14过程检测技术及仪表--流量测量解析

1、AvvdAvAqsmAmgvdAvvAqskg体积流量 直接法 （容积法）直接测出 在单位时间内以标准固定体积对流动介质连续不断地进行度量，以排出流体固定容积数来计算流量。 椭圆齿轮流量计 腰轮流量计 刮板流量计 活塞式流量计等等 间接法 （速度法） 测量平均流速节流式流量计 力学转子流量计 力学涡轮流量计 力学涡街流量计 力学电磁流量计 电学超声波流量计 声学热线风速仪 热学vAqv质量流量直接式：涡轮转矩式质量流量计 科里奥利质量流量计间接式：差压流量计与密度计组合 差压流量计与速度流量计组合 靶式流量计与速度流量计组合补偿： 用压力、温度补偿 流量计内部有流量计内部有12个转子，在流入口

2、流体压力作用个转子，在流入口流体压力作用下使转子转动，随着转子的转动，使流体从流入口下使转子转动，随着转子的转动，使流体从流入口流向流出口。设转子与流量计壳体之间的容积已知流向流出口。设转子与流量计壳体之间的容积已知，则通过测量转子的转速，就可得知流体流经流量，则通过测量转子的转速，就可得知流体流经流量计的流量。计的流量。就地显示 远传显示 椭圆齿轮流量计 刮板流量计 设流体在水平管中沿轴线方向稳定流动，流体不对外作功，和外界没有热量交换，流体本身也没有稳定变化。 设md/D，d-孔板开孔直径。D-管道内经孔板开口面积为A0，截面1、2的面积为A1、A2。收缩系数A2/A0。 对于不可压缩理想

3、流体，则根据伯努利方程有：V10 V20为截面1、2管道中心流速截面1、2处平均流速与管中心的流速有如下关系：流体的连续性方程则22220220210110vpvp2211vAvA1110vCv2220vCv21222211ppmv 因为流束最小截面2的位置随流速而变，实际取 压点的位置是固定的，当用固定取压点处 ， 代替 ， 时，需引入一个取压系数 则 令 ，流量系数为：21220022221ppmAAvAvqm2121pppp2122021ppmAqm21ppp221m1p2p1p2p 于是流体流量为： 流量方程式中的流量系数也可用流出系数C来代替，C的定义是 式中 渐近速度系数 显然C是

4、实际流量系数与取和 均为1的流量系数的比值。这样把收缩系数和取压系数的影响统一归到一个参数流出系数CpAqm20EC211mE 对于可压缩流体， 则引入一个膨胀系数与节流元件形式（ d/D ）、取压方式、Re，管道情况等有关.21pAqm102取压方式 取压方式(即取压点的位置)不同,流量系数不同， 目前主要的取压方式有：角接取压、法兰取压、 取压法 2DD aa环隙取压单独钻孔取压夹持环流体法兰取压、法兰取压、D-D/2取压法取压法 管壁粗糙度 对于标准孔板的流量系数，角接取压法是在相对平 均粗糙度K/D0.00038的管道中测定的，法兰取 压法和 取压法是在K/D0.001的管道中测定 的

5、，其中K是管道内壁绝对平均粗糙度。2DD 2、可膨胀系数 对于可压缩流体，需引入可膨胀系数对流量方程进行修正。3、节流件的开孔面积 与材料的热膨胀系数 管道和孔板的开孔直径一般是在20时的值，当温度发生变化时，热胀冷缩，其直径也要变化。 孔板： 管道：0A20120tddd20120tDDD4、流体密度 流量方程式中所用的密度是指被测介质在节流元件前的工作状态（温度、压力）下的值。实际工作时，流体的密度会流体压力的变化而变化。因此，当工作时实际流体密度与设计时不同时，应进行修正 。标准节流件孔板 按照国际GB262493规定标准取压装置直流段孔板流量计结构简单，工作可靠；管径D501000mm

6、；量程比3：1；几乎能测各种工况下的介质， 但不能有脏污物；标准孔板已知管道内径，节流件开孔直径，取压方式，被测流体参数等必要条件，根据所测得的差压值，计算被测流体的流量 已知管道内径，被测流体参数，预计的流量范围以及其他必要条件，要求选择适当的流量标尺上限、差压上限、节流装置的形式，并确定节流件的开孔直径 节流装置引压管差压变送器显示仪表/控制器oIpvqp202001vpppopv102对浮子受力分析：（浮子重力=浮力+流体阻力)A0环状流通面积；Af浮力面积（最大）C阻力系数22vcAgVgVfffffffcAgVv2fffvcAgVAvAq200流量系数 流量系数与锥形管的锥度，浮子的

