差压式流量测量系统（课件）

1、 流量检测及仪表 流量是过程控制中的主要参数之一。1.1 流量测量的基本知识一、定义1、 瞬时流量：单位时间内通过某一截面的流体数量。2、体积流量：单位时间内流过的体积， qv。单位为m3s3、质量流量：单位时间内流过的质量，qm。单位为kgs质量流量与体积流量的关系：qm qv 为流体密度。3、平均流量：流过的总量除以时间。 4、积分流量（累积流量）：一段时间内流过某一截面流体的总量，是瞬时流量对该段时间的积分。瞬时流量与累积流量的关系：注意：求质量流量时，由于流体的密度受流体工作状态的影响，在用体积流量表示时，要给出流体的压力和温度。对于液体，压力变化对密度的影响非常小，一般可以忽略不计；

2、温度对密度的影响要大一些，一般温度每变化10，液体的密度变化约在1以内。 二、流量测量方法1、按输出信号分脉冲信号输出，例：涡轮流量计，涡街流量计模拟信号输出，例：差压流量计、转子流量计2、按测量原理分容积法:利用液体单位时间内连续通过固定体积的数目。椭圆齿轮流量计, 腰轮流量计，刮板式流量计速度法:以测量流体在管道内的流动速度作为测量依据的仪表。差压流量计，涡轮流量计，涡街流量计，电磁流量计，超声波流量计。质量式：以测量流体质量作为测量依据的仪表三、常用术语1、流量范围流量量程，流量计的量程比。2、额定流量 规定性能或最佳性能3、流量计特性曲线4、流量系数 实际流量与理论流量的比值5、仪表系

3、数 单位体积流量对应的信号脉冲数6、重复性 连续多次测量同一流量给出相同结果的能力7、线性度 整个量程上的特性曲线偏离最佳拟合直线的程度1.2 速度式流量计一 工作原理：直接测量管道内流体的速度测流量。如测得是平均流速 ，则容积流量 ，如测得是某点流速v，则体积流量 ，K为平均流速与被测点流速的比值。 1）注意事项：因使用平均流速，故其测量结果的准确度不仅与仪表本身有关，而且与截面上的流速分布情况有关。因此在测量仪表前后有足够长的直管段或加装整流器。 2）要充分了解被测流体的速度分布。常用种类差压式，涡轮式，涡街式，电磁式，超声波式，热式。1.3 差压式流量测量方法1、 工作原理：伯努利定律，

4、通过测量流体流动过程中产生的差压来测量流速或流量。2 、种类：毕托管、均速管、节流变压降流量计。流体伯努利方程流速分布数学模型1、层流状态2、紊流状态流速分布-尼古拉兹模型n与雷诺数有关两点法单点法一、毕托管1、差压和流速关系（1）不可压缩流体：按照伯努利方程，毕托管头部流速v，全压p0，静压p关系有：对可压缩流体：1：可压缩性校正系数，流体为液体时 0 （2）（3）由于各种误差存在，流速和差压的公式还要乘以校正系数。标准毕托管为12、毕托管的结构1）对毕托管部件尺寸有要求；2）测量时必须将毕托管固定，3）毕托管探头的轴线必须与管道中心轴线平行，4）前后要有足够长的直管段形成典型流速分布3 、

5、平均流速的测量(1)毕托管只能测管道某一点的流速，并不是平均流速。(2)在层流中，平均流速从管壁算起为y=0.2929R处(3)紊流由于截面的流速与雷诺数有关，故用实验法在截面上取若干个测点处,确定平均流速.推荐用“对数线性”方法确定测点位置。圆形取3或5个，各点权值相同。矩形取26个 ，各点的权值不同。 1、起因： （1）毕托管的问题：用实验法求平均流速，计算繁琐，测试时间长，且只应用于稳定工况及大口径流量计。（2）均速管（阿牛巴、威立巴）可自动平均各测点得到的差压，求取截面的平均流速和体积流量。二 、均速管全压孔检测杆全压均值管静压引压管静压孔1)均速管的迎流面上有四个取压孔，测取此四点的

6、全压，取平均后被引出；此四孔的位置用切比雪夫数值积分法确定r1/R=0.4597 ,r2/R=0.8881(r为取压孔距管道中心的距离）2）另一压力由均速管背流面的管道中心处取得3）用上两压力差代表平均流速和体积流量。2、均速管的工作过程 4）均速管流量公式：流量系数，制造厂给出修正系数（规定的雷诺数、结构和流体状态），KRe雷诺数偏离的修正系数，K可压缩修正系数，K流体状态修正系数1）其前直管段7-24D，后直管段3-4D2）D=252500mm，工作压力=5MPa,工作温度104,流速要求，气体5m/s,液体0.5m/s，蒸汽9m/s以上。2）均速管的特点：结构简单，安装维护方便，价格低，

