热工参数测量之流量测量

3.质量法 （1）基本原理：通过直接或间接测量与流体质量流量有 关的物理量。 （2）基本形式 - 间接测量形式：测量出流体体积流量后乘以被测流体的 密度（其中密度用密度计测量或流体成分一定时用压力、 温度信号计算）或两个不同类型的流量计组合进行测量。 特点 • 与流体成分和压力、温度等状态参数有关，测量误差比 较大。 • 结构复杂，价格昂贵，应用受到一定限制。
标准孔板的取压方式有角接取压 和法兰取压两种形式。 环室取压 角接取压
压力信号稳定，费 材料，加工麻烦。
前、后环室装在节流件 两边，环室夹在法兰之间， 法兰和环室、环室和节流件 之间有垫片并夹紧。
单独钻孔取压
在孔板夹紧环上打孔取压。
法兰取压
节流件夹持在两块特制的法 兰中间，其间加两片垫片。
标准喷嘴的取压方式仅采用角接取压形式。
五、标准节流装置：符合国际建议和国家标准规定的节流 装置，包括用来产生差压的节流件、取压装置及节流件前 后的测量直管段。 （一）标准节流件：起节流作用，从而产生差压的元件。
1.标准孔板：用不锈钢或其他金属材料制造，具有与管道同心圆形 开孔的薄板，迎流一侧是有锐利直角入口边缘的圆 筒形孔，顺流的出口呈扩散的锥形。 特点 - 结构简单，体积小，加工方便，安装容易，节 省材料，造价低。 - 压力损失大，测量准确度低，只能用于测量清 洁的流体。
4 4
qv v 2 4
d '2
d 4 1 D
'
4
d '2

'2 qv d 4 d' 4 1 D
1
2 P1' P2'

流束收缩到最小截面2的位置与流动速度有关，另外 通常用实际固定取压点处的压力P1、P2替代P1’、P2’。
d ，径比 设d为节流件开孔直径，设收缩系数
- 直接测量形式：直接用流量传感器测量流体质量流量。 特点：不受流体的粘度及压力、温度等状态参数的影响。
①差压式流量计与密度计的组合
②体积流量计与密度计的组合
③ 差压流量计与体积流量计的组合
P 根据传热规律： qm C p t
其中，
热;
Cp
为流体的定压比
t 为两点温度的差。
三、流量测量仪表的分类
三、流量测量仪表的分类（续）
4.速度式流量计：当流体流过叶轮或涡轮时，叶轮或涡轮 受流体冲击产生旋转，流体的流速大小与叶轮或涡轮旋转 的速度有确定的关系。
5.容积式流量计：在测量过程中，可动元件与仪表壳体形 成的标准容积空间不断对流体进行度量，流量大小与度量 的次数有确定关系。
6.质量流量计：流体通过加热元件时，使元件自身温度或 周围温度场发生变化，温度变化与流量有确定关系。
第二节
2.1 2.2
流量测量仪表
差压式流量测量仪表 阻力式流量测量仪表
2.3
2.4 2.5 2.6
振动式流量测量仪表
速度式流量测量仪表 容积式流量测量仪表 质量流量测量仪表
差压式流量计是工业上使用最多的流量计之一。 据调查，在炼油厂、炼钢厂、发电厂等工业生产系统中使 用的流量计80%以上是差压式流量计。差压式流量计使用 之所以广泛，是由于结构简单、安装方便、有很长的历史 背景、有可靠性高的实验数据。 差压式流量计使用也非常方便，一旦按照“标准”要 求加工成形，并按规定安装以后，进行流量测量时，不作 标定也能在规定误差的范围进行流量测量。标定过程可以 省略，这一点是很大的优点，这个优点产生的背景是广大 研究人员实验数据的积累。
轴，不同心度不应该超过0.015D(1/β-1)。
（二）取压装置：指取出 差压的位置和取压口结构 形式。
• 理论取压装置：上游侧取压孔的轴线至节流件上游端面的距离 为lDm±0.1Dm，下游侧取压孔的轴线至孔板上游端面的距离因 值不同而异。该距离理论上就是流束收缩到最小截面的距离。 • 角接取压装置：上下游取压孔位于节流件的前后端面处。 • 法兰取压装置：上下游侧取压孔的轴线至节流件上、下游侧端 面之间的距离均为25.4±0.8mm（1inch)。取压孔开在节流件上 下游侧的法兰上． • 径距取压装置：上游侧取压孔的轴线至孔板上游端面的距离为 1Dm±0.1Dm，下游侧取压孔的轴线至节流件下游端面的距离为 0.5Dm。 • 损失取压装置：上游侧取压孔的轴线至节流件上游端面的距离 为2.5Dm，下游侧取压孔轴线至节流件下游端面的距离为8Dm．
（三）节流件前后测量直管段：确保流体流动在节流件前后充满全
部管道流动。它反映了节流装置所测差压与流量间的关系，与节流 件上下游侧拐弯、扩张、缩小、分岔及阀门等局部阻力件的形式、
节流件开孔直径比β及流体在节流件前后的流动情况有关。
L1的长度取决于节流件上游第一个阻流件的形式和β值。 L2的长度取决于节流件下游第一个阻流件的形式和β值。 L0的长度按节流件上游第二个阻流件的形式和β=0.7查表中L1的 一半。
• 体积流量（qv）:单位时间内，通过有压管道或设备某 一有效横截面的流动介质的体积。 质量流量和体积流量的关系：qm qv 标准体积流量：温度20℃（或0℃），1.01×105Pa绝对 压力状态下的体积流量。
• 累计流量（Q）：在一定的测量时间间隔（t1~t2)内，通 过有压管道或设备某一有效横截面流动介质数量总和。
Q qdt
t1
t2
• 平均流量（q ）：在一定的测量时间间隔（t1~t2)内，通 过有压管道或设备某一有效横截面流动介质数量平均值。
t2 1 q qdt t2 t1 t1
二、常用的流量测量方法
1.容积法
（1）基本原理：单位时间内，若流体以固定的已知标准 体积V从流量计中逐次排放流出，测量过程中，对排放次 数n进行连续计数即可以求得通过仪器的累计体积流量。 若测出排放的频率，即可以显示瞬时体积流量。 （2）特点 • 优点 - 流体流动状态和雷诺数对测量的影响小，容易准确计数， 测量准确性较高。 - 适于小口径管道和高粘度低雷诺数流体流量的测量。 • 缺点 - 不宜用于测量高温高压和脏污介质的流量。 - 测量上限不能很大。

