涡街流量计2流量传感器选用课件.ppt

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1、,第三章 流量传感器,3.2 流量传感器的选用,3.2 流量传感器选用,单元内容一、知识讲解 1、各种流量计的优缺点 2、流量计的选用原则 3、流量计的选用步骤 4、典型流量流体的流量测量二、归纳总结 三、作业,2学时,3.2 流量传感器选用,3.2 流量传感器选用,差压式流量计：节流式流量计、毕托管流量计、靶式流量计、浮子（转子）流量计等；容积式流量计：椭圆齿轮流量计、腰轮流量计等；速度式流量计：电磁流量计、空气流量计、超声波流量计、涡轮流量计等；质量流量计：直接式和间接式。,根据测量原理，流量计可以这样分类,差压式流量计 原理：基于在流通管道上设置流动阻力件，流体通过阻力件时将产生压力差，

2、此压力差与流体流量之间有确定的数值关系，通过测量差压值可以求得流体流量。如孔板流量计、文丘里流量计、均速管流量计,3.2 流量传感器选用,优点：结构简单，无可动部件；可靠性较高；复现性能好；适应性较广，它适用于各种工况下的单相流体，适用的管道直径范围宽，可以配用通用差压计；装置已标准化。缺点：安装要求严格；流量计前后要求较长直管段；测量范围窄，一般范围度为 3:1；压力损失较大；对于较小直径的管道测量比较困难；精确度不够高(1%2%)。,3.2 流量传感器选用,靶式流量计 原理 在管流中垂直于流动方向安装一圆盘形阻挡件，称之为“靶”。流体经过时，由于受阻将对靶产生作用力，此作用力与流速之间存在

3、着一定关系。通过测量靶所受作用力，可以求出流体流量。,3.2 流量传感器选用,优点：靶式流量计结构比较简单，维护方便，不易堵塞，适于测量高粘度、高脏污及有悬浮固体颗粒介质的流量。缺点 压力损失大，测量精度不太高。目前靶式流量计的配用管径为 15200mm 系列，正常情况下测量精确度可达1%，范围度为3:1。,3.2 流量传感器选用,转子流量计 又称浮子流量计，其流量检测元件由一根自下向上扩大的垂直锥形管和一个沿着锥管轴上下移动的浮子所组成，被测流体从下向上经过锥管和浮子形成的环隙时，浮子上下端产生差压形成浮子上升的力，当浮子所受上升力大于浸在流体中浮子重量时，浮子便上升，环隙面积随之增大，环隙

4、处流体流速立即下降，浮子上下端差压降低，作用于浮子的上升力亦随着减少，直到上升力等于浸在流体中浮子重量时，浮子便稳定在某一高度。,3.2 流量传感器选用,优点：结构简单，使用维护方便，对仪表前后直管段长度要求不高，压力损失小而且恒定，测量范围比较宽；缺点：测量精确度相对较低，为2%左右，更适用于中小管径、中小流量和较低雷诺数的流量测量。仪表测量受被测介质的密度、粘度、温度、压力、纯净度影响；,3.2 流量传感器选用,容积式流量计 原理：容积式流量计，又称定排量流量计，在流量仪表中是精度最高的一类。它利用机械测量元件把流体连续不断地分割成单个已知的体积部分，根据测量室逐次重复地充满和排放该体积部

5、分流体的次数来测量流体体积总量。应用：容积式流量计可以计量各种液体和气体的累积流量，由于这种流量计可以精密测量体积量，所以其类型包括从小型的家用煤气表到大容积的石油和天然气计量仪表。,3.2 流量传感器选用,优点:(1)计量精度高;(2)安装管道条件对计量精度没有影响;(3)可用于高粘度液体的测量;(4)范围度宽;(5)直读式仪表无需外部能源可直接获得累计总量,清晰明了,操作简便。缺点:(1)结构复杂,体积庞大;(2)被测介质种类、口径、介质工作状态局限性较大;(3)不适用于高、低温场合;(4)大部分仪表只适用于洁净单相流体;(5)产生噪声及振动。,3.2 流量传感器选用,电磁流量计工作原理