7、压力损失小，适用管径范围宽。缺点：差压输出小，灵敏度低，量程比小（3：1），很难用于带尘气流的测量。3、均速管的使用及特点三、节流变压降流量计节流流量计（占整个流量仪表的70），节流式流量计也称为差压式流量计，它是目前工业生产过程中流量测量最成熟、最常用的方法之一。如果在管道中安置一个固定的阻力件，它的中间是一个比管道截面小的孔，当流体流过该阻力件的小孔时，由于流体流束的收缩而使流速加快、静压力降低，其结果是在阻力件前后产 生一个较大的压差，压差的大小与流体流速的大小有关，流速愈大，差压也愈大，因此只要测出差压就可以推算出流速，进而可以计算出流体的流量。把流体流过阻力件使流束收缩造成压力变化的

8、过程称节流过程，其中的阻力件称为节流件。作为流量检测用的节流件有标准的和特殊的两种。标准节流件包括标准孔板、标准喷嘴和标准文丘里管。对于标准化的节流件，在设计计算时都有统一标准的规定、要求和计算所需的有关数据及程序，可直接按照标准制造；安装和使用时不必进行标定。特殊节流件主要用于特殊介质或特殊工况条件的流量检测，它必须用实验方法单独标定。相比而言，标准孔板制作最简单，使用也最广泛，以下以标准孔板为例来介绍。节流原理流动流体的能量有两种形式：静压能和动能。流体由于有压力而具有静压能，又由于有流动速度而具有动能，这两种形式的能量在一定条件下是可以相互转化的。123流速静压流量方程123流速静压根据

9、流体力学中的伯努利方程，可以推导得出节流式流量计的流量方程，也就是差压和流量之间的定量关系式： 为流量系数 为可膨胀性系数A0为节流件的开孔面积 为节流装置前的流体密度P节流装置前后实际测得的压差 主要与节流装置的型式、取压方式、流体的流动状态（如雷诺数）和管道条件等因素有关。因此，是一个影响因素复杂的综合性参数，也是节流式流量计能否准确测量流量的关键所在，雷诺数大于某一数值（界限雷诺数）时，值可认为是一常数。对于标准节流装置，可以从有关手册中查出；对于非标准节流装置，其值要由实验方法确定。可膨胀性系数用来校正流体的可压缩性，它与节流件前后压力的相对变化量、流体的等熵指数等因素有关，其取值范围

10、小于等于1。对于不可压缩性流体，1；对于可压缩性流体，则1。应用时可以查阅有关手册而得1、检测原理2、流量公式1）不可压缩流体的流量公式 流量系数流出系数=d/D节流件开口面积2）可压缩流体 将公式中使用节流前的流体密度 1，将可压缩性对流量的影响流速膨胀系数来修正(不可压缩流体 1）故流量公式可统一写为：4、标准节流装置标准节流装置由标准节流件，标准取压装置和节流件前后直管段（节流件前10D，后5D）三部分组成。上游第二阻流件下游第一阻流件直管段上游第一阻流件节流件1)开孔直径d=12.5mm根据计算得到，测量在上游端进行，最好是在四个大致相等的角度上测量直径，求其平均值。要求各个单测值与平

11、均值之差在0.05%范围内。2)孔板进口圆筒形部分应与管道同心安装。3)孔板进口边缘应是严格的直角，不能有毛刺和可见的反光。1、 标准孔板eEd4)e的尺寸：0.005De0.02D5)孔板厚度E满足 eEPs 正压导管泄漏，而流量上升时，变送器输出增加当：P0流量下降时，对变送器(变送器本身进行输出信号开方)输出的影响 实际上，当泄漏量非常小的时候，由于种种原因，工艺操作或仪表维修护人员很难发现，只有当泄漏量大，所测流量与实际流量相比有较大误差时才会发现，这时即使是实际流量上升，总是P0 PS，即： P2 P1，F2h-时 变送器实际测得的差压增大，输出流量信号变大。即：变送器测量输出的流量信号与实际流量不符，产生测量误差。这里，由于正压导管取压方式的原因，随着时间的增加，h+逐渐大于h-，测得