7、几何形状以及被测流体的雷诺数等因素有关 流体密度 流量刻度与流体密度有关，出厂时流体是用在标准状态（20，760mmHg）下用水和空气进行标定的，若使用的流体密度不一样，需要进行刻度修正 直接指示型的转子流量计电远传转子流量计主要适用于中小管径、较低雷诺数的中小流量的检测；结构简单，使用方便，工作可靠，仪表前直管段长度要求不高；基本误差约为仪表量程的12%，量程比可达101；易受工作介质密度，粘度，纯净度等影响涡轮流量计主要由涡轮、导流器、磁电感应转换器、放大与信号变换组成。磁电感应转换器是将涡轮转换成电脉冲数，这是涡轮流量计的关键部分。叶轮用磁性的不锈钢做，管道外装上传感器，它由磁钢和线圈组

8、成。当叶片转动时周期也改变检测器中磁路的磁阻，使通过感应线圈的磁通量随之变化。这样，在感应线圈的两端即感应出脉冲信号。iTTtJdd J tddTiT涡轮流量计特点和要求 1、流量与涡轮转速之间成线性关系，量程比一般为1O：1；2、涡轮流量计的测量精度较高，可达到0.5级以上；3、反应迅速，可测脉动流量；4、主要用于中小口径的流量检测； 检测原理（卡门漩涡流量计）检测原理（卡门漩涡流量计） 若在流体中垂直于流向放置一个圆柱体或棱柱体，若在流体中垂直于流向放置一个圆柱体或棱柱体，在它下游两侧就会交替出现漩涡，两侧漩涡的旋转在它下游两侧就会交替出现漩涡，两侧漩涡的旋转方向相反，并轮流地从柱体上分离

9、出来，这两排平方向相反，并轮流地从柱体上分离出来，这两排平行的非对称的漩涡列称为卡门涡街。行的非对称的漩涡列称为卡门涡街。 漩涡发生体是漩涡流量计的核心。漩涡发生体的形漩涡发生体是漩涡流量计的核心。漩涡发生体的形状主要有圆柱形、方柱形和三角柱形，也有组合式状主要有圆柱形、方柱形和三角柱形，也有组合式的。的。 漩涡频率的检测有很多，一般与漩涡发生体形状有关热电丝圆柱体热敏电阻三角柱压电元件组合式超声波检测元件三角柱 涡街流量计的特点涡街流量计的特点 精度高精度高 0.21.0%。 量程比量程比100：120：1。 几乎不受流体性质几乎不受流体性质变化的影变化的影 响响结构简单。结构简单。频率输出

10、，便于数字化测量，频率输出，便于数字化测量，f f与与v v成正比成正比涡街和旋进流量计涡街和旋进流量计 当导电流体（相当于导体）在磁场中作垂直于磁场方向流动而切割磁力线时，在两电极上也会产生感应电势，其方向由右手定则判断，其大小为： 因为 ，则 BDvE vDqv24kqvqDBEv4k是仪表常数磁路系统：直流磁场简单，但使管道中的导电液体电解、电极极化常采用交流BBmsint交变磁场按励磁绕组不同主要有两种结构：集中绕组；分组绕组式。测量管：用不导磁，低导电率，低导热率具有一定强度，让被测流体通过，不锈钢、玻璃钢、高强度塑料电极：测量感应电势衬里：直接接触被测介质，主要作用是增加测量管的耐

11、磨与耐蚀性，防止感应电势被金属测量管管壁短路 外壳：一般用铁磁材料制成，它是保护励磁线圈的外罩，并可隔离外磁场的干扰 转换电路：流体流动产生的感应电势十分微弱，而且各种干扰因素的影响也很大，转换电路的目的是将感应电势放大并能抑制主要的干扰信号 采样电路电磁流量计信号转换电路框图2K1K差动直流放大高通滤波差动交流放大前置放大测量导管中无可动部件，压力损失小，并可测含有杂物、悬浮物等流体的流量。只要流体导电，结果与流体的温度、压力、密度、粘度无关。量程比较宽10：1。反应速度快，可测脉动流量。电磁流量计 超声波流量计（超声波流量计（USFUSF） 超声波流量计是上世纪超声波流量计是上世纪8080

