流量仪表介绍课件.ppt

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1、,主讲人：黄志明,流量仪表介绍,2017年 1月,目录 CONTENTS,在。,一、流量测量：,流量,单位时间内流过管道某截面的体积或质量,二、流量的测量与变送,在化工生产过程中，为了有效地进行生产操作和控制，经常需要测量生产过程中各种介质(如液体、气体和蒸汽等)的流量，以便为生产操作和控制提供依据。同时，为了进行经济核算，也需要知道在一般时间(如一班、一天等)内流过的介质总量。所以，对管道内介质流量的测量和变送是实现生产过程的控制以及进行经济核算所必需的。在工程上，流量是指单位时间内流过管道某一截面的流体的体积或质量，即瞬时流量。流量的计量单位如下:表示体积流量的单位常用立方米每小时(m3/

2、h)、升每分(I/min)、升每秒(l/s)等；表示质量流量的单位常用吨每小时(t/h)、千克每小时(kg/h)、千克每秒(kg/s)等。若流体的密度是，则体积流量Q与质量流量M的关系是:M=Q 或 Q=M/,二、流量的测量与变送,流体的密度是随工况参数而变化的。对于液体，由于压力变化对密度的影响很小，一般可以忽略不计；但因温度变化所产生的影响，则应引起注意。不过一般温度每变化10时，液体的密度变化约在1%以内。所以，除温度变化较大，测量准确度要求较高的场合外，往往也可以忽略不计。对于气体，由于密度受温度、压力变化影响较大，例如，在常温附近，温度每变化10，密度变化约为3%。在常压附近，压力每

3、变10kPa，密度也约变化3%。因此，在测量气体体积流量时，必须同时测量气体的温度和压力，并将工作状态下的体积流量换算成标准体积流量。所谓标准体积流量，在工业上是指20、0.10133MPa(称标定状态)或0、0.10133MPa(称标准状态)条件下的体积流量。在仪表计量上多数以标定状态条件下的体积流量为标准体积流量。流量测量的方法和仪表种类繁多，其测量原理和仪表的结构形式各不相同。针对石油化工生产过程的不同要求，采用不同的流量仪表。下表中列出了几种主要类型流量表(或称流量计)的性能及适用场合。,二、流量的测量与变送,三、差压式流量计,差压式流量计是根据安装于管道中流量检测件产生的差压,已知的

4、流体条件和检测件与管道的几何尺寸来计算流量的仪表。差压式流量计由一次装置(检测件)和二次装置(差压转换和流量显示仪表)组成。通常以检测件形式对差压式流量计分类,如孔板流量计、文丘里流量计、均速管流量计等。分类：1、按产生差压的作用原理分：节流式、水力阻力式、离心式、动压头式、动压增益式、射流式；2、按结构形式分：标准孔板、标准喷嘴、经典文丘里管、文丘里喷嘴、1/4园孔板、锥形孔板等；3、按用途分：标准节流装置、小管径装置等。,三、差压式流量计,节流现象及其原理：流体在有节流元件的管道中流动时，在节流元件前后的管璧处，流体的静压力产生差异的现象称为节流现象，如图所示。所谓节流装置就是设置在管道中

5、能使流体产生局部收缩的节流元件和取压装置的总称。应用最广泛的节流元件是孔板，其次是喷嘴、文丘里管。下面以孔板为例说明节流原理。,三、差压式流量计,下图表示在孔板前后流体的流速与压力的分布情况：,三、差压式流量计,沿管道轴向连续地向前流动的流体，由于遇到节流元件的阻挡，使靠近管壁处的流体受到的阻挡作用最强，因而使其一部分动压能转化成静压能，于是就出现了节流元件入口端面靠近管壁处的流体静压力P1，的升高(即图中P1P2)。此压力比管道中心处压力要大，即在节流元件入口端面处产生一径向压差。这一径向压差使流体产生径向附加速度，从而使靠近管壁处的流体质点的流向就与管道中心轴线相倾斜，形成了流束的收缩运动

