第八章 流量计量.ppt

第八章流量计量 2 一 流量的概念流量 气体和液体总称为流体 在流动的流体中 单位时间内流经与流体方向相垂直的流体截面内流体的数量 第一节概述 瞬时流量 dQi vi dFi 计算流量时 需注意几个问题 第一节概述 1 流体必须是均体同质的 不能含有太多的异相物质 如水中不能含有太多的空气 2 流体中不能含有过多 过大的固体杂质 3 流体流经某一截面时 必须是连续的 不能有间断 瞬时流量 Q v F 质量流量 m v F 二流量的计量单位 法定计量单位 体积流量单位 米3 秒米3 时升 分质量流量单位 千克 秒吨 时 第一节概述 5 根据测量原理 流量计可以分为节流式流量计 容积式流量计 面积式流量计 速度式流量计 通常按测量方法又分为 差压式流量计 转子流量计 叶轮流量计 靶式流量计 涡轮流量计 电磁流量计 第二节流量计 6 一差压式流量计 一 基本原理 流体流过孔板 喷嘴或文丘里管等节流元件时 将产生局部收缩 其流速增加 静压降低 在节流元件前后产生静压差 测出这个压差就可以算出流量 由节流件 取压装置 阻流件 中间管道组成 上游第二个阻流件 上游第一个阻流件 节流件 取压装置 下游第一个阻流件 中间管道 一差压式流量计 Qm 质量流量d 流量系数 1 节流件上 下游侧取压处流体密度Ad 节流件在开孔状态下的开孔面积 P 节流件上 下游侧的静压力差 流体流速膨胀系数 8 一差压式流量计 节流原理 流速收缩 沿管道轴向流动的流体 当遇到节流装置时 近壁处的流体由于受到节流装置的阻挡最大 促使流体的一部分动压头转换为静压头 体现在P1的升高 P的产生 由于节流装置造成流束的局部收缩 同时流体又是保持连续流动 因此在截面积最小流速达到最大 而压力最低 流量越大 流束的局部收缩和能量转换越显著 因此节流装置两端的压差也越大 一差压式流量计 一差压式流量计 一差压式流量计 文氏流量计的结构示意图 一差压式流量计 例 20 苯在 133 4mm的钢管中流过 为测量苯的流量 在管道中安装一孔径为75mm的标准孔板流量计 当孔板前后U形压差计的读数R为80mmHg时 试求管中苯的流量 m3 h 已知流量系数为0 648 一差压式流量计 一差压式流量计 解 查得20 苯的物性 由公式可求得苯的体积流量 一差压式流量计 16 差压式流量计优点 可靠性高 复现性好 结构简单又没有可动元件 适应性广泛 缺点 安装要求严 流量计前后要求有较长直管段 测量范围窄 压力损失大 差压式流量计的测量准确度通常为 1 2 一差压式流量计 17 二转子流量计 转子流量计是工业生产过程中应用较为广泛的一类用于测量中小流量的流量计 它又称浮子流量计 恒压降变截面流量计 按锥形管材料的不同可分为玻璃管转子流量计和金属管转子流量计 玻璃管转子流量计耐压能力低 一般为就地直读式 金属管转子流量计耐压能力高 一般有就地指示型和信号远传型 18 1工作原理 qv 流体的体积流量 流量系数A0 浮子与锥形管之间的环形面积g 重力加速度Vf 浮子体积Af 浮子最大直径处截面积 f 浮子的密度 被测流体密度 20 三涡轮流量计 涡轮流量计的测量原理及组成涡轮流量计是一种速度流量计 其工作原理为 当液体流过传感器涡轮叶片时 对涡轮产生驱动力矩 使涡轮克服摩擦力矩和流体阻力矩而产生旋转 在一定的流量范围内 对一定的流体粘度 涡轮的旋转角速度与流体流量成正比 21 涡轮流量计主要由涡轮 导流器 磁电转换器组成 结构如图所示 1磁电感应式检测器 2叶轮 3涡轮 三涡轮流量计 三涡轮流量计 三涡轮流量计 当磁场垂直于薄片时 电子受到洛仑兹力的作用 向内侧 d侧 偏移 在半导体薄片c d方向的端面之间建立起霍尔电势 流量一转速的转换原理当涡轮处于匀速转动的平衡状态时 假设不计叶轮转动的摩擦阻力 流体粘性阻力及感应线圈中感应电流所引起的电磁反作用力矩的影响 输出脉冲的频率与涡轮的转速成正比 流体的体积流量与脉冲频率之间的关系为 涡轮流量计的特性曲线 K 仪表常数 三涡轮流量计 涡轮流量计具有结构简单 体积小 运动部件少 耐高压 重复性好 准确度可达 0 2 0 1 压力损失较小 采用数字脉冲输出 便于遥测 维修方便等优点 在石油 化工 冶金 城市燃气管网等行业中具有广泛的使用价值 缺点是对测量介质洁净度要求较高 使用期限受到限制 受被测流体粘度变化的影响较大 三涡轮流量计 26 四涡街流量计 涡街流量计 又称卡门旋涡流量计 它是利用流体自然振荡原理制成的 是70年代发展起来的一种新型流量计 它适用于气体流量和液体流量测量 27 利用了流体力学中的卡门涡街现象 即在流体中放置一个外形为对称形状的非流线型柱体 