6、电磁流量计是一种应用法拉第电磁感应定律的流量计，其传感器主要由内衬绝缘材料的测量管，穿通测量管壁安装的一对电极和用以产生工作磁场的一对线圈及铁芯组成。当导电流体流经传感器测量管时，在电极上将感应与流体平均流速成正比的电压信号。该信号经转换器放大处理，直接显示流量及总量并可输出模拟、数字信号。,电磁流量计示意图,3.2 流量传感器选用,优点：测量导管中无阻力件，压力损失极小；其流速测量范围宽，为0.510m/s；范围度可达10:1；流量计的口径可从几毫米到几米以上；流量计的精度 0.5-1.5级；仪表反应快，流动状态对示值影响小缺点：对测量导电流体的电导率有要求，不能测量气体、蒸汽和电导率低的石

7、油流量。,3.2 流量传感器选用,超声流量计 超声波流量计是通过检测流体流动对超声束(或超声脉冲)的作用以测量流量的仪表。根据对信号检测的原理超声流量计可分为传播速度差法(直接时差法、时差法、相位差法和频差法)、波束偏移法、多普勒法、互相关法、空间滤法及噪声法等。,3.2 流量传感器选用,优点：不受电率、压力、温度以及粘度的影响；与介质不接触，尤其适用于腐蚀性介质的测量；安装简单，费用低；可在现有管道上安装，无需切断工艺管道，管径适用广泛；无挠流件，不限流、无需缩径；缺点：超声波流量计的测量线路比一般流量计复杂；需要满管操作；,3.2 流量传感器选用,涡轮流量计 原理：它采用多叶片的转子(涡轮

8、)感受流体平均流速,将流速转换为涡轮的转速，再将转速转换成与流量成正比的电信号。可以测量气体、液体流量。,3.2 流量传感器选用,优点：高精度,一般为 0.5 级，在小范围内误差0.1%，在所有流量计中,属于最精确的流量计;无零点漂移,抗干扰能力好，内部清洗简单。仪表有校宽的工作温度范围(-200400)，可耐较高工作压力(10MPa)。缺点：要求被测介质洁净；适用于粘度大的液体测量。,3.2 流量传感器选用,涡街流量计的原理：在流量计管道中，设置一阻流件，当流体流经阻流件时，由于阻流件表面的阻流作用，流体在阻流体两侧交替地分离释放出两串规则地交错排列的游涡。这些旋涡在阻流件的侧后方分开，形成

9、所谓的卡门（Karman）旋涡列，两列旋涡的旋转方向是相反的。原理：钝体产生的涡街脱落频率与流速有一定的关系。涡街流量计原理示意图,3.2 流量传感器选用,优点：涡街流量计适用于气体、液体和蒸汽介质的流量测量，其测量几乎不受流体参数（温度、压力、密度、粘度）变化影响。涡街流量计在仪表内部无可动部件，使用寿命长；压力损失小；输出为频率信号；有较宽的范围度 30:1；测量精度也比较高，为0.5%1%。缺点：流体流速分布情况和脉动情况将影响测量准确度，旋涡发生体被沾污也会引起误差。,3.2 流量传感器选用,质量流量计原理传感器测量主体为一根U形管，U形管的两个开口端固定，流体由此流入和流出。在U形管

10、顶端装有电磁装置，用于激发U形管，使其以O-O为轴，按固有的自振频率振动，振动方向垂直于U形管所在平面。U形管中的流体在沿管道流动的同时又随管道作垂直运动，此时流体将产生一科里奥利加速度，并以科里奥利力反作用于U形管。由于流体在U形管两侧的流动方向相反，所以作用于U形管两侧的科氏力大小相等方向相反，从而形成一个作用力矩。U形管在此力矩作用下将发生扭曲，U形管的扭角与通过的流体质量流量相关。U形管两侧通过中心平面的时间差也与流体质量流量相关。,3.2 流量传感器选用,优点：具有准确性、重复性、稳定性，而且在流体通道内没有阻流元件和可动部件；可直接测得质量流量信号，不受被测介质物理参数的影响，精度

