第3.2章流量检测方法及仪表41页ppt课件

1、昆明理工大学昆明理工大学杨彪杨彪20192019学学年下年下第三章第三章检测仪表及传感器检测仪表及传感器知识构造知识构造第第5章章 自动控制仪表自动控制仪表第第6章章 执行器执行器第第2章章 过程特性过程特性第第3章章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器第第4章章 显示仪表显示仪表第第1章自动控制系统根本概念章自动控制系统根本概念第第7章章 简单控制系统简单控制系统 第第8章章 复杂控制系统复杂控制系统第第9章章 新型控制系统新型控制系统第第10章章 计算机控制系统计算机控制系统压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表本章内容物位检测方法及仪表物位检测方法及仪表流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表温

2、度检测方法及仪表温度检测方法及仪表数字式显示记录仪表数字式显示记录仪表第三节第三节 流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表 第三章第三章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器 流量丈量技术和仪表的运用领域流量丈量技术和仪表的运用领域 工业消费过程能源计量一次能源煤炭、原油、瓦斯气、石油气、天然气一次能源煤炭、原油、瓦斯气、石油气、天然气二次能源电力、焦炭、煤气、废品油、液化石油二次能源电力、焦炭、煤气、废品油、液化石油气、蒸汽及含能工质紧缩空气、氧、氮、氢、气、蒸汽及含能工质紧缩空气、氧、氮、氢、水等水等生物技术 交通运输 环保工程 空气污染空气污染( (烟废气排放烟废气排放 ) )、水污染、水污染

3、 管道保送管道保送 流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表v运用容积法检测流量腰轮番量计运用容积法检测流量腰轮番量计v运用动、静压能转换原理检测流量差压式流量运用动、静压能转换原理检测流量差压式流量计计)v运用改动流通面积的方法检测流量运用改动流通面积的方法检测流量(转子流量计转子流量计)v运用电磁感应原理检测流量运用电磁感应原理检测流量(电磁流量计电磁流量计)v运用超声波检测流量运用超声波检测流量(超声波流量计超声波流量计)本节主要内容本节主要内容流量检测的根本概念流量检测的根本概念瞬时流量单位时间内流体经过一定截面积的数量。瞬时流量单位时间内流体经过一定截面积的数量。体积流量用流体的体积来表

4、示体积流量用流体的体积来表示qvqv，单位为，单位为m3/hm3/h。质量流量用流量的质量来表示质量流量用流量的质量来表示qmqm，单位为，单位为kg/hkg/h。累积流量累积流量 一段时间内流体体积流量或质量流量的累积值一段时间内流体体积流量或质量流量的累积值累积体积流量dtqVtv0流量计量对在一定通道内流动流体的流量进展丈量流量计量对在一定通道内流动流体的流量进展丈量。dtqmtm0累积质量流量流量丈量的义务：流量丈量的义务： 根据丈量目的，被测流体的种类、形状、丈量场所等根据丈量目的，被测流体的种类、形状、丈量场所等条件，研讨各种相应的丈量方法，并保证流量值的正确传送。条件，研讨各种相

5、应的丈量方法，并保证流量值的正确传送。体积流量的丈量方法 1容积法：在单位时间内以规范固定体积对流动介质延续不断地进展度量，以排出流体固定容积数来计算流量。椭圆齿轮番量计、旋转活塞式流量计和刮板流量计。受流体的流动形状影响小，适用于丈量高粘度、低雷诺数的流体。2 2速度法：速度法：这种方法是先测出管道内的平均流速，再乘以管道截面积求得流这种方法是先测出管道内的平均流速，再乘以管道截面积求得流体的体积流量。体的体积流量。 较宽的运用条件，可用于各种工况下的流体的流量检测，利用平均流较宽的运用条件，可用于各种工况下的流体的流量检测，利用平均流速计算流量，管路条件的影响大，流动产生涡流以及截面上流速

