《流量的测量》课件.ppt
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1、6.1,概述,6.2,差压式流量计,6.3,转子流量计,6.4,靶式流量计,6.5,速度式流量计,6.6,容积式流量计,6.7,质量流量计,6.8,流量校验系统,6.9,流量计的应用,第6章 流量的测量,6.1 概述,6.1.2 流量计的分类,重点:流量的概念。难点:流量的计算公式。,重点:流量的测量方法。难点:流量计的测量特性。,6.1.1 流量的概念,6.1.1 基本概念1)流量定义流量:单位时间内流经管道(通道)中某截面的流动介质的数量体积流量 单位时间内通过某截面的流体的体积,用符号qv表示,单位为m3/s。定义式:,A:管道截面积 如果流体在该截面上的流速处处相等,则可简写为,质量流
2、量 单位时间内通过某截面的流体的质量,用符号qm表示,单位为kgs。定义式:,如果流体在该截面上的密度和流速处处相等,则质量流量可简写为,体积流量与质量流量关系,流体总量 在某段时间内流体通过的体积或质量总量称为累积流量或流过总量。描述式:,注意:对于流动体系,压力和温度的变化将引起流体密度的改变。液体:T=10 1气体:T=10(或 p=10kg)3,2)流量检测计的构成、检测方法和分类 构成 流量计通常由一次装置和二次仪表组成。一次装置 安装于流道的内部或外部,根据流体与之相互作用关系的物理定律产生一个与流量有确定关系的信号,一次装置亦称流量传感器。二次仪表(显示仪表)接受一次装置的输出信
3、号,给出相应的流量值大小。,方法分类,流量检测,体积流量,质量流量,直接法(容积),间接法,直接法(推导法),间接法(速度),测定单位时间内排出的标准固定体积的数量。,测定管道内流体平均流速,并乘以管道截面积。,检测元件输出信号直接反映质量流量。,同时测量两个相关参数,通过运算求取质量流量,速度式,差压式,根据流体力学理论,通过截流元件前后压差反映流量。,a.体积流量测量方法分类表,b.质量流量测量方法分类表,6.1.2 流量计的测量特性(1)流量方程式 表示流量与流量计输出信号之间关系的数学表达式,即(2)仪表系数K(频率型流量计流量特性的主要参数):定义为单位流体流过流量计时流量计发出的脉
4、冲数。(3)流出系数C:定义为实际流量与理想流量的比值。,(4)流量计的流量范围:可测最大流量和最小流量所限定的范围。(5)范围度:可测最大流量与最小流量的比值。(6)压力损失:安装在流通管道中的流量计实际上是一个阻力件,流体在通过流量计时将产生压力损失,这会带来一定的能源损耗。,6.2差压式流量计,差压式流量计是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,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。最常用的差压式流量计是由产生差压的装置和差压计组合而成。,节流式流量计测量原理,节流式流量计中产生差压的装置称节流装置,其主体是一个局部收缩的阻力件,称为
5、节流元件。通过节流元件改变流体流通截面,从而在节流元件前后形成压力差。节流式流量计的特点是结构简单,无可动部件;可靠性高,复现性能好;适用性较广,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;装置又标准化。其缺点是安装要求严格;流量计前后要求较长的直管段;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(D50mm);精度不够高(1%-2%)。,1)工作原理,当流体流经管道内的节流件时,流速将在节流件处形成局部收缩,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。,对于管道中的不可压缩流体,任何两个垂直于流速的截面均有下式成立:,根
6、据流量的定义,流量与差压 之间的关系为:,在实际计算过程中,由于节流件的开孔面积并不是最小收缩截面,p有不同取压位置等因素影响,这两个公式需要做适当的修正。为此引入流量系数,最后推导出的流量方程式为:,流量系数是一个影响因素复杂的实验系数,对于节流法测量流量具有重要的意义。实验证明,在管道直径、节流件型式、开孔尺寸和取压位置确定的情况下,只与流体的雷诺数Re有关。当Re大于临界值时,流量系数可以认为是一个常数。因此节流式流量计应工作在临界雷诺数以上。(通常要求流速不低于一定值)雷诺数:Re=vd/。:运动粘滞系数(/s)Re临界值一般取2000。Re2000,紊流;Re2000,层流。,节流装
