常用能源计量装置工作原理及应用.ppt

《常用能源计量装置工作原理及应用.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《常用能源计量装置工作原理及应用.ppt（204页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、常用能源计量装置工作原理及应用,纪 纲,中国机械工业技术培训中心,提 纲,差压式流量计的工作原理及应用涡街流量计的工作原理及应用插入式流量计的工作原理及应用电磁流量计的工作原理及应用容积式流量计的工作原理及应用热式流量计的工作原理及应用科氏力质量流量计的工作原理及应用超声流量计的工作原理及应用天然气流量的测量,1.差压式流量计工作原理及应用,1.1 差 压 式 流 量 计 的 优 势,优异的稳定性、可靠性和抗振动能力；对高温、高压、低静压、低流速、低密度流体 的适应性；口径从小到大，系列齐全；变更量程方便；只要按照标准设计、制造、安装和使用，无需 实流标定就能获得规定的准确度，因而为用 户带来

2、方便。,1-01,差 压 式 流 量 计 的 理 论 基 础,差压式流量计是基于流体的质量守恒定律和能量守恒定律开发的一种流量计质量守恒定律能量守恒定律,1-02,1.2 差 压 式 流 量 计 的 分 类,（1）已实现标准化的差压流量计：ISO 5167标 准中所列的几种节流装置 标准孔板 喷嘴 文丘里管,1-03,差 压 式 流 量 计 的 分 类,（2）非标差压式流量计 低雷诺数用：1/4圆孔板，锥形入口孔板，双重孔板，双斜孔板，半圆孔板等；脏污介质用：圆缺孔板，偏心孔板，环状 孔板，楔形孔板，弯管节流件等；低压损用：罗洛斯管，道尔管，道尔孔板，双重文丘里喷嘴，通用文丘里管，Vasy管等

3、；小管径用：整体（内藏）孔板；端头节流装置：端头孔板，端头喷嘴，Borda 管等；,1-04,宽 范 围 度 节 流 装 置,宽范围度节流装置：弹性加载可变面积可变压头流量计（线性孔板）；毛细管节流件：层流流量计；临界流节流装置：音速文丘里喷嘴；流道式，多孔节流装置，机翼式插入式差压流量计:圆形截面检测杆；棱形截面检测杆；T形截面检测杆；弹头形截面检测杆。,1-05,标准节流装置与非标节流装置主要差别,标准节流装置：只要按照标准设计、制造、安装和使用，无须实流标定就能获得规定的准确度。所以标准节流装只须几何检验法检验。非标节流装置 必须经实流标定才能保证准确度。,1-06,与 差 压 式 流

4、量 计 有 关 的 标 准,1.GBT 2624-2006 用安装在圆形截面管道中的差 压装置测量满管流体流量（等同翻译ISO5167：2003）,1-07,2.GBT 21188-2007 用临界流文丘里喷嘴测量气 体流量（等同翻译 ISO 9300：2005）,3.GBT 21446 用标准孔板流量计测量天然气流量,4.JBT 2274-91 流量显示仪表,5.JJG 640 差压式流量计检定规程,6.JJG 1003-2005 流量积算仪检定规程,1.3 差 压 式 流 量 计 工 作 原 理,1.差压式流量计基本关系式,1-08,式中 qm 质量流量，kg/s；C 流出系数；直径比，=

5、d/D；D 管道内径，m；1 节流件正端取压口平面上的可膨胀性系数；d 工作条件下节流件的开孔直径，m；p 差压，Pa；1 节流件正端取压口平面上的流体密度，kg/m3。,流出系数C的R/G公式：,当D71.12mm时，应加以下一项：,1-09,关于标准孔板流出系数C的R/G公式（一）,1-10,工况下孔径与管径之比，=d/D；,符号定义：式中D的单位：mm；,ReD 管道雷诺数；,孔板上游端面到上游取压口的距离,孔板下游端面到下游取压口的距离,孔板上游端面到下游取压口的距离,对于D-D/2取压法：L1=1，L2=0.47,对于角接取压法：L1=L2=0,对于法兰取压法：L1=L2=25.4/

6、D，D的单位：mm,R/G公式是根据16522个数据点回归出来的。,关于标准孔板流出系数C的R/G公式（二）,如按全部数据库计算，当ReD4000时：,R/G公式的标准偏差0.259%；,R/G公式的标准偏差=0.245%,如在Stolz公式所包括的范围内比较：,Stolz ISO 5167公式的标准偏差=0.390%；,1-11,采用新老公式时，数据的标准偏差,RG 公 式 是 怎 样 得 到 的,1-12,国际上对差压式流量计的研究已经进行几十年。许多国际上著名的实验室都做了大量试验研究工作，并获得大量实验数据。NEL（英国国家工程实验室）资深研究员READER-HARRIS 对16522

