第三章 流量检测及仪表

流量检测方法及仪表
（5）差压计安装或使用不正确：
三阀组：两个切断阀和一个平衡阀构成的三阀组。见图3-25 三阀组中3个控制阀在启用和停止时的开关顺序： 启用压力计时：先打开平衡阀，再打开切断阀，然后关闭平衡 阀，保证正负腔压力基本平衡； 停用压力计时：先打开平衡阀，再关闭切断阀。 在进行校验前应先打开平衡阀使两腔的压力平衡。 若被测介质具有腐蚀性，应采取隔离措施（采用中性介质作隔 离液并注意密度的不同情况）
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测量管道条件 测量管道截面应为圆形，节流件及取压装置安装在 两圆形直管之间。 节流件附近管道的圆度应符合标准中的具体规定。 当现场难以满足直管段的最小长度要求或有扰动 源存在时，可考虑在节流件前安装流动整流器，以 消除流动的不对称分布和旋转流等情况。安装位置 和使用的整流器型式在标准中有具体规定。
变面积式测量方法示意图
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转子的受力平衡条件：
V ( ρt − ρ f ) g = ( p1 − p2 ) ⋅ A
∆p = p1 − p2 = V ( ρt − ρ f ) g / A
因V、A等都为常数，所以测量过程 中压力差不变。即：定压变节面 在压差不变的情况下，流量与环隙 面积有关，而环隙面积与转子的高 度有关，因此，流量与转子高度具 有一定的关系，即：
常用的节流装置
文丘里管
压力损失最小
喷嘴
孔板
压力损失最大
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节流装置的取压方式
流量根据前后压差计算，因此取压方法很关键，根据节流装 置取压口位置可将取压方式分为理论取压、角接取压、法兰 取压、径距取压与损失取压五种:
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目前广泛采用的是角接取压法，其次是法兰取压法。 角接取压法比较简便，易实现环室取压，测量精度较高。 法兰取压法结构较简单,易装配,计算方便，但精度较低。
差压 计
差压式流量计
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差压式流量计组成
节流装置：安装于管道中产生差压，节流件前后的差压与 节流装置： 流量成开方关系。 引压导管： 引压导管：取节流装置前后产生的差压，传送给差压变送 器。 差压变送器： 差压变送器：产生的差压转换为标准电信号（4-20mA）。
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标准节流元件
1-节流元件 2-引压管路 3-三阀组 4-差压计 节流式流量计组成与实物图 流量检测方法及仪表
检测原理: 检测原理 应用动压能和静压能转换的原理检测流量
• 节流现象: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。 • 当流体流经管道内的节流件时，流速 将在节流元件处形成局部收缩，因而 流速增加，静压力降低，于是在节流 件前后便产生了压差。 流体流量愈大，产生的压差愈大，这 样可依据压差来衡量流量的大小。 • 基础：流体连续性方程（质量守恒定 基础： 律）和伯努利方程（能量守恒定律）。 • 压差影响因素： 压差影响因素： 流量、节流装置形式、管道内流体的 物理性质（密度、粘度）
标准孔板 标准喷嘴
结构简单，安装方便，适合大流量的测量 标准文丘里管 结构复杂，压力损失比孔板小
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标准节流元件的结构形式 a. 标准孔板 标准孔板是一块具有与管道同心圆 形开孔的圆板，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。 结构简单，加工方便，价格便宜 压力损失较大，测量精度较低，只 适用于洁净流体介质，测量大管径 高温高压介质时，孔板易变形。 流量检测方法及仪表
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流量检测的基本概念
瞬时流量:单位时间内流体通过一定截面积的数量。 瞬时流量 单位时间内流体通过一定截面积的数量。 单位时间内流体通过一定截面积的数量 体积流量:用流体的体积来表示（ ），单位为m /h。 体积流量:用流体的体积来表示（Q），单位为m3/h。 单位为 质量流量:用流量的质量来表示（M），单位为kg/h。 质量流量:用流量的质量来表示（ ），单位为kg/h。 单位为kg/h 累积流量:一段时间内流体体积流量或质量流量的累积值。 累积流量 一段时间内流体体积流量或质量流量的累积值。 一段时间内流体体积流量或质量流量的累积值
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本节主要内容
• (∆)速度式流量计：
– – – – – 压差流量计 转子流量计 电磁流量计 涡轮流量计 漩涡流量计
• (∆)容积式流量计：
– 齿轮式流量计
• 质量式流量计：
– 间接式质量流量计 – 直接式质量流量计
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1. 差压式流量计 差压式流量计基于流体在通过流动阻力元件时产生的 压力差与流体流量之间的关系，通过测量压差值求得 流体流量。
流量与压力差的平方根成正比，若不加开发器，刻度不均匀
