3.6 流量检测2.ppt

,3.6.3转子流量计变流通面积式流量计演示图,3.6.3转子流量计变流通面积式流量计1）基本结构和测量原理基本结构,检测原理基本检测依据：节流原理转子的重量不变，平衡时节流元件前后的差压值基本保持不变。锥形管通道，不同流量对应不同平衡位置，对应不同的节流面积。属恒压降、变截面流量计。,D0df,2）流量方程：,转子受力浮子本身垂直向下的重力f1,流体对浮子的垂直向上的浮力f2,流体作用于浮子垂直向上的阻力f3,Vf：浮子的体积；f：浮子的密度；：流体的密度；Af：浮子的最大横截面积；：阻力系数；v：流体在环形流通截面上的平均流速。,流量方程：受力平衡式：,环形流通面流速,环形流通面积A0,D：转子所在处锥形管内径；D0：标尺零处锥形管直径；：锥形管锥半角；df：浮子最大直径。,D,流量方程注意：由于锥角很小，tg很小，忽略(htg)2项，则,保持流量系数为常数，则流量与转子所处高度h成近似线性关系，测得h可知流量大小。,：转子流量计流量系数,由：,流量方程,3）应用注意事项：转子形状与流量系数流量系数与转子形状、流体流动状况及其物理性质有关。在锥形管和浮子的形状已经确定的情况下，一般可认为是雷诺数的函数。,流体雷诺数大于界限雷诺数时流量系数可视为常数。,标定流量计出厂标定介质：液体标定介质：水；气体标定介质：空气a.液体密度的修正液体介质，一般只需进行密度修正，修正公式：,qv、qv：流量计标定刻度流量和被测介质的实际流量；、：标定流体密度和被测介质密度；f：转子的密度,b.气体介质压力、温度标定：被测流体温度、压力与标定状态参数不同时需对流量计进行重新标定。修正关系式：,p、p：标定流体的和被测流体的绝对压力；T、T：标定流体和被测流体的热力学温度。,c.改变仪表量程操作：可通过改变转子材料，即改变转子密度来实现改变仪表量程。注意事项：改变前后的转子应满足几何相似条件。量程扩大后灵敏度降低，相反则灵敏度增大。,4）转子流量计分类玻璃管转子流量计主要特点：由玻璃锥形管、转子和支撑结构组成。流量示值刻在锥形管上，由转子位置高度直接读出流量值。玻璃管转子流量计结构简单，价格低廉，使用方便，可制成防腐蚀仪表；耐压低；多用于透明流体的现场测量。,金属管转子流量计主要特点：金属管转子流量计的锥形管采用金属材料制成，其流量检测原理与玻璃管转子流量计相同。金属管转子流量计测量时通过转换机构实现转子位移的信号变换。类型：就地指示型、电气信号远传型。,电远传式转子流量计结构及工作原理,5）转子流量计的应用转子流量计的特点适用于中小管径和低雷诺数的中小流量测量；结构简单，使用维护简便，对直管段的要求不高，刻度近似线性；压力损失小且恒定，灵敏度高，量程比宽(10:1)；仪表基本误差为量程的1%2%，精度一般在1.5级左右。仪表受被测介质密度、粘度、温度、压力、安装质量等因素的影响较大,b.安装使用仪表应垂直安装在管道上，流体必须自下而上通过流量计，不应有明显的倾斜。,垂直管道安装：,水平管道安装：,切断阀,切断阀,旁通阀,仪表投入时前后切断阀门要缓慢开启，投入运行后，关闭旁路阀。流量计的最佳测量范围为测量上限的1/32/3刻度内。,3.6.4涡街流量计一种应用流体振动原理测量流量的仪表。它利用流体自然振动的卡门漩涡列原理进行流量测量。通过测量振动频率获得流量信号。,流体流过漩涡发生体时，在其两侧会产生旋转方向相反、交替出现的漩涡，并随着流体流动，在下游形成两列不对称的漩涡列，称之为“卡门涡列”或“涡街”。,1）组成涡街流量计的主体是漩涡发生体。在均匀流动的流体中，垂直地插人一个具有非流线型截面的柱体，称为漩涡发生体。