7、个数据点做了分析和回归，得到著名的RG公式，故标准孔板的技术又提高了一步。,1-13,当试验流体为不可压缩流体时，1=1,用 实 验 室 的 方 法 求 得 流 出 系 数 C,1-14,对于角接和DD/2（径距）取压的孔板：,d12.5mm；50mmD1000mm；0.10.75；,对于0.10.5时；ReD4000；,对于0.5的孔板；ReD160002,对于法兰取压的孔板：,d12.5mm；50mmD1000mm；0.10.75；,ReD5000和ReD 1702D；式中D的单位是mm。,当管径D150mm时，必须计算孔板上游管道的相对粗糙度Ra/D，该Ra/D值在上游10D的长度范围内

8、都应满足下表（104Ra/D的最大值）的要求（此粗糙度要求与孔板配件和上游管道有关。对孔板下游管道粗糙度无要求）。,标 准 孔 板 的 使 用 条 件,对于三种取压方式的孔板，计算介质可膨胀,性系数的经验公式如下：,适用于各种气体，空气，蒸汽，天然气等。,此公式的适用范围：（p2/p1）0.75，,1-15,采用新公式来计算孔板的介质可膨胀系数（一）,4 对孔板上下游所要求的最小直管段长度提出全新及更长的要求,表中A栏的长度是指“零附加不确定度”的。B栏的长度是指“0.5%附加不确定度”的。,1-16,4 对孔板上下游所要求的最小直管段长度提出全新及更长的要求,单 个 90 度 弯 头 对 孔

9、 板 流 出 系 数 的 影 响,单个90度弯头对孔板流出系数的影响,单个90度弯头（无流动调整器）对=0.5的孔板流量计的影响,1-17,孔板上游管道相对粗糙度的上限值104Ra/D,Ra为偏离被测轮廓平均线的算术平均偏差。,1-18,式中：K为等效绝对粗糙度，以长度单位表示。,D 150 mm 时 的 粗 糙 度 要 求,1-19,当管径D大于或等于150mm时，在以下不同情况下，,应满足以下的粗糙度Ra的要求：,当0.6并且ReD5107时，1mRa6m；,当0.6并且ReD1.5107时，1.5mRa6m。,管道内壁粗糙度对孔板流出系数的影响,1-20,1-21,式中：C 流出系数;直

10、径比，=dD；d 喉部内径，m；D 管道内径，m；ReD 与D有关的雷诺数。,ISA 1932 喷 嘴 的 流 出 系 数,1-22,长 径 喷 嘴 的 流 出 系 数,式中：C 流出系数;直径比，=dD；d 喉部内径，m；D 管道内径，m；ReD 与D有关的雷诺数。,1-23,式中：流量系数；C 流出系数；渐近系数；直径比。,在流量计中，都有一个流量系数，它是描述流量计输出与输入关系的一个术语。在标准差压式流量计中，流量系数为,流出系数的定义及与流出系数的关系,C=f（ReD)关 系 的 形 象 化 描 述,图1.1 C=f（ReD）关系曲线,1-24,流 出 系 数 在 低 雷 诺 数 时

11、 变 化 较 大,对C进行实时计算或用折线进行补偿，能使低流量段精度得到提高。,q在0-100%范围内变化时，ReD变化幅值很大，所以C有明显变化例（见图）：ReD=时，C=0.6043 ReD=时，C=0.6080 这就意味着百分率流量越小，示值偏低越严重。,1-25,1-26,标准差压装置输出的差压等于正端取压口压力P1与负端取压口压力P2之差。由于差压从管壁取出，所以受磁场影响。,ReD大时，管壁取压得到的流速与管道 内平均流速很接近。ReD小时，管中心流速比管壁附近流 速高很多，所以管壁测得的流速 比管道内平均流速低得多。C=f（ReD)公式就是对这一现象做 数学描述。均速流量计采用多

12、点取压，C不受,图1.2 层流和湍流的速度分布,C 为什么受（ReD）影响,ReD影响。,C 非 线 性 校 正 的 影 响 幅 值,C 及 k数 据 表,1-27,可 膨 胀 性 系 数 定 义,1-28,差压式流量计（孔板、喷嘴、文丘里管等）在用来测气体和蒸汽流量时，流体流过节流装置，在节流件两边都要产生一定的压差，节流件的下游静压降低，因而出现流束膨胀，流束的这种膨胀使得节流装置的输出（差压）-输入（流量）关系同不可压缩流体之间存在一定的偏差，如果不对这种偏差进行校正将会导致流量示值偏高千分之几到百分之几，在和pp1均较大的情况下甚至可达10%。可膨胀性系数(expansibility

13、factor)就是为修正此偏差而引入的变量。,1 变 化 对 流 量 示 值 的 影 响,q在0-100%内变化，相应p也在0-100%范围内变化，不同的q对应不同的1。q变化范围越大，对应的1值差异越大，若仍将其当常数看待，引入的不确定度相应增大。,百分率流量越小，p越小，1越大，流量示值偏低越严重。,对1进行在线计算，从而实现1的校正，提高全量程的精度。,1-29,标准差压式流量计如何保证准确度,偏离常用工况后，的变化进行密度补偿偏离常用流量后，C的变化用C=f（，ReD）补偿，的变化用=f（，,）校正。流量小于20%FS后，引入低量程差压变送器提高差压测量精度。,1-30,在流量标准装置

