1、劉玉長劉玉長第四章 流量檢測與儀表流量是指單位時(shí)間內(nèi)流過管道或特定通道橫截面的流體數(shù)量，稱為瞬時(shí)(平均)流量。流量分體積流量(Q或qv表示)與質(zhì)量流量(M或qm表示)，體積流量是流體平均流速V與流經(jīng)管道橫截面積A乘積，即Q=AV；而M=Q。流量計(jì)類型很多，常分為以下兩類： 速度式流量計(jì)：速度式流量計(jì)：通過測量流體在管道內(nèi)的流速來計(jì)算流量。 容積式流量計(jì)：容積式流量計(jì)：以單位時(shí)間內(nèi)根據(jù)所推出流體固定容積數(shù)作為測量依據(jù)來計(jì)算流量。劉玉長劉玉長第四章 流量檢測與儀表第一節(jié) 節(jié)流式流量計(jì)第二節(jié) 均速管流量計(jì)第三節(jié) 電磁流量計(jì)第四節(jié) 容積式流量計(jì)第五節(jié) 質(zhì)量流量計(jì)第六節(jié) 其它流量計(jì)劉玉長劉玉長第一節(jié) 節(jié)

2、流式流量計(jì)流體流經(jīng)節(jié)流件時(shí)，流束收縮引起壓頭轉(zhuǎn)換而在節(jié)流件前后產(chǎn)生靜壓力差，該壓差與流過的流量之間存在一定的關(guān)系，通過測量壓差而求出流量的一種流量計(jì)通稱節(jié)流裝置，也稱為差壓裝置。節(jié)流裝置結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定，使用維護(hù)方便，且有一部分已標(biāo)準(zhǔn)化，是目前應(yīng)用最多的一種流量計(jì)。常用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置有孔板、噴嘴及文丘里管，如下圖所示。劉玉長劉玉長一、節(jié)流裝置測量原理當(dāng)流體連續(xù)流過節(jié)流孔時(shí)，在節(jié)流件前后由于壓頭轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生壓差。對于不可壓縮流體例如水，節(jié)流前后流體的密度保持不變。當(dāng)忽略壓頭損失p時(shí)，由柏努里方程可得：流體流經(jīng)節(jié)流孔前后的流態(tài)變化221212 (1)22VVPP式中 P1、P2為流束在截面I、處相應(yīng)

3、的靜壓力，Pa；V1、V2為流束在截面I、處的流速，m/s； 為流體的密度，kg/m3。劉玉長劉玉長若流體的流速均勻一致，則由式(1)可得：2221122() / (2)VVPP 由流體流動連續(xù)性方程： A1V1= A2V2 (3) 式中 A1 、 A2 截面I、 處流束的斷面積，A1等于管道的斷面積，m2。設(shè)流束收縮系數(shù)為= A2/Ad，即A2=Ad (Ad為節(jié)流件的開孔面積)，又設(shè)管道直徑為D和節(jié)流體開孔直徑為d，則有Ad/A1=d2/D2=2，其中稱為直徑比，由式(2)和式(3)整理后得： 242(1/ 1)2/ (4)VP 劉玉長劉玉長實(shí)際流體流動時(shí)有壓頭損失，流速也不是均勻一致的，并

4、且在節(jié)流件前后兩側(cè)管壁測量的壓差P=P1-P2，并非圖中所示的P=P1-P2，考慮到這些因素，在上式中應(yīng)引入修正系數(shù)，則不可壓縮流體的體積流量Q與質(zhì)量流量M為:d2dd24d22= (5)12PPQAVAAMQAP 24/ 1 其中稱為流量系數(shù)，它是一個(gè)綜合性系數(shù)，其值與節(jié)流件的類型、取壓方式、直徑比及雷諾數(shù)等因素有關(guān)，由實(shí)驗(yàn)確定。劉玉長劉玉長式(5)與式(6)本質(zhì)上一致。但因?yàn)榱鞒鱿禂?shù)不包括漸近速度系數(shù)的因素，它的計(jì)算公式和圖表較流量系數(shù)的簡單，故國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2624-2006采納C值。 44dd 1/ 1152 (6)2ECPQCEAMCEAP設(shè)為漸近速度系數(shù)，為流出系數(shù)，則由式(

5、)可得：不可壓縮流體差壓-流量方程劉玉長劉玉長可壓縮流體差壓-流量方程對于空氣、煤氣、水蒸汽等可壓縮流體，流體流經(jīng)節(jié)流裝置前后的流體密度會發(fā)生變化，故應(yīng)引入一個(gè)可膨脹系數(shù)，則可壓縮流體的流量基本方程為：3dd2 , m /s2 , kg/sPQCE AMCE AP劉玉長劉玉長實(shí)用流量方程(1)流量Q以m3/h 表示，在流體工作溫度下節(jié)流件開孔直徑dt以mm表示，壓差P以Pa表示，流體工作密度仍以kg/m3表示時(shí)的流量方程為：23t2t0.003996 , m /h0.003996 , kg/hPQCE dMCE dP(2) 壓差P以kPa表示，其它單位不變，則上式改寫為： 23t2t0.126

6、45 , m /h0.12645 , kg/hPQCE dMCE dP劉玉長劉玉長實(shí)用流量方程(3)如果P以 mmH2O (水柱)表示，水的密度(20時(shí))998.2kg/m3 ，其它單位不變時(shí)，則流量實(shí)用方程為： 23t2t0.01251 , m /h0.003996 , kg/hPQCEdMCE dP劉玉長劉玉長二、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置在國家標(biāo)準(zhǔn)【GB/T 2624-2006用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測量滿管流體流量，等同于國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 5167(2003) 】規(guī)定的使用極限范圍內(nèi)，根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)所提供的數(shù)據(jù)和要求進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造和安裝使用的節(jié)流件， 稱為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置。標(biāo)準(zhǔn)孔板、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴與標(biāo)準(zhǔn)文丘

