化工仪表及自动化第3章

1、化工仪表及自动化第三章 流量检测 内容提要要差压式流流量计节流现象象与流量量基本方方程式标准节流流装置差压变送送器差压式流流量计的的测量误误差转子流量量计工作原理理电远传式式转子流流量计漩涡流量量计1内容提要要质量流量量计直接式质质量流量量计补偿式质质量流量量计其他流量量计靶式流量量计椭圆齿轮轮流量计计涡轮流量量计电磁流量量计2概述介质流量量是控制生生产过程程达到优优质高产产和安全全生产以以及进行行经济核核算所必必需的一一个重要要参数。流量大小小：单位时间间内流过过管道某某一截面面的流体体数量的的大小，即瞬时时流量。总量：在某一段段时间内内流过管管道的流流体流量量的总和和，即瞬瞬时流量量在某一

2、一段时间间内的累累计值。定义3概述质量流量量M体积流量量Q如以t表示时间间，则流流量和总总量之间间的关系系是流量计：测量流体体流量的的仪表。计量表：测量流体体总量的的仪表。4概述1.速度式流量计 以测量流体在管道内的流速作为测量依据来计算流量的仪表。 2.容积式流量计 以单位时间内所排出的流体的固定容积的数目作为测量依据来计算流量的仪表。 3.质量流量计 以测量流体流过的质量M为依据的流量计。质量流量计分直接式和间接式两种。 5分类第一节差差压式式流量计计差压式（也称节节流式）流量计计是基于流流体流动动的节流流原理，利用流流体流经经节流装装置时产产生的压压力差而而实现流流量测量量的。通常是由由

3、能将被被测流量量转换成成压差信信号的节节流装置置和能将将此压差差转换成成对应的的流量值值显示出出来的差差压计以以及显示示仪表所所组成。6第一节差差压式式流量计计一、节流流现象与与流量基基本方程程式1.节流现象象流体在有有节流装装置的管管道中流流动时，在节流流装置前前后的管管壁处，流体的的静压力力产生差差异的现现象称为为节流现象象。节流装置置就是在在管道中中放置的的一个局局部收缩缩元件,应用最广广泛的是是孔板,其次是喷喷嘴、文文丘里管管。7第一节差差压式式流量计计图3-1 孔板装置及压力、流速分布图 要准确测量出截面、处的压力有困难，因为产生最低静压力p2的截面的位置随着流速的不同会改变。因此是

4、在孔板前后的管壁上选择两个固定的取压点，来测量流体在节流装置前后的压力变化。因而所测得的压差与流量之间的关系，与测压点及测压方式的选择是紧密相关的。注意8第一节差差压式式流量计计2.节流基本本方程式式流量基本本方程式式是阐明明流量与与压差之之间定量量关系的的基本流流量公式式。它是是根据流流体力学学中的伯伯努利方方程和流流体连续续性方程程式推导导而得的的。可以看出出要知道流量与压差的确切关系，关键在于的取值。 流量与压力差P的平方根成正比。 9第一节差差压式式流量计计二、标准节流流装置国内外把把最常用用的节流流装置、孔板、喷嘴、文丘里里管等标标准化，并称为为“标准准节流装装置”。采用标准准节流装

5、装置进行行设计计计算时都都有统一一标准的的规定、要求和和计算所所需要的的通用化化实验数数据资料料。10第一节差差压式式流量计计1.节流装置置的选用用在加工工制造和和安装方方面,以以孔板为为最简单单,喷嘴嘴次之,文丘里里管最复复杂。造造价高低低也与此此相对应应。实际际上,在在一般场场合下,以采用用孔板为为最多。当要求求压力损损失较小小时,可可采用喷喷嘴、文文丘里管管等。11第一节差差压式式流量计计在测量量某些易易使节流流装置腐腐蚀、沾沾污、磨磨损、变变形的介介质流量量时,采采用喷嘴嘴较采用用孔板为为好。在流量量值与压压差值都都相同的的条件下下,使用用喷嘴有有较高的的测量精精度,而而且所需需的直管

6、管长度也也较短。如被测测介质是是高温、高压的的,则可可选用孔孔板和喷喷嘴。文文丘里管管只适用用于低压压的流体体介质。12第一节差差压式式流量计计2.节流装置置的安装装使用 必须须保证节节流装置置的开孔孔和管道道的轴线线同心,并使节节流装置置端面与与管道的的轴线垂垂直。 在节节流装置置前后长长度为两两倍于管管径(2D)的的一段管管道内壁壁上,不不应有凸凸出物和和明显的的粗糙或或不平现现象。13第一节差差压式式流量计计 任何何局部阻阻力(如弯管管、三通通管、闸闸阀等)均会引引起流速速在截面面上重新新分布,引起流流量系数数变化。所以在在节流装装置的上上、下游游必须配配置一定定长度的的直管。 标准准节