6、。同时，由于流体运动的惯性，使得流束收束最厉害(即流束最小截面)的位置不在节流孔处，而是位于节流孔之后(即图中截面处)，并随流量大小而变化。以上就是流体流经节流元件时，流束为什么产生收缩的原因。#由于节流元件的阻挡造成了流束的局部收缩，同时，又因流体始终处于连续稳定的流动状态，因此在流束截面最小处的流速达到最大。根据伯努利方程式和位能、动能的相互转化原理，在流束截面最小处的流体静压力最低，同理，在孔板出口端面处，由于流速已比原来增大，因此静压力也就较原来为低(即图中P2P1)。故节流元件入口侧的静压P1比其出口侧的静压P2大，即在节流元件前后产生压差P。节流元件前流体压力较高，常称为正压，并用

7、“+”标记；节流元件后流体静压力较低，常称为负压，并用“”标记。并且流量愈大，流束局部收缩和位能、动能的转化也愈显著，即P也愈大。所以只要测出元件前后的压力差P就可求得流经节流元件的流体流量。这就是节流装置测量流量基本原理。,三、差压式流量计,在计算时，如果把Ao用/4d2 表示，d为工作温度下孔板孔口直径，单位为mm，而P以Mpa为单位，则流量方程式可换算为实用流量计算公式，即：Q=0.003998d2式中 0.3998=360010-6/42。以上流量公式表明，当 d等均为常数时，流量与压差的平方根成正比。因此，由理论推导得来的流量基本方程式，应用到测量实际生产中的流体流量时，公式中各系数

8、应能满足在测量条件下的相对稳定，这是采用这种流量计能否达到准确测量的前提。因为流量与压差的平方根成正比，所以，用这种流量计测量流量时，如果不加开方器，流量标尺刻度是不均匀的。起始部分的刻度很密，后来逐渐变疏。因此，在用差压法测量流量时，被测流量值不应接近于仪表刻度的下限值，否则误差将会很大。一般不要让流量计运行在量程的30%以下。,三、差压式流量计,孔板流量计 当充满管道的流体流经孔板时，将产生局部收缩，流束集中，流速增加，静压力降低，于是在孔板前后产生一个静压力差，该压力差与流量存在着一定的函数关系，流量越大，压力差就越大。通过导压管将差压信号传递给差压变送器，转换成420mA.DC标准信号

9、，经流量显示仪，便显示出管道内的瞬时和累积流量。,三、差压式流量计,长颈喷嘴 主要应用于电力行业高压或高温高压的场合，装机容量在50MW以上的主蒸汽、主给水或减温水等均采用此典型设计型式，它具有压力损小、寿命长等特点。,三、差压式流量计,文丘里喷嘴 文丘里喷嘴的压力损失比较小，它的长度比文丘里管短。文丘里喷嘴主要用于大口径、低静压，现场直管段距离很短的气体流量测量。,三、差压式流量计,阿牛巴 阿牛巴流量计（又称笛形均速管流量计）是根据皮托管测速原理发展起来的一种新型差压流量检测元件。阿牛巴流量计输出为差压信号，与测量差压的仪器仪表配套使用，可以准确地测量方形形管道、矩形管道中的多种液体、气体和

10、蒸汽（过热蒸汽和饱和蒸汽）。被测管道的尺寸范围从20mm-3000mm。它适用于：1、气体输送和液体输送 2、过程控制：输入输出、比率、平衡；冷却水或空气，蒸汽加热。,三、差压式流量计,差压式流量计选用注意事项,1、选用标准节流装置1）要注意每一种节流件皆有管道直径、直径比、雷诺数和管道内壁粗糙度等地限制值。2）孔板制造简单，价格便宜，是首选类型。3）在同样差压下，经典文丘里管比孔板喷嘴的压力损失要低46倍4）经典文丘里管要求的上游侧最短直管段长度比孔板、喷嘴和文丘里喷嘴少得多。5）对腐蚀性流体或高速流体（如高压蒸汽），孔板入口边缘很快变钝，流出系数发生偏移，采用有廓形节流件，如喷嘴、文丘里管

