制冷与低温测试技术 流量测量

0制冷与低温测试技术

主讲人：XX博士

制冷与低温研究所第四章流量的测量（一）000（1）低温液体输送过程中存在汽、液两相，汽、液比往往是温度、压力管道位置的函数，很难正确测量。（2）低温液体的汽化潜热小，输送过程中管道的漏热，绝热性能改变都会给流体正确测量带来困难，管内流体的摩擦阻力、连接件的阻力损失也会给测量带来麻烦。

（3）低温流体输送过程往往“过冷度”很小，通道结构的改变，往往引起“汽蚀”效应。低温流体流量测量的困难：0（4）低温流体粘度和状态变化（如沸腾状态、临界状态、超临界状态）低温液体流量测量的方法：（二种）

（1）用各种办法降低被测量液体的温度，使两相流体变成单相流体再进行测量。（2）寻求低温液体和汽液比，再测量二相流体的总流量。

如果允许，将流体加热到室温后再测量流量。

体积流量必须给出压力和温度，标准容积流量。0流体流量的表示形式及单位瞬时流量:单位时间内流过的流体量

a）质量流量：单位时间内流过的质量表示：

b)重量流量：单位时间内流过的重量表示：（公斤/时）（公斤力/时）C）体积流量：单位时间内流过的体积：米3/时三者关系：02.流体的总量：（积分流量或累计流量）

1）体积总量：以l(升)表示2）重量总量若以t表示时间，则瞬时流量和总量之间的关系如下：1）2）某一段时间间隔内流过的流体量称为流体的总量03.主要分类。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。例如：椭圆齿轮流量计、腰式流量计速度式流量计：以测量流体在管道内的流速作为测量依据来计算流量。例如：涡轮流量计、电磁流量计、超声波流量计差压式流量计：以流过不同横截面积的流道时的压降作为测量依据。例如：孔板式、文氏管0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圆齿轮流量计液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0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0第一节：容积式流量计1.定义：容积式流量计是利用流体的差压，带动2.分类：椭圆齿轮流量计、腰轮流量计、刮板式重点介绍椭圆齿轮流量计流量计、湿式气体流量计。固定容积的方法来测量流体流量的流量计03.组成：椭圆齿轮流量计主要由两个相互啮合的椭圆齿轮及外壳组成4.工作过程：在被测流体的压差两个相互啮合的椭圆形齿轮A和B开始转动的作用下，0椭圆齿轮流量计工作过程图abc05.计算方法：①椭圆齿轮的转动通过减速齿轮可以直接带动仪表面板指针进行指示。②椭圆齿轮的转动通过电磁装置变成电脉冲，传给电磁计数器或计算机进行计数霍尔元件0ab椭圆齿轮流量计的壳体是以R为半径的两个半圆和柱形组成，内装两个椭圆齿轮，长半轴a,即壳体流体所占部分如墨状部分壳体与齿轮的厚度相同：半月形部分的容积计算圆柱体的半径，短半轴为b。齿轮转动时，长轴与壳体紧密结合，RR这个椭圆圆弧与壳体间形成的半月形体积液体排至出口0特点：2.流体粘度小一些的流体，因为齿轮与壳体间有一定的间隙，造成流体泄露，这种流量计存在泄漏误差。（泄漏这部分流体称为漏差）流体粘度越大滑漏量越小，泄漏误差也越小，故适合高粘度流体的计量。

1.由于椭圆齿轮流量计是直接按照固定的容积来计量流体的，所以只要加工精确，配合紧密，防止腐蚀和磨损，便可得到极高的精度，一般可达0.2％，较差的亦可保证0.5％～1％的精度，故常作为标准表及精密测量之用。03.有一个允许的最低流量值。由于存在泄漏误差，当流过仪表的流量太小时，相对泄漏误差就大。一般在15~20%满量程以上的流量上使用。4.流量不能过大。流量过大时，仪表进出口差压增大，误差也增大。5.工作温度不能超过规定范围，严重时齿轮

卡住（热胀冷缩）6.不能有固体颗粒，容易将齿轮卡住。00腰轮流量计（罗茨流量计）腰轮流量计除可测液体外，还可测量气体，精度可达

0.1％，并可做标准表使用；最大流量可达1000m3/h腰轮上没有齿，它们不是直接相互啮合转动，而是通过按装在体外的传动齿轮组进行传动00图4-3刮板式流量计图4-4湿式气体流量计1、测量精度：0.2~0.5级；2、要经常注意保持水位和水温；气体需要先进入水鼓泡装置，使气体水饱和；3、转速不能快，小流量气体测量4、气体不能溶于密封液体0第二节：涡轮流量计0

当流体沿管道的轴线方向流动而冲击涡轮叶片时，叶片上产生作用力，此作用力与流量Q、密度、流速V成正比例，由此推动涡轮旋转。前导流体涡轮滚珠轴承磁电转换感应器0

磁电感应转换器永久磁铁感应线圈

在感应线圈内感应出脉冲信号。由于叶片旋转，周期性地改变磁电信号的磁阻值，磁阻值的变化使线圈的磁通量发生周期性的变化产生脉冲信号。0涡轮磁电转换前置放大显示仪器涡轮的角速度脉冲信号0计算公式：⒈涡轮的角速度：