6、分布不对速计算流量，管路条件的影响大，流动产生涡流以及截面上流速分布不对称等都会给丈量带来误差。称等都会给丈量带来误差。 质量流量的丈量方法(1)直接法：直接法： 利用检测元件，使输出信号直接反映质量流利用检测元件，使输出信号直接反映质量流量。量。 利用孔板和定量泵组合实现的差压式检测方利用孔板和定量泵组合实现的差压式检测方法；法； 利用同轴双涡轮组合的角动量式检测方法；利用同轴双涡轮组合的角动量式检测方法； 运用麦纳斯效应的检测方法运用麦纳斯效应的检测方法 基于科里奥利力效应的检测方法。基于科里奥利力效应的检测方法。2间接法： 用两个检测元件分别测出两个相应参数，经过运算间接获取流体的质量流

7、量。 qv2检测元件和检测元件的组合； qv检测元件和检测元件的组合； qv2检测元件和qv检测元件的组合。运用容积法检测流量运用容积法检测流量 单位时间内所排出固定容积的数目作为丈量根据 丈量原理丈量原理设：V0计量室的容积 n转子的旋转次数0nVV 那么排出的流体总量 根据转子的外形分为：椭圆齿轮番量计液体型腰轮番量计气体型和液体刮板式流量计液体型腰轮番量计腰轮番量计丈量原理丈量原理 腰形轮每转动一周，就把转子与壳体之间所构成的具有一腰形轮每转动一周，就把转子与壳体之间所构成的具有一定容积的计量室流体的四倍体积，从流入口送到流出口。定容积的计量室流体的四倍体积，从流入口送到流出口。 04n

8、VV 计量室体积腰轮转速体积流量 腰轮番量计 腰轮番量计是一种容积式流量丈量仪表，用以丈量封锁管中流体的体积流量。 就地显示累积流量，并有远传输出接口，与相应的光电式电脉冲转换器和流量积算仪配套，可进展远程丈量，显示和控制。 精度高，反复性好，范围度大，对流量计前后直管段要求不高。 适用较高粘度流体，流体粘度变化对示值影响较小。 适用无腐蚀性能的流体，如原油，石油制品 (柴油，光滑油等)。腰轮番量计腰轮番量计 运用动压能和静压能转换的原理检测流量运用动压能和静压能转换的原理检测流量 节流元件附近流速和压力分布情况 检测原理 当流体流经管道内的节流件时，流速将在节流件处构成部分收缩，因此流速添加

9、，静压力降低，于是在节流件前后便产生了压差。流体流量愈大，产生的压差愈大，这样可根据压差来衡量流量的大小。 根底：流体延续性方程质量守恒定律和伯努利方程能量守恒定律。 压差影响要素：流量、节流安装方式、管道内流体的物理性质密度、粘度 流量根本方程式根据流膂力学的伯努力方程和流体的延续性方程，可以推导出流量与压差之间的流量方程式，即 体积流量 /20pQ 质量流量 p20式中 流量系数 流束膨胀系数 A0节流安装的开孔截面积 流体密度 节流安装前后实践测得的压力差流量与压力差的平方根成正比流量与压力差的平方根成正比差压式流量计差压式流量计 丈量对象：流体方面，单相、混相、干净、脏污；丈量对象：流

10、体方面，单相、混相、干净、脏污；任务形状：常压、高压、真空、常温、高温、低温；任务形状：常压、高压、真空、常温、高温、低温；管径方面：从几毫米到几米；管径方面：从几毫米到几米；流动条件：亚音速流、临界流、脉动流流动条件：亚音速流、临界流、脉动流历史悠久、技术成熟、运用最广泛。节流式特点： 构造简单、运用寿命长，顺应才干强， 几乎能丈量各种工况下的流量。差压式流量计 孔板引压管差压计差压式流量计分类表差压式流量计分类表 分类原则 分 类 类 型 按产生差压的作用原理分类1）节流式；2）动压头式；3）水力阻力式；4）离心式；5）动压增益式；6）射流式按结构形式分类1）标准孔板；2）标准喷嘴；3）经