2
四、流量公式
q f (p)
1.不可压缩性流体的流量公式 设流体流过节流件时， 流体不对外做功，和外界没 有热交换，并忽略流动阻力 损失，则ρ1=ρ2 =ρ。
由能量守恒定律，对截面1和截面2写出伯努利方程： 2 P1' v 12 P2' v 2 1 2 2 2 由质量守恒定律对截面1和截面2写出一元流动连续性方程： 2 '2 ' ' 1 D v 1 2 d v 2 2 P P 1 1 2
特点 - 加工困难，成本高。 - 压力损失显著减小，测量准确度较高，可以用于脏污流体的流量 测量。
4．节流件的安装要求
•
安装节流件时必须注意它的方向性，不能装反。例如 节流件安装在管道中时，要保证其前端面与管道轴线
安装孔板时，必须使它的直角入口侧迎向流体的流向。
•
垂直，偏差不超过10；还要保证它的开孔中心轴与管道同
1.差压式流量计：在管道中安装流量测量装置，流体通过 测量装置时，流量与测量装置前后的差感受流体冲击作用力的 检测元件，检测元件受到的冲击作用力与流量有确定的关 系。测量时流体冲击作用力与另外已知的外作用力相平衡， 则待测流量与已知外力有确定关系。
3.振动式流量计：利用流体受阻后，产生自激振荡的漩涡， 漩涡的振荡频率与流量有确定关系进行测量。
二、基本组成
q 流量信号 节流装置 p1 p2 差压信号 导压管路 p1 p2 差压信号 差压计 ⊿p或q 差压或 流量信号
1.节流装置：即安装在流体流动的管道中的阻力元件，包 括改变流通横截面积的节流件和取压装置，用于将流量信 号变换成差压信号。 2.导压管路：将节流装置前后的压力信号送至显示仪表。 3.差压计 • 显示差压信号或者直接显示被测管道或设备的流量。 • 将导压管路输出的差压信号变换成标准电信号或气压信 号，再由差压计指示差压值直接显示被测管道或设备的流 量。
对于可压缩性流体，将流体的可压缩性的全部影响 集中用流束膨胀系数ε考虑，则
2 2 P1 P2 。 qv d 2 4 1 4

2 2 P1 P2 qv d 2 4 1 4
不可压缩性流体 1 可压缩性流体
0p p 1
' 2
d 取压系数 D
P P , 则
' 1
' 2
d
，
。
P1 P2
2 2 P1 P2 qv d 2 4 1 4
1.不可压缩性流体的流量公式
2 2 P1 P2 qv d 2 4 1 4
2.可压缩性流体的流量公式
第四章
第一节 第二节 第三节
流量测量
流量测量的基本知识 流量测量仪表 流量测量系统的故障分析
流量能反映生产过程中物料、工质或能量的产 生和传输的量。 在电力生产过程自动检测和控制中，为了有效 地操作、控制和监测，需要检测各种流体的流量。 此外，对物料总量的计量还是能源管理和经济核算 的重要依据。流量检测仪表是发展安全生产、节约 能源、提高经济效益和管理水平的重要工具。
第一节
流量测量的基本知识
一、流量和流量的表示方法
1.流体：液体和气体没有一定的形状和体积，并且容易流 动，统称为流体。
2.流量（瞬时流量q）：单位时间内，通过有压管道或设 备某一有效横截面的流动介质的数量。
dQ q dt
3.流量的表示方法
• 质量流量（qm）：单位时间内，通过有压管道或设备某 一有效横截面的流动介质的质量。
三、流体流动情况分析
• 在截面1处，流体没有受 到节流件的影响，流体充满 整个管道流动。设流束直径 为D，流体中心压力为P1’， 平均流速为v1，流体的密度 为 ρ 1。