,旋涡发生体,管道,涡街示意图：,涡街特点：根据冯卡门的理论证明，当两列漩涡之间的距离h和同列中相邻漩涡的间距L满足关系hL=0.281时，涡街是稳定的。,2）检测原理实验证明，在一定的雷诺数范围内，稳定的漩涡产生频率（f）与漩涡发生体形状和流体流速u的关系如下：,d：漩涡发生体的特征尺寸；St：称为斯特罗哈尔数。St与漩涡发生体形状及流体雷诺数有关，并且在一定的雷诺数的范围（500-150000）内，St值基本不变。,结论：漩涡产生的频率仅决定于流体的流速u和漩涡发生体的特征尺寸，而与流体的物理参数如温度、压力、密度、粘度及组成成分无关。,常见涡街发生体漩涡发生体有多种截面形状，主要有：圆柱、三角柱、矩形柱、T形柱等，如图：,圆柱体St=0.21，三角柱体St=0.16，,St与雷诺数关系图,3）流量方程式设漩涡发生体为圆柱体，直径为d，管道内径为D，流体的平均流速为u，则在漩涡发生体处的流通截面积,流量方程式：,当dD0.3时，可近似为,根据,4）漩涡频率的测量漩涡频率的检出有多种方式，可以将检测元件放在漩涡发生体内，检测由于漩涡产生的周期性的流动变化频率，也可以在下游设置检测器进行检测。注意：不同的旋涡发生体对流体的影响不同，导致旋涡的成长过程及流体在旋涡发生体周围的流动状态不同，因此，针对不同的漩涡发生体其频率的检测方法各不相同。,a.圆柱形漩涡发生体频率检测原理图：,旋涡产生脉动流体通过铂电阻丝，交替地对电阻丝产生冷却作用，改变其阻值。此过程产生与漩涡频率一致的脉冲信号，通过检测此脉冲信号实现流量检测。另外，也可以在空腔间采用压电式或应变式检测元件代替铂电阻测出漩涡频率。,b.三角形漩涡发生体原理图,三角柱体迎流面对称地嵌入两个热敏电阻作为检测桥路的两臂，以恒定电流加热使其温度稍高于流体，在交替产生的漩涡的作用下，两个电阻被周期地冷却，使其阻值改变，阻值的变化由桥路测出，即可测得漩涡产生频率，从而测出流量。三角柱漩涡发生体可以得到更强烈更稳定的漩涡，应用较多。,c.检测旋涡信号一般方式:用设置在旋涡发生体内的检测元件直接检测发生体两侧差压；旋涡发生体上开设导压孔，在导压孔中安装检测元件检测发生体两侧差压；检测旋涡发生体周围交变环流；检测旋涡发生体背面交变差压；检测尾流中旋涡列。,漩涡发生体及检测方式一览表,5）涡街流量计的特点及使用a.特点：涡街流量计适用于气体、液体和蒸汽介质的流量测量，其测量几乎不受流体参数(温度、压力、密度、粘度)变化的影响。涡街流量计在仪表内部无可动部件，使用寿命长；压力损失小；输出为频率信号；有较宽的范围度（30:1）；测量精度比较高，为0.51。流体流速分布情况和脉动情况将影响测量准确度，旋涡发生体被玷污也会引起误差。涡街流量计是一种正在得到广泛应用的流量仪表。,b.安装：涡街流量计可以水平安装，也可以垂直安装。在垂直安装时，流体必须自下而上通过，使流体充满管道。在仪表上、下游要求一定的直管段，下游长度为5D，上游长度根据阻力件形式而定，约15D40D，上游不应设流量调节阀。,安装示意图,直管段示意图,3.6.5电磁流量计1）测量原理及流量方程a.测量原理电磁流量计是基于法拉第电磁感应原理制成的一种流量计，其测量原理如图所示。,感应电势：,C：常数；B：磁感应强度；D：管道内径；u：流体平均流速。,b.流量方程,k：仪表常数；注意：上式必须符合以下假定条件时才成立，即：磁场是均匀分布的恒定磁场；被测流体是非磁性的；流速轴为对称分布；流体电导率均匀且各向同性。,2）电磁流量计的结构,a.磁路系统用于产生均匀的直流或交流磁场。励磁方式：直流励磁：能产生一个恒定的均匀磁场，受交流磁场干扰较小；电极上产生的直流电势将使被测液体电解，破坏原来的测量条件，影响测量精度。