第6章_核电站仪表流量测量

1、第六章流量测量，主要内容，1，2，3，5.1流量测量概述，5.2节流流量计介绍，5.3其他常用流量计介绍，6.1流量测量概述，1。显著流是工农业生产和科研实验中的一个非常重要的参数。例如，一方面，石化和电力生产过程确保生产安全；另一方面，为了有效地控制和监控生产过程，有必要检测各种流体的流速；其他方面：同时，它为优化生产和提高效率提供了重要依据；2.流量测量现状：到目前为止，流量测量精度低，流量计的通用性差，流量计仪表的检定也很困难，因此流量测量的研究领域和空间非常广阔。原因分析：流体性质多种多样：单相和多相、牛顿和非牛顿、粘性和非粘性、可压缩和不可压缩、蒸发、结晶和杂质清除。管道系统的多样性

2、：圆形和非圆形、光滑和粗糙、弯曲等。各种流动状态：层流、湍流、满管、不完全管和流速。3.常用的流量测量方法利用伯努利方程原理，测量流体的压差信号来反映流量。使用标准小体积连续测量流量的体积测量；一种速度型流量测量方法，通过直接测量流体流量来获得流量；测量流体质量流量的质量流量测量方法。目前，已有100多种流量计投入使用。流量计从不同的角度有不同的分类方法。P113，1)瞬时流量(流速)单位时间内流经某一部分的物质的数量(质量或体积)。2)总流量(总量、累计流量)在一定时间内流动的物质量。流量测量的基本知识，流量表达式：质量流量是反映流量的最佳方式(不受温度等环境参数的影响)。任何没有特殊描述的

3、流动都是指瞬时流动。流体的物理性质和管道流动、流体的密度和粘度的基本知识；压缩系数和膨胀系数；雷诺数；管流型；速度分布和平均速度；连续性方程和伯努利方程；P114，1)流量范围流量范围是指可由流量计测量的最大流量和最小流量的范围。2)量程比流量中最大流量和最小流量的范围和差值称为流量计量程。最大流量与最小流量之比称为量程比。3)允许误差和精度等级：0.02、0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5等。4)压力损失流量计选择的重要技术指标。压力损失低，测量成本低。相反，能耗大，经济效益相应降低。流量计的主要技术参数，6.2节流流量计，节流流量计是一种典型的差压流量计。目前，它是工

4、业生产中最常用的测量气体、液体和蒸汽流量的流量计。在整个工业生产领域，节流流量计占总流量计的50%以上。优点：结构简单，安装方便，工作可靠，成本低，有一定的精度；它的使用历史悠久，实验数据丰富可靠，设计加工规范。6.2.1节流流量计的组成和原理。节流流量计组成示意图1节流装置；2引压管道；三组阀门；4差压计，基本工作原理：测量节流装置两端的差压信号，间接测量流量。主要结构：节流装置：将流量转换成压差信号，也称“主装置”，包括节流件、取压装置和前后直管段。差压计：测量差压和显示流量也称为“二次设备”，包括差压信号管道和测量仪表(差压变送器、方切割器、显示仪表和积分器)。节流装置的组成和类型，图5

5、-6节流装置组成示意图，标准节流装置的结构，从节流元件、取压装置和测量管段三个方面进行标准化。通常，标准孔板或s、6.2.3节流装置的类型和结构，以及流量和压差之间的关系应由节流部件、取压装置和测量管段的良好节流部件来稳定。常用的节流部件包括标准孔板、标准圆孔板喷嘴、非标准长直径1/4圆喷嘴、文丘里喷嘴和文丘里管等。节流装置、孔板的取压方式：结构简单，加工容易，节省材料，成本低；它广泛应用于工业，只能用于清洁液体。文丘里管：结构复杂，加工困难，材料昂贵，成本高；一般用于有特殊要求的场合，如低电压损耗和高精度。其循环量不断变化，因此可用于污浊流体的流量测量，并广泛应用于大型管道的径流测量。喷嘴：

6、中心。由于其坚固性，它通常用于高速蒸汽流量测量。流出系数的稳定性：孔板差，喷嘴好。压力损失：孔板大，喷嘴小，文丘里管小。节流装置的性能比较、流体流经节流部件时压力和流速的变化、6.2.2流量公式、伯努利方程和连续性方程。如果流体是不可压缩的，伯努利方程和连续性方程可以同时求解，其体积和质量流量分别为：和。由于实际测量是压差，在测量过程中总会有压力损失，可以引入流出系数进行修正。替换、先替换：经流出系数修正后，为：E:速度渐变系数，与节流片直径比有关。c:流出系数，流量系数。它们由实验确定，与节流元件类型、取压方式、直径比、雷诺数和管道粗糙度有关。另外，如果被测对象是可压缩流体，流体密度在节流过