7、置,节流装置的安装使用,必须保证节流装置的开孔和管道的轴线同心,并使节流装置端面与管道的轴线垂直。在节流装置前后长度为两倍于管径(2D)的一段管道内壁上,不应有凸出物和明显的粗糙或不平现象。任何局部阻力(如弯管、三通管、闸阀等)均会引起流速在截面上重新分布,引起流量系数变化。所以在节流装置的上、下游必须配置一定长度的直管。,标准节流装置(孔板、喷嘴),一般都用于直径D50mm的管道中。被测介质应充满全部管道并且连续流动。管道内的流束(流动状态)应该是稳定的。被测介质在通过节流装置时应不发生相变。,1.标准节流装置,目前国际上规定的标准节流装置有:标准孔板、标准喷嘴、文丘利管、文丘利喷嘴和长径喷
8、嘴,常用的是前三种。,标准孔板,1 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。,特点: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。,标准孔板要求:斜角F:300450间 d:不小于12.5mm=d/D:0.20.75间孔板厚度E:0.005D0.02D间端面平整,表面任何两点连线对垂直与中心线的平面斜率都应不小于1。上游边缘无划痕也无毛刺。,2 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。,3 文丘里管,特点:压力损失最低,有较高的测量精度。对流
9、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。,三种标准节流件特点比较:,2.非标准节流装置(1)1/4圆喷嘴 1/4圆喷嘴的开孔入口形状是半径为r的1/4圆弧,它主要用于低雷诺数下的流量测量。(2)锥形入口孔板 锥形入口孔板与标准孔板形状相似,只是入口为45锥角,相当于一只倒装孔板。(3)圆缺孔板 圆缺孔板主要用于脏污、有气泡析出或有固体微粒的液体流量测量,其开孔在管道截面的一侧,为弓形开孔。(4)V内锥流量计 它是利用内置V形锥体在流场中引起的节流效应来测量流量。,节流装置的其他辅件,1.冷凝器
10、 被测流体是蒸汽或湿气体时,在导压管内要积存凝结水。为了使前后导压管内液位高度保持不变或相等,常采用冷凝器。,2.集气器和沉降器 当被测介质为液体时,为防止液体中析出的气体进入差压计,引起测量误差,我们常在导压管的最高处放置集气器。集气器上有排气阀,可定期排出积存的气体。为了防止液体中析出的沉淀物堵塞导压管,我们又在导压管的最低处放置沉降器及排污阀,以便定期排除污物。,3.隔离器 对于高粘度,腐蚀性强,易冻结或易析出固体颗粒的液体,应采用隔离器,将被测流体与差压计隔开。,隔开液,被测介质,被测压力,接差压计,1.均速管流量计 一般在测量管的迎流方向开有对称的两对总压检出孔,在测量管内平均取得反
11、映截面平均流速的总压。静压检出孔则面向下游,测得流体静压由静压管引出。,6.2.4 其他差压式流量计,原理 基于动压管测速原理发展而成的均匀的流场里,放置着一个固定不动的物体,紧靠物体前端流体被阻滞,并分两股绕过此物体,在阻滞的中心区域形成驻点,在驻点处流动完全停止,流速为零。对驻点所在的一条线写伯努利方程(能量守恒定律)可得 测出压差就能得到流速,1.均速管流量计,6.2.4 其他差压式流量计,结构 是一个横跨管道的多孔动压管,其结构如图6-10所示。,一般在测量管的迎流方向开有对称的两对总压测出孔,是4个面积相等的半环形和扁型区域,各孔测得的全压由于开口位置不同而不一样,在管内自动取平均后
12、由内插管引出,在测量管的中间位置背着来流方向开一测量静压的圆孔,由内插管引出静压。测压差可求管道截面的平均流速,从而实现测量流量的目的。,均速管的流量方程式为:,式中D为管道内径;k为均速管流量系数,它与测量管的结构尺寸有关,是由实验确定的校正系数。,总压检出口的位置 总压的平均值决定了压差,而其与开口位置有关,一般规定总压检出口的位置(中心)与管道中心的距离分别为r2,3=0.4597R;r1,4=0.8881R,R为管道半径,特点 结构简单,便于安装,价格便宜,压力损失小,能耗少,准确度及长期稳定性较好,其准确度可达1%,稳定度1%。均速管流量计尤其适用于大口径管道的流量测量。但它产生的差
