第三章 第三节 流量检测

(d)D-D/2取压
（三）差压式流量计的测量误差
使用时的工艺条件与设计时的条件要相同。 从安装中找原因：
1.节流装置的安装
(1)节流元件的入口端面要与管道轴线垂直,其偏差不超1°。 (2)保证节流元件与管道同心,不同心度不超过0.015D(D/d-1) (D:管道直经;d:孔板开孔直经)。 (3)节流元件前、后保持有足够的直管段,节流元件前有15-20D 的直管段。节流元件后有5D的直管段。
关闭切断阀，打开平衡阀，进行仪表的零点校验
差压式流量计特点： 1.测量精度1%； 2.测量元件使用寿命长； 3.可测量各种工况下的单相流体的流量； 4.适应管径50-1000mm；
5.量程比3 :1（ Qmax
/ Qmin ）；
6.仪表刻度是非线性； 7.压力损失大。
一体化差压流量计
1、DDZ—III型差压变送器的测量范围为0-25000Pa， 相应流量为0-320m3／h，求当输出信号为12mA 时，输入差压是多少?相应流量是多少?
解:(1)
320 20 4 Q 13 4
Q 240 m / h
3
(2)
320 100 240 P
P 56.25 KPa
I 0 11.2mA
125 20 4 56.25 I 0 4
三、转子流量计
1.工作原理 转子在垂直锥形管中随流量变化而升降 ,改变流通面 积进行流量测量。 也可以说利用节流的原理工作的。
AA0 —管道截面积，节流元件开孔截面积。
整理得到流量基本方程：
Q αεF0
式中
2 P ρ1
M αεF0 2 ρ1P
—流量系数；取决于节流件结构、取压方式、孔口截面 积与管道截面积之比、雷诺数、孔口边缘锐度、管壁粗糙度等。
α
ρ1 —节流装置上游流体密度； △P—节流装置前后测得的压力差； F0 —节流件的开孔截面积； ε — 膨胀校正系数（不可压缩液体ε=1;可压缩流体 ε<1）；
1－管道法兰； 3－孔板； 4－夹紧环
对于孔板，用于工 作压力为2.5MPa 以下，管道直径 50-1000mm
2）法兰取压:距节流件前后端面1英寸(25.4mm)处取压。 仅适用于孔板。
X
X
(C)法兰取压
3）径距取压:距节流件前端面1D、节流件后端面D/2 处取压,适用于孔板和喷嘴。
D
D/2
D
（3）质量式流量计
主要是测量流过流体的质量。
二、差压式流量计
（一）概述 基于流体流动的节流原理,利用流体 流经节流装置时产生的压力差而实 现流量测量。
差压式流量计的组成: 1.节流装置(节流元件和取压装置) v→△P 2.引压管路与三阀组 将△P →差压计, 回零检查及维修。 3.差压计(差压变送器) △P →4-20mA信号输出
P 1 V P V V 1 2 2 2 2 2 2
' 2 ' 2 2
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
流体流经节流元件 产生压力变化 节流装置前后压力差的大 小与流量有关。流量越大， 产生的压力差越大。 流体流经节流元件v→△P， 测量△P 来实现流量测量。
在孔板前后的管壁上选择两个固 定的取压点，测量压力变化。
第三节
概述
流量检测及仪表
差压式流量计
转子流量计
容积式流量计
涡轮流量计
电磁流量计
漩涡流量计
一、概
述
1.瞬时流量 单位时间内流过某一截面的流体数量。可采用 体积或质量流量来表示。
2.体积流量 单位时间内流经某一有效截面的流体体积 。
Q vA
M vA
3 m 常用单位：l/h， /h 等 。
3.质量流量 单位时间内流经某一有效截面的流体质量。 常用单位：t/h，kg/h 等。
4.累积流量(总量) 某一段时间内流经某一有效截面的流体总和。
（1）体积累积流量 某一段时间内流经某一有效截面的流体体积总和。
Q总 Qdt
0
t
常用单位：l，m3 等
（2）质量累积流量 某一段时间内流经某一有效截面的流体质量总和。
4.标准取压方式 1）角接取压:有两种取压方式 ①环室取压:在节流元件上、下游两侧端面有一道 环形缝隙，产生的静压经缝隙进入环室。
1－管道法兰；
2－环室； 3－孔板 对于孔板，用于 工作压力为 6.4MPa以下，管 道直径50-520mm
②单独钻孔取压:在节流元件两侧夹紧环上直接钻孔取压。 适用于孔板、喷嘴。
α是一个受许多因素影响的综合性参数，对于标准节流 装置，其值可从在有关手册中查出；对于非标准节流装置， 其值要由实验方法确定。 在进行节流装置的设计计算时，是针对特定条件，选择 一个α值来计算的。计算的结果只能应用在同样条件下。一 旦条件改变（如节流装置形式、尺寸、取压方式、工艺条件 等改变），就不能随意套用，必须另行计算。例如，按小负 荷情况下计算的孔板，用来测量大负荷时流体的流量，就会 引起较大的误差，必须加以修正。
2、用差压式流量计测量流量，原设计范围为0-320m3/h， 电动Ⅲ型差压变器的量程为0～100KPa，问： (1)当变送器输出13mA时，对应流量是多少? (2)若采用量程为0～125KPa的变送器，此时变送器的 输出应为多少?