11、较高；可以测量多种液体和浆液，也可以用于多相流测量；不受管内流态影响，因此对流量计前后直管段要求不高；其范围度可达100:1。但是它的阻力损失较大，存在零点漂移，管路的振动会影响其测量缺点：不能用于测量低密度介质和低压气体；液体中含气量超过某一限制会显着著影响测量值。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。价格昂贵。国外价格5000 10000美元一套，约为同口径电磁流量计的2 5倍；,3.2 流量传感器选用,总结,每种流量计有各自的优点和缺点，不同的适用范围。总之没有一种所谓

12、完美的流量计，能应用任何工况。在实际应用过程中，需要针对于特定的工况，找出并使用对该工况最适宜的流量计，以满足工程的需要。,3.2 流量传感器选用,3.2 流量传感器选用 选用原则,可以从五个方面进行考虑，这五个方面为流量计仪表性能方面、流体特性方面、安装条件方面、环境条件方面和经济因素方面。五个方面的详细因素如下：1、仪表性能方面：准确度、重复性、线性度、范围度、流量范围、信号输出特性、响应时间、压力损失等；2、流体特性方面：温度、压力、密度、粘度、化学腐蚀、磨蚀性、结垢、混相、相变、电导率、声速、导热系数、比热容，等熵指数；3、安装条件方面：管道布置方向，流动方向，检测件上下游侧直管段长度

13、、管道口径，维修空间、电源、接地、辅助设备(过滤器、消气器)、安装、等；4、环境条件方面：环境温度、湿度、电磁干扰、安全性、防爆、管道振动等；5、经济因素方面：仪表购置费、安装费、运行费、校验费、维修费、仪表使用寿命、备品备件等。,3.2 流量传感器选用 选用步骤,1、依据流体种类及五个方面考虑因素初选可用仪表类型(要有几种类型以便进行选择)；2、对初选类型进行资料及价格信息的收集，为深入的分析比较准备条件；3、采用淘汰法逐步集中到12种类型，对五个方面因素要反复比较分析最终确定预选目标。4、当确定好流量计的类型后，进行流量计的设计计算：按照产品说明书提供的流量计参数，结合实际生产中给出的工艺

14、条件，准确计算出所需流量计的管径，在流量方程中物性参数是主要参数之一，要使设计计算准确可靠，基本数据的提供是不可缺少的。,3.2 流量传感器选用 注意事项,1、根据测量要求和使用场合选择仪表精度等级，做到经济合算。精度等级选择，有如1.0级、0.5级，或者更高等级，有些仅仅是检测一下过程流量，无需做精确控制和计量的场合，可以选择精度等级稍低的，如1.5级、2.5级，甚至 4.0级，这时可以选用价格低廉的流量计。2、选择仪表规格(口径)不一定与工艺管道相同，应视测量流量范围是否在流速范围内确定。即当管道流速偏低不能满足流量仪表要求时或者在此流速下测量准确度不能保证时，需要缩小仪表口径，从而提高管

15、内流速，得到满意测量结果。,典型流量流体的流量测量,3.2 流量传感器选用,蒸汽流量的测量,节流装置测量 孔板、喷嘴、文丘里涡街流量计插入式流量计 差压式均速管流量传感器（圆形断面、菱形断面、子弹头断面、T形断面）等蒸汽的温压补偿可直接得出质量流量测量饱和蒸汽：压力变送器和温度传感器配一样测量过热蒸汽：压力变送器和温度传感器两样必配,3.2 流量传感器选用,干净气体流量的测量,气体的特点(1)振动大(2)含水分(3)脉动流选用流量计(1)浮子流量计(2)差压式节流装置（针对积水，可选用圆缺孔板或偏心孔板）(3)涡街流量 在无振动或无明显振动的场所使用。优势：压损小、精度高、范围度宽、维护工作量

16、小。局限性：口径：15mmDN400mm；压力：PN 4MPa（或6.4MPa）温度：tmax 420。,3.2 流量传感器选用,风管和烟道气体流量的测量,气体的特点 低静压、低流速、有的振动明显，有的含有灰尘。管道截面形式有圆形和矩形。选用流量计(1)均速管流量计 配有球阀，便于拔出清洗；矩形流通截面，用多根均速管，提高 测量准确度。(2)差压式节流装置,3.2 流量传感器选用,煤气流量的测量,气体的特点 流体静压低、流速低，允许压损小，一般不允许用缩小管径的方法提高流速。流体湿度高，有的测量对象还带少量水，在管道底部作分层流动。有的测量对象氢含量高，流体密度小，用涡街流量计测量时，信号较弱