14、上的验证：不进行C补偿和1的补偿，量程比能达到 3:1 进行C补偿和1的补偿，量程比能达到 10:1 进行C补偿和1的补偿，并引入低量程差压 变送器，能达到 30:1。,不同的处理方法得到不同的量程比,1-31,喷 嘴 的 可 膨 胀 性 系 数,式中 可膨胀性系数；直径比；等熵指数；压力比，p2p1 p2 喷嘴负端取压口压力，Pa；p1 喷嘴正端取压口压力，Pa。,1-32,标 准 孔 板 的 不 确 定 度 Ec,角接取压孔板，D-D2取压孔板 0.10.5时，ReD40000.5时，ReD160002.法兰取压孔板 ReD4000 ReD1702D（D：mm）,0.10.2，Ec=（0.

15、7-）0.20.6，Ec=0.50.60.75，Ec=（1.667-0.5）,1-33,喷 嘴 的 不 确 定 度 Ec,ISA1932喷嘴 0.300.44时，7104ReD107 0.440.80时，2104ReD1072.长径喷嘴 104 ReD107,0.6，Ec=0.8 0.6，Ec=（2-0.4）,Ec=2.0,1-34,1-35,差 压 式 流 量 计 系 统 不 确 定 度 的 计 算,（3）由6个因素决定的系统误差 采用方和根的方法计算系统误差。,差压式流量计的不确定度表达式：,1.4 关 于 差 压 信 号 传 递 失 真 问 题,防止差压信号传递失真的重要性 现场既有的差

16、压式流量计中，差压信号传递失真现象普遍存在。实例如下：,1-36,A.制 造 中 的 问 题,a.节流装置导压管切断阀未采用直通阀,针形阀易堵，一旦流路被堵，则无法运行。汽液交换不畅导致小流量时示值频繁波动。,1-37,正确的导管连接,不正确的导管连接,引起负压管冷凝器内的液面升高，导致差压减小约165Pa。,b.节 流 装 置 导 压 管 不 合 理,1-38,B.安 装 中 的 问 题,a.取压点不合理 所获得的密度值与1不一致，从而引起流量测量误差。,GB 2624和ISO 5167强调1为孔板正压端取压平面上的流体密 度。因此，1只能是正压端取压口平面上的压力。,1-39,1-40,b

17、.径距取压节流装置安装不合理引出的问题,所谓差压信号的传递失真，就是差压变送器测量到的差压与节流装置产生的差压不一致。a.水平管上的差压式流量计采用径距取压由于两个取压口之间有1.5D的距离，两个冷凝器内液面高度不易做到一致。,1-41,安装不良引起差压信号传递失真的例子,1-42,北京某公司的一体化差压式流量计结构,由于导压管的根部阀采用针形阀，导致管内积水，使得差压 信号传递失真,冷凝罐内充（乙二醇）防冻液，正 负压罐内防冻液稀释速率不一致，引起差压信号传递失真数值随时间 变化,1-43,AB两点水平距离1m，高度之差即转化为液柱差,A,B,差 压 信 号 传 递 失 真 的 例 子,使得

18、两个冷凝器中的液面很难做到一样高。,去差压变送器,1-44,b.引 压 管 从 45方 向 引 出,b.引 压 管 从 45方 向 引 出,正负压管内冷凝水温度不同，引起密度差，进而产生差压。dp=(-）Hg例如：正压管温度为40，负 压管为30，H=6000 mm 则=992.2 kg/m3,-=995.7 kg/m3 dp=206 Pa,温度差引起的差压失真,1-45,c.引 压 管 伴 热 保 温 不 对 称,差 压 式 流 量 计 缺 点 的 改 进,用一体化结构代替分体式结构,1-46,一 体 化 节 流 式 差 压 式 流 量 计,所有流量仪表都具有一体式和分离式两种。长期以来，差

19、压式流量计以分离式为唯一形式。连接检测 件与差压变送器的引压管线，是流量计最薄弱的环节，易 产生泄漏、堵塞、冻结及差压信号的传递失真等故障。安装大大简化，维护工作量减小。零点稳定性极佳。测量蒸汽流量时，伴热保温，也变得简单。被测流体为蒸汽或气体时，仪表自带压力变送器及温度传 感器，自己完成温压补偿（一般在流量显示装置中完成）。,1-47,1.5 差 压 式 流 量 计 缺 点 的 改 进,除了Gilflo之外的所有差压流量计都有一个很大的弱点，即在相对流量较小时，差压信号很小。即 例如流量为满度流量的10%时，差压只有满量程差压的1%。引入低量程差压变送器只能提高测量精度但无法消除差压信号的传

