第6章 核电站仪表流量测量

常用的节流件有
标准化的孔板、 圆缺孔板 标准化的喷嘴、 非标准化的1/4圆喷嘴 长径喷嘴、文丘里喷嘴 和文丘里管、等
节流装置的取压方式
节流装置的性能比较
孔板：结构简单，易加工，省料，造价低；工业上应用多， 只能用于清洁的流体。 文丘里管：结构复杂，难加工，费料，造价高；一般用于有 特殊要求的场合，如低压损高精度。它的流通连续变化，所 以可用于脏污流体的流量测量，并在大管径流量测量方面应 用较多。 喷嘴：居中。由于其坚固性，一般用于高速的蒸汽流量测量。 流出系数的稳定性：孔板差，喷嘴好。 压力损失：孔板大，喷嘴小，文丘里管更小。
先替换： q v
1
4

1 4
1
d
2
2

p
qm
式中

1 4 4
d 2 2 p
d 是工作状态下节流件开孔直径
是工作状态下节流件开孔直径比， d / D
采用流出系数修正后为：
qv
E

4
1
d
2
2

p

qm
C 1 4

4
d
2
2 p
1
p Kq2 说明：
q 即：p 、 为非线性关系；
差压变送器内增添开方运算功能，将标准电流 信号进行开方。
q很小时，灵敏度显著降低，使得差压计相对误 差急剧增大，测量范围通常为1/3上限～上限。
流体密度为节流装置上游取压口处的流体实测密度。 可压缩流体的 1 f p，T，成分 ，所以当温度、压力 或成分有变化，则 p 就有变化，应进行密度修正。
6.2.2 流量公式
流体流经节流件时压力和流速变化情况
伯努利方程和连续性方程
p1 v p2 v 1 2 2 2
A2 v1 v2 A1 qm A2v2
2 2
2 1
2 2
A1v1 A2v2
1 2
若流体为不可压缩的：
2( p1 p2 ) v A2 2 1 ( ) A1
前提：不计叶轮转动时的摩擦阻力的影响，不计流体粘性阻力的 影响，不计磁电感应器产生的感应电流所引起的电磁反作用力矩 的影响。
v0tg r qv v0 F qv 1
f nZ Z 2 Ztg f qv qv 2rF
f
• 注意事项： 被测流体必须洁净，防止叶片被卡和减少轴与轴承 的摩擦。（过滤器） 被测流体的粘度和密度必须与仪表刻度标定时的流 体粘度和密度相同，否则重新标定。 安装方式要求与校验情况相同。进出口不能接反， 水平安装，前后直管段。（整流器）
电磁流量计测量原理及结构示意图
电磁流量计测量原理
E BDv
qv

4
Dv
2
4B E qv Kqv D qv CE
优点：压损极小；可测 流量范围大；适用管径 范围宽（最大可达 3m）；测量精度高， 线性度好。 不足：只能测量导电液 体（电导 1s/cm ）， 不能测气体、蒸汽及纯 净水、石油制品。
6.2 节流式流量计 节流式流量计是一种典型的差压式流量计。是目 前工业生产中用来测量气体、液体和蒸气流量的最常 用的一种流量仪表。在整个工业生产领域中，节流式 流量计约占流量仪表总数的50%以上。
优点 结构简单，安装方便，工作可靠，成本低，又 具有一定准确度； 有很长的使用历史，有丰富的、可靠的实验数 据，设计加工已经标准化。
第六章
流量测量
主 要 内 容
1
5.1 流量测量概述 5.2 节流式流量计 5.3 其它常用流量计简介
2
3
6.1 流量测量概述
1、意义
在工农业生产和科学研究试验中，流量都是一个很 重要的参数。例如，石油化工和电力生产过程 一方面：保证生产安全；
另一方面：有效地控制和监测生产过程，需要检测各种 流体的流量； 其他方面：同时为优化生产、提高效益提供重要依据；
3、常见的流量测量方法
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；
利用标准小容积来连续测量流量的容积式测量；
通过直接测量流体流速来得出流量的速度式流量测量 法； 以测量流体质量流量为目的的质量式流量测量法。 目前已投入使用的流量计已超过100种。从不同的 角度出发，流量计有不同的分类方法。P113
C R 2D
• 应用：广泛用于反应堆流量测量。 • 注意：测堆冷却剂流量时，先用实际工作流体 进行标定。如不进行标定，但精度要求达到 3%-5%时，须测定弯管的曲率半径和弯头内径。 • 上下游有足够的直管段。 • 取压口在中央管径上弯曲的最外侧和最内侧， 取压口直径大于 D 8 ，两个取压口对准。
6.3 弯管流量计
• 原理及流量公式
• 稳定流动的流体经过弯管时，由于离心力的作用在弯管 内、外侧壁上产生压力差。在弯曲中心最远与最近位置 上测得的压力差的平方根正比于流速，即正比于流量。
qm
qm

