上箭头所指的方向一致。6）在涡轮流量计的上下游都应安装一段公称直径与流量计的公称直径相同的直管段，长度要求一般不小于2DN。3.3涡轮流量计-3第29页，课件共43页，创作于2023年2月使用维护1）带润滑系统的气体涡轮流量计需不定期对流量计进行加油润滑。2）运行与注意事项启动：为防止压力冲击损坏流量计，必须做到有压启动。同腰轮流量计。3）对于安装在户外的气体涡轮流量计，为了防风雨，应对其提供适当的保护措施。4）建议气体涡轮流量计的实际使用流量应在流量计的最大额定流量的20％～80％范围内。若出现涡轮流量计以超过最大流量（Qmax）20％的流量过载运行的情况，持续时间不能超过半小时。为了使涡轮流量计免遭因流速太高而造成的破坏，应尽量避免过载。3.3涡轮流量计-4第30页，课件共43页，创作于2023年2月常见故障排除

故障现象原因分析排除方法备注流量计走气不走字或走字与实际不符。1、流量计旁通开着1、缓慢关闭旁通，加强管理措施；尽量使用洁净的气体进行计量，禁止使用人工煤气等气质极差的介质进行计量，这种气体会严重影响流量计的使用及计量。2、流量小于启动流量2、使用小流量范围的流量计进行测量或临时估算，如确实是由于流量太低造成，可以考虑换用小流量流量计。3、叶轮或传动机械故障3、拆下检查，可能的原因是管道清扫不彻底，残留在管道内的杂质卡住了叶轮。4、气质是否洁净4、如果确实是由于气质极差导致流量计不能正常运行和计量，建议更改计量方式。3.3涡轮流量计-5第31页，课件共43页，创作于2023年2月

结构原理

在管道内部装上孔板或喷嘴等节流件，由于节流件的孔径小于管道内径，当流体流经节流件时，流速截面突然收缩，流速加快。节流件后端流体的静压力降低，于是在节流件前后产生静压力差，该静压力的流体流量之间有确定的数值关系，符合Q=K.△P。用差压变送器(或差压计)测量节流件前后的差压，实现对流量的测量。3.4孔板流量计-1第32页，课件共43页，创作于2023年2月

性能特点结构易于复制，简单牢固，性能稳定可靠，使用期限长，价格低廉等，整套流量计由节流装置，差压变送器和流量显示仪（或流量计算机）组成。它们可以分别由不同厂家生产，易于形成规模生产，经济效益高，各部分组合非常灵活，但是孔板流量计亦有一些重大缺点：输出信号为模拟信号，重复性不高，对整套流量计的精确度影响因素多且错综复杂，因此精确度提高的难度很大。其它缺点为范围度窄，压损大，现场安装条件要求高等。检定周期——用几何检验法检定节流装置的周期一般不超过2年，对计量单相清洁流体的标准喷嘴、长径喷嘴、经典文丘利管、文丘利喷嘴，根据使用周期可以延长，但一般不要超过4年。——用传感器及节流装置经系数检定的周期一般不超过2年。——用差压计或差压变送器检验法检定的周期一般不超过1年。3.4孔板流量计-2第33页，课件共43页，创作于2023年2月安装1）节流件前后直管段应该是直的、光滑。如不光滑，流量系数应乘以粗糙度修正系数。2）为保证流体的流动在节流件前1D出形成充分发展的紊流速度分布，而且使这种分布成均匀的轴对称形。3）节流件上游侧为敞开空间或直径≥2D大容器时，则敞开空间或大容器与节流件之间的直管长不得小于30D(15D)。若节流件和敞开空间或大容器之间尚有其它局部阻力件时，则除在节流件与局部阻力件之间设有符合规定的最小直管段长1D外，从敞开空间到节流件之间的直管段总长也不得小于30D(15D)。4）接上信号线、电源线；5）开启进口、出口阀门，进出口阀门开度要一致；6）打开不锈钢三阀组平衡阀，缓慢开启孔板高低压端的阀门，待流体通过流量计后关闭不锈钢三阀组平衡阀即可。3.4孔板流量计-3第34页，课件共43页，创作于2023年2月使用维护——在安装前，必须经过计量检定，在确认符合各项技术指标要求的情况下，方可严格按照信号管路及差压计的安装要求安装。——投入使用时，必须在信号管路各最高处的排气阀中排除空气。——定期清洗信号管路和差压式流量计，清除一切杂物。——投入使用前，应检查零位。检查零位时，关闭仪表阀上的两个导压阀并打开平衡阀，若发现零位偏移，应查明原因，予以调整。——若发现差压式流量计的示值与被测值有明显差异，应全面检查和调修，并重新进行计量检定。——应按检定规程的要求，对差压式流量计进行周期检定。——差压式流量计在停止运行后再投入使用时，必须按上述步骤进行。3.4孔板流量计-4第35页，课件共43页，创作于2023年2月常见故障排除