7、程中会发生变化，因此有必要在节流前引入流量膨胀系数来修正流体密度。最后，可压缩流体的综合流量公式表示为：标准节流装置的压力损失与节流类型有关，并随着径比的减小和压差的增大而增大。节流部件的设计应限制压力损失，不应超过允许范围。输入-输出关系的静态特性为：节流装置的输入为，输出为，这可以从流量公式中得知：也就是说，差压变送器增加了平方根运算功能，使标准电流信号平方。当q很小时，灵敏度明显下降，使得差压计的相对误差急剧增加，测量范围通常为上限的1/3。描述：是非线性关系；横截面积或直径是实际温度下的值，流束的膨胀系数与节流元件的形式有关，而等熵指数则与介质有关。流出系数是在一定条件下测量的流量值与

8、理论计算的流量值之比。因为在实际测量中总有损失，1；这与节流元件的形式有关。不同的节流部件具有不同的流出系数，并且流体密度是在节流装置上游的压力入口处流体的测量密度。可压缩流体，因此当温度、压力或成分发生变化时，就会发生变化，并且密度应该得到修正。流体必须充满管道和节流装置，并不断流过管道；流体必须是牛顿流体，它在物理和热力学上是均匀的、单相的或者可以认为是单相的；流体在流经节流元件时不相交；流体流速不随时间变化或变化非常缓慢；在流体流过节流元件之前，流束平行于管道轴线，没有旋转流，因此标准节流装置不适用于脉动流和临界流的流量测量。对于管道，要求圆管的圆度，管径是有限的。节流前后应有一定长度的

9、直管段，上游10天内和下游5天内应光滑，无凹坑、毛刺和沉积物。当使用标准throt时如果不进行校准，但要求精度达到3%-5%，则必须测量弯头的曲率半径和内径。上游和下游有足够的直管段。测压口在中心管直径的最外侧和最内侧弯曲，测压口的直径大于，两个测压口对齐。特点：弯管流量计在弯管内无障碍流动，无压力损失，安装方便，价格低廉。对中等条件要求低。缺点是产生的压差小，是一种尚未标准化的仪器。因为许多设备有许多弯管，所以它是一种便宜的流量计。弯头之间的差异限制了测量精度的提高，精度约为5.10，重复性为1。结构：恒压降变截面积流量计、恒压降流量计、浮子流量计、6.4转子流量计、金属转子流量计、玻璃转子

10、流量计和玻璃转子流量计。原理：在测量过程中，节气门(转子)前后的压差保持不变，而节气门的流通截面积随流量变化。浮子平衡条件：流体节流转子浮力产生的力(定值)P=转子重力(定值)，所以流量上升，P上升，力上升，浮子位置随流量变化。常用转子类型：旋转、圆盘、平板、体积流量、平均流速、流动面积、6.5涡轮流量计、基于速度面积法的流量测量、组成：变送器：涡轮、偏转器、磁电转换器指示积分器外壳和偏转器均由非磁性材料制成。导流板的功能是支撑叶轮并引导直接流体的流动，并减少流体旋转和涡流的干扰。特点：精度高；良好的动态性能(时间常数为毫秒级)；频率输出，线性度好；对速度分布和粘度变化敏感，难以测量高粘度和脏

11、流体；适用于水、轻油、腐蚀性溶液、空气、氧气等介质的流量测量。存在运动部件、磨损问题和短的使用寿命。原理：涡轮的原理。当变送器安装在管道上时，涡轮机置于被测流体中。当流体流动时，它冲击涡轮叶片旋转，其旋转速度代表流体的流速。叶轮由导磁材料制成。当叶轮旋转经过磁电转换器中的永磁钢时，转换器中磁路的磁阻改变，并且在磁电转换器的线圈上感应出电势，该电势的频率与旋转速度成比例。流速换算原则：前提：不考虑叶轮旋转时摩擦阻力的影响、流体粘滞阻力的影响以及磁电式感应器产生的感应电流引起的电磁反作用力矩的影响。注意：要测量的液体必须是干净的，以防止刀片被卡住，并减少轴和轴承之间的摩擦。校准仪器时，被测流体(过