20、递失真。,用双量程取代单量程,1-48,约束差压式流量计范围度的主要因素,1-49,约束差压式流量计范围度的主要因素为什么是差压变送器在测量低端的精度？,因差压变送器精度是用引用误差表示的，差压相对值越小，其不确定度 越大。,qm(%),P(%),如何提高小流量时的差压测量精度,1-50,提高差压变送器的精度等级 如现在的0.065级，0.04级 增设一个低量程差压变送器 例如一台差压式流量计，0100t/h对应0100kPa,增设一台03kPa低量程差压变送器（对应流量范围 为017.3t/h），从引用误差的概念来计算，小流 量时的差压测量精度提高33倍。,其 他 因 素 的 对 策,1-5

21、1,按规定的数学模型对密度，流出系数C的非线性 和可膨胀性系数，的变化进行在线补偿。防止差压信号的传递失真 切断阀的不合理选型、过长的导压管、导压管中冷 凝液温度有差异等，都会引起差压信号的传递失真。,典型双量程一体化节流式流量计的结构,1-52,这种结构也并非全部是优点，因为节流装置如果安装位置较高，操作三阀组时，需登高作业。,高 低 量 程 的 合 理 选 定,1-53,.在压损允许的前提下，将高量程的差压上限尽量选得大一些。这样，最小流量所对应的差压值可相应大一些,以减小各种干 扰因素对小流量测量精度的影响。.使高低量程所覆盖的范围度大致相等。例如：低量程保证精度范围为（317.32）%

22、，对应量程比为5.77；高量程保证精度范围为（17.32100）%，对应量程比为5.77。,高低量程的切换在流量二次表中完成。当开平方运算在流量二次表内完成时，（100%）（100%）当开平方运算在差压变送器内完成时，（100%）（100%）式中：未经补偿的流量，单位由FS定；低量程变送器输出信号，0100%；高量程变送器输出信号，0100%；低量程满度流量，kg/h、t/h或Nm3/h等；高量程满度流量，kg/h、t/h或Nm3/h等。,高 低 量 程 的 切 换,1-54,技 术 指 标,1-55,系统精度：蒸汽和（组份稳定的）气体：1.5%液体：1.0%保证精度范围：3 100%可测范围

23、：1 100%FS 介质：各种高、中、低压，温度560的 各种介质。,双量程节流式流量计运行曲线例,1-56,双 量 程 节 流 式 流 量 计 外 形 图,1-57,单边引压的双量程节流式流量计,1-58,单向引压垂直布置,水平布置的双量程节流式流量计,1-59,双向引压水平布置,2.涡街流量计工作原理及应用,2.1 涡 街 流 量 计 工 作 原 理（一）,d,D,卡曼涡街 在流体中设置旋涡发生体（阻流件），在旋涡发生体两侧交替地产生有规则的涡列，这种涡列称为卡曼涡街。旋涡剥离频率与发声体处的平均流速成正比。,2-01,2.1 涡 街 流 量 计 工 作 原 理（二）,式中 f 发生体一侧

24、产生的卡曼涡街频率；Sr 斯特罗哈尔数（无量纲数）；V 旋涡发生体处的流速；d 旋涡发生体的宽度。,2-02,Sr 与 雷 诺 数 的 关 系,2-03,2.2 旋涡流量计与节流式差压流量计性能比较（一）,（1）旋涡流量计的优点（与节流式差压流量计相比）结构简单、牢固、安装维护方便。无需导压管和三阀组等，减少泄漏、堵塞和冻结等。精确度较高，一般为（11.5）%R。测量范围宽，合理确定口径，范围度可达20:1.压损小，约为节流式差压流量计的1/4 1/2。输出与流量成正比的脉冲信号，无零点漂移。在一定雷诺数范围内，输出频率不受流体物性（密度、粘度）和组成的影响，即仪表系数仅与旋涡发生体及管道的形

25、状、尺寸有关。,2-04,2.2 旋涡流量计与节流式差压流量计性能比较（一）,（2）旋涡流量计的局限性对管道机械振动较敏感，不宜用于强振动场所。口径越大，分辨率越低，一般满管式流量计用于DN400以下。流体温度太高时，传感器还有困难，一般流体温度420。当流体有压力脉动或流量脉动时，示值大幅度偏高，影响较大，因此不适用于脉动流。,2-05,节 流 式 差 压 流 量 计 的 优 点,节流式差压流量计中的标准孔板结构易于复制，简单牢固，性能稳定可靠，价格低廉。无需实流校准就可使用，这在流量计中是少有的。适用范围广泛。既适用于全部单相流体，也可测量部分混相流，如气固、气液、固液等。高温高压大口径和

