3流量测量-第二部分-改

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质量流量计
直接式：检测装置的输出信号可以直接表示质量 流量的大小。 间接式：通过检测两个以上有关质量流量的物理 量，然后通过计算得出质量流量。
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直接式质量流量计

直接式质量流量常用检测方法：
– – – – –
差压式质量流量计、
涡轮式质量流量计、
动量式质量流量计、 热式质量流量计、 科里奥利式质量流量计等
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浸 入 式 质 量 流 量 计
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温度差测量法 温度测量法

两温度传感器（热电阻）分别置于气流中两金属细管
内，一热电阻测得气流温度T；另一细管经功率恒定
的电热加热，其温度Tv高于气流温度，气体静止时Tv 最高，随着质量流速ρU增加，气流带走更多热量，温 度下降，测得温度差
ΔT=Tv-T
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消耗功率P和温度差ΔT如式（7.7.3）所示比列关系
2 2 1 d m 1 d / D 1 (d / D) sin D
管道内体积流量
流量计的仪表系数
K
qv

4
D 2U
2

4
D2
md f Sr
D dm f qv 4S r
1
（脉冲数/m3）
涡街流量计输出的脉冲频率信号不受流体物性和组分变化的影响

间接式质量流量常用检测方法：
– – –
差压式流量计与密度计的组合； 体积流量计和密度计的组合； 差压流量计或靶式流量计与体积流量计的组合
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（1）差压式流量计与密度计的组合

差压式流量计的差压输出值与ρqv2成正比，配 合密度计进行乘法运算后开方可得到质量流量，
K1 q K 2 Kqv Kq m
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（3）转换器
检测方式与前置放大器
检测方法 前置放大器 热敏式 恒流放大器 超声式 选频放大器 应变式 恒流放大器 应力式 电荷放大器 电容式 调谐-振动 放大器 光电式 光电放大器 电磁式 低频放大器
转换器原理框图
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（4）仪表表体
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1. 安装注意事项
–
涡街流量计对管道流速分布畸变、旋转流和流动脉动等敏感， 对现场管道安装条件应充分重视，遵照生产厂使用说明书的 要求执行。 涡街流量计可安装在室内或室外。 如果安装在地井里，有水淹的可能，要选用涎水型传感器。 传感器在管道上可以水平、垂直或倾斜安装，但测量液体和 气体时为防止气泡和液滴的干扰，安装位置要注意
(2)测量范围宽，一般范围度可达10:1以上；
(3)精确度为中上水平； (4)无可动部件，可靠性高； (5)结构简单牢固，安装方便，维护费较低； (6)应用范围广泛，可适用液体、气体和蒸气。
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1. 涡街流量计工作原理
卡 曼 涡 街
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旋涡的发生频率
U1 U f Sr Sr d md
式中，U1——旋涡发生体两侧平均流速（m/s）； Sr——斯特劳哈尔数； d ——旋涡发生体迎面宽度； m——旋涡发生体两侧弓形面积与管道横截面面积之比。
上式变换成
E－与所测气体物性如热导率、比热容、粘度等有关的系数， 如果气体成分和物性恒定则视为常数。 D－与实际流动有关的常数。 若保持ΔT恒定，控制加热功率随着流量增加而增加功率， 这种方法也称作“功率消耗测量法”。
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（3）安装注意事项

①热分布式：
–
大部分可为任何姿势（水平、垂直或倾斜）安装，有些仪表只要安 装好后在工作条件压力、温度下作电气零点调整。 大部分制造厂会对此就安装姿势影响和安装要求作出说明。应用于 高压气体时传感器则选择水平安装，便于做到调零的零偏置。 大部分流量计性能不受安装姿势影响。 在低流速测量时因受管道内气体对流的热流影响，使安装姿势显得 重要。因此在低和非常低流速流动时要获得精确测量，必须遵循制 造厂依据仪表设计结构而定的安装建议。
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1. 热式质量流量计