7、流装装置(孔板、喷嘴) ,一一般都用用于直径径D50mm的管道道中。 被测测介质应应充满全全部管道道并且连连续流动动。 管道道内的流流束(流动状状态)应应该是稳稳定的。 被测测介质在在通过节节流装置置时应不不发生相相变。14第一节差差压式式流量计计三、差压压变送器器变送器是是单元组组合式仪仪表中不不可缺少少的基本本单元之之一。所谓单元组合合式仪表表,这是将对对参数的的检测及及其变送送、显示示、控制制等各部部分,分别做成成只完成成某一种种功能而而又能各各自独立立工作的的单元仪仪表(简称单元元,例如变送送单元、显示单单元、控控制单元元等)。15第一节差差压式式流量计计分类按使用的能能源不同,单单元

8、组合合式仪表表有气动动单元组组合式仪仪表(QDZ型)和电电动单元元组合式式仪表(DDZ型)。差压变送送器可以将差差压信号号p转换为统统一标准准的气压压信号或或电流信信号,可可以连续续地测量量差压、液位、分界面面等工艺艺参数。当它与与节流装装置配合合时,可可以用来来连续测测量液体体、蒸汽汽和气体体的流量量。16第一节差差压式式流量计计四、差压压式流量量计的测测量误差差在现场实实际应用用时，往往往具有有比较大大的测量量误差，有的甚甚至高达达1020。 不仅需要合理的选型、准确的设计计算和加工制造，更要注意正确的安装、维护和符合使用条件等，才能保证差压式流量计有足够的实际测量精度。 注意17第一节差

9、差压式式流量计计误差产生生的原因因被测流体体工作状状态的变变动。节流装置置安装不不正确。孔板入口口边缘的的磨损。导压管安安装不正正确，或或有堵塞塞、渗漏漏现象差压计安安装或使使用不正正确到23页页到27页页18第一节差差压式式流量计计19导压管要要正确地地安装，防止堵堵塞与渗渗漏，否否则会引引起较大大的测量量误差。对于不不同的被被测介质质，导压压管的安安装亦有有不同的的要求，下面分分类讨论论。图3-3 测量液体流量时的取压点位置 图3-4 测量液体流量时的连接图1节流装置；2引压导管；3放空阀；4平衡阀；5差压变送器；6贮气罐；7切断阀第一节差差压式式流量计计取压点点应该位位于节流流装置的的下

10、半部部，与水水平线夹夹角为为045。引压导导管最好好垂直向向下，如如条件不不许可，导压管管亦应下下倾一定定坡度（至少120110），使气气泡易于于排出。在引压压导管的的管路中中，应有有排气的的装置。（1）测量液液体的流流量时，应该使使两根导导压管内内都充满满同样的的液体而而无气泡泡，以使使两根导导压管内内的液体体密度相相等。20第一节差差压式式流量计计21（2）测量气气体流量量时，上上述的这这些基本本原则仍仍然适用用。取压点点应在节节流装置置的上半半部。引压导导管最好好垂直向向上，至至少亦应应向上倾倾斜一定定的坡度度，以使使引压导导管中不不滞留液液体。如果差差压计必必须装在在节流装装置之下下，

11、则需需加装贮贮液罐和和排放阀阀，如图图3-5所示。（3）测量蒸蒸汽的流流量时，要实现现上述的的基本原原则，必必须解决决蒸汽冷冷凝液的的等液位位问题，以消除除冷凝液液液位的的高低对对测量精精度的影影响。常常见的接接法见图图3-6所示。第一节差差压式式流量计计图3-5 测量气体流量时的连接图1节流装置；2引压导管；3差压变送器；4贮液罐；5排放阀图3-6 测量蒸汽流量的连接图1节流装置；2凝液罐；3引压导管；4排放阀；5差压变送器；6平衡阀22第一节差差压式式流量计计23差压计或或差压变变送器安安装或使使用不正正确也会会引起测测量误差差。由引压导导管接至至差压计计或变送送器前，必须安安装切断断阀1

12、、2和平平衡阀3，如图图3-7所示。测量腐蚀蚀性（或或因易凝凝固不适适宜直接接进入差差压计）的介质质流量时时，必须须采取隔隔离措施施。常用用的两种种隔离罐罐形式如如图3-8所示示。第一节差差压式式流量计计图3-7 差压计阀组安装示意图1，2切断阀；3平衡阀图3-26 隔离罐的两种形式24第二节转转子流流量计一、工作作原理25转子流量量计采用用的是恒恒压降、变节流流面积的的流量测测量方法法。图3-9 转子子流量计计的工作作原理图图第二节转转子流流量计转子流量计中转子的平衡条件是（3-13）根据转子浮起的高度就可以判断被测介质的流量大小或将式（3-26）代入上两式，得或由式（3-25）可得（3-1