4
D
2
R 2 ( P P2 ) 1 2D

4
D2
R 2 P C D 2 2 P 2D 4
CE
4
E:速度渐进系数，与节流件的直径比有关。 C：流出系数， ：流量系数。它们由实验确定，与节流 件形式、取压方式、直径比、雷诺数、管道粗糙度有关。
另外，如果测量对象为可压缩流体，那么它在节 流过程中流体密度将发生变化，需要引入流束膨胀系 数修正采用节流件前的流体密度，最后，可压缩流体 综合流量公式表示为：
• 特点： • 弯管流量计在弯管内流动无障碍，所以没有压力 损失，且安装方便，价格低廉。对介质条件要求 低。 • 缺点是产生的压差小，是一种尚未标准化的仪表。 由于许多装置上有不少的弯头，所以它是一种便 宜的流量计。 • 弯头之间的差异限制了测量精度的提高，其精度 约在±5 ％ ——±10 ％，重复性可达±1 ％
6.2.1 节流式流量计的组成及原理 基本工作原理： 测量出节流装置两端的差压信号 来间接测量流量。 主要组成结构： 节流装置：将流量转换成差压信号， 也称“一次装置”，包括节流件、取 压装置和前后直管段。 差压计：测量差压、显示流量 也称“二次装置”，包括差压信号管 节流式流量计组成示意图 路和测量仪表（差压变送器、开方器、 1节流装置；2引压管路； 3三组阀；4差压计 显示仪表、积算器）。
2、测量流量的现状
现状： 迄今为止，流量的测量准确度较低，流量计的通用 性很差，流量计仪器的检定也很困难，因此流量计量的 研究领域和空间很广阔。 原因分析： 流体性质多样：单相与多相、牛顿与非牛顿、粘与 非粘、可压和不可压、汽化、结晶和清洁杂质等。 管路系统的多样性：圆和非圆、光滑和粗糙、弯曲 情况等。 流动状态多样：层流，紊流、满管、非满管，流量 大小。
6.2.3 节流装置的类型与结构 节流装置的组成和类型 由节流件、取压装置、以 及测量管段 好的节流件应当使得流量 和差压之间的关系较为稳定。 标准节流装置的结构
图5-6节流装置的组成示意图
从节流件、取压装置、以及测量管段三方面标准化 通常节流件选用标准孔板或标准喷嘴，取压方 式常采用环室取压、角接取压、法兰取压以及D-D/2 取压等方式。
家用自来水表 其结构如图。自进水口流人的 水经筒状部件周围的斜孔，沿切 线方向冲击叶轮。叶轮轴经过齿 轮逐级减速，带动各个十进制指 针以指示累计总流量。此后水流 再经过筒状部件上排孔，汇总至 出水口。
比较简单价廉，但准确度不高，一般只有2级左右。
6.6 电磁流量计（非接触导电液体）
依据：法拉第电磁感应定律，测量管道内的流动的导 电液体（等效于许多连续的导电薄圆盘）做垂直于 磁场的运动，产生感应电动势，电势大小与流量相 关。 磁场： 恒定磁场：适于测量时不易产生极化现象的非 电解液； 交变磁场：工业用的大部分形式（可减小极化 现象）。
质量流量是反映流量的最好方法（不受温度等环境参数 变化）。凡是没有特殊说明的流量，均指的是瞬时流量。
流体的物理性质与管流基础知识
流体的密度、粘度； 压缩系数和膨胀系数； 雷诺数； 管流类型； 流速分布与平均流速； 连续性方程和伯努利方程；）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， 3）允许误差和精度等级 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 流量仪表选型的一个重要技术指标。压力损失小，测 量成本低。反之则能耗大，经济效益相应降低。
qv

4
d
2
2

2
p
q m

4
d
2 p
标准节流装置的压力损失
1 p p 2 1
2
压力损失与节流件形式有关，随直径比的减小而 增大，随压差的增加而增加。
设计节流件是应对压力损失有所限制，不能超出 允许范围。
输入—输出关系的静特性： 节流装置的输入为 q ，输出为 p ，由流量公式可知：
• 原理： 涡轮机原理。 当变送器被安装在管道上时，涡轮就置于被测流体 中，流体流动时冲击涡轮叶片使之转动，其转速代 表了流体的流量。叶轮由导磁材料制成，当叶轮转 动经过磁电转换器中的永久磁钢时，转换器中的磁 路磁阻发生变化，在磁电转换器的线圈上感应出电 势，其频率与转速成正比。
• 流量——转速的转换原理：
流量测量的基础知识
dQ 1）瞬时流量（流量） q dt 单位时间内流过某一截面的物质数量（质量或体积）。
2）总流量（总量、累积流量） Q qd t
在某一时间内流过的物质数量。 质量流量 q m ： 单位：kg/s kg/h 3 3 流量表示法： 体积流量 qv ： 单位：m /s m /h 二者之间的关系： qm qv