7、里管(簡稱孔板、噴嘴、文丘里管)等，毋須經(jīng)過實(shí)液標(biāo)定即可使用，測量準(zhǔn)確度一般為l%2%，能滿足工業(yè)生產(chǎn)上的一般要求。 劉玉長劉玉長(一)標(biāo)準(zhǔn)孔板 1、結(jié)構(gòu)形式 主要參數(shù)：開孔直徑d ： 滿足d12.5mm 0.100.75孔板的厚度E ：e E 0.05D節(jié)流孔厚度 e：0.005D e0.02D劉玉長劉玉長2、取壓裝置每個(gè)取壓裝置至少有一個(gè)上游取壓孔和一個(gè)下游取壓孔，不同取壓方式的上、下游取壓孔位置都必需符合國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。取壓口的位置表征標(biāo)準(zhǔn)孔板的取壓方式，一般分為角接取壓、法蘭取壓、徑距取壓、縮流取壓和管接取壓五種，標(biāo)準(zhǔn)孔板常用角接取壓法和法蘭取壓法。取壓方式不同的標(biāo)準(zhǔn)孔板，其取壓裝置的

8、結(jié)構(gòu)，孔板的適用范圍，流出系數(shù)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及有關(guān)技術(shù)要求均有所不同。劉玉長劉玉長節(jié)流裝置的取壓方式1-1角接取壓；2-2法蘭取壓；3-3徑距取壓；4-4縮流取壓；5-5管接取壓劉玉長劉玉長(1)角接取壓裝置：角接取壓裝置：從節(jié)流件上下游斷面與管壁的夾角處取出待測的壓力，稱為角接取壓，角接取壓包括單獨(dú)鉆孔和環(huán)室取壓兩種。單獨(dú)鉆孔取壓環(huán)室取壓劉玉長劉玉長(2)法蘭取壓裝置：法蘭取壓裝置： 標(biāo)準(zhǔn)孔板的上下游兩側(cè)均用法蘭連接。 法蘭取壓裝置上下游側(cè)取壓孔的軸線至孔板上、下游側(cè)端面之間的距離均為25.40.8mm(1inch)。取壓孔開在孔板上下游側(cè)的法蘭上。劉玉長劉玉長(3)徑距取壓徑距取壓(或稱或稱

9、D與與D/2取壓取壓)裝置裝置： 上游取壓口中心與孔板上游端面距離名義上等于D，但在0.9D與1.1D之間時(shí)，無須對流出系數(shù)進(jìn)行修正。下游取壓口中心與孔板上游端面距離為D/2，但當(dāng)0.60，在0.480.52D之間時(shí)，或當(dāng)0.60，在0.490.51D之間時(shí)，都不必對流出系數(shù)進(jìn)行修正。 劉玉長劉玉長 國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的孔板應(yīng)用條件國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的孔板應(yīng)用條件 角接取壓或徑距取壓(D與D/2取壓)法蘭取壓d 12.5 mm50 mm D1000 mm0.10 0.75對于0.100.56，ReD5000；對于 0.56，ReD160002ReD 5000且ReD 1702D(D以毫米表示)不同取壓方式

10、的標(biāo)準(zhǔn)孔板必須滿足國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的條件，才能正常使用。表中規(guī)定了管徑D和直徑比的范圍，最小雷諾數(shù)ReD(或稱界限雷諾數(shù))。流出系數(shù)C值只有在最小雷諾數(shù)以上使用時(shí)才是穩(wěn)定的。劉玉長劉玉長3、角接取壓標(biāo)準(zhǔn)孔板的流出系數(shù)C GB/T2624.2-2006規(guī)定，用里德-哈利斯/加拉赫(Reader-Harris/Gallagh)公式計(jì)算C值： 110.76280.363.5410741.11.322100.5961 0.02610.2160.00052110 (0.0188 0.0063 ) (0.043 0.080.123) (1 0.11 )1 0.031(0.8)DDLLCReAReeeAMM 劉

11、玉長劉玉長若管道直徑D(2/3)D劉玉長劉玉長標(biāo)準(zhǔn)噴嘴的流出系數(shù)C標(biāo)準(zhǔn)噴嘴的流出系數(shù)C按下式計(jì)算 ：4.124.1561.150.9900 0.2262(0.001750.0033)(10 /)DCRe劉玉長劉玉長(三) 文丘里管 標(biāo)準(zhǔn)文丘里管有兩種形式: 古典文丘里管(簡稱文丘里管，見圖)與文丘里噴嘴。文丘里管是由入口圓筒段A，圓錐收縮段B，圓柱形喉部C以及圓錐形擴(kuò)散段E組成。文丘里管內(nèi)壁是對稱于軸線的旋轉(zhuǎn)表面，該軸線與管道同軸。劉玉長劉玉長三、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的使用條件 節(jié)流裝置只適于測量圓形截面管道內(nèi)的流體，流體必須充滿圓管，連續(xù)地流過管道。 在緊鄰節(jié)流裝置的上游管道內(nèi)流體的流動狀態(tài)接近典型

12、的充分發(fā)展的紊流狀態(tài)。 流束應(yīng)與管軸平行，不得有旋轉(zhuǎn)流或旋渦。在進(jìn)行流量測量時(shí)，管道內(nèi)流體的流動應(yīng)是穩(wěn)定的。 流體流量基本上不隨時(shí)間而變化，或者變化是非常緩慢的。 流體可以是可壓縮的氣體或不可壓縮的流體；但不適于脈動流與臨界流。 流體必須是牛頓流體，在物理學(xué)和熱力學(xué)上是單相的，均勻的或者可認(rèn)為是單相的，且流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)不發(fā)生相變。具有高分散程度的膠質(zhì)溶液例如牛奶，可以認(rèn)為是單相流體。節(jié)流裝置的制造和使用條件超出國家標(biāo)準(zhǔn)的極限時(shí)，必須標(biāo)定后才能安裝使用。劉玉長劉玉長四、節(jié)流裝置的安裝 節(jié)流裝置安裝在一定長度的直管道上，上下游難免有影響流體流動的拐彎、擴(kuò)張、縮小、分岔及閥門等阻力件如圖所示。節(jié)流裝