26、小流量均适用。对振动不敏感，抗干扰能力特别优越。,2-06,节 流 式 差 压 流 量 计 的 局 限 性,测量精确度在流量计中属中等水平。由于众多因素的影响错综复杂，精确度难以提高。范围度窄，由于仪表信号（差压）与流量为平方关系，一般范围度较小。现场安装条件要求较高，如需较长的直管段（指孔板、喷嘴）。节流装置与差压显示仪表之间引压管线为薄弱环节，易产生泄漏，堵塞及冻结、信号失真等故障。,2-07,旋涡流量计的测量精确度与被测介质的种类和流速有关,测量液体流量，不确定度：1%R；0.75%R 测量气体、蒸汽流量，不确定度：1%R（V35 m/s）；1.5%R（V35 m/s）。流速 发生前后压

27、差 发生体后压力 流体体积膨胀 示值偏高。,2-08,2.4 实际达到的范围度与口径和工况等有关（一）,旋涡流量计产生稳定的涡列并有接近常数的流量系 数的条件：,式中 ReD 雷诺数；,ReD20000,流体动力粘度。,D 管道内径；,流体密度；,v 流体流速；,2-09,实际达到的范围度与口径和工况等有关（二）,被测介质确定后，为定值；工况确定后，为定值；欲满足ReD20000要求，Dv（只能牺牲可测最 小流速）被测介质确定后，为定值；仪表口径选定后，D为定值；由于ReD20000的约束，v（流体密度小 时，可测最小流速小不了）,2-10,典型旋涡流量计在下列工况下的可测流量（一）,（DY型

28、流量计测量饱和蒸汽流量）,工况压力下饱和蒸汽的可测量流量范围,2-11,典型旋涡流量计在下列工况下的范围度（二）,（DY型流量计测量饱和蒸汽流量）,工 况 压 力 下 饱 和 蒸 汽 的 理 论 范 围 度,说明：最大流速 80m/s，压力为表压,2-12,(1)理想范围度 可测（或线性流量）最小流量：受ReD20000（或40000）制约的流量。可测最大流量：受v80 m/s最高流速的制约。(2)实际范围度 当一台旋涡流量计的口径（DN）选定后，其实际上限流速 就定下来。,实际范围度与理想范围度的关系,或,式中v 实际流速，m/s；qv 实际流量；Nm3/h;qm 实际流量，kg/h；Qv

29、max 可测最大流量，Nm3/h;qmmax 可测最大流量，kg/h。,实际范围度 qv/可测最小流量.或qm/可测最小流量.,2-13,振动和干扰较强的场所、稳定性要求高的场合慎用旋涡流量计,旋涡流量计耐振性指标 压电晶体传感器：0.2g（有些产品，DN越大，耐振性越差）；电容式传感器：1g；引入SSP技术的传感器，耐振性更好一些。,2-14,振 动 大 的 场 合 慎 用 涡 街 流 量 计,2-15,涡街流量计是流体振动型流量计 机械振动使检测元件有相应的脉冲输出 管道的振动，场所的振动甚至仪表周围空 气的振动 都有可能使涡街流量计有额外的输出。其中，往复 式压缩机影响最严重。上海柴油机

30、股份公司空压站的案例 上海松下微波炉公司的案例,低静压低流速场合慎用涡街流量计,2-16,低压气体的经济流速一般取525 m/s，烟气仅 27 m/s。涡街流量计最低可测流速（空气、常压）：5m/s（或6m/s）。低静压低流速的测量对象（如煤气），一般不能用 缩小管径的方法提高流速。量程低端就可能落到最小可测流速之外。,低 密 度 流 体 慎 用 涡 街 流 量 计,2-17,涡列检测元件输出幅值：与流体密度成正比，与流 速的平方成正比。低密度流体（如氢气和含氢量较高的气体），旋涡 对检测元件推力小，所以输出的电信号幅值小，信 噪比相应变小。选型时应做密度验算 例如：横河DY型、DN50、DN

31、80，7.8kg/m3,高 粘 度 不 宜 用 涡 街 流 量 计 测 量,2-18,高粘度流体，工况条件下的雷诺数往往低于20000。因为 所以 例如：重油=860kg/m3,对于D=50的管道，在 V=1.0m/s时，ReD=20000对应的=2.15mPas（注：水在20时，=1.0 mPas）圆喷嘴：250 ReD 105,射 频 干 扰 对 涡 街 流 量 计 的 影 响,2-19,对讲机等电器设备工作时，发出射频电磁波。放电时发出广谱射频电磁波。射频干扰通过各种渠道影响仪表示值，尤其是涡街 流量计。行车开过、机动车开过影响涡街流量计示值的例子。日光灯起动器频繁起动影响涡街流量计示值

