第三章过程检测技术(§3.4流量测量)

1、本节教学要求与学习目标：本节教学要求与学习目标： 1 了解各种流量计的测量原理了解各种流量计的测量原理 2 差压式流量计的流量方程式及安装时的要求差压式流量计的流量方程式及安装时的要求 3 转子流量计的流量方程式及测量不同介质时转子流量计的流量方程式及测量不同介质时 的修正的修正3.4 流量测量及其变送流量测量及其变送开始学习开始学习返回总目录返回总目录一一 概念概念 （瞬时）流量：（瞬时）流量：指单位时间内流过管道某一截面的流体的数量。指单位时间内流过管道某一截面的流体的数量。 总量：总量：指在一段时间内流过管道的流体流量的总和。指在一段时间内流过管道的流体流量的总和。 体积流量（体积流量（

2、Q）：）：单位时间内流过的流体以体积表示的，叫体积单位时间内流过的流体以体积表示的，叫体积流量。（流量。（m3/h、L/h、L/min） 质量流量（质量流量（M）：）：单位时间内流过的流体以质量表示的，叫质量单位时间内流过的流体以质量表示的，叫质量流量。（流量。（t/h、Kg/h、Kg/s）。）。M = Q或 Q=M/ 流量计：流量计：测量流体流量的仪表叫流量计。 计量计：计量计：测量流体总量的仪表叫计量计3.4 流量测量及其变送流量测量及其变送二二 流量测量仪表流量测量仪表 速度式流量计差压式流量计、转子流量计电磁流量计、涡轮流量计靶式流量计、堰式流量计椭圆齿轮流量计活塞式流量计容积式流量计

3、质量式流量计惯性式流量计补偿式流量计（一）差压式流量计：（一）差压式流量计： 原理： 基于流体流动的节流原理，利用流体流经节流装置时产生的压力差而实现流量测量的。组成：组成：由节流装置和差压变送器组成由节流装置和差压变送器组成流量信号流量信号压差信号压差信号标准信号标准信号（420mA）节流装置压差变送器（力矩平衡式、电容式压差变送器）适合：测大流量，大管径（适合：测大流量，大管径（D50mm）。）。 1 节流现象：节流现象：流体在有节流装置的管道中流动时，在节流流体在有节流装置的管道中流动时，在节流装置前后管壁处，流体的静压力产生差异的现象。装置前后管壁处，流体的静压力产生差异的现象。如图如

4、图3-18 孔板装置及压力、流速分布图孔板装置及压力、流速分布图在实践中，一般是在孔板前后的管壁上选两个固定的取压点，来测量流体在节流装置前后的压力变化，所以测得的压差与流量之间的关系，与取压点 和测压方式的选择有关 节流件 取压装置节流装置包括节流装置包括2 标准节流装置标准节流装置。 标准孔板：结构简单、安装方便，适合大流量测量标准喷嘴标准文丘管（流体在喉部未达到音速） 节流件2 标准节流装置标准节流装置。 环室结构 (D=50520mm P6.4MPa)单独钻孔结构(D=501000mm P2.5MPa)角接取压方式法兰取压法取压方式补充图3 流量的基本方程流量的基本方程10/2PFQ1

5、02pFM流量系数。与节流装置型式、尺寸、取压方式、工艺条件有关。对标准节流装置可查表；非标准节流装置由实验确定。膨胀校正系数。查手册，对不可压缩液体，取 =11节流装置前的流体密度。F0节流装置的开孔截面积P节流装置前后实测的压力差4 差压式流量计的测量误差差压式流量计的测量误差测量误差原因有： 被测流体工作状态有变动。被测流体工作状态有变动。如果实际使用时被测流体如果实际使用时被测流体的工作状态（温度、压力、湿度）以及相应的流体密度、的工作状态（温度、压力、湿度）以及相应的流体密度、粘度、雷诺数等参数数值与设计计算时不同。粘度、雷诺数等参数数值与设计计算时不同。 节流装置安装不正确或节流装