13、置前后直管段及阻力件位置等均需滿足國家標(biāo)準(zhǔn)。節(jié)流裝置的安裝管段1，2，5-局部阻力件，3-節(jié)流件， 4-引壓管劉玉長劉玉長五、節(jié)流流量計(jì)的不確定度 節(jié)流流量測量是由所測差壓值按流量方程計(jì)算出來的，屬于間接測量法，完全按國家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、制造、安裝的節(jié)流流量計(jì)，其不確定度由各有關(guān)參數(shù)的不確定度合成： 流出系數(shù)的不確定度； 可膨脹系數(shù)的不確定度； 管道直徑比與開孔直徑的不確定度 ； 差壓的不確定度； 流體密度的不確定度 。劉玉長劉玉長六、非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置 (一一) V錐流量計(jì)錐流量計(jì)因?yàn)殄F體有“整流”作用，即使在極為惡劣的情況下(如緊鄰儀表上游有單彎管，雙彎管等阻力件)，經(jīng)過錐體后的流體分布也比較均勻，

14、可保證儀表在惡劣的條件下獲得較高的測量精度。因此對上下游直管段的要求小，安裝時(shí)在上游留0-3D的直管段，在下游留0-1D的直段管即可。1-上游端開孔(總壓管)；2-下游端開孔(靜壓管)；3-節(jié)流件劉玉長劉玉長(二)內(nèi)文丘里管 內(nèi)文丘里管與經(jīng)典文丘里管的測量原理相同，流體流經(jīng)內(nèi)文丘里管的流動與節(jié)流過程同流經(jīng)經(jīng)典文丘里管時(shí)相似，通過測量差壓，便可得知流體流過內(nèi)文丘里管流量的大小。 它對傳統(tǒng)文丘里管結(jié)構(gòu)作了質(zhì)的變革而集經(jīng)典文丘里管、環(huán)形孔板、耐磨孔板和錐形入口孔板優(yōu)點(diǎn)為一體的新一代異型文丘里管，其特性與使用性能優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，適于測量各種液體、氣體和蒸汽，特別適用于測量各種煤氣、非潔凈天然氣、高含

15、濕氣體以及其它各種臟污流體，大多可取代傳統(tǒng)孔板、噴嘴、經(jīng)典文丘里管的理想換代產(chǎn)品。劉玉長劉玉長內(nèi)文丘里管流量計(jì)(a) 結(jié)構(gòu)示意圖；(b)芯體結(jié)構(gòu)I ；(c) 芯體結(jié)構(gòu)II1-圓形測量管；2-文丘里型芯體；3,4-支撐環(huán)；5-取壓孔；6-前段圓錐(圖b)或圓錐臺(圖c)；7-中段圓柱；8-后段圓錐臺；9,10-支撐軸劉玉長劉玉長(三)小管道流量測量 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置只能用在直徑大于50mm管道上，直徑小于 50mm的管道采用非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置。1、小管徑孔板 劉玉長劉玉長2、內(nèi)藏孔板 v把小孔板裝在與差壓變送器的正、負(fù)壓室相連的小管中，這種小孔板和小管就成為構(gòu)成差壓變送器整體的構(gòu)件，故稱為內(nèi)藏孔板(或稱

16、整體孔板)。v內(nèi)藏孔板適用于測量清潔氣體和液體的小流量，工藝管道直徑范圍825mm，孔板孔徑范圍通常為0.5-6mm，測量精度(13)%，流量系數(shù)與雷諾數(shù)和孔徑等因素有關(guān)，通常由儀表廠標(biāo)定。 劉玉長劉玉長(四)含懸浮物和高粘度流體的流量測量 含懸浮物和高粘度流體的流量時(shí)，在標(biāo)準(zhǔn)孔板前后會積存沉淀物，使管道實(shí)際面積減小，測量不準(zhǔn)確，甚至管道被堵塞，因而，必需采用特殊節(jié)流裝置來測量。 (1)楔形孔板。(2)圓缺孔板。(3)偏心孔板。 劉玉長劉玉長 楔形流量計(jì)1楔形流量計(jì)；2，3取壓管段；4差壓變送器適用管徑范圍8600mm(或達(dá)1200mm)，雷諾數(shù)3001106，流體溫度300，流體壓力6 MP

17、a，測量范圍度1:5,目前已達(dá)1:10；測量精度：經(jīng)標(biāo)定為0.5%，未標(biāo)定的約為3%。劉玉長劉玉長圓缺孔板圓缺孔板形狀似扇形，它的開孔是一個(gè)圓的一部分(圓缺部分)，這個(gè)圓的直徑是管道直徑的98%，如圖所示。主要用于臟污介質(zhì)含有固體微粒的液體和氣體的流量測量，圓缺開孔一般位于下方，但對于含氣泡的液體，其開孔位于上方。測量時(shí)管道應(yīng)水平安裝。劉玉長劉玉長圓缺孔板適用范圍：管徑50mmD350mm(可達(dá)500mm)，0.350.75，雷諾數(shù)：104ReD106。取壓方式采用法蘭取壓和縮流取壓。 圓缺孔板的流出系數(shù)劉玉長劉玉長偏心孔板這種孔板的孔是偏心的，它與一個(gè)和管道同心的圓相切，這個(gè)圓的直徑等于管道

18、直徑的98%，如圖所示。其取壓方式也有兩種：法蘭取壓和縮徑取壓。適用范圍：管徑100mmD1000mm，直徑比0.460.84，雷諾數(shù)105ReD106。 劉玉長劉玉長(五) 低雷諾數(shù)情況下的流量測量 管道雷諾數(shù)(ReD)與管徑、流體粘度、密度和流量大小等有關(guān)，某些介質(zhì)的粘度大、密度小或流量小，則雷諾數(shù)低，達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置要求的界限雷諾數(shù)(或最小雷諾數(shù))，因而流出系數(shù)不穩(wěn)定，造成較大的測量誤差。以下介紹兩種低雷諾數(shù)使用的非標(biāo)準(zhǔn)孔板：1/4圓孔板與錐形入口孔板。劉玉長劉玉長1、1/4圓孔板1/4圓孔板(又稱1/4圓噴嘴)與標(biāo)準(zhǔn)孔板相似，只是節(jié)流孔的入口邊緣形狀不同，上游入口邊緣是以半徑為r的1

