《流量检测及仪表》PPT课件.ppt

工业生产过程中，能源计量：一次能源（煤炭、原油、瓦斯气、石油气、天然气）二次能源（电力、焦炭、煤气、成品油、液化石油气、蒸汽）,在工农业生产和科学研究试验中，流量都是一个很重要的参数。例如，在石油化工生产过程自动检测和控制中，为了有效地操作、控制和监测，需要检测各种流体的流量。此外，对物料总量的计量还是能源管理和经济核算的重要依据。流量检测仪表是发展生产、节约能源、提高经济效益和管理水平的重要工具。,交通运输中：管道输送 生物技术等方面,环保工程中：空气污染(烟废气排放)、水污染,3-3 流量检测及仪表,流量检测的基本概念,瞬时流量:单位时间内流体通过一定截面积的数量。体积流量:用流体的体积来表示（Q），单位为m3/h。质量流量:用流量的质量来表示（M），单位为kg/h。累积流量:一段时间内流体体积流量或质量流量的累积值。,累积体积流量,流量计量对在一定通道内流动流体的流量进行测量。,累积质量流量,流量计与计量表的区别：测量流体流量的仪表一般叫流量计；测量流体总量的仪表称为计量表。,按测量途径分类：容积式流量计采用单位时间内所排出固定容积空间的数目作为测量依据来衡量过流容积。速度式流量计以测量流体在管道内的流速作为依据来计算流体的流量。如：差压式、转子式流量计等。质量流量计以计算流过流体的质量为依据来计量流体的流量。,（1）容积法：在单位时间内以标准固定体积对流动介质连续不断地进行度量，以排出流体固定容积数来计算流量。如:椭圆齿轮流量计、旋转活塞式流量计和刮板流量计。特点:受流体的流动状态影响小，适用于测量高粘度、低雷诺数的流体。,（2）速度法：这种方法是先测出管道内的平均流速，再乘以管道截面积求得流体的体积流量。特点:使用条件宽，可用于各种工况下的流量检测，但利用平均流速计算流量，管路条件的影响大，流动产生涡流以及截面上流速分布不对称等都会给测量带来误差。,（3）质量流量的测量方法,直接法：利用检测元件，使输出信号直接反映质量流量。基于科里奥利力效应的检测方法。间接法：用两个检测元件分别测出两个相应参数，通过运算间 接获取流体的质量流量。Q2检测元件和检测元件的组合；Q 检测元件和检测元件的组合；Q2检测元件和Q检测元件的组合。,流量检测方法及仪表,本节主要内容,()速度式流量计：压差流量计转子流量计电磁流量计涡轮流量计漩涡流量计,()容积式流量计：齿轮式流量计,质量式流量计：间接式质量流量计直接式质量流量计,差压式流量计基于流体在通过流动阻力元件时产生的压力差与流体流量之间的关系，通过测量压差值求得流体流量。,1-节流元件 2-引压管路3-三阀组 4-差压计,节流式流量计组成与实物图,1.差压式流量计,节流元件附近流速和压力分布情况,检测原理:应用动压能和静压能转换的原理检测流量,节流现象:流体在装有节流装置的管道中流动时,在节流装置前后的管壁处,流体的静压力产生差异的现象。当流体流经管道内的节流件时，流速将在节流元件处形成局部收缩，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。基础：流体连续性方程（质量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒定律）。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）,流量基本方程式,根据流体力学的伯努力方程和流体的连续性方程，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。与节流元件，取压方式、雷诺系数等有关。膨胀校正系数 A0节流装置的开孔截面积 节流装置前的流体密度 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，若不加开发器，刻度不均匀,差压式流量计的主要特点,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,历史悠久、技术成熟、应用最广泛。,节流式特点：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。,差压式流量计,孔板,引压管,差压计,差压式流量计组成,节流装置：安装于管道中产生差压，节流件前后的差压与流量成开方关系。引压导管：取节流装置前后产生的差压，传送给差压变送器。差压变送器：产生的差压转换为标准电信号（4-20mA）。,标准节流元件,标准孔板,结构简单，安装方便，适合大流量的测量,标准喷嘴,标准文丘里管,结构复杂，压力损失比孔板小,标准节流元件的结构形式,a.标准孔板,标准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。,标准孔板,b.标准喷嘴,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。,ISA1932喷嘴,ISAL932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。,c.