1、DDZ—III型差压变送器的测量范围为0-25000Pa， 相应流量为0-320m3／h，求当输出信号为12mA 时，输入差压是多少?相应流量是多少? 解: (1)
(4)在直管段内不允许安装测量元件或开设取压口,管内表面 应光滑。
(5)注意节流元件的安装方向。标“＋”号侧是流体入口方向。
2.取压点的选择 取压点对不同检测介质有不同要求 测液体时, 取压点在节流装置中心水平线下方 45
0 0 测气体时, 取压点在节流装置中心水平线上方 45
测蒸气时, 取压点在节流装置中心水平线位置引出。
4.转子流量计示值修正
流量计的刻度是在工业标准状态(20℃，0.10133MPa) 下,以水(液体)或空气(气体)为介质单独标定得到的。 实际使用时,若被测介质密度或工作状态不同,必须 进行修正。 1）液体流量的修正
标定时： 实测时：
Q0 h 2V ( t w ) g w A
2V ( t ) g Q h A
当转子在某一位置平衡时： F上 F下
（P ）A V（t f）g 1P 2
Δp为常数，转子流量计为恒压降式流量计
在流体力学中 ( P 1P 2)
v 2 gV ( t f )
v 2
2
A f
Q vA0 A0
2 gV ( t f ) A f
图3-27
转子受力分析：
流体流动通过转子时产生节流, 产生压力差；
P P 1P 2
因此, 压差作用在转子上, 形成向上力
F上 （P ）A 1P 2
式中 P 1P 2 — 转子前、后压力，
A — 转子最大截面积。
转子自重与浮力之差
F下 V ( t f ) g 式中 V t —转子的体积和转子的密度 f —介质的密度
标准节流元件
① 标准孔板 孔板是一块加工成同心圆的具有锐利直角 边缘的薄板。孔板开孔的上游侧边缘应是 锐利的直角。 特点： a. 结构简单，安装方便，适 用于大流量的测量。
b.压力损失较大； c.一般只适用于洁净流体。
② 标准喷嘴 喷嘴和长径喷嘴。由两个圆弧曲面构成的入口收缩部 分及与之相接的圆筒形喉部组成。 特点： a.压力损失略小于孔板； b.对带有污垢的流体介质较为适宜；
3.压力损失小一般只有50-500Pa。 4.常用仪表口径40～50mm以下,最小可到1～4mm。玻 璃管流量计最大口径100mm,可以测量小流量几升/ 小时—几百立方米/小时。
5.转子流量计只能用于自下向上垂直流动的管道安装。 6.用于就地指示,不能用于高温、高压场合,不能远 传,易碎。
3.远传式转子流量计 用于远传,高温、高压场合。 差动变压器实现流量变送
③ 标准文丘里管
上、下游取压口应做成单独管壁取压口形式, 由均压 环将几个取压口连接起来。
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，且流体应清洁，充满 全部管道，不发生相变。
为保证节流装置前后流体流动状态稳定，在节流装
置的上、下游须配置一定长度的直管段。
A0－转子和锥形管间的环隙面积
面积式流量计
A0与转子浮起的高度有关，被测介质的流量可表示为：
Q h
M h
2 gV ( t f ) A f
2 gV ( t f ) f A
Φ为仪表常数；h为转子浮起的高度
2.特点： 1.结构简单,玻璃管式转子流量计读数方便,直观。 2.可以测量腐蚀性介质。受被测介质密度、粘度、温 度、压力等因素影响,精度较低,最高1.0级左右。
M总