6、置不清洁。节流装置安装不正确或节流装置不清洁。 孔板入口边缘的磨损。孔板入口边缘的磨损。会引起指示值偏低会引起指示值偏低 导压管安装不正确，或有堵塞、渗漏现象导压管安装不正确，或有堵塞、渗漏现象 差压计或差压变送器的安装或使用不正确差压计或差压变送器的安装或使用不正确图图3-31 测量液体测量液体 流量时的取压流量时的取压 点位置点位置图3-32 测量液体测量液体 流量时的连接图流量时的连接图图3-33 测量气体测量气体 流量时的连接图流量时的连接图图3-34 测量蒸汽测量蒸汽 流量时的连接图流量时的连接图图图3-35 差压计阀组安装示意图差压计阀组安装示意图 图图3-36 隔离罐的两种形式隔

7、离罐的两种形式注意：（注意：（1）三阀组的操作原则：）三阀组的操作原则：不能让导压管内的凝结水或隔离液流失。不能让导压管内的凝结水或隔离液流失。不可使测量元件（膜盒或波纹管）受压或受热。不可使测量元件（膜盒或波纹管）受压或受热。（2）三阀组的启动顺序）三阀组的启动顺序先打开平衡阀先打开平衡阀 打开正阀门打开正阀门 打开负阀门打开负阀门 关闭平衡阀关闭平衡阀（3）三阀组的停用顺序）三阀组的停用顺序先打开平衡阀先打开平衡阀 关闭正阀门关闭正阀门 关闭负阀门关闭负阀门（二）转子流量计（二）转子流量计1 工作原理：工作原理：以压降不变，利用节流面积的变化来测量流量的大小，即转子流量计采用的是恒压降、变

8、节流面积的流量测量方法。流量信号流量信号 转子位子的高低转子位子的高低图3-37 转子流量计的工作原理由平衡条件得到：V t g V f g =（P1 P2）AV转子的体积t转子材料的密度 f被测流体的密度P1 、 P2转子前后的流体的压力A转子的最大截面P=P1 P2= V（tf）g /A2 转子流量计的流量方程式转子流量计的流量方程式 在压降不变，流量与流通截面在压降不变，流量与流通截面F0（即转子浮起的高度（即转子浮起的高度 h）有关）有关 3 电远传式转子流量计电远传式转子流量计 由由流量变送和电动显示转子的运动 差动变压器的铁心运动流量信号 电信号AgVhMfft)(2)()(2Ag

9、VhQfft或phQphMff22或图3-39 LZD系列电远传转子流量计仪表常数仪表常数h转子浮起的高度转子浮起的高度4 转子流量计指示值的修正转子流量计指示值的修正 转子流量计上的刻度是以标况（20、0.10133 M Pa）下，水或空气的流量进行标定的，当被测介质的密度和工况不同时，必须对密度、温度、压力进行修正。（1）液体流量测量时的修正）液体流量测量时的修正）表可查体积流量密度修正系数）（其中：）（两式相除：体积流量的修正公式：2372()593()()583()()573()()(2)563()()(2000PgKKKQQQKQQAgVhQAgVhQQwftfwtQQffQfwft

10、fwtfftfwwt例题：Pg72）表可查质量流量密度修正系数）（）（式：同理质量流量的修正公2372()613()()603()(00PgKKQMKMKMQMMfwfftwtMfMfwfftwt（2）气体流量测量时的修正）气体流量测量时的修正当被测介质的密度、温度、压力发生变化时，按下式进行修正：当被测介质的密度、温度、压力发生变化时，按下式进行修正：度修正系数分别为密度、压力、温、值标况刻度下仪表的显示）被测介质的绝对温度（）标况时的绝对温度（）标况时的绝对压力（被测介质的绝对压力）空气在标况下的密度（被测介质标况下的密度被测介质的流量TPTpKKKhNmQKTKTMPapMPapNmkg