11、，比较适宜。2、正确选择节流装置类型1）被测流体的类型：被测流体是液体、气体还是蒸汽，是洁净还是脏污的，是否有腐蚀性磨蚀性？2）被测流体的压力、温度界限、物性参数（密度、粘度等）的情况，流动是稳定的还是脉动的？3）检测件的安装条件，管道内径、有足够长的直管段？4）仪表性能方面的要求：用于计量还是自动控制？准确度、重复性、范围度的要求等。5）仪表安装运行费用考虑3、正确选择检测件类型 节流式差压流量计检测件类型很多，选用时首先考虑采用标准节流装置，当它不能满足时再选用其它类型，如脏污流用楔形孔板、圆缺孔板或偏心孔板；要求低压损，采用文丘里和均速管；低雷诺数用1/4圆孔板或锥形入口孔板。4、注意防

12、止测量误差 以标准节流装置为检测件的差压式流量计是一类从设计、制造到安装使用整个过程要求严格的仪表，任何一个环节不符合标准文件的要求，都会带来较大的测量的测量误差。,三、转子流量计,又称浮子流量计，是恒压降变流通截面积流量计的一种，由一个锥形管和一个置于锥形管内可以上下自由移动的转子(也称浮子)构成。,三、转子流量计,转子流量计的检测件是一根由下向上 扩大的垂直椎管和一只随着流体流量变化沿着椎管上下移动的浮子。流体自下而上流过浮子时，在浮子上作用有差压、流体动压及摩擦力等，它与浮子向下的重量相平衡，流量增大，向上的力加大，浮子上升，浮子与椎管环隙面积增大，流速降低，因而向上的力减少，直至与浮子

13、重量再次平衡为止。,三、转子流量计,转子流量计选用注意事项1）转子流量计为低、中等精确度流量计，通用型精确度约为+/-1.5%+/-4%，远传型比就地指示型精确度要低些。它主要是解决小、微流量测量，范围度宽、压损低、价格便宜（玻璃管）2）该流量计受被测介质物性（密度、粘度）参数影响较大，选用时首先根据被测介质实际使用状态的密度粘度，把流量计示值换算到刻度流量，再选择仪表的流量范围。3）仪表类型较低，其价格差异亦大，要根据实际使用需要进行选型。玻璃管流量计价格低廉，主要用于现场指示。若温度高于70，应选防罩型以保证安全。,金属管转子流量计的锥管必须垂直安装，不可倾斜，安装时应用水平仪严格校准，且

14、组装时不应受应力，垂直安装型转子流量计介质流向为自下而上，水平安装型转子流量计介质流向应与其标识方向一致。为方便使用和拆检，一般要求安装旁路阀组。截流阀和控制阀要安装在流量计的下游,对直管段要求不高,一般为前5D后3D.,三、电磁流量计,电磁流量计所依据的基本理论是法拉第电磁感应定律。当导体切割磁力线运动时，导体内将产生感应电动势。根据该原理，可测量管内流动的导电流体的体积，导电流体流动的方向与电磁场的方向垂直，在导管垂直方向施加一个交变的磁场，并在有绝缘衬里的导管内壁两侧安装一对电极，两电极的连线既与导管轴线垂直，又与磁场方向垂直，当导电液体流经导管时，因切割磁力线，两个电极上就产生感应电动