13、压信号较低,需要配用低量程差压计。被测流体中不能含有固体粉尘和固体物,在测量脏污流体时,建议使用清洗流定时清洗。,原理 流体流经管道弯头时,受角加速度的作用而产生的离心力会在弯头的内半径与外半径之间形成压差,其平方根与流量成正比。流量方程式,D为弯头内径,是入口和出口处直径的平均值,K为弯管的流量系数,与其结构参数和流体流速有关,需实验确定特点 结构简单,安装维修方便,无附加的压力损失;对介质的要求低。缺点 产生的压差非常小,是未标准化的仪表,只用于特殊的管道条件。,2.弯管流量计,2.弯管流量计 当流体通过管道弯头时,受到角加速的作用而产生的离心力会在弯头的外半径侧与内半径侧之间形成压差。取
14、压口开在45角处,两个取压口要对准。,6.3 浮子流量计,浮子流量计也是利用节流原理测量流体的流量,但它的差压值基本保持不变,是通过节流面积的变化反映流量的大小,故又称恒压降变截面流量计,也有称作浮子流量计。,1.浮子流量计的工作原理,浮子流量计的原理及结构,流量方程式,浮子流量计产品图,2.浮子流量计的结构(1)直读式转子流量计 直读式浮子流量计主要由玻璃锥形管、浮子、和支撑结构组成。流量标尺直接刻在锥形管上,由浮子位置高度读出流量值。玻璃管转子流量计的锥形管刻度有流量刻度和百分比刻度两种。(2)远传式转子流量计 远传式浮子流量计可采用金属锥形管,它的信号远传方式有电动和气动两种类型,测量转
15、换机构将浮子的移动转换为电信号或气信号进行远传及显示。,1.刻度换算转子流量计是一种非通用性仪表,出厂时需单个标定刻度。,浮子流量计的刻度换算与量程调整,(1)液体流量的换算,2)当被测气体及其工作压力、温度均与标定时不同时,有,(2)气体流量的换算 1)当被测气体的工作压力和温度与标定条件相同时,要求是绝对压力值,为开尔文温度,例6-1 用一浮子流量计测量40,压力是55.66kPa(表压)的氧气流量,流量计读数为100m3/h,流量计出厂前是在20,压力是101.32kPa(绝对压力)下用空气标定的,问氧气的实际流量?(已知在标定条件下氧气密度1.331kg/m3,空气密度1.205kg/
16、m3,浮子流量计使用地区的大气压为101.32kPa),解:首先将压力换算成绝对压力,温度换算成开尔文温度:P0=101.32kPa p=(101.32+55.66)kPa=156.98 kPaT0=20+273.15=293.15K T=40+273.15=313.15Kqv0=100m3/h,2.量程调整当被测介质与标定介质相同,而浮子材料用密度为f的材质代替密度为f的材质时,有,例6-2 现有一台用于测量水流量的浮子流量计,测量范围为050m3/h,浮子密度为2.7 g/cm3,欲将此流量计测量范围变更为0100 m3/h,需对浮子做何调整?(已知水的密度为1.0g/cm3),有一台用水
17、刻度的转子流量计,浮子由密度为7900kg/m3不锈钢制成,用它来测量密度为 790kg/m3的某液体介质,当仪表读数为5 m3/h时,被测介质的实际流量为多少?,练 习,浮子流量计的安装使用,截止阀,截止阀,旁路阀,1)工作环境温度低于60,防震、防晒、防雨淋,便于操作。2)转子流量计应垂直安装在管道上,倾斜不得大于30,流体必须自下而上通过流量计。3)流量计前后应有截止阀,并安装旁通管道。4)仪表前后应用五倍管道内径的直管段,有时要在仪表之前安装过滤器。,安装使用规程:,6.4 靶式流量计,在管道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
18、力与流速之间存在一定关系。通过测量靶所受作用力,可以求出流体流量。,流量方程:,靶式流量计的工作原理,沥青流量计,耐腐蚀性衬氟流量计,1.靶式流量计的结构靶式流量计由靶装置和测力装置两部分组成。靶装置主要是将流动流体在靶上产生的力,通过挠性管或支点膜片传递给测力装置。测力装置是把靶装置传递过来的力通过力平衡机构和放大装置,转换成统一电信号或气信号输出,由显示仪表显示流量值。,靶式流量计的结构及安装使用,温压补偿式流量计,2.靶式流量计的安装使用 由于靶有节流作用,在靶的前后也要保证一定长度的直管段。一般地,靶前是(68)D的直管段长度,靶后是(45)D的直管段长度。要保持靶与管道同轴,迎着流向
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