11、典文丘里管；4）文丘里喷嘴；5）锥形入口孔板；6）1/4圆孔板；7）圆缺孔板；8）偏心孔板；9）楔形孔板；10）整体（内藏）孔板；11）线性孔板；12）环形孔板；13）道尔管；14）罗洛斯管；15）弯管；16）可换孔板节流装置；17）临界流节流装置按用途分类1）标准节流装置；2）低雷诺数节流装置；3）脏污流节流装置；4）低压损节流装置；5）小管径节流装置；6）宽范围度节流装置；7）临界流节流装置； 差压式流量计组成节流安装：安装于管道中产生差压，节流件前后的差压节流安装：安装于管道中产生差压，节流件前后的差压与流量成开方关系。与流量成开方关系。引压导管：取节流安装前后产生的差压，传送给差压变引

12、压导管：取节流安装前后产生的差压，传送给差压变送器。送器。差压变送器：产生的差压转换为规范电信号差压变送器：产生的差压转换为规范电信号(4-20mA)(4-20mA)。 规范节流元件 规范孔板规范孔板构造简单，安装方便，适宜大流量的丈量规范喷嘴规范喷嘴规范文丘里管规范文丘里管构造复杂，压力损失比孔板小节流孔板节流孔板后取压管后取压管 前取压管前取压管流体经过节流体经过节流孔板时，流孔板时，流速加快，流速加快，后取压管处后取压管处的压力减小。的压力减小。节流安装取压管及内部的节流孔板流量丈量仪表流量丈量仪表-1.差压式差压式节流安装的另一种方式文丘里管或文丘里喷嘴 文丘里喷嘴的压力损失较小。文丘

13、里喷嘴的压力损失较小。流体入口流体入口狭窄部位狭窄部位 环室取压 单独钻孔取压 法兰取压 规范喷嘴取压方式 规范孔板的几种取压方式 取压方式选用思索要点 安装条件方面 流件前后有必要直管段长度 引压管线 仪表性能方面(1) 准确度、反复性、线性度、流量范围 压力损失流体特性方面 流体物性参数确实定 (2)流体的腐蚀、磨蚀、结垢、脏污等环境条件方面运用改动流通面积的方法检测流量运用改动流通面积的方法检测流量 变面积式丈量方法表示图 检测原理锥形管锥形管-由下往上逐渐扩展管由下往上逐渐扩展管转子转子-阻力件阻力件 组成 当流体自下而上流经锥形当流体自下而上流经锥形管与转子之间的环形流通面管与转子之

14、间的环形流通面积时，由于遭到流体的冲击，积时，由于遭到流体的冲击，转子便要向上运动。转子便要向上运动。 流体入口流体入口流体出口流体出口转子转子第第5.4 节节 流量丈量仪表流量丈量仪表-1.流体阻流体阻力式流量计力式流量计zzzAgVkhQ)(2gVfzz1gVfz2zvf223 流量根本方程式设：作用在转子上的力有转子本身垂直向下的重力设：作用在转子上的力有转子本身垂直向下的重力f1 f1； 流体对转子所产生的垂直向上的浮力流体对转子所产生的垂直向上的浮力f2 f2； 流体作用在转子上的向上冲力流体作用在转子上的向上冲力f3 f3；那么有那么有当转子处于平衡时，那么有当转子处于平衡时，那么

15、有 0321fff zzzAgVv)(2 设:A0为环隙流通面积， 那么转子流量计的体积流量为 zzzAgVAvAQ)(200 转子流量计指示值修正仪表出厂前标度：20，0.10133MP 液体-水 气体-空气液体流量的修正QsyzyszYNkQQ)()(气体流量的修正 01010101QTPTPQ修正量程 zzzAgVkhQ)(2用一个用水标定的转子流量计来丈量苯的流量，流量计的读数为28 m3/h，知转子密度为7920 kg/m3的不锈钢，苯的密度为0.831 kg/L，求苯的实践流量是多少？hmQQsyzyszNy/08.3111. 128831. 0) 192. 7(1)831. 09