15、势。,三、电磁流量计,电磁流量计的特点1、测量不受液体密度、粘度、温度、压力导电率变化的影响。2、测量管内无活动及阻流部件，无压损、不堵 塞，可测量含有纤维、固体颗粒和悬浮物的液体。3、仪表反映灵敏，测量范围宽，流速0.310m/s，导电率5s/cm的导电液体都可测量，量程范围可以任意选定4、仪表采用了低频三态方波励磁技术、先进的小信号处理技术和软件技术，故抗干扰性强、精度高、稳定可靠5、仪表不受液体流动方向的影响，正反向安装均可测量，并安装方便，对直管段要求不高。6、电磁流量计的电极及内衬材料耐腐性和耐磨性极好，寿命长。可按用户特殊工况要求生产电磁流量计。7、仪表的耐冲击、耐振性良好。8、仪

16、表不能测量气体及不导电液体。,三、涡街流量计,涡街流量计主要用于工业管道介质流体的流量测量,如气体、液体、蒸气等多种介质。其特点是压力损失小,量程范围大,精度高,在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响。无可动机械零件，因此可靠性高,维护量小。,三、涡街流量计,涡街的原理,基于冯卡门效应流体交替地在旋涡发生体两侧分离产生旋涡后在旋涡发生体后端形成了一个交替的压力差交替的旋涡频率和流体的流速成线性关系,流体,旋 涡,三、涡街流量计,涡街流量计的工作原理交替的压力差使发生体的一部分产生振动振动由位于外部的压电传感器检测压电传感器把检测到的交替压力差信号转换成电脉冲信号电脉

17、冲信号的频率就是旋涡的频率电脉冲信号被传输到电子部件进行处理,传感器,旋涡发生体,表体,三、涡街流量计,选用注意事项1）涡街流量计适用的流体种类较多，液体、气体、蒸汽、部分混相流体皆可应用，不适用于低雷诺数RED=104)流体，高粘度可能影响涡街的形成。口径一般为DN25300mm。2)涡街流量计在混相流中仪表系数会发生变化。一般可用场合为含分散均匀的固体颗粒。3）涡街流量计是对于流场畸变，旋转流等敏感的流量计，应有足够长度的直管段才能保证测量精度。4）在各种新型流量计中涡街流量计是比较经济实惠的。,三、科氏奥力质量流量计,质量流量计是根据科里奥利力原理制造的一种新型的直接测量封闭管道内流体质

18、量流量测量仪表，其结构一般由信号测量传感器和信号转换器两部分组成。由于科氏质量流量计具有能够直接测量流体质量流量，测量准确度高，应用范围广，安装要求低，仪表运行可靠，维修率低等特点，已广泛应用于石油，化工，冶金，热力，电力，食品等领域的流量测量。,三、科氏奥力质量流量计,工作原理 在传感器外壳中的流量管振动有它的固有频率。振动管由安装于振动管端部的电磁驱动线圈驱动作近似于音叉的振动。当流体流入流量管时被强制接受流量管的垂直运动。在流量管向上振动的半个周期时，流体反抗管子向上运动对其垂直动量的增加而对流量管施加一个向下的力。反之，流出流量管的流体至流量管施加一个向上的力以反抗管子向上振动而对其垂

19、直动量的减少。这便导致了流量管产生扭曲。在振动的另外半个周期，流量管向下振动，扭曲方向则相反。这一扭曲现象被称之为科里奥利（Coriolis）现象。,三、科氏奥力质量流量计,根据牛顿第二定律，流量管扭曲量的大小是完全与流经流量管的质量流量的大小成正比的。安装于流量管两侧的电磁信号检测器用于检测振动管的振动。质量流量大小是由这两个信号的相位差来决定的，当没有流体流过流量管时，流量管不产生扭曲，两边电磁信号检测器的检测信号是同相位的，当有流体互流量管时产生流量管的扭曲，从而导致两个检测信号的相位差，这一相位差直接正比于流过的质量流量,三、科氏奥力质量流量计,科里奥利质量流量计特点,科里奥利质量流量