13、4）26第二节转转子流流量计27二、电远传式式转子流流量计它可以将将反映流流量大小小的转子子高度h转换为电电信号，适合于于远传，进行显显示或记记录。LZD系列电远远传式转转子流量量计主要要由流量量变送及及电动显显示两部部分组成成。1.流量变送送部分图3-10 差动变压器结构第二节转转子流流量计转换原理 若将转子流量计的转子与差动变压器的铁芯连接起来，使转子随流量变化的运动带动铁芯一起运动，那么，就可以将流量的大小转换成输出感应电势的大小。28第二节转转子流流量计292.电动显示示部分图3-11 LTD系列电远传转子流量计第三节漩漩涡流流量计精度高、测量范范围宽、没有运运动部件件、无机机械磨损损

14、、维护护方便、压力损损失小、节能效效果明显显。30漩涡流量量计是利利用有规规则的漩漩涡剥离离现象来来测量流流体流量量的仪表表。图3-12 卡门涡列 (a)圆柱涡列； (b)三角柱涡列第三节漩漩涡流流量计 热学法 电容法 压差法漩涡频率的检测方法图3-13 圆柱检出器原理图1空腔；2圆柱棒；3导压孔；4铂电阻丝；5隔墙 满足hL0.281时，则所产生的涡街是稳定的。由圆柱体形成的卡曼漩涡，其单侧漩涡产生的频率为31第四节质质量流流量计定义直接测量量单位时时间内所所流过的的介质的的质量,即质量量流量M。优点质量流量量计的最最后输出出信号只只与介质质的质量量流量M成比例,这就能能从根本本上提高高流量

15、测测量的精精度,省省去了烦烦琐的换换算和修修正。质量流量量的基本本方程式式为32第四节质质量流流量计一、直接接式质量量流量计计图3-14 双孔板差压式质量流量测量示意图（3-18）（3-19）将式(3-19)减去去式(3-18),可可得即33第四节质质量流流量计38二、补偿偿式质量量流量计计1.流速-密密度补偿偿法图3-15 流速-密度补偿法质量流量2.压差差-密度度法图3-16 压差-密度补偿法第四节质质量流流量计3.压差差-流速速补偿法法图3-17 压差-流速补偿法39（3-20）又由于（3-21）将式 (3-21)代入式 (3-20)，得第五节其其他流流量计一、靶式式流量计计便于某些些黏

16、度较较高或含含有悬浮浮物介质质的流量量检测。图3-18 半导体应变片式靶式流量变送器 1靶；2输出力杠杆； 3推杆； 4悬臂块；R1R4半导体应变片40第五节其其他流流量计二、椭圆圆齿轮流流量计411.工作原理理图3-19 椭圆齿轮流量计结构原理通过椭圆齿轮流量计的体积流量2.使用特点点适用于高高黏度介介质的流流量测量量。测量精度度较高，压力损损失较小小，安装装使用也也较方便便。椭圆齿轮轮流量计计的入口口端必须须加装过过滤器。椭圆齿轮轮流量计计的使用用温度有有一定范范围。椭圆齿轮轮流量计计的结构构复杂，加工成成本较高高。第五节其其他流流量计三、涡轮轮流量计计42图3-20 涡轮流量计1涡轮；2

17、导流器；3磁电感应转换器；4外壳；5前置放大器优点安装方便便。测量精度度高，可可耐高压压。反应快，可测脉脉动流量量。输出信号号为电频频率信号号，便于于远传，不受干干扰。缺点一般应加加过滤器器。安装时，前后要要有一定定的直管管段。第五节其其他流流量计四、电磁磁流量计计43能够测量量酸、碱、盐溶液以及及含有固体颗粒粒（例如泥泥浆）或或纤维液体体的流量。图3-21 电磁流量计原理感应电势的方向由右手定则判断，大小由下式决定 （3-23）而（3-24）将式（4-24）代入式（4-23），得第五节其其他流流量计注意 只能用来测量导电液体的流量，且导电率要求不小于水的导电率，不能测量气体、蒸汽及石油制品等

18、的流量。要引入高放大倍数的放大器，会造成测量系统很复杂、成本高，并且易受外界电磁场的干扰。使用中要注意维护，防止电极与管道间绝缘的破坏。安装时要远离一切磁源。不能有振动。 44例题分析析举例 1.某差压式流量计的流量刻度上限为320m3/h ,差压上限2500Pa。当仪表指针指在160m3/h时,求相应的差压是多少 (流量计不带开方器)? 解：由流量基本方程式可知 流量是与差压的平方根成正比的。当测量的所有条件都不变时,可以认为式中的、F0、1均为不变的数。如果假定上题中的 Q1 = 320m3/h ;p1 = 2500Pa ; Q2 = 160m3/h ;所求的差压为p2 ,则存在下述关系45例题分析析由此得代入上述数据,得 该例说明了差压式流流量计的的标尺如如以差压压