17、。煤气发生炉、焦炉等产出的煤气一般带焦油之类粘稠物，有的还带一定数量尘埃。测量点位于压气机出口时，存在一定的流动脉动。流体属易燃易爆介质，仪表有防爆要求。从小到大各种管径都有。最小流量与最大流量差异悬殊。用于贸易结算的系统，计量精确度要求高；用作一般监视和过程控制的系统，精确度要求则低一些。,3.2 流量传感器选用,煤气流量的测量,选用流量计（1）孔板差压流量计 可换孔板节流装置 a.在不断流前提下，抽下孔板清洗；b.在不断流前提下，更换不同测量 范围的孔板。圆缺孔板 水平管道底部分层流动的水，从圆缺部分顺利通过节流件。,3.2 流量传感器选用,煤气流量的测量,选用流量计（2）均速管差压式流量

18、计 优点：压力损失可忽略。便于不断流清洗。管径较大时，投资省。局限性：精度不如孔板流量计高，只适用于过程控制；强制检定困难。差压信号小，易出现漂移。,3.2 流量传感器选用,天然气流量的测量,国际天然气贸易计量：体积计量、质量计量和能量计量三种。工业国家：以质量计量和能量计量为主。我国：在法定要求的质量指标下，以体积为主进行交接计量。能量计量也在用。选用流量计（1）孔板差压流量计（2）涡轮流量计 结构简单，安装方便；外形尺寸相对较小；精确度高；重复性好；（3）气体超声波流量计（4）旋进漩涡流量计（5）涡街流量计,3.2 流量传感器选用,液体流量的测量,液体的分类(1)按导电性分：导电液体、低导

19、电液体、不导电液体、(2)按液体特性分：含颗粒杂质液体、纯净液体选用流量计(1)电磁流量计 只能测量导电液体，即使有颗粒也可测量，精度高、稳定性好、性价比高。针对腐蚀性液体，根据酸碱性、耐磨性选择电极和衬里材料。对高粘度液体不具备适应性,3.2 流量传感器选用,液体流量的测量,选用流量计(2)涡街流量计 只对含颗粒杂质的液体和高粘度液体不具备适应性。(3)差压式流量计 只对含颗粒杂质的液体不具备适应性(4)超声波流量计 时差式只对含颗粒杂质的液体不具备适应性。(5)容积式流量计,3.2 流量传感器选用,石油流量的测量,石油品种的分类中低粘度石油产品如煤油、柴油，粘度不高，温度不高，流体洁净，对

20、测量无苛刻的要求。b.高粘度油品如原油、重油、渣油等，粘度较高，为了便于输送，往往被加热到较高温度。流体中含有固态杂质，流量测量前须严格过滤。c.低粘度油品如汽油、液化石油气，粘度很低。石油测量的要求计量精确度要求高用于贸易结算的油表，一般应考虑在线实流校准。流体易燃易爆。直接质量流量测量,3.2 流量传感器选用,石油流量的测量,选用流量计(1)容积式流量计 椭圆齿轮式、腰轮式、螺杆式、旋转活塞式、刮板式等。精度高，可根据口径、测量范围和粘度来选择。(2)涡轮流量计 在成品油中使用较广的原因：油品的自润滑作用，减缓轴承与轴之间磨损，提高寿命。(3)差压式流量计 有些油品如原油、重油、渣油等，洁净程度不高，不宜用容积式流量计，涡轮流量计等。楔形流量计具有良好的耐磨性，更适合燃油测量。(4)超声波流量计（多普勒式）(5)质量流量计,3.2 流量传感器选用,归纳总结,作业,3.2 机械位移传感器选用,以表格的形式，总结各种流量传感器的工作原理、性能特点、应用场合。,流量传感器是工程中应用较为广泛的一种传感器。主要讲述了差压式、容积式、速度式、质量共四大类11种流量计。要求掌握以下几点：结构、原理、特点、适用范围等。,谢谢！,