直流励磁方式只适用于非电解质液体。,交流励磁采用50Hz工频交流励磁，可以克服直流励磁的极化现象，便于信号的放大；交流励磁会产生正交干扰和同相干扰，影响测量。,低频方波励磁低频方波励磁兼具直流和交流励磁的优点，能排除极化现象，避免正交干扰。,b.电极作用：把被测介质切割磁力线时所产生的感应电势引出,电极一般由非导磁的不锈钢材料制成。电极要求与衬里齐平，以便流体通过时不受阻碍。电极的安装位置宜在管道的水平方向，以防止沉淀物堆积在电极上而影响测量精度。,c.衬里主要作用是增加测量导管的耐磨与耐蚀性，防止感应电势被金属测量导管管壁短路。衬里必须是耐腐、耐磨以及能耐较高温度的绝缘材料。d.外壳一般用铁磁材料制成，是保护励磁线圈的外罩，可隔离外磁场的干扰。e.转换器主要作用是将感应电势放大并能抑制主要的干扰信号。,3）电磁流量计的特点压力损失极小，测量导管内无可动部件或突出于管道内部的部件；适用于含有颗粒、悬浮物（纸浆、矿浆、煤粉）等流量测量，可以测量酸、碱、盐等腐蚀性介质；流量计的输出电流与体积流量成线性关系，并且不受液体的温度、压力、密度、粘度等参数的影响；电磁流量计的量程比一般为10：1，精度较高的量程比可达100:1；测量口径范围大，可以从lmm到2m以上，特别适用于lm以上口径的水流量测量；测量精度一般优于0.5；电磁流量计反应迅速，可以测量脉动流量；被测流体必须是导电的，不能测量气体、蒸汽和石油制品等的流量；一般使用温度为0200；最高工作压力有一定限制。结构比较复杂,4）使用安装注意直管段：5-10D安装地点应尽量避免剧烈振动和交直流强磁场，保证在任何时候测量导管内都能充满液体。在垂直安装时，流体要自下而上流过仪表，水平安装时两个电极要在同一平面上。确保流体、外壳、管道间的良好接地和良好点接触。,3.6.6容积式流量计基本测量方法：利用机械测量元件，把流体连续不断地分隔为单个的固定容积部分排出，而后通过计数单位时间或某一时间间隔内经仪表排出的流体固定容积的数目来实现流量的计量。主要特点：测量精度高，量程比宽；对上游流动状态不敏感，无前后直管段长度要求；特别适合高粘度介质的测量；对被测流体中的污物较敏感；当被测管道口径较大时，流量计比较笨重。,3.6.6.1椭圆齿轮流量计1）构成及原理图测量本体由一对相互啮合的椭圆齿轮和壳体组成，原理图：,齿轮转动的动力：流量计进、出口两端压力差。,2）工作原理,图(a)状态：A轮与壳体间构成容积固定的初月形测量室(图中阴影部分)。p1、p2压力作用于B轮上的合力矩为零，作用于A轮上的合力矩产生一个旋转力矩，使A轮作顺时针方向转动，A作为主动轮带动B轮逆时针旋转，测量室内的流体排向出口；,图B状态：A、B两轮均为主动轮；当两轮旋转90到C状态。图C状态：转子B与壳体之间构成容积固定的初月形测量室。流体作用于A轮的合力矩为零，作用于B轮的合力矩产生一个旋转力矩，B轮产生逆时针旋转动力，作为主动轮带动A轮转动，将测量室内的流体排向出口。,3）流量测量椭圆齿轮每旋转一周，流量计将排出4个初月形(测量室)体积的流体。流量方程式：,n：单位时间内的齿轮转动圈数V0：初月形测量室容积；,R：仪表半月形测量室曲率半径；a、b：椭圆齿轮长、短半轴；：椭圆齿轮厚度,4）应用特性椭圆齿轮流量计适用于高粘度液体的测量。流量计基本误差：0.20.5，量程比：l0:1。工作温度：120要求介质是清洁流体。或流量计的上游加装过滤器。,3.6.6.2腰轮流量计简介a.原理图,结构腰轮流量计的转子是一对不带齿的腰形轮，在转动过程中两腰轮不直接接触而保持微小的间隙，依靠套在壳体外与腰轮同轴上的啮合齿轮来完成驱动。,b.工作原理与椭圆齿轮流量计原理相同。c.与