常见故障可能原因检修指示零或移动很小1、平衡阀未全部关闭或泄漏；2、节流装置根部高低压阀未打开；3、节流装置至差压计间阀门、管路堵塞；4、节流装置和工艺管道间衬垫不严密；5、差压计内部故障。1、关闭平衡阀，修理或换新；2、打开；3、冲洗管路，修复或换阀；4、拧紧螺栓或换垫；5、检查、修复。指示在零下1、高低压管路反接；2、信号线路反接；3、高压侧管路严重泄漏或破裂。1、检查并正确连接好；2、检查并正确连接好；3、换件或换管道。指示偏低1、高压侧管路不严密；2、平衡阀不严或未关紧；3、高压侧管路中空气未排净；4、差压计或二次仪表零位失调或变位；5、节流装置和差压计不配套1、检查、排除泄漏；2、检查、关闭或修理；3、排净空气；4、检查、调整；5、按设计规定更换差压计。指示偏高1、低压侧管路不严密；2、低压侧管路积存空气；3、差压计零位漂移；4、节流装置和差压计不配套。1、检查、排除泄漏；2、排净空气；3、检查、调整；4、按规定更换配套差压计。3.4孔板流量计-5第36页，课件共43页，创作于2023年2月结构原理超声波流量计的基本原理是超声波在流动的流体中传播时，就载上流体流速的信息，因此，通过接收到的超声波就可以检测出流体的流速，分为时差式（测量顺流和逆流传播的时间差）、相差式（测量顺流和逆流传播的相位差）、频差式（测量顺流和逆流传播的循环频率差）、多普勒超声波流量计（以物理学中的多普勒效应为工作原理，适合于对两相流的测量）。3.5超声波流量计-1

第37页，课件共43页，创作于2023年2月

性能特点1）无阻挡，无可动部件，无压损，无示值漂移现象，量程比很宽；2）不受气体压力、温度或组分变化的影响，在最低使用压力下校准后，就可在全范围内使用；3）不受气体中固体颗粒和液滴的影响；4）重复性好，准确度高，线性好，可采用多次反射并将声程加长；5）单片机系统有自检测与自诊断功能，易于实现通信；6）相对于管轴线是绝对、轴对称的，不受安装方位，速度分布和涡流的影响；7）对有超声干扰的场合慎用。。检定周期超声波流量计检定周期为2年。3.5超声波流量计-2第38页，课件共43页，创作于2023年2月安装1）由于流量计所直接测量流速为线流速，只有流速分布均匀，无外界噪声干扰，才能保证仪表的测量准确度，所以应选择满足下列条件的场所定位:

(a)上游10D、下游5D以上直管段(水平、垂直、斜管都可)。

(b)上游30D内不能装泵、阀等扰乱流动设备。2）流量计的安装就是探头的安装，应根据表头提供的参数仔细安装，方法有“距离法”和“时间法”两种。

(a)“距离法”又可分为两种:一种适用于管道条件较好，可用“V”法提高测量准确度；如固定使用则可采用另一种方法即“Z”法测量，以提高声波信号的接收强度。

(b)以“时间法”安装由于不以几何位置为准，因此对管道清理工作要求不很严格。安装时，分别将两探头涂油固定在管道两侧，用手紧贴管壁在距另一探头0.5D左右处上下左右缓慢移动，当位置正确后，显示稳定的三位数字与给定值接近，固定探头工作即为正常。

3.5