文丘里管,常用的节流装置,压力损失最大,文丘里管,孔板,喷嘴,压力损失最小,流量根据前后压差计算，因此取压方法很关键，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五种:,节流装置的取压方式,法兰取压装置,目前广泛采用的是角接取压法，其次是法兰取压法。角接取压法比较简便，易实现环室取压，测量精度较高。法兰取压法结构较简单,易装配,计算方便，但精度较低。,角接取压装置,测量管道截面应为圆形，节流件及取压装置安装在两圆形直管之间。节流件附近管道的圆度应符合标准中的具体规定。,当现场难以满足直管段的最小长度要求或有扰动源存在时，可考虑在节流件前安装流动整流器，以消除流动的不对称分布和旋转流等情况。安装位置和使用的整流器型式在标准中有具体规定。,测量管道条件,非标准节流装置,a.1/4圆喷嘴,b.锥形入口孔板,c.圆缺孔板,标准节流装置的计算类型,流量计算 这类计算命题是在管道、节流装置、取压方式、被测流体参数已知的情况下，根据测得的差压值计算被测介质流量。属校核计算，常用在使用现场，所依据的基本公式是流量公式。设计节流装置 这类计算命题是要根据用户提出的已知条件以及限制要求来设计标准节流装置，属设计计算。,（1）被测流体工作状态的变动：温度、压力、黏度等等与设计计算值不同，从而使测量值与实际值不同造成误差。措施：按照实际的工艺条件重新设计计算。（2）节流装置的安装及使用不正确：应注意节流元件的安装方向，孔板的方向是？应保持节流装置的清洁，防止出现沉淀、堵塞灯情况。流体在节流装置前后有足够的直管段。一般孔板前为1020D，孔板后为5D，D为管道内径。（3）节流元件的磨损：孔板入口边缘、喷嘴的圆弧形状等因固体颗粒杂质磨损或碰撞变形；被测介质具有腐蚀性而造成节流装置形状和尺寸的变化。,引起差压式流量计测量误差的因素,（4）导管安装不正确或堵塞、渗漏等引起测量误差：,测量不同介质时节流装置取压口方位规定示意图,A 液体：注意排气；导压管垂直向下或一定的倾斜坡度,B 蒸汽：注意冷凝装置中的液位差见图3-24,C 气体：注意排液；导压管垂直向上或一定的倾斜坡度,（5）差压计安装或使用不正确：,三阀组：两个切断阀和一个平衡阀构成的三阀组。见图3-25,三阀组中3个控制阀在启用和停止时的开关顺序：启用压力计时：先打开平衡阀，再打开切断阀，然后关闭平衡阀，保证正负腔压力基本平衡；停用压力计时：先打开平衡阀，再关闭切断阀。在进行校验前应先打开平衡阀使两腔的压力平衡。,若被测介质具有腐蚀性，应采取隔离措施（采用中性介质作隔离液并注意密度的不同情况）,通过改变流通面积的方法实现流量检测,变面积式测量方法示意图,检测原理,锥形管-由下往上逐渐扩大管转子-阻力件,组成,当流体自下而上流经锥形管与转子之间的环形流通面积时，由于受到流体的冲击，转子便要向上运动。,2.转子式流量计,适用于小流量，流速低的场合,转子的受力平衡条件：,因V、A等都为常数，所以测量过程中压力差不变。即：定压变节面,在压差不变的情况下，流量与环隙面积有关，而环隙面积与转子的高度有关，因此，流量与转子高度具有一定的关系，即：,工作原理图,差压式流量计是在节流面积保持不变的情况下，以压力差的变化反映实际流量的大小；（恒节流面积，变压降）转子式流量计则利用节流面积的改变来维持压力差的不变，是恒压降、变节流面积的测量方法。,向上的推力（重力浮力）时，转子浮在一定的高度上；当流量增大时，流速增大，作用在转子上向上的推力增大，即：向上的推力（上面的压力与下面的推力之合力）重力，转子的位置升高；转子升高导致环隙增大，流速减慢，向上的推力减小；但此时向上的推力仍重力；当向上的推力减小到重力时，转子的位置不再变化，稳定到一个新高度。由此可以看出：流量与流速有关，而流速取决于转子的位置（高度），流量与转子高度一一对应。若在锥形管的外沿高度上刻好流量值，则由转子高度可直接读取通过的流量，同时可根据转子位置进一步转换获得相应的电气信号。,转子式流量计与差压式流量计在工作原理上的差别：,转子流量计结构,玻璃管转子流量计主要由玻璃锥形管、转子和支撑结构组成。流量示值刻在锥形管上。,金属管转子流量计金属管转子流量计的锥形管采用金属材料制成，其流量检测原理与玻璃管转子流量计相同。金属管转子流量计有就地指示型和电气信号远传型两种。,原边绕组1和2、两个匝数相等副边绕组4和7、动铁芯6、导磁外壳3和骨架5等六部分组成,差动变压器的工作原理,电远传式转子流量计,电远传式转子流量计工作原理,电动显示原理部分见图3-29,转子流量计的刻度修正 转子流量计是一种非通用性仪表，出厂时其刻度需单独标定。仪表厂在工业标准状态下，以空气标定测量气体流量的仪表；以水标定测量液体流量的仪表。若被测介质不是水或空气，则流量计的指示值与实际流量值之间存在差别，必须对流量指示值按照实际被测介质的密度、温度、压力等参数的具体情况进行刻度修正。,液体介质：,气体介质,转子流量计指示值修正,仪表出厂前标度：20，0.10133MP 液体-水 气体-空气,通过容积的检测实现流量的检测,单位时间内所排出固定容积的数目作为测量依据，一对紧密啮合的齿轮与壳体之间形成固定的间隙空间，齿轮每旋转一周，有固定流体通过间隙输送通过。流体通过量与齿轮转数成正比。,测量原理,设：V0计量室的容积 n转子的旋转次数,则,排出的流体总量,3.