－作用于叶轮上的流体速度－流体的容积流量

－叶片对涡轮轴线的倾角－流量计的有效通流面积－涡轮叶片的平均半径

0⒉感应线圈输出的脉冲频率：－涡轮转速

－涡轮叶片数K

为仪表常数0

仪表常数K由生产厂家提供，生产厂家在一定的流量范围内标定出来的，一旦标定好后K不变，若改变，要重新标定，相应的流量范围也可变。由此可见感应线圈输出的脉冲频率与容积流量存在一定的线性关系，与仪表常数K有关。所以从应用角度考虑。仪表常数K与流量的关系曲线（表示涡轮流量计特性）在应用上更加普遍。0涡轮流量计特性曲线涡轮流量计的特性及压力损失：①小流量时，由于摩擦阻力矩相对较大，仪表常数K急剧下降。②层流到紊流的过渡区内，特性曲线上出现K峰值。③流量再增大，转动力矩大大的超过摩擦阻力矩，因此特性曲线近似水平线。

某台流量计的值层流紊流1009998204060801000公称直径Dg(mm)461015~2540~600压力损失pf（kgf/cm2）1.21.00.60.350.25表4-1涡轮流量变送器最大压损0涡轮流量计的优缺点：⑴能指示瞬时流量和累计流量。瞬时流量：单位时间内流过的流体量。涡轮流量计为单位时间内的脉冲数。累计流量：某一段时间间隔内流过的流体量。涡轮流量计为一段时间内的

脉冲数。⑵便于制成数字式仪表。⑶测量精度高（0.5级以上），刻度线性，反映快。⑷坚固耐用，体积紧凑，能在高温高压下使用。⑸其缺点是被测介质的清洁度要求很高。0安装要求：⑴仪表可以水平和垂直安装，不可互换。气体流量测量时，最好垂直安装。

偏差不应超过5度信号转换装置的位置也应和标定时的位置一样02）流态问题：受流动状态影响⑵仪表安装前后必须是直管段

仪表前安装要求：15D（管道直径）仪表后安装要求：5D⑶仪表前要加装过滤网，防止杂质进入。典型涡轮流量计安装0参数问题：测量信号受多种参数影响，包括：1、流体压力的影响流体通过涡轮流量计时的压力损失,是流量的平方成正比。在额定流量时，一般δP=0.35~0.7kgf/cm2.（1kgf/cm2=1.03bar)P1:加速流体进入流量计，以驱动变送器涡轮转动，达到一定的速度

所需的进口压力，它取决于涡轮流量计的结构和制造工艺，一般

在额定流量时P1=0.35~1.05kgf/cm2。P2:被测介质在最高温度、最大流量下液体的汽化压力，称为防止流量

计汽蚀的最小压力。002、温度的影响-热胀冷缩叶轮和壳体材料相同

—叶轮角速度的变化量，度/秒；

—叶轮在标定温度下的角速度，度/秒；

—叶轮和壳体金属材料的膨胀系数，mm/(mm

C)；

t—温度差，

C，

t=t-tb（t和tb分别为工作状态和标定状态时的温度）。夏季标定，冬季使用，温差50℃，测量误差：0.2%3、粘度的影响粘性越大，K值为常数的范围越小（线性测量范围）

—边界层厚度；

D—管道直径（变送器内径）边界层厚度δ是Re数的函数，δ~1/Ren,n是粘度的函数，实验得到。0D—管道直径；V—管道中的流体平均速度；

—被测流体的运动粘度。ν~1cSt（轻质油及其它液体）可获得满意的结果，不必再做单独标定。ν>1cSt或<15cSt的液体，变送器性能虽然有些偏离，但尚能满足工业测量的要求。ν>15cSt时，测量误差明显增大，变送器必须在工作条件下重新进行标定。1cst=mm2/s,运动粘度1cP=10-3Pa.s,动力粘度1cst=1cP/ρ*1000.ρ:kg/m3

粘度对仪表常数的影响还与结构和尺寸有关。流体密度和测量范围也是影响精度的主要参数通常常温水标定00第三节电磁流量计（LD）⒈结构组成如图所示

①流体流动的管道内有一对电极，电极2、电极5②管道外面和电极垂直方向装有一对磁极。磁极1、磁极4E电极2电极5BSN磁极4磁极10⒉工作原理

由法拉第电磁感应定律可知，导体在磁场中运动而切割磁力线时，在导体中便会有感应电势产生，同样的道理导电的流体介质在磁场中作垂直方向的流动而切割磁力线时，也会在两电极上产生感应电动势。

B—磁感强度（高斯）；D—管道直径（cm）

V—流体的流速（cm/s）；C1

—系数、一般为10-80流量计的容积流量可得：式中：K－电磁流量计的仪表常数BM—交流磁场感应强度的最大值；

—角度速；

t—时间。（厘米/秒）

直流磁场使管道中的导电液体电解，电极极化010mm<D<100mmD<10mm直径大，漏磁大