第三章过程检测技术2

流量变化 流量变化
压差发生变化 节流面积发生变化
转子流量计：
压差不变
转子流量计主要由两个部分组成：
一是由下往上逐渐扩大的锥形管（通常用透明玻璃制成） 二是放在锥形管内可自由运动的转子。 被测流体由锥形管下端进入，流经转子与锥形管之间的环隙，再从上端流出。
h
当流体流过的时候，位于锥形管中的转子受到向上的一个力，使其浮起。当这个 力正好等于转子重量减去流体对转子的浮力，此时转子就停浮在一定的高度上。
置
——节流式流量计误差产生的原因
实际工况与设计要求不符，如：温度、压力、湿度以及相应的流体重度、 粘度、雷诺数等参数数值发生变化，则会造成较大的误差。为了消除这 种误差，必须按新工艺重新设计计算，或加以必要的修正。 节流装置安装不正确节流装置安装不正确，在安装时，特别要注意节流 装置的安装方向。 在使用中，要保持节流装置的清洁。如在节流装置处防止有沉淀、结焦、 堵塞等现象。 节流装置的磨损，应注意日常检查、维修，必要时应换用新的孔板。 导压管安装不正确，或有诸塞、渗漏现象，
f
h
2V ( t f ) g
fA
f
流量与转子高度h成线性关系 式中的其它参数为常数
qm h
2V ( t f ) g A
式中：φ为仪表常数；h为转子浮起的高度。
转子流量计的锥形管一般采用透明材料制成，在锥形管上刻有流量读数，用户只要根据
转子高度来读取读数。
如果在管道中安置一个固定的阻力件，它的中间开一个比管道截 面小的孔，当流体流过该阻力件时，由于流体流束的收缩而使流速加
快、静压力降低，其结果是在阻力件前后产生一个较大的压差。
压差的大小与流体流速的大小有关，流速愈大，差压也愈大，因 此只要测出差压就可以推算出流速，进而可以计算出流体的流量。
(a) 标准孔板
一般不宜选用孔板流量计。标准喷嘴和标准文丘里管的压力损失较小，但结构比较复杂，不易加工。
虽然节流式流量计的应用非常广泛，但是如果使用不当往往会出现很大的测量误差，有时甚至高达10～20 ％。下面列举一些造成测量误差的原因，以便在安装使用过程中得到充分的注意，并予以适当的解决。 《差压变送器的安装如前所述》
——节流原理
流动流体的能量有两种形式：静压能和动能。流体由于有压力而具有静压能，又由
于有流动速度而具有动能，这两种形式的能量在一定条件下是可以相互转化的。
1 2 3
v1
v2
v3
流速
v1
v2
v3
静压
p m ax
p
p1
p2
p3
1
2
3
——流量方程
v3
v1
v2
根据流体力学中的伯努利方程，可以推导得
出节流式流量计的流量方程，也就是差压和
——标准取压方式
国家规定标准的取压方式有角接取压、法兰取压和D－D/2取压。
角接取压
角接取压的两个取压口分别位于孔板上下端面与管壁的夹角处 取压口可以是环隙取压口和单独钻孔取压口 环隙取压利用左右对称的两个环室把孔板夹在中间，通常要求 环隙在整个圆周上穿通管道，或者每个夹持环应至少有四个开 孔与管道内部连通，每个开孔的中心线彼此互成等角度，再利 用导压管把孔板上下游的压力分别引出 当采用单独钻孔取压时，取压口的轴线应尽可能以90°与管道 轴线相交 环隙宽度和单独钻孔取压口的直径 a 通常在4～10mm之间
——节流式流量计误差产生的原因
H
孔板本身原因：
P ( ) P (
)
直角边缘不锐利 d太大
测量值偏小
h

测量值偏小
D
d
h太大
P (
)
测量值偏大
安装不好，孔板弯曲
可大可小
3.3.3 转子流量计
在工业生产中经常遇到小流量的测量，因其流体的流速低，这就要求测量仪表有较高的灵敏度，才能保 证一定的精度。转子流量计特别适宜于测量管径50mm以下管道的流量，测量的流量可小到每小时几升。 孔板流量计： 节流面积不变
液体流量测量时的修正
如果某转子流量计的转子高度为h，如果介质为20的℃水，则流量qv0与h的关系满足：
qv0 h
2V ( t w ) g
式中：qv0为用水标定时的流量刻度 ρ w为水的密度
w A
2V ( t f ) g
如果介质不是20的℃水，则流量qvf与h的关系满足：
流量之间的定量关系式：
流速
v1
v2
v3
q v A0 q m A0
2