32、的例子。砂轮割刀运转影响涡街流量计示值的例子。处理办法：按规定屏蔽和按规定接地；提高门槛电平（TLA），将幅值小的干 扰滤除。,管 径 不 同 引 入 的 问 题,2-20,管道内径比涡街流量计测量管内径大数毫米，不影响仪 表示值。管道内径比涡街流量计测量管 内径小，将使仪表示值升高。而且伴有强烈的噪声。有人建议用公式按正比偏高值。式中：D1 测量管内径；D2 管道内径。强烈噪声是由于二次涡流。,流通截面积突变引发二次流,垫 片 突 入 管 道 内 径 引 起 示 值 偏 高,2-21,测量管上游垫片突入管道内，流体被加速，仪表示值 偏高。偏高的数值无法用公式进行校正。,漩涡发生体迎流面有堆物

33、产生的影响,2-22,逆流面堆积越高，仪表示值低。日本oval公司试验数据：=0.01D,示值偏低2%；=0.02D,示值偏低3.4%。,旋涡发生体锐缘磨损产生的影响,2-23,流体中带固形物，天长日久发生体锐缘容易被损，导致仪表示值偏低，下图是日本横河的实验数据。,直 管 段 长 度 不 够 时 的 处 理,2-24,涡街流量计在管道上的位置应是：管内流体为充分发展的管流。直管段不够长，导致流场不对称。方式（a），流速最高点不通过发生体，示值偏低。方式（b），流速最高点通过发生体，影响小一些。,仪 表 口 径 选 得 太 大 引 起 的 问 题,2-25,案例：一根管道两台表，一台是E+H

34、DN200涡街，另一台是DY150，用户诉F5t/h，两台表示值相符，F小时，相差很多。,诊断：P=1.6MPa,DN200仪表最小可测流量为3.5t/h，F5t/h后，靠近最小可测流量。建议：将DN200流量计更换成DN150。如果管道内无明显振动，还可通过调试使最小流量 切除值（Low cut）减小。,FIQ,FIQ,E+H,（无分支，无疏水）,减 压 阀 振 荡 对 涡 街 流 量 计 的 影 响,流量计与减压阀的相互位置图,装在蒸汽减压阀后面的旋涡流量计常因流 动脉动而严重偏高,2-26,减压阀振荡对其上游的涡街流量计也有影响（一）,原因：减压阀振荡后产生的流动脉动向上游传 递到涡街流

35、量计的传感器上,上海金茂大厦洗衣房蒸汽流量计与减压系统,PT,FT,FC6000,P,V5,V6,V7,V4,V3,V2,V1,分配器,去洗衣房,2-27,减压阀振荡对其上游的涡街流量计也有影响（二）,减压阀未振荡时的流量曲线,减压阀振荡时的流量曲线,2-28,涡街流量计智能测量单相流的测量。经过充分疏水的湿饱和蒸汽，可被看 作是单相流体。蒸汽严重带水时，涡街流量计容易出 现“漏脉冲”现象。,蒸汽严重带水对涡街流量计的影响,2-29,旋 涡 流 量 计 的 漏 脉 冲 现 象,漏脉冲现象：在蒸汽流速平稳的情况下，涡街 流量计的输出脉冲在时间坐标上的分布应近似 均匀，但在蒸汽严重带水时，脉冲却在

36、某处少 了一个，严重时竟少了很多脉冲。,2-30,分布不均匀的、体积较大的液滴 撞击在旋涡发生体上，抑制了涡 列的形成。但无进一步的实验数据。,漏 脉 冲 的 实 质,2-31,关于“漏脉冲”现象的实例之一,低压蒸汽流量测量系统图,2-32,关于“漏脉冲”现象的实例之二,锅炉供汽系统图,2-33,（1）根据管径确定仪表通径：存在问题：仪表通径普遍选得太大。可测最 小流量相应增大。（2）对小信号切除值合理调试，可使最小可测流 量适当减小。条件：管道无明显振动。方法：将涡街流量计中的小信号切除值调小。将流体密度设定值减小，切除值下限可 进一步减小。,应 用 中 存 在 的 问 题,2-34,流 动

37、 脉 动 对 涡 街 流 量 计 的 影 响,流动脉动对涡街流量计影响的几个实例（一）,2-36,例2：调节系统振荡引入的脉动及其克服,流动脉动对涡街流量计影响的的几个实例（二）,2-37,现象：调节系统振荡时，旋涡流量计指示的（流过,处理方法：消除脉动。,调节阀）流量增加2倍以上。,流动脉动对我姐流量计影响的几个实例（三）,例3：蒸汽喷嘴引入的脉动及其克服,2-38,流动脉动对涡街流量计影响的几个实例（四）,2-39,现象：旋涡流量计示值比热量平衡计算结果高150%170%。措施：增设带限流管的阻尼器后，仪表示值与理论计算值相符。,流动脉动对涡街流量计影响的几个实例（五）,2-40,例5：T

38、形管道引起的脉动及其克服,现象：流体在三通中流动，产生压力脉动，干扰,措施：将阀门移到流量计之前。,旋涡流量计。,3.插入式流量计工作原理及应用,3.1 插 入 式 流 量 计 的 结 构 分 类,插入式流量计的结构分类（1）点流速型：插入式涡街、插入式涡轮、插入式电磁、毕托管差压流量计等。（2）径流速型：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）、热式均速管流量传感器等。,3-01,插 入 式 流 量 计 为 什 么 盛 行,与满管式流量计相比，插入式流量计有很多优点：价格便宜，只及满管式的几分之一到几十分之一。体积小、重量轻，易于安装和维修。带配套球阀的，可实现不