19、/4圓，其圓心在下游端面上，如圖所示，這種孔板結(jié)構(gòu)簡單，又具有噴嘴的一些優(yōu)良性能，如不受磨蝕、腐蝕和孔板表面固體沉積物的影響，適用范圍：管徑D25mm，直徑比0.2450.6，雷諾數(shù)500ReD6104，孔徑d15mm。 1/4圓孔板1-上游端面A；2-下游端面；3-流向劉玉長劉玉長2、錐形入口孔板錐形入口孔板的形狀與標(biāo)準(zhǔn)孔板相似，相當(dāng)于一塊進(jìn)出口反裝的標(biāo)準(zhǔn)孔板，其入口與中心線夾角為451o，如圖所示。它要求的雷諾數(shù)下限比1/4圓孔板還要小，適用范圍：管徑D25mm，直徑比0.10.316，孔徑d6mm。 錐形入口孔板1-環(huán)隙；2-夾持環(huán)；3-上游端面A；4-下游端面B；5-軸線；6-流向；7

20、-取壓口；8-孔板劉玉長劉玉長七、節(jié)流式流量計(jì)的選用 (一)節(jié)流裝置的選擇 節(jié)流式流量計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，壽命長，適應(yīng)性廣。不足之處是量程比較窄，一般為 (34):1，壓力損失較大，需消耗一定的動力；對安裝要求嚴(yán)格，需要足夠長的直管段。選用時(shí)需注意以下問題： 允許的壓力損失 ； 加工； 被測介質(zhì)的侵蝕性 ； 現(xiàn)場安裝條件。劉玉長劉玉長(二) 使用節(jié)流裝置應(yīng)注意的問題 節(jié)流式流量計(jì)不僅需要合理選型，精確設(shè)計(jì)計(jì)算和加工制造，更應(yīng)注意正確安裝、使用和維護(hù)，方能獲得足夠的實(shí)際測量準(zhǔn)確度。 使用應(yīng)注意問題主要包括以下四個(gè)方面，以免產(chǎn)生額外誤差：(1)被測流體參數(shù)與設(shè)計(jì)條件不符；(2)原始數(shù)

21、據(jù)不正確；(3)節(jié)流裝置安裝不正確； (4)維護(hù)工作疏忽。 具體對策如下。劉玉長劉玉長1、被測流體參數(shù)的變化(流量修正)當(dāng)實(shí)際使用時(shí)的流體參數(shù)(密度、溫度、壓力等)偏離設(shè)計(jì)的參數(shù)時(shí)，流量計(jì)的顯示值與實(shí)際值之間產(chǎn)生偏差，此時(shí)須對顯示值進(jìn)行修正。當(dāng)流體參數(shù)偏離不大時(shí)，對流量方程式中系數(shù)C(或)、d的影響小，可只考慮密度的變化。在相同的壓差P下，密度變化的修正公式為： 11221221122121 / /QMQMQQMM式中設(shè)計(jì)條件下的流體體積和質(zhì)量流量，即流量計(jì)示值；、使用條件下的流體體積流量和質(zhì)量流量；、設(shè)計(jì)和實(shí)際使用條件下的流體密度。或、劉玉長劉玉長(1)一般氣體流量測量：對于一般氣體，修正公

22、式為：211 22 1212 112/QQPTPTMMPTPT式中P1、T1設(shè)計(jì)條件下的氣體絕對壓力與絕對溫度； P2、T2使用條件下的氣體絕對壓力與絕對溫度。當(dāng)流體密度直接測量有困難時(shí)，可根據(jù)流體密度與溫度、壓力的關(guān)系，通過測量其溫度、壓力的變化代替密度的變化進(jìn)行修正。具體是： 劉玉長劉玉長(2)水蒸汽測量：1)飽和水蒸汽：在壓力不超過1.96 MPa，對蒸汽密度與壓力P關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式有：=P15/16/1.72352)過熱水蒸氣：在壓力在2.9416.66 MPa及溫度t在400540 C范圍內(nèi)蒸汽密度的經(jīng)驗(yàn)公式有： =1.82P/(t-0.55P+166)劉玉長劉玉長(3)液體測量：對于

23、液體，在工作狀態(tài)下液體的密度與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(20，101.325 kPa)下液體的密度20、液體在20至溫度t范圍內(nèi)的平均膨脹系數(shù)關(guān)系如下： =201-(t-20)帶溫壓自動補(bǔ)償?shù)墓?jié)流式流量計(jì)人工計(jì)算煩瑣不便，且補(bǔ)償精度低、不及時(shí)、不直觀，因此，在生產(chǎn)過程中常采用自動補(bǔ)償方法，如圖所示。 劉玉長劉玉長2、原始數(shù)據(jù)不正確在節(jié)流裝置設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，必須按被測對象的實(shí)際情況提出原始數(shù)據(jù)，例如被測流體最大流量、常用流量、最小流量、流體的物理參數(shù)(溫度、壓力、密度與成分等)、管道實(shí)際內(nèi)徑、允許壓頭損失等。這些原始數(shù)據(jù)提供得正確與否，將影響設(shè)計(jì)出來的節(jié)流裝置的測量準(zhǔn)確度，甚至決定能否使用的問題。劉玉長劉玉長3、節(jié)

24、流裝置安裝不正確例如節(jié)流件上下游直管段長度不夠，孔板的方向倒裝，節(jié)流件開孔與管道軸線不同心，墊圈凸出等都可能造成難以估計(jì)的測量誤差。劉玉長劉玉長4、維護(hù)工作疏忽節(jié)流裝置使用日久，由于受到流體的沖擊、磨損和腐蝕，致使開孔邊緣變鈍，幾何形狀變化，從而引起測量誤差。例如孔板入口邊緣變鈍，會使儀表示值偏低。此外，導(dǎo)壓管路泄漏或阻塞，節(jié)流件附近積垢等，也會造成測量不準(zhǔn)確。因此，應(yīng)該定期維護(hù)檢查，檢定周期一般不超過二年，對超過國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定誤差的節(jié)流裝置應(yīng)予更換。 劉玉長劉玉長八、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置計(jì)算 四種命題：在給定節(jié)流件上游流體黏度1、節(jié)流件上游密度1、節(jié)流件前后壓差p、管道直徑D和節(jié)流件開孔直徑d的條件下