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差压式流量计的主要特点
历史悠久、技术成熟、应用最广泛。
孔板
引压 管
测量对象：流体方面，单相、混相、洁净、脏污； 测量对象 工作状态：常压、高压、真空、常温、高温、低温； 工作状态 管径方面：从几毫米到几米； 管径方面 流动条件：亚音速流、临界流、脉动流 流动条件 节流式特点： 结构简单、使用寿命长，适应能力强， 几乎能测量各种工况下的流量。
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（3）质量流量的测量方法
直接法：利用检测元件，使输出信号直接反映质量流量。 基于科里奥利力效应的检测方法。
间接法：用两个检测元件分别测出两个相应参数，通过运算间 接获取流体的质量流量。 ①ρQ2检测元件和ρ检测元件的组合； ②Q 检测元件和ρ检测元件的组合； ③ρQ2检测元件和Q检测元件的组合。
Q = φh 2 gV ( ρt − ρ f )
工作原பைடு நூலகம்图
ρf A
φ − 仪表常数
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转子式流量计与差压式流量计在工作原理上的差别： 转子式流量计与差压式流量计在工作原理上的差别： 差压式流量计是在节流面积保持不变的情况下，以压力差的变 差压式流量计 化反映实际流量的大小；（恒节流面积，变压降） 转子式流量计则利用节流面积的改变来维持压力差的不变，是 转子式流量计 恒压降、变节流面积的测量方法。
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⑵转子流量计结构 ①玻璃管转子流量计 主要由玻璃锥形管、转子和支撑结构组成。流量示 值刻在锥形管上 。 ②金属管转子流量计 金属管转子流量计的锥形管采用金属材料制成，其 流量检测原理与玻璃管转子流量计相同。金属管转 子流量计有就地指示型和电气信号远传型两种 。
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按测量途径分类： • 容积式流量计
– 采用单位时间内所排出固定容积空间的数目作为测 量依据来衡量过流容积。
• 速度式流量计
– 以测量流体在管道内的流速作为依据来计算流体的 流量。如：差压式、转子式流量计等。
• 质量流量计
– 以计算流过流体的质量为依据来计量流体的流量。 流量检测方法及仪表
节流元件附近流速和压力分布情况
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流量基本方程式
根据流体力学的伯努力方程和流体的连续性方程，可以推 导出流量与压差之间的流量方程式，即： 体积流量 质量流量
Q = αεΑ 0 2∆p / ρ
Μ = αεΑ 0 2∆pρ
式中：α——流量系数。与节流元件，取压方式、雷诺系数等有关。 ε——膨胀校正系数 A0——节流装置的开孔截面积 ρ——节流装置前的流体密度 Δр——节流装置前后实际测得的压力差
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非标准节流装置
a.1/4圆喷嘴 b. 锥形入口孔板 c. 圆缺孔板
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标准节流装置的计算类型 ①流量计算 这类计算命题是在管道、节流装置、取压方式、 被测流体参数已知的情况下，根据测得的差压值计 算被测介质流量。属校核计算，常用在使用现场， 所依据的基本公式是流量公式。 ②设计节流装置 这类计算命题是要根据用户提出的已知条件以 及限制要求来设计标准节流装置，属设计计算。
向上的推力＝（重力－浮力）时，转子浮在一定的高度上； 当流量增大时，流速增大，作用在转子上向上的推力增大，即：向上的推力（上面的 压力与下面的推力之合力）>重力，转子的位置升高； 转子升高导致环隙增大，流速减慢，向上的推力减小；但此时向上的推力仍>重力； 当向上的推力减小到重力时，转子的位置不再变化，稳定到一个新高度。 由此可以看出：流量与流速有关，而流速取决于转子的位置（高度），流量与转子高 由此可以看出 度一一对应。若在锥形管的外沿高度上刻好流量值，则由转子高度可直接读取通过 的流量，同时可根据转子位置进一步转换获得相应的电气信号。
标准孔板
b. 标准喷嘴 标准喷嘴是一种以管道轴线为中心线的旋转对 称体，主要由入口圆弧收缩部分与出口圆筒形喉部 组成,有ISAl932喷嘴和长径喷嘴两种型式。 。
ISA L932
喷嘴
ISA1932喷嘴 流量检测方法及仪表
c. 文丘里管
文丘里管压力损失最低，有较高的测量精度，对流体中的悬浮物不 敏感，可用于污脏流体介质的流量测量，在大管径流量测量方面应 用的较多。但尺寸大、笨重，加工困难，成本高，一般用在有特殊 要求的场合。
累积体积流量
t
t
Q总 = ∫ Qdt
0
累积质量流量
M 总 = ∫ M dt
0
流量计量－对在一定通道内流动流体的流量进行测量 流量计量－对在一定通道内流动流体的流量进行测量。 流量计与计量表的区别： 流量计与计量表的区别： 测量流体流量的仪表一般叫流量计； 流量的仪表一般叫流量计 测量流体流量的仪表一般叫流量计； 测量流体总量的仪表称为计量表。 总量的仪表称为计量表 测量流体总量的仪表称为计量表。
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（4）导管安装不正确或堵塞、渗漏等引起测量误差：
45° 45° 45° 45° 45° 45°
A 液体： 注意排气；导压管 垂直向下或一定的 倾斜坡度