16、2. 7283（）（）（苯例例知：s=1 kg/L，y=0.831 kg/L，z=7.92 kg/L， QN =28 m3/h，代入修正公式式可得： 解所以苯的实践流量是31.08m3/h。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据法拉第电磁感应定律制成的一种丈量导电液体体积流量的仪律制成的一种丈量导电液体体积流量的仪表。表。可以丈量各种腐蚀性介质：酸、碱、盐溶液以及带有悬浮颗粒的浆液。此流量计无机械惯性，反响灵敏，可以丈量脉冲流量，而且线性较好，可以直接进展等分刻度。只能丈量导电液体，因此对于气体、蒸气以及含大量气泡的液体，或者电导率很低的液体不能丈量。由于丈量管内

17、衬资料普通不宜在高温下任务，所以目前普通的电磁流量计还不能用于丈量高温介质。如下图，设在均匀磁场中，垂直于磁场方向有一个直径为D的管道。管道由不导磁资料制成，当导电的液体在导管中流动时，导电液体切割磁力线，因此在磁场及流动方向垂直的方向上产生感应电动势，如安装一对电极，那么电极间产生和流速成比例的电位差。 EBDv244vDDEqvB式中，E为感应电动势：B为磁感应强度， D为管道内径；v为液体在管道内平均流速。电磁流量计电磁流量计 电磁流量计电磁流量计电磁流量计多普勒法多普勒法 多普勒法是利用声学多普勒原理确定流多普勒法是利用声学多普勒原理确定流体流量的多普勒效应是当声源和目的之体流量的多普

18、勒效应是当声源和目的之间有相对运动，会引起声波在频率上的变间有相对运动，会引起声波在频率上的变化，这种频率变化正比于运动的目的和静化，这种频率变化正比于运动的目的和静止的换能器之间的相对速度。止的换能器之间的相对速度。)1 (cvffsso涡街流量计实现流量丈量的实际根底是流膂力学中著名的“卡门涡街原理。在流动的流体中放置一根其轴线与流向垂直的非流线性柱形体(加三角柱、圆柱等)，称之为漩涡发生体，见图。当流体沿漩涡发生体绕流时，会在漩涡发生体下游产生如下图不对称但有规律的交替漩涡列，这就是所谓的卡门涡街。涡街流量计由于漩涡之间的相互影响，其构成通常是不稳定的。冯.卡门对涡列的稳定条件进展了研讨

19、，于1911年得到结论：只需当两漩涡列之间的间隔h和同列的两漩涡之间的间隔L之比满足 时，所产生的涡街才是稳定的。 281. 0hL涡街流量计圆柱体后漩涡发生的频率 与旋涡发生体处的流速 有以下确定关系：dvSftfv25Re3 10 2 10涡街流量计圆柱体后漩涡发生的频率 与旋涡发生体处的流速 有以下确定关系：是与雷诺数有关的无量纲数，称为斯特罗哈数。 (圆柱体 三角柱体 )dvSftfvtS25Re3 10 2 1016. 0tS21. 0tSdvf21. 021. 0fdv 21. 00fdAqv涡街流量计一、直接式质量流量计一、直接式质量流量计科里奥利质量流量计科里奥利质量流量计 科里奥利质量流量计科里奥利质量流量计(简称简称CMF)是利用流体是利用流体在振动管中流动时，产生与质量流量成正比的科在振动管中流动时，产生与质量流量成正比的科里奥利力而制成的一种直接式质量流量仪表。里奥利力而制成的一种直接式质量流量仪表。 质量流量计质量流量