25、，計(jì)算qm和qv；已知1、1、D、p和qm，求d和；已知1、1、D、d、qm，求p；已知1、1、p、qm ，求D和d。標(biāo)準(zhǔn)孔板計(jì)算流程劉玉長劉玉長第二節(jié)均速管流量計(jì) 均速管又稱為均速流量傳感器或均速探頭，它通過測量管道內(nèi)流動流體的速度壓力流速來測量流量。均速管流量探頭主要有阿牛巴(Annubar)、威力巴(Vrabar)、威爾巴(Wellbar)、德爾塔巴(Deltaflow)、托巴(Torbar)、雙D巴等幾種。它們的共同特點(diǎn)都是結(jié)構(gòu)簡單的插入式探頭，適于測量氣體、蒸汽和液體的流量，管道內(nèi)徑從十幾毫米到幾米，使用范圍很廣。一般要求雷諾數(shù)104ReD107，測量準(zhǔn)確度通常為(13)。 劉玉長劉

26、玉長一、阿牛巴(Annubar)流量計(jì) 阿牛巴是一種均速流量探頭，配以差壓變送器和流量積算器而組成阿牛巴流量計(jì)，也屬于差壓式流量測量儀表，用來測量一般氣體、液體和蒸汽的流量，適用范圍：管徑D=252500mm(特殊達(dá)5000mm)，工作壓力5MPa，工作溫度400，雷諾數(shù)ReD104，流速要求氣體5m/s，液體為0.5m/s，蒸汽為9m/s以上。劉玉長劉玉長總壓管面對氣流方向開有四個(gè)取壓孔，所測量的是該四個(gè)環(huán)形截面的流體總壓頭(包括靜壓頭和動壓頭)，在總壓管內(nèi)另插入一根引壓管，由它引出四個(gè)總壓頭的平均值P1，靜壓管裝在背著流動方向上，取壓孔在管道軸線位置上，引出流體的靜壓頭P2。阿牛巴流量計(jì)原

27、理1-總壓管， 2-靜壓管劉玉長劉玉長將P1、P2分別引入差壓變送器，測出兩者的壓差P，P便是流體的平均速度頭。根據(jù)柏努力方程式從平均速度頭可求出流體平均速度和流量，實(shí)用流量方程式如下：2320.12645/ , m / h0.12645 , kg / hrrrrrrQK Y F DPMK Y F DP式中：D 管道內(nèi)徑mm；P壓差，kPa； 流體體密度，kg/m3。劉玉長劉玉長二、熱線均速管流量計(jì) 熱線均速管類似阿牛巴流量計(jì)，把管道截面分成幾個(gè)等面積圓環(huán)，每一個(gè)熱絲感測元件對應(yīng)測量一個(gè)圓環(huán)中的流體速度，通過幾個(gè)圓環(huán)流體速度的平均值推算出其質(zhì)量流量M。劉玉長劉玉長三、威爾巴(Wellbar)流

28、量計(jì) 威爾巴(Wellbar)流量計(jì)由威爾巴探頭，差壓變送器和流量積算儀等組成(下圖)。 低壓取壓孔威爾巴探頭高壓取壓孔劉玉長劉玉長威爾巴流量計(jì)主要特點(diǎn)(1)子彈頭形探頭，符合流體動力學(xué)原理，一體化雙腔結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度高，耐高溫，可用于高溫高壓的場合。(2)探頭前部金屬表面，進(jìn)行了粗糙化處理，后部低壓取壓孔進(jìn)行防堵設(shè)計(jì)，產(chǎn)生的差壓信號穩(wěn)定，防堵性能好，基本免維護(hù)。(3)流量系數(shù)不受管道雷諾數(shù)的影響，流量系數(shù)穩(wěn)定，測量精度高。(4)適用范圍廣泛，可用于測量氣體、液體、蒸汽、腐蝕性介質(zhì)和高溫高壓介質(zhì)等流體，可適應(yīng)在各種尺寸的圓形管道和方形管道上安裝使用。(5)安裝方便，可在線帶壓安裝和檢修(不斷流裝卸)

29、，對直管段的長度，要求較短。劉玉長劉玉長威爾巴流量計(jì)的流量方程威爾巴流量計(jì)作為一種差壓式流量測量儀表，流體流量與差壓的平方根成比例關(guān)系，與節(jié)流式流量計(jì)類似，其實(shí)用流量方程式如下：(3) 流體流體(氣體氣體)溫度、壓力變化的補(bǔ)償方程：溫度、壓力變化的補(bǔ)償方程：(4) 氣體標(biāo)準(zhǔn)體積流量方程：氣體標(biāo)準(zhǔn)體積流量方程：210.12645MKYDP (1) 質(zhì)量流量方程式：質(zhì)量流量方程式：(2)體積流量方程式：體積流量方程式：210.12645/QKYDP1221121/12645. 0TPTPPDKYQ2201110.12645/QKYFDP劉玉長劉玉長威爾巴流量計(jì)的技術(shù)參數(shù)：威爾巴流量計(jì)的技術(shù)參數(shù)：適

30、用于空氣、煤氣、天然氣、煙氣，自來水、工業(yè)用水、適用于空氣、煤氣、天然氣、煙氣，自來水、工業(yè)用水、鍋爐給水、含腐溶液，飽和蒸氣、過熱蒸汽等。鍋爐給水、含腐溶液，飽和蒸氣、過熱蒸汽等。適于圓管直徑適于圓管直徑D=1250mm、 502000mm、 20005000mm或長方形管道?；蜷L方形管道。壓力范圍通常壓力范圍通常025MPa，特殊，特殊40Mpa。溫度范圍：通常溫度范圍：通常-80450，特殊，特殊700。量程比大于量程比大于10:1。最小流速：氣體最小流速：氣體5m/s、液體、液體5m/s、蒸汽、蒸汽9m/s。測量精度為測量精度為1%，重復(fù)性為，重復(fù)性為0.1%。直管段長度：通常上游側(cè)直