11、NmkghNmQQKKKQTTppQ/29310133.0/293.1/)643(111301001303131001001101（3）蒸汽流量测量时的换算当要把蒸汽流量转换为水流量时：3003/156.2910009 . 719 . 7)(/9 . 7)603(mKghlQhKgMMMMQcmgffffffffwfftwtt蒸汽密度，水流量，蒸汽流量，）（不锈钢，式计算：若转子材料为可由(三）椭圆齿轮流量计三）椭圆齿轮流量计 工作原理：工作原理：齿轮转动把被测介质以半月形容积为单位一次次地由进口排至出口，因此Q=4nV0 使用特点：使用特点：适用于高粘度介质的流量测量。测量精度高，压力损失小

12、，安装使用方便。但是使用时被测介质中不能含有固体颗粒，不能夹杂机械物。图图3-41 椭圆齿轮流量计结构原理椭圆齿轮流量计结构原理就地显示就地显示远传显示远传显示（四）涡轮流量计（四）涡轮流量计 测量原理：测量原理：是将流体的流速（流量）转换为安装在是将流体的流速（流量）转换为安装在管道内涡轮的转速，然后通过磁电感应转换器将转速信号转换为相应的电信号的频率来进行测量的。在规定的流量范围和一定的流体粘度下，转速与流速（流量）成线性关系。图图3-42 涡轮流量计结构原理涡轮流量计结构原理使用特点：使用特点：安装方便、测量精度高、可耐高压、响应快、可测脉动信号、输出信号为电频率信号、便于远传、不受干扰

13、。缺点：缺点：易磨损。故一般要加过滤器；为使流向比较平稳，其前后应保证有一定的直管段。组成组成 涡轮 导流器 磁感应转换器（五）电磁流量计（五）电磁流量计 测量原理：测量原理：是基于电磁感应定律工作的。它是将流体的流速转换是基于电磁感应定律工作的。它是将流体的流速转换为感应电势的大小来进行测量的。电磁流量计由变送器和转换器为感应电势的大小来进行测量的。电磁流量计由变送器和转换器组成。组成。图图3-43 电磁流量计原理图电磁流量计原理图使用特点：使用特点：（1）由于没有可）由于没有可动部件和插入管道的阻力件，动部件和插入管道的阻力件，没有使流体收缩和改变流体的没有使流体收缩和改变流体的流束，所以

14、压力损失小、无堵流束，所以压力损失小、无堵塞，对测量导电性液体是较为塞，对测量导电性液体是较为合适的。另外，由于电磁的衬合适的。另外，由于电磁的衬里里 和电极是防腐的，所以也可和电极是防腐的，所以也可用来测量腐蚀的流量。用来测量腐蚀的流量。（2）流速测量范围很窄）流速测量范围很窄（0.510m/s），口径从），口径从1mm到到2mm以上，反应快、惰性小。以上，反应快、惰性小。可用语测量脉动流体、双相流可用语测量脉动流体、双相流体以及灰浆等含固体颗粒的液体以及灰浆等含固体颗粒的液体流量。体流量。（六）旋涡流量计（卡曼涡街流量计）（六）旋涡流量计（卡曼涡街流量计） 测量原理：测量原理：利用流体有规则的旋涡剥离现象（卡曼涡街现象）（卡曼涡街现象）来测量流体流量的仪表。即利用流体自然震荡的原理制成的一种漩涡分离型流量计。 卡曼涡街现象：卡曼涡街现象：当流体以足够大的流速流过垂直于流体流向的物体时，若该物体的几何尺寸适当，则在物体的后面，沿两条平行直线上产生整齐排列，转向相反且上下交替的涡列。涡列的个数，即涡街频率和流体的流速成正比。因而通过测旋涡频率（热敏检热敏检测法、电容检测法、应力检测法、超声检测法），测法、电容检测法、应力检测法、超声检测法），就可知道流体的流速，从而测出流体的流量。 图图3-33 （三版）卡慢涡街