流量检测及仪表一

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工程上还使用的流量计量单位有: 米3/时 (m3/h) 升/分(L/min) 吨/小时(t/h) 升(L) 吨(t)等
流体的几个概念
(一)粘性 在流体的内部相互接触的部分在其切线方向的速度 有差别时会产生减小其速度差的作用。这是因为流 速快的部分要加速与其相接触的流速慢的部分,而 流速慢的部分要减小与其相接触的流速快的部分, 流体的这种性质,称为粘性。 衡量流体粘性大小的物理量称为粘度.
2. 流量仪表的分类
按不同测量原理,流量仪表可 分为
容积式流量计,速度式流量计和 差压式流量计
根据安装方式分 外夹式,管段式,插入式 根据携带方式分 便携式,固定式(挂墙、盘装)
类 别 工作原理
仪表名称
可测流 适用管径 测量精 安装要求、特
体种类
mm
度%

孔板


喷嘴

流体流过通管 道中的阻力件
E I V 1 NV0 1 V0
I
N
t V , qv为流量仪表的流量。
Vs
qv
qst

qsV qv
V NV0 Vs
V

IV0


qs
V qv
I V 1
四、流量检测仪表
内容提要:
1、概述
2、容积式流量计
3、差压式流量计 4、转子流量计
5、微动流量计 6、电磁流量计
7、漩涡流量计 8、涡轮流量计
9、靶式流量计 10、流量计的选用和 标定
第一节 概述
一. 流量的概念 流体在单位时间内流经某一有效截面的体积或质量,前 者称体积流量(m3/s),后者称质量流量(kg/s)。
I N 为仪表系数
流量较小时,误差为负值,在流量增大时、误差为正值、 且基本保持不变(曲线1)。这种现象主要是由于在运动件 的间隙中泄漏所引起的。这个泄漏量与间隙、粘度、前 后压差有关,另外也和流过体积V所需的时间有关。
容积式流量计的测量误差值E,可由指示值与真值之差与指示值之 比表示。设:V为通过流量计的流体体积真值;I为流量计指示值, 则误差值E可表示为
在层流流动状态下,流速分 布是以管轴为中心线的轴对 称抛物线分布。
在紊流流动状态下,管内 流速同样是以管中心线轴 对称的分布,但是其分布 呈指数曲线形式。
(三)雷 诺 数
雷诺数是表征流体流动时惯性力与粘性力之比。 利用细管直径d,可求出雷诺数Rd:
Rd

vd

vd

v 为细管中的平均流速; 为流体的运动粘度, d为管径。
Q 4 NV
qv 4nV
椭圆齿轮流量计的特点
流量测量与流体的流动状态无关,这是因为椭圆 齿轮流量计是依靠被测介质的压头推动椭圆齿轮 旋转而进行计量的。
粘度愈大的介质,从齿轮和计量空间隙中泄漏出 去的泄漏量愈小,因此核测介质的粘皮愈大,泄 漏误差愈小,对测量愈有利。
椭圆齿轮流量计计量精度高,适用于高粘度介质 流量的测量,但不适用于含有固体颗粒的流体(固 体颗粒会将齿轮卡死,以致无法测量流量)。如果 被测液体介质中夹杂有气体时,也会引起测量误 差。
流体振动 式流量计
第二节 容积式流量计
容积式流量计,又称定排量流量计,简称PD流 量计,在流量仪表中是精度最高的一类。它利 用机械测量元件把流体连续不断地分割成单 个已知的体积部分,根据测量室逐次重复地充 满和排放该体积部分流体的次数来测量流体 体积总量。
此类流量计测量精度高,可达0.1~0.2级。
超声波流量计
液 >10
±1
需直管段,无压 损
热式质量流量计 气
±1