12、滤器)的粘度和密度必须与流体的粘度和密度相同，否则将再次校准。安装方法要求与校准相同。进出口不能颠倒连接，水平安装，前后用直管段。(整流器)，其结构如图所示。从进水口流出的水通过圆柱形部分周围的倾斜孔沿切线方向冲击叶轮。叶轮轴通过齿轮一步一步减速，驱动每个十进制指针来指示累计总流量。之后，水流穿过圆柱形部分上排孔并被收集到出水口。相对简单和便宜，但精度不高，一般只有2左右。根据法拉第电磁感应定律，测量管中流动的导电液体(相当于许多连续的导电薄圆盘)垂直于磁场运动，产生感应电动势，感应电动势与流量有关。磁场：恒定磁场：非电解质，测量时不易产生极化现象；交变磁场：工业上使用的大多数形式(可以减少极

13、化现象)。6.6电磁流量计(非接触导电液体)，电磁流量计的测量原理和结构图在核电厂中的应用：在以液态金属为冷却剂的反应堆(快堆)中。优点：流道无阻力，压降小。没有运动部件，在瞬态压力、温度或流量的情况下不容易损坏。快速的时间响应和对动态数据的轻松访问。流体密度或温度的适当变化不会导致重大误差。用于液态金属，抗干扰能力强，减少了电缆绝缘电阻低引起的测量误差。在核电厂中的应用：在以液态金属为冷却剂的反应堆(快堆)中。缺点：对于高电阻率的冷却剂，高输出阻抗使流量计对辐射感应电流、电缆绝缘电阻低和管道材料绝缘电阻低引起的误差敏感。当用于高温和强辐射场时，磁体性能难以稳定。流量计的刻度与温度有关，被测介

14、质的温度不应超过衬里材料的允许使用温度，一般小于或等于200度。磁路的有效空间将限制磁场强度和输出电压。安装和使用注意事项被测液体具有导电性。无法测量气体、蒸汽、纯净水、甘油、酒精和石油产品。测量范围的选择：一般流量应超过全量程的50%。最合适的流速为25m/s；压力选择：工作压力必须低于电磁流量计的额定工作压力，一般不超过16105帕；安装应远离强磁场和振动源，以及大型电气设备。外壳、屏蔽线和测量导管接地良好。要单独设置接地点，不要将其连接到电机或上下官方道路。垂直安装，测量流体从底部流向顶部。它也可以水平安装，但测量导管应充满液体。直管段。旁通管。信号线应单独穿过，并应使用屏蔽线。测量导管

15、应由非磁性高电阻材料制成。不锈钢、玻璃钢、高电阻率铝合金。当不锈钢等导电材料用作导管时，必须提供测量导管的内壁以及内壁和电极之间的绝缘衬里，以防止感应电势短路。当超声波从一种介质入射到另一种介质时，由于传播速度不同，两种介质之间的界面会发生反射、折射和波形转换。在过去的30年里，与其他无损检测方法相比，超声波检测技术在工业领域的应用发展迅速。主要用于液位检测、厚度检测、金属探伤等。医学超声波检查和超声波清洗。6.7超声波流量计，原理：超声波入射到管道流体中，下游传播速度与逆流传播速度之差与流体速度有一定的对应关系。传播速度的测量方法：时差法、相位差法、频差法、超声波测速原理、对于流体来说，k:

16、流动中的速度分布系数。超声波流量计测量的是流道上的平均流速，而不是管道横截面上的平均流速，因此必须对流量进行校正。非接触式仪器适用于测量难以接触和观察的流体。(高温、高压、防爆、强腐蚀等。)无需在流体中安装测量元件来测量大管道的流量，因此流体的流动状态不会改变，也不会产生额外的阻力。仪器的安装和维护不会影响生产和操作。被测流体中的气泡、未填充的空气层、与泵和其他声源混合的超声波噪音将干扰测量。特性、管道时差超声波流量计、外夹时差超声波流量计、便携式超声波流量计、涡街产生原理：当流体流动受到垂直于流动方向的非流线型圆柱体的阻碍时，在圆柱体下游的两侧会产生明显的涡流，形成卡门涡流列，形成涡流当涡街宽度h/相邻涡街间距l=0.2806时，涡街是稳定的。定量关系：当ReD=20050000时，涡流频率、斯特罗哈尔数、涡流发生器两侧流体的平均流速、涡流发生器对面宽最大值、涡流发生器两侧的截面积、体积流量、斯特罗哈尔数St主要与涡流发生器的形状和雷诺