p
静压
p m ax
p
2 p
p1
p2
p3
α 为流量系数
ε 为可膨胀性系数
A0为节流件的开孔面积
ρ 为节流装置前的流体密度
Δ P节流装置前后实际测得的压差
α 主如雷诺
q vf h
fA
qvf和ρ f分别为被测介质的实际流量和密度
如果被测介质的粘度和水的粘度相差不大，可以近似认为φ 是常数，则有
q vf
实际流量
(t f )w
f (t w )
修正系数
qv0
刻度流量
气体流量测量时的修正
Q 3600 CA 0 2 gV 转 转 气 A转 气
若流体流量突然由小变大时，作用在转子上的向上的力就加大，转子上升，环隙 增大，即流通面积增大。随着环隙的增大，使流体流速变慢，流体作用在转子上 的向上力也就变小。这样，转子在一个新的高度上重新平衡。这样，转子在锥形 管中平衡位置的高低h与被测介质的流量大小相对应。
——流量方程
V为转子的体积；ρt 和ρf 分别为转子和流体的
由于气体是可压缩的，流体的体积会受工况的影响，为了便于 比较，工程上通常把工作状态下测得的体积流量换算成标准状 态（温度为20℃，压力为一个标准大气压）下的体积流量。 标准状态下的体积流量用qvn表示，单位为Nm3/s。
3.3.1 流量检测的主要方法和分类
流量检测方法有很多，就测量原理而言，可以分为直接测量法和间接测量法两类。 直接测量法可以直接测量出管道中的体积流量或质量流量
间接测量法则是通过测量出流体的(平均)流速，结合管道的截面积、流体的密度
及工作状态等参数计算得出。
教材中除了：椭圆齿轮流量计直接测量体积流量、科里奥利力质量流量计之外， 其它均基于间接法来流量测量
3.3.2 节流式流量计
节流式流量计也称为差压式流量计，它是目前工业生产过程中流
量测量最成熟、最常用的方法之一。
流体应当清洁，充满全部管道，不发生相变； 为保证流体在节流装置前后为稳定的流动状态，在节流装置的上、下游必须配置 一定长度的直管段（与管径、节流件的开孔面积以及管路上的弯头数都有关系） 节流装置经过长时间的使用，会因物理磨损或者化学腐蚀，造成几何形状和尺寸 的变化，从而引起测量误差，因此需要及时检查和维修，必要时更换新的节流装
转子流量计一般只适用于就地指示。对配有电远传装置的转子流量计，也可以把反应流 量大小的转子高度h转换为电信号，传送到其它仪表进行显示、记录或控制。
——流量修正
由于转子流量计在生产的时候，是在工业基准状态（20℃，0.10133Mpa）下用水或空气进行刻度的。如果
工作状态不同，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修正。

∵ρ转》ρ气 ∴ Q1
3600 CA 0 2 gV 转 转 A转 1
∴ρ转-ρ气≒ρ转
Q1——空气流量（m3/h, 20℃，1atm），ρ1——空气密度（kg/m3）
Q 2 3600 CA 0 2 gV 转 转 A转 2
Q2——被测介质流量（m3/h,操作状态下），ρ 2——被测介质密度（kg/m3，操作状态）
(b) 喷嘴
(c) 文丘里管
把流体流过阻力件使流束收缩造成压力变化的过程称节流过 程，其中的阻力件称为节流件。 作为流量检测用的节流件有标准的和特殊的两种。 标准节流件包括标准孔板、标准喷嘴和标准文丘里管。 对于标准化的节流件，在设计计算时都有统一标准的规定、 要求和计算所需的有关数据及程序，可直接按照标准制造；安装 和使用时不必进行标定。 特殊节流件主要用于特殊介质或特殊工况条件的流量检测， 它必须用实验方法单独标定。 相比而言，标准孔板制作最简单，使用也最广泛，以下只介绍标准孔板，
环隙取压 夹持环
a
流体
a
单独钻孔取压
显然，环隙取压由于环室的均压作用，便于测出孔板两端 的平稳差压，能得到较好的测量精度，但是夹持环的加工制造 和安装要求严格。当管径D＞500mm时，一般采用单独钻孔取 压。
——节流式流量计的安装
原理总结：
流体在管道中正常流动（v、p）
节流件使流体收束，流速增大，压力降低
∴
Q2 Q1

1 2
Q2
1 2
Q1
Q2为介质在操作状态下的体积流量，再将它换算成标定状态下的体积流量：
P2 T 1 P1 T 2
Q2 Q2
‘
Q 2 Q1
’
10 P 2 T 1 20 P1 T 2
Q 2 21 . 24 Q 1
T2
Q 2 0 . 06115 Q 1
——节流式流量计的使用特点和要求
标准孔板应用广泛，它具有结构简单、安装方便的特点，适用于大流量的测量。
孔板测量的压损大，当不允许有较大的管道压损时，便不宜采用。在一般场合下，
仍采用孔板为多。 标准喷嘴和标准文丘里管的压力损失较孔板为小，但结构比较复杂，不易加工。
标准节流装置仅适用于测量管道直径大于50mm，雷诺数在104～105以上的流体；
数）和管道条件等因素有关。因此，是一个影响因素复杂的综合性参