质 量 流
直 接 式
直接检测与 质量流量成 比例的量来 质量流量
冲量式质量流量计
体 粉



科氏质量流量计 、 气

间 接 式
同时测体积 流量和流体 密度来计算 质量流量
体积流量经密度补偿 液 、
温度、压力补偿 气
±0.2 ~2
±0.15

设有两块面积很大距离很近的平板,两平板中间是流体。令底 下的平板保持不动,而以一恒定力推动上面平板,使其以速度v 沿x方向活动。由于流体粘性的作用,附在上板底面的一薄层液 体以速度v随上板运动。而下板不动故附在其上的流体不动,所 以两板间的液体就分成无数薄层而运动,如图所示。 作用力F 与受力面平行,称为剪力,剪力与板的速度v、板的面积S成正 比,而与两板间的距离y成反此,即
如果在截面上速度分布是均匀的,则:
qv vAF
如果介质的密度为,那么质量流量 qm =qv
流过管道某截面的流体的速度在截面上各处不 可能是均匀的,假定在这个截面上某一微小单 元面积上dAF速度是均匀的,流过该单元面积上 的体积流量为
dqv vdAF ,v为流速
整个截面上的流量qv为
(一)计量表
1.容积式计量表
这类仪表用仪表内的一个固定容量的容积连续 地测量被测介质,最后根据定量容积称量的次 数来决定流过的总量。习惯上人们把计量表也 称为流量计。根据它的结构不同,这类仪表主 要有椭圆齿轮流量计、腰轮流量汁、活塞式流 量计等。
容积式计量表
椭圆齿轮 流量计
腰轮流量 计
活塞式 流量计
±0.5
3. 流量仪表的主要技术参数 (1)流量范围 流量范围指流量计可测的最大流量与最小流量 的范围。
(2)量程和量程比 流量范围内最大流量与最小流量值之差称为流
量计的量程。最大流量与最小流量的比值称为量 程比,亦称流量计的范围度。
(3)允许误差和精度等级 流量仪表在规定的正常工作条件下允许的最
二、腰轮流量计(罗茨流量计)
腰轮流量计除可测 液体外,还可测量 气体,精度可达 0.1%,并可做标 准表使用;最大流 量可达1000m3/h。
腰轮上没有齿,它们不是 直接相互啮合转动,而是 通过按装在体外的传动齿 轮组进行传动.
三、容积式流量计的误差
V NV0
仪表输出由指针指示,指示值I:
dv dy
F Sv / y F yΒιβλιοθήκη Baidu
S v v / y
称为粘度,或动力粘度(dynamic viscosity),单位是: 泊(P)(Pa.s)
, 称为运动粘度,单位是:m2 / s
Kinematic viscosity
(二)层 流 和 紊 流
由此,我们发现管内流体流动时存在着两种状态: 一为层流状面一为紊流状态.在不同的流动状态 下,流体有不同的流动特性。在层流流动状态时, 流量与压力降成正比;在紊流流动状态时,流量 与压力降的平方根成正比,而且在层流与紊流两 种不同的流动状态时,其管内的速度分布也大不 相同。这些对于许多采用测量流速来得到流量的 测量方法是很重要的。
无直管段要求, 压损小

积 流 量
速流 度量 式计
通过测量管 道截面上流 体平均流速 来测量流量

涡轮流量计 涡街流量计 电磁流量计
液 、 4~600 气
液 、 150~1000 气

电 液
6~2000

±0.1 ~0.5
±0.5 ~1
±0.5 ~1.5
需直管段,装过 滤器
需直管段
直管段要求不高 ,无压损
文丘里管
差流 时产生的压力 压量 差与流量之间
均速管

式计
有确定关系, 通过测量差压

值求得流量

转子流量计 靶式流量计


弯管流量计
液、气、 蒸汽
液、气、 蒸汽
液、气 液、气、
蒸汽
液、气
50~1000 50~500 100~1200 25~9000 4~150 15~200
±1~2
±1 ±2 ±1~4
(五)流体伯努力方程
gZ1

v12 2

p1
1

gZ2

v22 2

p2
2
对不可压缩的流体
gZ1

v12 2

p1


gZ2

v22 2

p2

二、流量检测仪表的分类
1. 流量测量方法 流量测量方法大致可以归纳为以下几类: (1)利用伯努利方程原理,通过测量流体差压信号来 反映流量的差压式流量测量法; (2)通过直接测量流体流速来得出流量的速度式流量 测量法; (3)利用标准小容积来连续测量流量的容积式测量; (4)以测量流体质量流量为目的的质量流量测量法。
括板式流 量计
2.速度式计量表
在仪表中装一旋转叶轮,流体流过时, 推动叶轮旋转,叶轮的转动正比于流过 介质的总量,叶轮转动带动计数器的齿 轮机构,计数器即显示读数。这类计量 表机构简单,但精度低。一般在2%左右 ,大多的水表即采用此结构表。
(二)流量计 流量计
差压式 流量计
流体阻力 式流量计
测速式 流量计
容积式流量计按其测量元件分类可分为椭圆 齿轮流量计、刮板流量计、双转子流量计、 旋转活塞流量计、往复活塞流量计、圆盘流 量计、液封转筒式流量计、湿式气量计及膜 式气量计等 。
容积式流量计与差压式流量计、浮子流量计 并列为三类使用量最大的流量计,常应用于昂 贵介质(油品、天然气等)的总量测量。
需直管段,压损 大
需直管段,压损 中等
需直管段,压损 小
需直管段,压损 小
垂直安装
需直管段,
±0.5~5
需直管段,无压 损
椭园齿轮流量计
容流 直接对仪表排 积量 出的定量流体 式计 计数确定流量
腰轮流量计 刮板流量计
液 液、气