椭圆齿轮流量计,根据转子的形状分为：椭圆齿轮流量计（液体型）腰轮流量计（气体型和液体）刮板式流量计（液体型）,容积式流量计的最大特点是对被测流体的粘度不敏感，常用于测量重油等粘稠流体。,椭圆齿轮流量计椭圆齿轮流量计工作原理：,齿轮A旋转了1/4周，排出的被测介质为一个半月形容积，一周则为4个半月形容积。,因此有：,腰轮流量计又称罗茨流量计，其工作原理与椭圆齿轮流量计相同。腰轮流量计的转子是一对不带齿的腰形轮，在转动过程依靠套在壳体外的与腰轮同轴上的啮合齿轮来完成驱动。,腰轮流量计,2.腰轮流量计,转子流量计示意图,测量原理,腰形轮每转动一周，就把转子与壳体之间所构成的具有一定容积的计量室流体的四倍体积，从流入口送到流出口。,计量室体积,腰轮转速,体积流量,流量检测方法及仪表,腰轮流量计,腰轮流量计是一种容积式流量测量仪表，用以测量封闭管中流体的体积流量。就地显示累积流量，并有远传输出接口，与相应的光电式电脉冲转换器和流量积算仪配套，可进行远程测量，显示和控制。精度高，重复性好，范围度大，对流量计前后直管段要求不高。适用较高粘度流体，流体粘度变化对示值影响较小。适用无腐蚀性能的流体，如原油，石油制品(柴油，润滑油等)。,腰轮流量计,转子在流量计进、出口差压作用下转动，每当相邻两刮板进入计量区时均伸出至壳体内壁且只随转子旋转而不滑动，形成具有固定容积的测量室，当离开计量区时，刮板缩入槽内，流体从出口排出，同时后一刮板又与其另一相邻刮板形成测量室。转子旋转一周，排出4份固定体积的流体，由转子的转数就可以求得被测流体的流量。,凸轮式刮板流量计,3.刮板式流量计,测量原理,4.涡轮流量计,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，以推导出被测流体的瞬时流量和累积流量。,例如：自来水表，油量表等,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(1020):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。,测量原理,5.电磁流量计,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。当被测导电流体在磁场中沿垂直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。方向按照右手定则判定。,本测量方法适用对象：导电液体,E,电磁流量计的特点优点：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；测量精度为级；电磁流量计的输出与流量呈线性关系；反应迅速，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。,在均匀流动的流体中,垂直地插入一个具有非流线型截面的柱体,称为漩涡发生体，则在其两侧会产生旋转方向相反、交替出现的漩涡，并随着流体流动，在下游形成两列不对称“卡曼涡街”。,测量原理,6.漩涡流量计,涡街流量计的特点优点:涡街流量计测量精度较高；量程比宽,可达30:1；使用寿命长，压力损失小，安装与维护比较方便；测量几乎不受流体参数变化的影响，用水或空气标定后的流量计无须校正即可用于其它介质的测量；易与数字仪表或计算机接口,对气体、液体和蒸汽介质均适用。缺点:流体流速分布情况和脉动情况将影响测量准确度，因此适用于紊流流速分布变化小的情况，并要求流量计前后有足够长的直管段。,流体的体积是流体温度、压力和密度的函数。质量流量计的测量方法，可分为间接测量和直接测量两类。间接式测量方法通过测量体积流量和流体密度经计算得出质量流量，这种方式又称为推导式；直接式测量方法则由检测元件直接检测出流体的质量流量。,7.质量流量计,一般是采用体积流量计和密度计或两个不同类型的体积流量计组合，实现质量流量的测量。常见的组合方式主要有3种。节流式流量计与密度计的组合,1、间接式质量流量计,体积流量计与密度计的组合,体积流量计与体积流量计的组合,2.直接式质量流量计 直接式质量流量计的输出信号直接反映质量流量，有许多种型式。热式质量流量计,根据传热规律：,为流体的定压比热;,两点温度差。,热式质量流量计示意图,电源：24VDC精度：13%F.S.流通管径：20200工作温度：-2060输出：420mA、05VDC、232接口,差压式质量流量计 差压式质量流量计是以马格努斯效应为基础的流量计，实际应用中利用孔板和定量泵组合实现质量流量测量。有双孔板和四孔板与定量泵组合两种结构。,双孔板差压式质量流量计,四孔板差压式质量流量计：,四孔板差压式质量流量计,科里奥利质量流量计 科里奥利质量流量计(简称科氏力流量计)是一种利用流体在振动管中流动而产生与质量流量成正比的科里奥利力的原理来测量质量流量的仪表。科氏力流量计结构有多种形式，一般由振动管与转换器组成。,科氏力流量计测量原理,U形管受到一个力矩的作用，其管端绕R-R轴扭转而产生扭转变形，该变形量的大小与通过流量计的质量流量具有确定的关系。,为振动角速度,扭转弹性模量,U形管跨度半径,扭转角,环室取压 单独钻孔取压 法兰取压 标准喷嘴取压方式 标准孔板的几种取压方式,取压方式,