安工大-化工仪表及自动化-第3章检测仪表与传感器(流量检测)

第三节

流量检测及仪表流量是指单位时间内流过管道某一截面的流体数量的大小，即瞬时流量。在某一段时间内流过管道的流体流量的总和，即瞬时流量在某一段时间内的累计值，称为总量。表示方法：质量流量M（t/h、kg/h、kg/s）体积流量Q（m3/h、L/h、L/min）

M=Q测量流体流量的仪表一般叫流量计；测量流体总量的仪表常称为计量表。一、概述1流量计的分类1．速度式流量计测量流体在管道内的流速，用过流面积换算成流量。例如差压式流量计、转子流量汁、电磁流量计、涡轮流量计等。

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量作为测量依据。例如椭圆齿轮流量计、活塞式流量计等。

3．质量流量计以测量流体流过的质量为依据，分直接式和间接式两种。

直接式质量流量计直接测量质量流量。例如量热式、角动量式、陀螺式和科里奥利力式等质量流量计。

间接式质量流量汁是用密度与容积流量经过运算求得质量流量的。具有测量精度不受流体的温度、压力、粘度等变化影响的优点。2表类别工作原理仪表名称可测流体种类适用管径mm测量精度％安装要求、特点体积流量计差流压量式计流体流过通管道中的阻力件时产生的压力差与流量之间有确定关系，通过测量差压值求得流量节流式孔板液、气、蒸汽50～1000±1～2需直管段，压损大喷嘴50～500需直管段，压损中等文丘里管100～1200需直管段，压损小均速管液、气、蒸汽25～9000±1需直管段，压损小转子流量计液、气4～150±2垂直安装靶式流量计液、气、蒸汽15～200±1～4需直管段，弯管流量计液、气±0.5～5需直管段，无压损容流积量式计直接对仪表排出的定量流体计数确定流量椭园齿轮流量计液10～400±0.2～0.5无直管段要求，需装过滤器，压损中等腰轮流量计液、气刮板流量计液±0.2无直管段要求，压损小3表速流度量式计通过测量管道截面上流体平均流速来测量流量涡轮流量计液、气4～600±0.1～0.5需直管段，装过滤器涡街流量计液、气150～1000±0.5～1需直管段电磁流量计导电液体6～2000±0.5～1.5直管段要求不高，无压损超声波流量计液＞10±1需直管段，无压损直接式直接检测与质量流量成比例的量来质量流量热式质量流量计气±1冲量式质量流量计固体粉料±0.2～2科氏质量流量计液、气±0.15间接式同时测体积流量和流体密度来计算质量流量体积流量经密度补偿液、气±0.5温度、压力补偿体积流量计质量流量计类别工作原理仪表名称可测流体种类适用管径mm测量精度％安装要求、特点4二、差压式（节流式）流量计基于流体流动的节流原理，利用流体流经节流装置（流动阻力件）时产生的压力差而实现流量的测量。1-

节流元件；2-

引压管路；3-

三阀组；4-

差压计。

51、工作原理和流量基本方程式当流体流经管道内的节流件时，流速将在节流件处形成局部收缩，因而流速增加，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，这样可依据压差来衡量流量的大小。节流元件附近流速和压力分布情况压差影响因素： 流量、节流装置形式、管道内流体的物理性质（密度、粘度）。6流量基本方程式根据流体的连续性方程（质量守恒定律）和流体力学的伯努利方程（能量守恒定律），可以推导出流量与压差之间的流量方程式，即体积流量质量流量式中：

——流量系数——流束膨胀系数

F0——节流装置的开孔截面积

——流体密度

Δр——节流装置前后实际测得的压力差流量与压力差的平方根成正比72、差压式流量计的组成历史悠久、技术成熟、应用最广泛。结构简单、使用寿命长，适应能力强，几乎能测量各种工况下的流量。测量对象：流体方面，单相、混相、洁净、脏污；工作状态：常压、高压、真空、常温、高温、低温；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。显示仪表83、标准节流装置标准孔板[1]

孔板是一块具有与管道同心圆形开孔的圆板，迎流一侧是有锐利直角入口边缘的圆筒形孔，顺流的出口呈扩散的锥形。结构简单，加工方便，价格便宜。压力损失较大，测量精度较低，只适用于洁净流体介质，测量大管径高温高压介质时，孔板易变形。[2]

喷嘴[3]

文丘里管9[2]

喷嘴标准喷嘴是一种以管道轴线为中心线的旋转对称体，主要由入口圆弧收缩部分与出口圆筒形喉部组成，有ISAl932喷嘴和长径喷嘴两种型式。10[3]

文丘里管文丘里管有两种标准型式：经典文丘里管与文丘里喷嘴。文丘里管压力损失最低，有较高的测量精度，对流体中的悬浮物不敏感，可用于污脏流体介质的流量测量，在大管径流量测量方面应用的较多。但尺寸大、笨重，加工困难，成本高，一般用在有特殊要求的场合。114、节流装置的取压方式根据节流装置取压口位置可将取压方式分为理论取压、角接取压、法兰取压、径距取压与损失取压等五种:12标准节流装置的取压方式国家规定的标准节流装置有两种取压方法，即角接取压法和法兰取压法。其中角接取压适用于孔板和喷嘴，而法兰取压仅用于孔板。（1）角接取压装置角接取压装置可以采用环室或夹紧环(单独钻孔)取得节流件前后的差压。（2）法兰取压装置法兰取压装置由两个带取压孔的取压法兰组成。13标准节流装置的取压方式－示意图角接取压法（环室结构和单独钻孔结构）比较简便，容易实现环室取压，测量精度较高。法兰取压法结构较简单，容易装配，计算也方便，但精度较角接取压法低些。A：角接取压法B：法兰取压法145、差压式流量计-测量误差被测流体工作状态的变动节流装置安装不正确孔板入口边缘的磨损导压管安装不正确，或有堵塞、渗漏现象差压计安装或使用不正确15三、转子流量计组成：锥形管、转子测量原理:定压降，变节流面积转子在锥形管中的平衡位置的高低与被测介质的流量大小相对应。适宜于测量管径50mm以下管道的流量，测量的流量可小到每小时几升。又名浮子流量计，测量本体由一根自下向上扩大的垂直锥管和一只可以沿着锥管的轴向自由移动的浮子组成．如图所示．线性刻度，可测气体、蒸汽和液体的流量。161、流量公式流量公式：按锥形管的材料分：玻璃管转子流量计，流量示值刻在锥形管上；金属管转子流量计，有就地指示型和电气信号远传型两种。—仪表常数—转子的最大横截面积。

