现代工程控制中的测试与检测技术(13 流量测量计算)

2-4流量测量2-4-2节流式流量计一.基本原理与流量方程二.流量系数与压力损失a=f(b,ReD,kc/D)原始流量系数（光管）三.标准节流装置节流件、取压装置、节流件前后的直管段及阻力件四.流量测量误差,五、标准节流装置的设计计算设计计算任务（两个命题）a)根据节流装置输出p，计算相应G或Q。此处，节流装置为已知。b)根据流体条件和现场情况，设计采用的节流装置。计算公式Dt、dt工作温度下的管道和节流件开孔直径。按下式求得D、d为材料线膨胀系数，可查得（附表78）ReD计算式或者：介质动力粘度，Pas；：介质运动粘度，m2s,1.设计计算的第一类问题计算问题已知条件：流体：p、t、流体种类；管道：D20、材料节流件：d20、材料、形式、取压方式求：相应于的流量G（Q）常用方法：先假设ReD值（一般取ReD106），迭代计算。计算步骤准备数据Dt、dt，b，kc/D,kc查表得（附表7-2）；查表得（附表7-9、10）；、由p、t查表得正式计算,2)正式计算假定(ReD)1106求流量系数第一次值()1a=a0rc(a0)1由ReD、查表得（附表74、5）(rc)1根据ReD、r0=f(b,kc/D)查表、计算得计算(G)1或(Q)1(按流量公式)计算(ReD)2(按ReD计算公式)返回迭代当相邻两次算得的G或Q满足迭代结束，G=(G)2,2.设计计算的第二类问题设计问题已知条件：流体:：p、t、Gmax、Gch、Gmin、流体种类；管道:：D20、材料、布置情况（空间、阻力件.）其它要求：允许压力损失、测量精度等设计任务：选择节流件形式、取压方式确定节流件开孔直径确定节流件前后最小直管段计算流量测量误差,思路分析根据设计任务，首先选择节流件形式及取压方式。原则：依据对流量测量的误差要求、允许压力损失、现场条件等，结合各种节流装置及取压方式的特点进行节流件选择孔板：简单、省工省料，精度较低、压损大。要求低时用，给水流量。喷嘴：复杂、费工费料，精度较高、压损小。要求高时用，主汽流量。取压方式选择亦按原则考虑。确定节流件开孔直径公式中未知数多，a、p，难以直接求d。四未知数中，真正独立的只有、p，设法确定二者之一，可解决。,直管段确定及测量误差计算（按前述确定）设计步骤（设计实例（教材p215）.已知条件：流体：过热蒸汽；流量：Gmax70kg/s,Gch=55.5kg/s,Gmin=28kg/s允许压力损失：dp6104Pa管道内径：D200.221m(材料12CrMoV新无缝管）管路情况：阻力件190o弯头；阻力件2全开闸阀。1）设计要求给出：节流件形式喷嘴；取压方式角接取压差压计选定精度、最大压差、压力。2)辅助计算、准备数据管道参数：计算Dt，查表求D（附表78），有Dt0.2226m,计算D/kc：查表求kc（附表72），有D/kc=2226流体参数：计算pp表pD13.6MPa。查表3.18510-5Pas查表38.37kgm3求雷诺数用于求a用于校准设计出的是否能使a在测量范围内基本是常数。本例最小雷诺数大于106，对的选择无影响。3)确定压差上限pmax，计算正常流量对应的压差pch确定pmax：,确定pmax：pmax的选择，对流量测量的许多方面有影响，应综合考虑诸方面因素。测量精度：pmax精度测量范围：pmax范围最小直管段：pmaxl1、l2压力损失；pmaxp考虑诸因素，会有矛盾。一般以某一因素为主，兼顾其余（教材p214）。如设计要求给出了允许最大压力损失p，则pmax的选择为：则对于标准孔板，选pmax（2一2.5）p对于标准喷嘴，选pmax（33.5）p，本例可选：pmax3dp=1.8105Pa,将选取的pmax符合（园整到）现有压差计系列值。本例，取pmax1.6105Pa。如选用的压差计量程可大范围自由调整，此步可省。检查，pmax应同时满足对可压缩流体应使pmax106(标准喷嘴)，ao2已不再与ReD有关，可利用ReD106查表。（对标准孔板，ReD极限值为107）求、rce=f(b,p2/p1,ReD)（附表7-9、10）可根据()1、p2/p1、查表得本例=0.9940r0=f(b,kc/D)，（附表7-3）r0可由()1，查表得本例rcr01,求()2按求得的e、rc值，可对（ao2）1进行修正，得本例(a0b2)2=0.5164查附表7-4、7-5，得()2，作为正式本例=()2=0.6938求aa=a0rc,a0=f(b,ReD)（附表7-4、5）本例aa01.0716求开孔径d20本例d200.1529m查附表7-8(1Cr18Ni9Ti，现已淘汰，改用304或316)，d18.210-6,4）验算流量按设计出的开孔直径计算正常流量，并与给定正常流量比较。若则计算无误。本例：计算结果为0.07%，故计算无误。5）检验压力损失pmax若dpmax0.55,偏低，25106m2s），须实液标定。,四.涡街流量计1工作原理与流量方程利用卡门旋涡列的原理测流量。在流体中垂直于流向插入一对称、非流线型柱状物。流速大于一定值时，流体绕过柱体会在其两侧交替出现漩涡，并轮流地从柱体上分离出来，形成漩涡列，也称为卡门涡街稳定漩涡列中，单侧漩涡频率f与柱体两侧流速v间关系：St为斯特拉哈尔数St与Red有关,在一定Red范围内为常数St与柱体形状有关：圆柱体St0.21，三角柱体St0.16,流量方程根据流动连续性原理Q=A1v1=A2v2，设m=A2/A1对于圆柱体，可以证明：当时d/D0.3，有故涡街流量计的流量方程其中，为流量系数,2旋涡频率检测方法涡街流量计由漩涡发生体、感测器和信号处理系统三部分组成。旋涡频率检测主要方法：热丝式应变电阻式热敏电阻式超声波式超声波频率检测方法发射电路产生等幅振荡电信号加到发射换能器上，使之产生连续等幅超声波，发射到流体中，透过管壁到达接收换能器。当漩涡通过声束时，使声束产生折射和反射，引起偏转，接收换能器收到的声能减小，输出减小。漩涡通过后，接收换能器输出恢复到原先的幅值。故漩涡的频率就是超声信号被调制的频率。接收电路检出此频率信号，即为旋涡发生频率。,2.特点与使用测量精度高，一般为0.5-1级输出信号只与流速有关，几乎不受流体