20、计直接测量质量流量，有很高的测量精确度。可测量流体范围广泛，包括高粘度液的各种液体、含有固形物的浆液、含有微量气体的液体、有足够密度的中高压气体。测量管的振动幅小，可视作非活动件，测量管路内无阻碍件和活动件。对应对迎流流速分布不敏感，因而无上下游直管段要求。测量值对流体粘度不敏感，流体密度变化对测量值得值的影响微小。可做多参数测量，如同期测量密度，并由此派生出测量溶液中溶质所含的浓度。,三、科氏奥力质量流量计,缺点科里奥利质量流量计零点不稳定形成零点漂移，影响其精确度的进一步提高，使得许多型号仪表只得采用将总误差分为基本误差和零点不稳定度量两部分。科里奥利质量流量计不能用于测量低密度介质和低压

21、气体；液体中含气量超过某一限制（按型号而异）会显着著影响测量值。科里奥利质量流量计对外界振动干扰较为敏感，为防止管道振动影响，大部分型号科里奥利质量流量计的流量传感器安装固定要求较高。不能用于较大管径，目前尚局限于150（200）mm以下。测量管内壁磨损腐蚀或沉积结垢会影响测量精确度，尤其对薄壁管测量管的科里奥利质量流量计更为显着。压力损失较大，与容积式仪表相当，有些型号科里奥利质量流量计甚至比容积式仪表大100%。大部分型号科里奥利质量流量计重量和体积较大。,三、科氏奥力质量流量计,科里奥利质量流量计计的安装使用,为了使科里奥利质量流量计能正常、安全和高性能地工作，正确地安装和使用是非常重要

22、。这里包括机械安装、电气安装和使用维护。(1)安装 机械安装应注意这样几个问题：a.流量传感器应安装在一个坚固的基础上。内径小于10mm的小口径质量流量计安装在平衡坚硬和无振动的底面上，如墙面、地面或专门的基础。如果在高振动环境使用，应注意对基础的振动吸收，而且传感器进出口与管道之间应用柔性管道连接；较大口径的流量计直接安装在工艺管道上，应用管卡和支撑物将流量计牢牢地固定。b.为防止CMF间的相互影响，在多台流量计串联或并联使用时，各流量传感器之间的距离应足够远，管卡和支撑物应分别设置在各自独立基础上。C为保证使用时流量传感器内不会存积气体或液体残值，对于弯管型流量计，测量液体，弯管应朝下，测

23、量气体时，弯管应朝上。测量浆液或排放液时，应将传感器安装在垂直管道，流向由下而上。对于直管型流量计，水平安装时应避免安装在最高点上，以免气团存积。连接传感器和工艺管道时，一定要做到无应力安装，特别对某些直管型测量管的流量传感器更应注意。,三、科氏奥力质量流量计,科里奥利质量流量计计的安装使用,流量计零点调整。待流量传感器充满被测流体后关闭传感器下游阀门，在接近工作温度的条件下调整流量计的零点。调整零点时保证下游阀门彻底关闭，确认不泄漏流体是非常重要的。如果调零时阀门存在泄漏，将会给整个测量带来很大误差。设置流量和密度校准系数。正确设置流量和密度校准系数流量计的工作十分重要。流量校准系数代表传感

24、器的灵敏度及流量温度系数，灵敏度表示每微秒时差测量多大的流量。(单位往往为克/秒)；流量温度系数表示传感器弹性模量受温度的影响程度。这些与流量计的测量准确度都有直接关系，密度校准系数代表传感器在0下管内为空气和管内为水时的自振周期(单位往往为微秒)及密度温度系数，显然这些与测量密度的准确度直接相关。,流量计测量误差的几个原因,其它流量计,靶式流量计：靶上所受的作用力与流量成平方根关系,椭圆轮流量计：齿轮输出轴与流量成一定关系，容积计量原理,涡轮式流量计：涡轮被流体冲转，其转速与流体流量成一定关系,超声波流量计：声波在流体介质中的传播速度来求流体流量或用标准容积测液面高度来换算成流量,热式质量流量计：是利用传热原理，即流动中的流体与热源（流体中加热的物体或测量管外加热体）之间热量交换关系来测量流量的仪表,谢 谢！,