31、管段長度：通常上游側(cè)7D，下游側(cè)，下游側(cè)3D。 劉玉長劉玉長第三節(jié)電磁流量計(jì) 一、工作原理當(dāng)被測流體垂直于磁力線方向流動而切割磁力線時(shí)，在與流體流向和磁力線垂直方向上產(chǎn)生感應(yīng)電勢Ex(伏)，Ex與體積流量Q的關(guān)系為: Ex=4B/(D)Q10-8=KQ 式中 K為儀表常數(shù)，決定于儀表幾何尺寸及磁場強(qiáng)度。利用傳感器測量管上對稱配置的電極引出感應(yīng)電勢，經(jīng)放大和轉(zhuǎn)換處理后，儀表指示出流量值。劉玉長劉玉長二、電磁流量傳感器 (一)電磁流量傳感器結(jié)構(gòu)電磁流量傳感器結(jié)構(gòu) 電磁流量傳感器由測量管，勵(lì)磁系統(tǒng)(勵(lì)磁線圈、磁軛等)、電極，內(nèi)襯和外殼等組成,如圖所示。1-外殼；2-勵(lì)磁線圖；3-磁軛；4-內(nèi)襯；5-

32、電極；6-繞組支持件劉玉長劉玉長(二) 電磁流量傳感器的勵(lì)磁與干擾 電磁流量計(jì)的勵(lì)磁，原則上采用交流勵(lì)磁和直流勵(lì)磁都可以。直流勵(lì)磁不會造成干擾，儀表性能穩(wěn)定，工作可靠。但直流磁場在電極上產(chǎn)生直流電勢，可能引起被測液體電解，在電極上產(chǎn)生極化現(xiàn)象，從而破壞了原來的測量條件。因此電磁流量計(jì)通常采用交流勵(lì)磁系統(tǒng)。 (a)交流勵(lì)磁 (b)矩形波(2值)勵(lì)磁 (c)矩形波(3值)勵(lì)磁 (d)雙頻矩形波勵(lì)磁劉玉長劉玉長交流勵(lì)磁與正交干擾交流磁場雖然可以有效地消除極化現(xiàn)象，但由于傳感器測量導(dǎo)管內(nèi)充滿的是導(dǎo)電液體，交變磁通穿過電極引線、被測液體和轉(zhuǎn)換器的輸入阻抗而構(gòu)成閉合回路，在此回路內(nèi)產(chǎn)生干擾電勢et為： d

33、(sin)dsin(90 )ddmtBBBBtBeKKKttt 干擾電勢et與信號電勢Ex頻率相同，而相位差90，故稱其為90干擾或正交干擾。嚴(yán)重時(shí)et可與Ex相當(dāng)，甚至大于Ex。因此消除正交干擾，是正常使用交流勵(lì)磁的電磁流量計(jì)的關(guān)鍵問題。 劉玉長劉玉長正交干擾消除方法【理想】 ：使電極引出線所構(gòu)成的平面與磁力線平行，避免磁力線穿過引出線。在此條件下干擾電壓不會產(chǎn)生，但這樣作相當(dāng)困難。【實(shí)用方法】：從一根電極上引出兩根接線，分別繞過磁極形成兩個(gè)回路，并接入一個(gè)調(diào)零電位器W，如圖。消除正交干擾的調(diào)零回路劉玉長劉玉長三、電磁流量轉(zhuǎn)換器 將傳感器輸出的電勢信號Ex經(jīng)轉(zhuǎn)換器信號處理和放大后轉(zhuǎn)換為正比于

34、流量的420mADC電流信號或脈沖信號，輸出給顯示記錄儀表，因勵(lì)磁波形的不同，電磁流量轉(zhuǎn)換器的電路有多種形式。 劉玉長劉玉長四、電磁流量計(jì)的選用 (一)流量計(jì)的特點(diǎn)流量計(jì)的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：測量導(dǎo)管內(nèi)無可動部件，幾乎沒有壓力損失，也不會發(fā)生堵塞理象；無機(jī)械慣性，反應(yīng)靈敏，可以測量脈動流量；測量范圍很寬，精度較高。不足：被測介質(zhì)溫度有限制(一般為-40130)；要求被測介質(zhì)必須具有導(dǎo)電性能。 劉玉長劉玉長(二) 電磁流量計(jì)的安裝維護(hù) (1)電磁流量計(jì)要求傳感器的測量管內(nèi)必須充滿液體，不允許有氣泡產(chǎn)生(最好垂直安裝)；(2)應(yīng)有足夠長的直管段，一般要求5D；(3)應(yīng)遠(yuǎn)離大功率電氣設(shè)備安裝，并應(yīng)妥善地單獨(dú)

35、接地；(4)電磁流量傳感器及轉(zhuǎn)換器應(yīng)用同相電源；(5)傳感器必須定期維護(hù)清洗，保持測量管內(nèi)部清潔，電極光亮平整。 劉玉長劉玉長第四節(jié)容積式流量計(jì) 應(yīng)用容積法測量流體流量的儀表，稱為容積式流量計(jì)。它有一個(gè)已標(biāo)定容積的計(jì)量室，容積是在儀表殼體與旋轉(zhuǎn)體之間形成的。當(dāng)流體經(jīng)過儀表時(shí)，利用儀表入口和出口之間產(chǎn)生的壓力差，推動旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動，將流體從計(jì)量室中容積V0一份一份地推送出去。所推送出的流體流量為 Q=nV0式中n 轉(zhuǎn)動的次數(shù)，r/s(轉(zhuǎn)秒)。因?yàn)橛?jì)量室的容積是已知的，故只要測出旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動次數(shù)，根據(jù)計(jì)量室的容積和旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動頻率，求出流體的瞬時(shí)流量和累計(jì)流量。 劉玉長劉玉長一、橢圓齒輪流量計(jì) 在流體