利用传热原理，即流动中的流体与热源之间热量交换关 系来测量流量，当前主要用于测量气体。 热式流量仪表用得最多有两类：
–

热分布式流量计（thenmaI prohIe fIowmeter）利用流动流体传递 热量改变测量管壁温度分布的热传导分布效应。曾称量热式质量 流量计；
热式质量流量计利用热消散（冷却）效应的金氏定律（King s I aw ）， 又由 于 结 构上检 测 元 件伸入 测 量 管内 ， 也 称浸 入型 （immersion type ）或侵入型（intrusion type）。
在通电不通流时转换器应无输出，瞬时流量指示为零，累积流量无变 化，否则首先检查是否因信号线屏蔽或接地不良，或管道震动强烈而 引入干扰信号。如确认不是上述原因时，可调整转换器内电位器，降 低放大器增益或提高整形电路触发电平，直至输出为零。
（3）通流动态调试
关旁通阀，打开上下游阀门，流动稳定后转换器输出连续的脉宽均匀 的脉冲，流量指示稳定无跳变，调阀门开度，输出随之改变。否则应 细致检查并调整电位器直至仪表输出既无误触发又无漏脉冲为止。
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旋涡发生体
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三角柱旋涡发生体
（2）检测元件
检测旋涡信号方式:
①用设置在旋涡发生体内的检测元件直接检测发生体两 侧差压；
②旋涡发生体上开设导压孔，在导压孔中安装检测元件 检测发生体两侧差压；
③检测旋涡发生体周围交变环流；
④检测旋涡发生体背面交变差压；
⑤检测尾流中旋涡列。
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旋涡发生体பைடு நூலகம்检测方式一览表
②流量传感器安装姿势和位置
– –
③截止阀和控制阀的安装
为使调零时没有流动，科里奥利质量流量计上下游设置截止 阀，并保证无泄漏。 控制阀应装在科里奥利质量流量计下游，科里奥利质量流量 计保持尽可能高的静压，以防止发生气蚀和闪蒸。
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间接式质量流量计

原理：
–
在管道上串联多个检测元件，建立各自的输出信号与流体的 体积流量和密度等之间的关系，通过联立求解方程间接推导 出流体的质量流量。
–

②浸入式：
– –
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2. 科里奥利质量流量计

利用流体在直线运动的同时处于一旋转系中，产生与 质量流量成正比的科里奥利力原理制成的一种直接式 质量流量仪表。 科里奥利质量流量计的特点：
–

精度高、量程比大、动态特性好、无直管段要求、 压力损失大等。
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工作原理
科氏力流量计的测量原理是基于流 体在振动管中流动时，将产生与质 量流量成正比的科里奥利力。
法运算后得到质量量流公式为：
K1qv K 2 Kqm
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转换器
– – – –
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（1）旋涡发生体
与仪表的流量特性（仪表系数、线性度、范围度等）和
阻力特性（压力损失）密切相关，
要求如下： ①能控制旋涡在旋涡发生体轴线方向上同步分离； ②在较宽的雷诺数范围内，有稳定的旋涡分离点，保持 恒定的斯特劳哈尔数； ③能产生强烈的涡街，信号的信噪比高； ④形状和结构简单，便于加工、安装和组合； ⑤材质应满足流体性质的要求，耐腐蚀，耐磨蚀，耐温变； ⑥固有频率在涡街信号的频带外。
油气储运自动化 流量测量
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涡街流量计

流体振动流量测量:
–
在特定的流动条件下，一部分流体动能转化 为流体振动，其振动频率与流速（流量）有 确定的比例关系


涡街流量计
旋进（旋涡进动）流量计

射流流量计
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流体振动流量计特点：
(1)输出为脉冲频率，其频率与被测流体的实际
体积流量成正比，它不受流体组分、密度、 压力、温度的影响；
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质量流量与绕组温度关系

测量管加热方式大部分产品采用两绕组或三绕组线绕 电阻；除管外电阻丝绕组加热方式外还有利用管材本 身电阻加热方式。
测量管形状有直管形，还有∏字形结构， 为了获得良好的线形输出，必须保持层流流动，测量 管内径D设计得很小而长度L很长，即有很大L/D比值， 流速低，流量小。 热分布式质量流量计按测量管内径分： 细管型（也有称毛细管型）：测量管内径仅0.2~0.5mm， 极易堵塞，适用于净化无尘气体。 小型：只有直管型，内径为4mm；

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（2）浸入式热式质量流量计

金氏定律的热丝热散失率表述各参量间关系
式中，H/L——单位长度热散失率（J/m•h）； ΔT——热丝高于自由流束的平均升高温度（K）； λ——流体的热导率（J/h•m•K）； cV ——定容比热容（J/kg•k）； ρ——密度（kg/m3）； U ——流体的流速（m/h）； d ——热丝直径（m.）。
质量流量
科氏力流量计测量原 理
M
K S 4r
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科里奥利质量流量计

组成：流量传感器＋转换器（或流量计算机）
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科里奥利质量流量传感器
（2）安装使用注意事项
①流量传感器安装一般要求
– –
按照制造厂规定的安装方法和趋避禁止事项。 安装设计时尽可能使其有长的使用寿命 一般装于自下而上流动的垂直管道较为理想； 安装位置必须使测量管内充满液体。
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K与旋涡发生体、管道的几何尺寸、斯特劳哈尔数Sr有关， Sr 为无量纲参数，它与旋涡发生体形状及雷诺数有关 K在一定雷诺数范围内仅与旋涡发生体及管道的形状尺寸等 有关。
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斯特劳哈尔数与雷诺数关系曲线
2. 涡街流量计结构


涡街流量计＝传感器＋转换 器 传感器
– – –
旋涡发生体（阻流体）、 检测元件、 仪表表体； 前置放大器、 滤波整形电路、 D／A转换电路、 输出接口电路、端子、支架和 防护罩
– – –
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