Mdt
0
t
常用单位：t，kg 等
测量瞬时流量的仪表一般称流量计，而测量累积 流量(总量)的仪表称为计量表（总量表）。
5.流量测量仪表的分类 （1）速度式流量计 主要是测量流体在管道内的流动速度。如差压式 流量计、转子流量计、靶式流量计、电磁流量计、 涡轮流量计等。
（2）容积式流量计 主要是测量单位时间内所排出的流体的固定容积的数 目。如椭圆齿轮流量计、腰轮流量计等。
流量与压力差△p的平方根成正比。所以，用 差压流量计测量流量时，如果不加开方器，流量标 尺刻度是不均匀的。起始部分的刻度很密，后来逐 渐变疏。因此，在用差压法测量流量时，被测流量 值不应接近于仪表的下限值，否则误差将会很大。
3.节流装置 标准节流装置： 根据已知数据设计、加工、制造和安装的节流装置 , 无需进行标定,可直接用于流量测量。 标准化内容包括：节流装置的结构、尺寸、加工 要求、取压方法、使用条件等。 包括节流元件和取压装置。
α
α
（a）液体α≤
450
（b）气体α≤
450
3Байду номын сангаас引压管线的安装 (1)引压管线内径一般不小于6mm一般在10-18mm之间。
(2)长度不超过50m,最好在 16m之内。
(3)引压管线水平敷设时,要 有1:10-1:20的倾斜度。
(4)如被测介质有腐蚀性时应 在引压管上加隔离罐(如 图所示)。
(5)引压管上应安装阀门。
( t ) w 则修正公式为： Q Q0 ( t w )
孔板附近的流速和压力分布
2.流量基本方程（流量与压差关系方程） 根据流动连续性方程(质量守恒定律)和伯努利方程 (能量守恒定律)得出。 流动连续性方程
V1 A V2 A0
P 1 V1 P2 V2 V2 2 2 2
' 2 ' 2 2
伯努利方程
' '
式中 P —节流元件前、后压力； 1P 2 V1V2 —节流元件前、后流体的流速； —流体的密度； —阻力系数；
4.差压计与三阀组的安装
节流装置只是产生差压,差压计 将差压测量出来用于显示、记 录或控制。 （1）差压计 差压变送器
P I o 控制室
安装在能满足正常工作条件下的场合 （温度、湿度、腐蚀性、振动等）。
（2）三阀组 三阀组作用： 1.防止差压计启动和停运时,由 于单向受压而损坏。 启动顺序： ①打开平衡阀2； ②打开切断阀1或3（先后无关）; ③关闭平衡阀2。 关闭顺序： ①打开平衡阀2。 ②关闭切断阀1或3(先后无关); 2.差压计回零检查。
（二）节流原理及流量基本方程 1.节流原理
流体在装有节流装置的管道中流动时，在节流装 置前后的管壁处，流体的静压力产生差异的现象 称为节流现象。 节流元件：改变管道中流体流通截面积的元 件。一般是使管道中的流体产生局部收缩。 包括孔板、喷嘴、文丘里管等。
工作原理： 动能与静压能转换的原理。
能量守恒定律
25000 20 4 P 12 4
I max I min Io ( x Lmin ) I min Lmax Lmin
P 12500 ( Pa )
(2)
320 25000 Q 12500
Q αεF0
2 P ρ1
Q 226.3(m3 / h)
2、用差压式流量计测量流量，原设计范围为 0-320m3/h，电动Ⅲ型差压变送器的量程为 0～100KPa，问： (1)当变送器输出13mA时，对应流量是多少? (2)若采用量程为0～125KPa的变送器，此时 变送器的输出应为多少?