36、差壓 (p1-p2)作用下，推動橢圓齒輪A和B反方向旋轉(zhuǎn)，不斷地將充滿半月形固定容積中的流體推出去，其轉(zhuǎn)動與充液排液過程如圖。齒輪每轉(zhuǎn)一周就推出四個(gè)半月形容積的流體，從齒輪的轉(zhuǎn)數(shù)可計(jì)算出排出流體的總流量。橢圓齒輪的轉(zhuǎn)動通過減速傳動機(jī)構(gòu)帶動指針與機(jī)械計(jì)數(shù)器，儀表盤中間的大指針指示流體的瞬時(shí)流量，經(jīng)過齒輪計(jì)數(shù)器顯示體積總流量。 劉玉長劉玉長橢圓齒輪轉(zhuǎn)動與充液排液過程 (1) t=0,=0，流體進(jìn)入計(jì)量室；(2) t=T/8,=45，流體排出計(jì)量室；(3) t=T/4,=90，流體全部排出，開始下一個(gè)循環(huán)，每次周期完成4次計(jì)量。劉玉長劉玉長二、腰輪流量計(jì)(羅茨流量計(jì)) 橢圓齒輪換為無齒的腰輪：由于腰

37、輪沒有齒，不易被流體中塵灰夾雜卡死，同時(shí)腰輪的磨損也較橢圓齒輪輕一些，因此使用壽命較長，準(zhǔn)確度較高，可作標(biāo)準(zhǔn)表使用。 劉玉長劉玉長三、容積式流量計(jì)的選用 優(yōu)點(diǎn)：測量準(zhǔn)確度高，被測介質(zhì)的粘度，溫度及密度等的變化對測量準(zhǔn)確度影響小，測量過程與雷諾數(shù)無關(guān)，尤其適用于高粘度流體的流量測量(因泄漏誤差隨粘度增大而減小)。流量計(jì)的量程比較寬，一般為10:1。安裝儀表的直管段長度要求不嚴(yán)格。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，運(yùn)動部件易磨損，對于大口徑管道的流量測量，流量計(jì)的體積大而笨重，維護(hù)不夠方便，成本也較高。 劉玉長劉玉長選用注意事項(xiàng)(1)選擇這種流量計(jì)時(shí)，不能簡單地按連接管道的直徑大小去確定儀表規(guī)格；應(yīng)注意實(shí)際應(yīng)用時(shí)

38、的測量范圍，保持在所選儀表的量程范圍以內(nèi)。(2)為了避免液體中的固體顆粒進(jìn)入流量計(jì)，磨損運(yùn)動部件，流量計(jì)前應(yīng)裝配篩網(wǎng)過濾器，并注意定期清洗和更換過濾網(wǎng)。(3) 如被測液體含有氣體或可能析出氣體時(shí)，在流量計(jì)前方應(yīng)裝氣液分離器，以免氣體進(jìn)入流量計(jì)形成氣泡而影響測量準(zhǔn)確度。(4) 在精密測量中應(yīng)考慮被測介質(zhì)的溫度變化對流量測量的影響，過去都采用人工修正，現(xiàn)在已有溫度與壓力自動補(bǔ)償并自動顯示記錄的容積流量計(jì)。劉玉長劉玉長第五節(jié) 質(zhì)量流量計(jì)質(zhì)量流量計(jì)大致分為三大類：(1) 直接式直接式：即直接檢測與質(zhì)量流量成比例的量，檢測元件直接反映出質(zhì)量流量。(2) 推導(dǎo)式推導(dǎo)式：即用體積流量計(jì)和密度計(jì)組合的儀表來測

39、量質(zhì)量流量，同時(shí)檢測出體積流量和流體密度，通過運(yùn)算得出與質(zhì)量流量有關(guān)的輸出信號。(3) 補(bǔ)償式補(bǔ)償式：同時(shí)檢測流體的體積流量和流體的溫度、壓力值，再根據(jù)流體密度與溫度、壓力的關(guān)系，由計(jì)算單元計(jì)算得到該狀態(tài)下流體的密度值，最后再計(jì)算得到流體的質(zhì)量流量值。劉玉長劉玉長一、科里奧利質(zhì)量流量計(jì) 科里奧利質(zhì)量流量計(jì)(簡稱CMF)是利用流體流體在振動管中流動時(shí)，產(chǎn)生與質(zhì)量流量成正比的科在振動管中流動時(shí)，產(chǎn)生與質(zhì)量流量成正比的科里奧利力里奧利力而制成的一種直接式質(zhì)量流量儀表。(一)基本結(jié)構(gòu)和工作原理 雙U形科里奧利流量傳感器的結(jié)構(gòu)如下圖：劉玉長劉玉長工作原理 如圖，被測流體從U形管流過，其流動方向與振動方向

40、垂直，由理論力學(xué)可知，當(dāng)某一質(zhì)量為m的物體在旋轉(zhuǎn)(在此為振動)參考系中以速度u運(yùn)動時(shí)，將受到一個(gè)力的作用(m)，從而在直管段產(chǎn)生扭矩 ，在該力矩作用下，U形管產(chǎn)生扭矩轉(zhuǎn)角 (qm)。通過測量U形管兩端管通過振動中心N-N所需的時(shí)間差即可測量得到qm。劉玉長劉玉長二、熱式質(zhì)量流量計(jì) 利用流體熱交換原理構(gòu)成的流量計(jì)稱為熱式流量計(jì)。它有兩種形式，即量熱式與冷卻式，前者為分布式儀表，測量范圍有限；后者為插入式儀表，測量范圍較大。 劉玉長劉玉長三、推導(dǎo)式質(zhì)量流量計(jì)用測量體積流量的流量計(jì)配合密度計(jì)，利用qm=qv計(jì)算得出質(zhì)量流量(如右圖)。密度計(jì)可采用同位素、超聲波、振動管等連續(xù)測量密度的儀表。劉玉長劉玉

41、長第六節(jié) 其它流量計(jì)一、轉(zhuǎn)子流量計(jì)在一個(gè)向上略為擴(kuò)大的均勻錐形管內(nèi)，放一個(gè)較被測流體密度稍大的浮子(也叫轉(zhuǎn)子)，當(dāng)流體自下而上流動時(shí)，浮子受到流體的作用力而上升，流體的流量愈大，浮子上升愈高。浮子上升的高度就代表一定的流量。從而可從管壁上的流量刻度標(biāo)尺直接讀出流量數(shù)值。劉玉長劉玉長忽略壓力損失，在平衡狀態(tài)即浮子穩(wěn)定在一定高度時(shí)，向上的浮力ASV2/2，等于浮子在流體中向下的力為CS(S-)g。SSS2()CgVA式中AS、CS分別為浮力的最大截面積(m2)和其體積(m3)； S、分別為浮子與被測流體的密度kg/m3； V浮子與錐形管之間環(huán)形通道處的流速m/s。在浮子穩(wěn)定位置處，流體通過的體積流