39、断流拆装。压损小（电磁式除外）,3-02,3.2点流速计型插入式流量传感器的结构,测量头：其结构实际上就是一台流量传感器，不过这里作为局部流速测量的流速计使用。插入杆：支撑测量头的一根支杆。插入机构：由连接法兰、插入杆提升机构及球阀组成。可在不断流的情况下将测量头由管道内提升到表体外，以便检查维修。转换器：测量头信号输出转换的电子部件。仪表表体：对于大口径一般都不带仪表表体，而是利用工艺管道的一段作为测量管。,3-03,点流速计型插入式流量传感器,差压式均速管流量传感器,3-04,3.3 点 流 速 型 工 作 原 理,测量头插于管道中特定位置（一般为管道轴线或管道平均流速处），测量该处局部流

40、速，然后根据管道内流速分布和传感器的几何尺寸等推算管道内的流量。,3-05,3.3.1 脉冲一频率型测量头的计算式,式中 qv 体积流量，m3/s；f 流量计的频率信号，HZ；K 流量计的仪表系数，P/m3；K0 测量头的仪表系数，P/m；速度分布系数；阻塞系数；干扰系数；A 仪表表体（测量管道）横截面之面积，m2。,3-06,3.3.2 差压式测量头（毕托管）计算式,式中 qv 体积流量，m3/s；速度分布系数；阻塞系数；干扰系数；Kv 测量头流速仪表系数；A 测量管道横截面之面积，m2；p 流量计差压信号，Pa；流体密度，kg/m3。,3-07,3.3.3 电 磁 流 量 测 量 头 计

41、算 式,式中：E 测量头感应电动势，V；其余符号同前。,3-08,3.4、A的确定方法,3.4.1 速度分布系数的确定 速度分布系数定义：管道平均流速与测量头所处位置局部流速的比值。（1）测量头插于管道轴线处 式中 速度分布系数；ReD 管道雷诺数：D 管道内径，mm；管壁粗糙度，mm。,3-09,（2）插 于 管 道 平 均 流 速 处 的 值,测量头插于管道平均流速处时=1 式中 y 平均流速处至管壁的距离；R 管道半径。,3-10,（3）粗糙度和雷诺数对影响举例,从上式可知，是/D 和ReD的函数,测量时流量大小的变化将引起的变化。设/D=0.001，ReD从21043105，约变化2.

42、8%；设ReD=3105，/D从0.0010.002，约变化1.4%。,3-11,3.4.2 阻 塞 系 数 的 确 定,阻塞系数的定义：修正由于插入杆、插入机构及测量头引起的管道流通面积减小及速度分布畸变所产生影响的系数。(1)测量头插于管道轴线处时 式中 S 阻塞率；B 流量计插入杆直径，mm；d 测量头直径，mm；D 管道内径，mm。,3-12,（2）测 量 头 插 入 深 度 h 时,式中：h 插入深度，mm；S 阻挡率；B 流量计插入杆直径，mm；d 测量头直径，mm；D 管道内径，mm。,3-13,（3）流量计阻塞系数与阻塞率S的关系,S0.02时，=1 0.02S0.06时，=1

43、0.125S S0.06时，=1CS C值依管径大小而定，需经实流校验确定。,3-14,3.5 干 扰 系 数 的 确 定,干扰系数的定义：流量计所处管段前后阻流件之间直管段长度不足所引起的仪表系数变化的修正系数。干扰系数是非充分发展管流的修正系数，目前还缺乏成熟的实验数据。,3-15,3.6 管 道 横 截 面 面 积 A 的 确 定,管道横截面面积A可通过实测管道内径或管道外周长推算。由管道外周长推算横截面面积按下式计算：式中：L 管道外周长，m；e 管壁厚度，m；a 管道外表面局部突出高度，m；D 管道内径，m。,3-16,3.7 径 流 速 计 型 工 作 原 理,3.7.1 差压式均

44、速管流量传感器 它由一根横贯管道直径的中空金属杆及引 压管件组成。中空金属杆迎流面有多点测 压孔测量总压，背流面有一点或多点测压 孔测量静压。由总压与静压的差值（差 压）反映流量值。,3-17,差 压 式 均 速 管 流 量 计 计 算 式,式中：qm 质量流量，kg/s；qv 体积流量，m3/s；流量系数；可膨胀性系数；A 管道横截面面积，m2；被测介质密度，kg/m3；p 均速管输出差压，Pa。,3-18,3.8 不同断面形状均速管的比较,3.8.1 圆形断面均速管 这是差压式均速管的早期断面形状。是在毕托 管基础上发展起来的。由于它的迎流面有多个（一般为4个）总压测压 孔，每一个孔代表一