—转子的密度；—转子浮起的高度；—被测流体的密度；—转子的体积；—重力加速度；172、电远传式转子流量计组成：流量变送及电动显示183、转子流量计指示值修正1、液体流量测量时的修正：介质密度修正。

基本公式：用水标定：被测介质的粘度和水相差不大时，可认为是常数。则有：（1）（2）（1）式除以（2），整理后可得：KQ为体积流量密度修正系数。192、气体流量测量时的修正气体流量测量时的修正：介质密度、温度、压力的修正。，P，T：密度，压力，绝对温度。下标为0：对应标准状态下的空气。下标为1：被测的气体介质。20四、椭圆齿轮流量计结构与工作原理由于流体在流量计入、出口处的压力P1P2，当A、B两轮处于(a)所示位置时，A轮与壳体间构成容积固定的半月形测量室(图中阴影部分)，此时进出口差压作用于B轮上的合力矩为零，而在A轮上的合力矩不为零，产生一个旋转力矩，使得A轮作顺时针方向转动，并带动B轮逆时针旋转，测量室内的流体排向出口；211、结构与工作原理（续1）当两轮旋转处于(b)位置时，两轮均为主动轮；当两轮旋转90，处于(c)位置时，转子B与壳体之间构成测量室，此时，流体作用于A轮的合力矩为零，而作用于B轮的合力矩不为零，B轮带动A轮转动，将测量室内的流体排向出口。221、结构与工作原理（续2）当两轮旋转至180°时，A、B两轮重新回到位置(a)。如此周期地主从更换，两椭圆齿轮作连续的旋转。当椭圆齿轮每旋转一周时，流量计将排出4个半月形(测量室)体积的流体。设测量室的容积为V，则椭圆齿轮每旋转一周排出的流体体积为4V。232、流量公式；3、特点流量公式：Q=4nV

其中：n－－转速

V－－半月形(测量室)体积特点：适合于测量高粘度的流体(例如重油、聚乙烯醇、树脂等)，甚至糊状物的流量。不能含固体颗粒，入口端应加过滤器，结构复杂，加工困难，成本高。24五、涡轮流量计1、工作原理与结构在—定范围内，涡轮的转速与流体的平均流速成正比，通过磁电转换装置将涡轮转速变成电脉冲信号，可推导出被测流体的瞬时流量和累积流量。252、涡轮流量计的特点和使用优点:

其测量精度高,复现性和稳定性均好；量程范围宽，量程比可达(10～20):1,刻度线性；耐高压，压力损失；对流量变化反应迅速，可测脉动流量；抗干扰能力强，信号便于远传及与计算机相连。缺点:

制造困难，成本高。

场合:

通常涡轮流量计主要用于量精度要求高、流量变化快的场合，还用作标定其他流量的标准仪表。26六、电磁流量计1、测量原理和结构电磁流量计是基于法拉第电磁感应原理制成的一种流量计，其测量原理如图8-30所示。当被测导电流体在磁场中沿垂直于磁力线方向流动而切割磁力线时，在对称安装在流通管道两侧的电极上将产生感应电势，此电势与流速成正比。基于电磁感应定律，感应电势与流速成正比。272、电磁流量计的特点及应用优点：

测量导管内无节流部件，压力损失小；适用于含有颗粒、悬浮物等流体的流量测量；可以用来测量腐蚀性介质的流量；流量测量范围大；流量计的管径小到1mm，大到2m以上；测量精度为0.5-1.5级；电磁流量计的输出与流量呈线性关系；无机械惯性，对流量变化反应速度快，可以测量脉动流量。缺点：

被测介质必须是导电的液体，不能用于气体、蒸汽及石油制品的流量测量；流速测量下限有一定限度；工作压力受到限制。结构也比较复杂，成本较高。28七、漩涡（涡街）流量计1、测量原理：基于流体力学中的卡门涡街原理当雷诺数达到—定的数值时，会在柱状物的下游处产生如图所示的两列平行状、并且上下交替出现的漩涡。当h/l=0.281时，非对称的漩涡列就能保持稳定。漩涡频率f与流速u及漩涡发生体的宽度d关系：f=Stu/d特点：精度高，应用范围广，使用寿命长。292、涡街频率的检测方法检测原理：由于漩涡是交替地出现在柱状物的两侧，所以铂热电阻丝阻值的变化也是交替的，且阻值变化的频率与漩涡产生的频率相对应，故可通过测量铂丝阻值变化的频率来推算流量。30八、质量流量计-直接式科氏力流量变送器原理：管子的相位差大小取决于管子变形的大小，而管子变形的大小仅仅取决于流经管子的流体质量的大小。即利用相位差