12、年代发展起来的一种流年代发展起来的一种流量计，随着计算机技术和电子技术的迅速发展，超声量计，随着计算机技术和电子技术的迅速发展，超声波流量计也快速发展。波流量计也快速发展。 目前国外目前国外USFUSF的制造商有的制造商有6060家以上，主要集中在英、家以上，主要集中在英、美、日、德。我国美、日、德。我国7070年代才有大学、研究所接触，现年代才有大学、研究所接触，现在全国约有十几家，年产量在全国约有十几家，年产量5000700050007000台。全世界台。全世界USFUSF的年销量的年销量4 4万台左右，占封闭管道流量计的万台左右，占封闭管道流量计的2%2%，销，销售额占售额占5%5%左右

13、，其增长率为左右，其增长率为4%4%，高于流量仪表整体，高于流量仪表整体2.9%2.9%的增长率水平。的增长率水平。声波在静止流体中的传播速度与流动流体中的传播速度不同。超声波的接收和发射称换能器，换能器既可兼作声波的收和发，也可以分开进行。 实际应用如下几种形式。实际应用如下几种形式。 时差法时差法 通过测量超声波脉冲顺流和逆流时传播的时间差通过测量超声波脉冲顺流和逆流时传播的时间差来得到流体的流速。当超声波传播方向与管道轴来得到流体的流速。当超声波传播方向与管道轴线成线成角时，可以得到流速角时，可以得到流速v v与时差与时差t t之间的关之间的关系为：系为：tDtgcv22存在问题：存在问

14、题：c c受流体温度影响大。受流体温度影响大。 t t数量级小，要求电子精度高，限数量级小，要求电子精度高，限制了测量下限。制了测量下限。 相位差法相位差法 换能器发射连续超声脉冲或者周期较长的脉冲波换能器发射连续超声脉冲或者周期较长的脉冲波列，测量顺流和逆流发射时所接收到信号之间的列，测量顺流和逆流发射时所接收到信号之间的相位差相位差 避免了避免了t t小，小， 较大，有利于提高测量精度但较大，有利于提高测量精度但c c的影响仍较大。的影响仍较大。频率法频率法 它是通过测量顺流和逆流时超声脉冲的重复频率它是通过测量顺流和逆流时超声脉冲的重复频率来测量流量的。来测量流量的。tft2Dfctgc

15、v42发射器发射器T发出一个超声脉冲，经过流体由接收器发出一个超声脉冲，经过流体由接收器R接收此信接收此信号，进行放大后再送到发射器号，进行放大后再送到发射器T产生第二个脉冲，这样反产生第二个脉冲，这样反复来往，其频率为复来往，其频率为虽然虽然f fv v关系式中包含了关系式中包含了c c，则由，则由csincsin/D/D1 1，故与，故与前两种方法比较，声速变化所产生的误差影响小。前两种方法比较，声速变化所产生的误差影响小。122sincos1vcDtf111sincos1vcDtfvDcDf2/sin12sin特点：特点：1、是一种非接触式的流量计，因而无压力损失，不干扰、是一种非接触式

16、的流量计，因而无压力损失，不干扰流场，能测量强腐蚀及含杂质的介质外，还可测量非导电流场，能测量强腐蚀及含杂质的介质外，还可测量非导电介质的流量，而且不受流体温度、粘度、密度的影响。介质的流量，而且不受流体温度、粘度、密度的影响。2、通用性好，同一台表可测不同口径的管道内的介质流、通用性好，同一台表可测不同口径的管道内的介质流量。量。3、安装维护方便，在管道的外侧夹装就可测管道内的液、安装维护方便，在管道的外侧夹装就可测管道内的液体流量。不需要切断流量，不影响管道内流体的正常流通。体流量。不需要切断流量，不影响管道内流体的正常流通。安装时不需要阀、法兰、旁通管等，安装费用低。安装时不需要阀、法兰、旁通管等，安装费用低。4、特别适用于大口径管道的流量测量。、特别适用于大口径管道的流量测量。由于它的上述特点，由于它的上述特点，USF在流量测量中所占比重正日益增在流量测量中所占比重正日益增加。尤其在测量污水等方面的应用很广泛。加。尤其在测量污水等方面的应用很广泛。超声波流量计超声波流