45、定比例（1/4）的流通截面 的平均流速，因此，基本不受流速分布和管壁 粗糙度影响。如果测量管有一个90弯，而且检测杆与90 弯在同一个平面内，则流场的不对称也不影响 测量。,3-19,合理确定安装方向可降低直管段的要求,3-20,3.8.2 菱 形 断 面 均 速 管,圆形断面均速管的流量系数K受雷诺数的影响较大，当ReD105时，K基本不变；105ReD106时，K增大，而且不稳定。离散度 约为10%。原因：流体流过圆管时，分离点位置不固定。菱形断面的均速管是对圆形断面的改进。在菱形断面均速管中，流体分离点不再随ReD变化而 固定在菱形两侧尖锐的拐点上。所以流量系数受ReD 影响减小到1%。

46、美国ALDEM研究实验室，NEL国家工程试验室，CEESI 和科罗拉多州工程试验室气体试验站等都做过这方 面的实验，结论相同。,3-21,3.8.3 弹 头 形 均 速 管,弹头形（Bullet）检测杆的诞生 1993年，美国威里斯（VERIS）公司推出弹头形断面 检测杆。（商品名称威力巴）。威里斯公司是一家从事均速管流量计研究，生产和 应用的厂家。威里斯公司总裁费列德古德（Fred Good）是均速 管领域知名专家。,3-22,从菱形断面到子弹头断面,费列德古德针对菱形检测杆信号脉动大、低压侧 易堵塞等缺点，在大量实验的基础上，推出了弹头 断面检测杆。弹头检测杆也有明显的拐点。但拐点相对平缓

47、。不 致象菱形断面检测杆那样会产生强烈的旋涡、较大 的探头振动和脉动的差压输出。,（a）菱形断面（b）弹头断面,3-23,弹头形断面检测杆高低压孔为何不易堵,菱形断面检测杆低压孔位于背部，那里正好是流 体中尘埃聚集的地方，流线紊乱，流速较低，所 以负压孔易堵。弹头形断面检测杆，多个低压取压孔位于探头的 两侧面，即位于流体分离点之前，流速快，所以 不易堵。,3-24,弹头形均速管前端表面采用粗糙化处理,以往均速管表面是光滑的，当流速变化时，在均 速管表面易形成边界层流与边界紊流交替出现的 情况。增加了流量系数的不稳定。弹头形均速管前端表面采用粗糙化处理并加防淤 槽（即在粗糙化处理部分和平滑部分交

48、界处设一 浅槽），相当于有一个紊流发生器，使流量系数 更稳定，范围度更大。,3-25,3.8.4 T 形 断 面 均 速 管,下图所示是第三代 T形断面均速管，其跨越整个管道 的高压取压槽的设 计，使得它有很好 的抗堵性。T形断面的设计，使其输出差压值约为菱形断面的2倍。自带高速CPU和大容量数据储存器，对流体进行实 时、动态的完全补偿。,3-26,3.9 差压均速管流量计的局限性,差压值较小，尤其是测量低静压低流速湿气体，以及蒸汽时，差压值太小，会带来较大误差。要通过JJG 640的检定，必须进行实流检定。因 此须自带一段测量管才能实施检定。,3-27,4.电磁流量计工作原理及应用,4.1

49、电 磁 流 量 计 工 作 原 理,电磁流量计工作原理：式中：E 感应电势；K 仪表常数；B 磁感应强度；V 平均流速；D 测量管内径。,E=KBVD,电磁流量计原理,4-01,4.2 电 磁 流 量 计 特 点,无阻流件，无压损。适用于测量含有固体颗粒或纤维的液 固二相流体，如纸浆、煤水浆、矿浆、泥浆、污水等。所测得的体积流量，不受流体密度、粘度、温度、压力影 响。测量精度高，一般可达0.2%0.5%MV。测量范围度大，通常为20:1 50:1.容易解决流体腐蚀问题。不能测量电导率很低的液体。,4-02,4.3 电磁流量计的发展趋势（一）,（1）增设空管判断功能空管的危害 测量管一旦空管，电

50、极暴露在气体中。此时信号源内阻特别大而感应励磁线圈 的干扰，引起指示值升到满度。,4-03,空 管 检 测 方 法（一）,Re=式中：Re 电极电阻；K 常数；Ef 电极系数（与电极面积和测量管内径有关）；电导率。,空管检测原理,4-04,空 管 检 测 方 法（二）,对于自来水、酸、碱等：满管时，Re为101k；空管时，液位低于电极，理论上Re=，但因导管内壁潮湿，实际上Re为有限阻值。判定空管的尺度：Re大于正常操作时电阻值的3倍。空管置零：仪表内单片机判定测量管空管时，将输出值置零，同时发出报警信号。,4-05,正确选择内衬 电极 温度等级及防护等级,每一项选择失误都会带来严重后果徐州卷