10~400
±0.2~ 0.5
无直管段要求, 需装过滤器,压
损中等
±0.2
qv vdAF
F
测量某一段时间内流过的流体量,即瞬时流量对 时间的积分,称之流体总量。
V t qvdt
M t qmdt
用来测量流量的仪表统称为流量计。测量总量的仪表称 为流体计量表或总量计。
计量单位 : 体积流量的计量单位为米3/秒(m3/s), 质量流量的计量单位为千克/秒(kg/s); 累积体积流量的计量单位为米3 (m3); 累积质量流量的计量单位为千克(kg)。
流体在细管中的流动形式可分为层流和紊流 两种。
所谓层流(laminar flow)就是流体在细管中流 动的流线平行于管轴时的流动。
所谓紊流(turbulent flow)就是流体在细管中 流动的流线相对混乱的流动。
利用雷诺数可以判断流动的形式。如果雷诺 数小于某一值时,可判断为层流,而大于此值 时则判断为紊流。
当两轮旋转至180°时,A、B两轮 重新回到位置(a)。如此周期地主从更换 ,两椭圆齿轮作连续的旋转。当椭圆齿 轮每旋转一周时,流量计将排出4个半月 形(测量室)体积的流体。设测量室的容积 为V,则椭圆齿轮每旋转一周排出的流体 体积为4V。只要测量椭圆齿轮的转数N 和转速n,就可知道累积流量和单位时间 内的流量,即瞬时流量:
Rd<2320时为层流,Rd>2320时为紊流;
所谓平均流速,一般是指流过管路的体积流量除以管路 截面积所得到的数值。
Re D104
雷诺数与 n的关系
n Re D104
n Re D 104
n
2.56 7.0 10.54 7.3 20.56 8.0 32.00 8.3
38.4 53.6 70.0 84.4
一、椭圆齿轮流量计 椭圆齿轮流量计工作原理:
由于流体在流量计入、出口处的压力P1P2,当A
、B两轮处于 (a)所示位置时,A轮与壳体间构成容 积固定的半月形测量室(图中阴影部分),此时进出 口差压作用于B轮上的合力矩为零,而在A轮上的 合力矩不为零,产生一个旋转力矩,使得A轮作顺 时针方向转动,并带动B轮逆时针旋转,测量室内 的流体排向出口;当两轮旋转处于 (b)位置时,两 轮均为主动轮;当两轮旋转90,处于 (c)位置时, 转子B与壳体之间构成测量室,此时,流体作用于 A轮的合力矩为零,而作用于B轮的合力矩不为零 ,B轮带动A轮转动,将测量室内的流体排向出口 。
大误差,称为该流量仪表的允许误差,一般用最 大相对误差和引用误差来表示。
流量仪表的精度等级是根据允许误差的大小 来划分的,其精度等级有:0.02、0.05、0.1、 0.2、0.5、1.0、1.5、2.5等。
(4)压力损失
压力损失的大小是流量仪表选型的一个重要 技术指标。压力损失小,流体能消耗小,输运流 体的动力要求小,测量成本低。反之则能耗大, 经济效益相应降低。故希望流量计的压力损失愈 小愈好。
8.5 110.0 9.4 8.8 152.0 9.7 9.0 198.0 9.8 9.2 278.0 9.9
(四)流体流动的连续性方程
流体在管道内作稳定流动的情况:
1v1S1 2v2S2 常数,
v为某截面上流体的平均速度 若流体是不可压缩的,即:
1=2
则: vS=常数
即流体在稳定流动,且不可压缩时,流过各截面流体的 体积为常量。因此利用上式,很方便的求出流体流过管 道不同截面时的流速。
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