在一定的范围内 它的下游两侧就会交替产生两列不对称的的漩涡 两侧漩涡的旋转方向相反 并轮流从柱体上分离出来 在下游侧形成所谓的 涡街 1测量原理 实验表明 当h L 0 281时 产生的涡街是稳定的 这就是 卡门涡街 28 式中St 斯特罗哈尔数 l 一柱体的特征尺寸 由圆柱形成的单侧的漩涡脱落的频率f与柱体附近的流体流速v成正比 与柱体的特征尺寸l成反比 即 29 式中d 三角柱扁平面宽度 D 管道直径 由三角柱形成卡门涡街 其单列漩涡脱落的频率f为 30 由以上可以看到 当St近似为常数时 单列漩涡产生的频率与流体的流速成正比 而与流体的温度 压力 成分 粘度和密度等参数无关 测得频率f即可得到流速v 进而得到流量qv 涡街流量计主要由漩涡发生体和漩涡频率检测机构组成 漩涡发生体主要有圆柱形和三角柱两种 31 涡街流量计具有以下的特点 漩涡的频率只与流速有关 在一定范围内 几乎不受流体性质 压力 温度 粘度和密度等 变化的影响 故可不需单独标定 测量精度高 误差约为1级 重复性约 0 5级 不存在零点漂移的问题 压力损式小 流量测量范围宽 涡街流量计特别适于大口径管道的流量测量 32 五靶式流量计 靶式流量计是一种适用于测量高粘度的流量测量仪表 例如用于测量重油 沥青 含固体颗粒的浆液及腐蚀性介质的流量 F 流体对靶的作用力u 流体流速 r 密度 AB 靶的受力面积 33 管道直径为D 靶直径为d 环隙通道面积为A 则可求出流体体积流量为 靶式流量计工作原理 实物图 34 五电磁流量计 1工作原理电磁流量计根据电磁感应定律工作 用于测量导电液体体积流量的仪表 令K pd 4B 35 电磁流量计测量准确度不受被测液体的密度 粘度和电导率变化的影响 测量管中没有任何阻碍液体流动的部件 所以没有压力损失 适当选用测量管中绝缘内衬和电极材料 可以测量各种腐蚀性溶液的流量 在测量含有固体颗粒物的液体更有优势 准确度高 但价格也高 36 超声波测流量的作用原理有传播速度法 多普勒法 波束偏移法 噪声法 相关法 流速 液面法等多种方法 1传播速度法测量原理 超声测速原理 4 超声波流量计 37 时差法时差法就是测量超声波脉冲顺流和逆流时传播的时间差 流体流速 t1 按顺流方向 超声波到达接收器时间 t2 按逆流方向 超声波到达接收器时间 38 超声波流量计由超声波换能器 电子线路及流量显示系统组成 超声波换能器通常由锆钛酸铅陶瓷等压电材料制成 通过电致伸缩效应和压电效应 发射和接收超声波 换能器在管道上的配置方式如图所示 超声波换能器在管道上的配置方式 2 超声波流量计的特点与应用 42 六质量流量计 流体的体积是流体温度 压力和密度的函数 在某些工业生产中 需要知道流体的质量流量 质量流量计的测量方法 可分为间接测量和直接测量两类 间接式测量方法通过测量体积流量和流体密度经计算得出质量流量 这种方式又称为推导式 直接式测量方法则由检测元件直接检测出流体的质量流量 43 一般是采用体积流量计和密度计或两个不同类型的体积流量计组合 实现质量流量的测量 常见的组合方式主要有3种 1差压式流量计与密度计的组合 差压流量计与密度计组合 一间接式质量流量计 44 2体积流量计与密度计的组合 体积流量计和密度计组合 利用一些体积流量计如电磁流量计 椭圆齿轮流量计 超声波流量计等和密度计组合 45 3体积流量计与差压计的组合 节流式流量计和其它体积流量计组合 46 直接式质量流量计的输出信号直接反映质量流量 有许多种型式 1热式质量流量计 根据传热规律 为流体的定压比热 两点温度差 二直接式质量流量计 47 热式质量流量计示意图 托马斯流量计 电源 24VDC精度 1 3 F S 流通管径 20 200工作温度 20 60 输出 4 20mA 0 5VDC 232接口 48 八水表 1概述水表是专门用于计量流经压力管道内的水的总量 累积体计量 的仪表 49 水表的发展简史 1825年英国的克路斯发明了真正具有仪表特征的平衡罐式水表以来 水表的发展已有近二百年的历史 期间 水表的结构先后出现了往复式单活塞式水表 旋转活塞式水表 圆盘式水表 旋翼式水表和螺翼式水表等形式 上述水表的工作原理和基本结构仍被各水表制造企业沿用至今 但在设计 工艺和选材等方面不断进步 使之提高了水表的计量性能和可靠性 也降低了制造成本 50 我国的水表使用和生产起步较晚 1879年 李鸿章为操办海军 在旅顺口创建了我国第一家水厂 从此 水表开始进入我国 到1883年英殖民主义者在上海建立了第二个水厂 但还是没有生产水表 51 直到20世纪30年代 上海光华机械厂 现在的上海光华仪表厂 从国外进口零部件开始组装水表