42、量Q為：SS0S2()CgQAA式中 流量系數(shù)，它與錐形管的錐度，浮子的形狀和雷諾數(shù)等因素有關(guān)，由實(shí)驗(yàn)確定；A0浮子穩(wěn)定位置處的環(huán)形通道面積，A0=(R+r)htanj。劉玉長劉玉長二、渦輪流量計(jì) (一)電磁感應(yīng)渦輪流量計(jì)渦輪是用高導(dǎo)磁的不銹鋼制成的，渦輪體上有數(shù)片螺旋形葉片(故也稱葉輪流量計(jì))，整個(gè)渦輪支承在前后兩個(gè)摩擦力很小的軸承內(nèi)。流體流動推動渦輪旋轉(zhuǎn)(渦輪旋轉(zhuǎn)速度與流體速度相當(dāng))，通過測量渦輪轉(zhuǎn)速而測定流量。劉玉長劉玉長渦輪流量計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖 1-渦輪；2-軸承；3-永久磁鋼；4-線圈；5-外殼；6-導(dǎo)流器劉玉長劉玉長(二)光纖渦輪流量計(jì)與傳統(tǒng)的內(nèi)磁式渦輪流量計(jì)相比，光纖渦輪流量計(jì)克服了

43、內(nèi)磁式傳感器磁性引力帶來的影響；還有效地?cái)U(kuò)大了渦輪流量計(jì)的量程比。由于光纖傳感器具有本質(zhì)防爆、無電氣信號直接與流量計(jì)接觸的特點(diǎn)，因而適宜煤氣、輕質(zhì)油料等透明介質(zhì)的流量測量。其工作原理如下：劉玉長劉玉長結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與檢測原理兩個(gè)反射型光纖傳感器被并列裝配在渦輪流量計(jì)上，這兩個(gè)傳感器可檢測同一渦輪葉片不同位置的反射信號fo1與fo2，這兩個(gè)傳感器信號與流體流量成正比(fo1=KQ，fo2=KQ)，互不干擾，相位差為j，如圖所示。通過檢測電路得到流體流量，且可實(shí)現(xiàn)雙向測量。 雙向流量測量原理及輸出信號劉玉長劉玉長響應(yīng)特性傳感器輸出的fo1和fo2信號經(jīng)光電轉(zhuǎn)換，通過相位鑒別電路后，可同時(shí)輸出正向和反向流

44、動計(jì)量信號Qo1、Qo2。(1)當(dāng)流量計(jì)正向安裝時(shí)，檢測電路輸出：Qo1fo1/K; Qo20；Qo fo1/K; D1。(2)當(dāng)流量計(jì)反向安裝時(shí)，檢測電路輸出：Qo10; Qo2fo2/K；Qo fo2/K; D0。劉玉長劉玉長三、渦街流量計(jì) 流體在流動過程中，遇到障礙物必然產(chǎn)生回流而形成旋渦。在流體中垂直插入一根圓柱體(或三角柱體、方柱體等)作為旋渦發(fā)生體，流體流過柱體，當(dāng)流速度高于一定值時(shí)，在柱體兩側(cè)就會產(chǎn)生兩排交替出現(xiàn)的的旋渦列，稱為卡門渦街，簡稱渦街。當(dāng)管道內(nèi)徑和圓柱體的幾何尺寸確定后，單列旋渦產(chǎn)生的頻率f與流體體積流量成正比。故通過測量旋渦即可測得流量。劉玉長劉玉長卡門渦街流量計(jì)原

45、理劉玉長劉玉長根據(jù)卡門渦街形成原理，單列旋渦產(chǎn)生的頻率f為： 1ttVVfSSdmd式中 V1、V 分別為圓柱體兩側(cè)的流體速度和管道流體的平均流速，m/s； d 圓柱體直徑，m； m 流速比，mV / V1； St 斯特勞爾數(shù)，在ReD510215104范圍內(nèi)，St常數(shù)；設(shè)管道直徑為D，管道截面積為A0，令= d/D，當(dāng)0.35時(shí)，m=(1-1.27)，則流體的體積流量Q為:01 1.27tA dQfS劉玉長劉玉長當(dāng)管道內(nèi)徑和圓柱體的幾何尺寸確定后，體積流量只與渦街產(chǎn)生的頻率成正比，而與流體的物理性質(zhì)(溫度、壓力、密度、成分等)無關(guān)，于是得： Q=Kf如采用三角柱體作為旋渦發(fā)生體，其迎流面的邊

46、長或?qū)挾葹閐，流體的體積流量Q為：01 1.5tAdQfS劉玉長劉玉長四、彎管流量計(jì) 流體流過彎曲管道(如圖所示)時(shí)，因流向改變產(chǎn)生慣性離心力，彎管外側(cè)與內(nèi)側(cè)間形成壓差P(P=pg-pd)，流量的大小與該壓差的平方根成比例關(guān)系:220.12645/0.12645QC DPMC DP劉玉長劉玉長五、超聲波流量計(jì) 超聲波流量計(jì)是一種非接觸式流量測量儀表。它利用超聲波在流體中的傳播特性來測量流體的流速和流量，有時(shí)差法、速差法、頻差法、多普勒法以及相關(guān)法等。這里只介紹頻差法與超聲多普勒法。超聲波的發(fā)射和接收換能器，一般采用壓電陶瓷元件，接收換能器利用其壓電效應(yīng)，發(fā)射換能器則利用其逆壓電效應(yīng)。為保證聲能損失小、方向性強(qiáng)，必須把壓電陶瓷片封裝在聲楔之中。聲楔應(yīng)有良好的透聲性能，常用有機(jī)玻璃，橡膠或塑料制成。壓