第七章 流量测量-2014

4、节流式差压流量计的选用和安装
差压式流量计的选用：

管径、直径比和雷诺数范围的限制条件
测量准确度
允许的压力损失 要求的最短直管段长度 对被测介质腐蚀、磨损和污染的敏感性 结构的复杂性和价格、安装使用的方便性及长期 稳定性
差压式流量计的安装：





安装时，必须保证节流件的开孔与管道同心，节 流装置端面与管道轴线垂直，节流件上、下游有 必须长度的直管段 将节流件前后的压差用两根导压管传送至测压仪 表，按最短距离敷设。两根导压管应尽量保持相 同的温度 导压管应垂直安装，防止积存气体和水分。水平 安装时，倾斜度不小于1：10，顶部设放气阀，底 部设泄水阀 测量液体时，差压计低于节流装置安装；测量气 体时，差压计最好高于节流装置；测量蒸汽时， 相对位置同液体，两导管的冷凝水在同一水平面 测量粘性、腐蚀性或易燃流体时，应装隔离器
qm—质量流量 kg/s qw—重量流量 N/s qv—体积流量 m3/s
qw qv 转换关系： q m g

标准体积流量：温度为20℃，压力为 101325Pa测得的体积流量为标准体积流量。
流量计分类

速度式流量计：通过测量管道内流速求得流 体的体积流量。
差压式：孔板、文丘里管、毕托管、转子流量计 叶轮转速：水表、涡轮流量计 超声波式、电磁式、涡街流量计
二．涡轮流量计
1、结构图
涡轮流量变送器的结构图
1-紧固环 2-壳体 3-前导流器 4-止推片 5-涡轮叶片 6-磁-电转换器 7-轴承 8-后导流器
四、V型锥流量计
V型锥流量计

工作原理
伯努利方程

计算公式
qm
'
V
2 D 2 dV D2

4
DV
2
2 p
C 1 V4


特点
改变了节流布局，从中心孔节流改为环状节流，从而改
善了速度分布，缩短了节流件前后的直管段 测量精度高、长期稳定性好、耐磨损、压损小、测量范 围宽、适合于脏污介质流量测量等
测点布置
F n qV ui n i 1
F n qm i ui n i 1
矩形管道：矩形每边长度为200mm左右，在小矩形 的中心布置测点 圆形管道：可采用中间矩形法和对数线性法
r2i 1 2i 1 R 2n

以等环面法为例：
将截面分成几个面积相等的
同心圆环。一般要求n≥5， 直径小于300mm时，可取 n=3
流量公式
f Vf g Vf g pAf
p Vf g ( f ) / Af
qv A0
由上面两式 由于锥度小
2

p
2 gV f Af
qv A0
A0
qv C

2
Af
f
dnh Ch
f h
流量公式
2 gV f
适用于中小管径和低流速的中小流量测量 耐高温高压 临界雷诺数低 压力损失小而且恒定 对上游直管段要求较低，刻度近似直线 被测介质与标定流体、工作状态与标定状态 不同时，应进行刻度换算 受被测介质密度、粘度、温度和压力等因素 影响，准确度一般在1.5级左右

HH50系列智能金属管浮子流量计
容积式流量计：流体在单位时间内经过流量 仪表排出的固定容积数量的多少来测量流量。 如：腰轮、椭圆齿轮、刮板流量计等 质量流量计

第三节 差压式流量计
一、利用毕托管测量流量
问题？
利用毕托管所测得的是点流速，而由于流体的 粘性作用，管道内截面上各点的分布并不均匀，而 要想得到管道内流体的流量需要得到管道内的平均 流速，而管道内哪一点的流体流速等于平均流速呢？
刻度校正
转子流量计在出厂时，以标态下空气流量 标定测量气体的流量计，以水的流量标定对 于测量液体的流量计。当转子流量计用于其 他气体或液体流量测量时，应进行密度修正
k
( f ) 0 ( f 0 )
ρ0、ρ分别为标定流体和实际流体的密度
qv Ch
2 gV f Af
按中间矩形法布置测点：在
每一个圆环内布置测点，测 点所在圆周恰将圆环面积平 分，推荐均布四个。也可按 切比雪夫法布置测点。
平均流速等于各点流速的平均值
中间矩形法测 点布置图
二．利用节流装置进行流量测量

组成：节流装置、导压管、显示仪表
信号变换
仪表组成
节流现象
连续流动的流体流
过安装在管道内的节流 装置时，管内流束局部 收束，从而使流速增加， 静压降低。在节流装置
第7章 流速及流量测量
第二节 流量测量概述
定义
流量：单位时间内流过管道或设备某截面流 体的数量，亦称瞬时流量。 总流量：在一段时间内流过流体量的总和， 也可用在这段时间内对瞬时流量的积分，又 叫累积流量。 平均流量：总流量除以得到总流量的时间间 隔称该段时间内的平均流量


按数量表示方法分类：质量流量、体积流量 和重量流量
0 qv 0 0 T p
1.205 4 (27 273) 2.18m3 / h 350000
2） qv qv 0
0 p0T 3 8.25 m /h H 0 pT0
2
不同转子形状的流量 随直径比的变化曲线
流量系数与雷诺数的关系 1-旋转式浮子 2-圆盘式浮子 3-板式浮子
结论：截面2处流速最大，流体的静压力最低
2、流量基本方程式
假设流经管道的流体为不可压缩的流体，对截 面1、2列方程式：
1 1 '2 2 连续运动方程： D u1 d u2 4 4
（1）
2 2 1 1 u1 p2 u2 （2） 伯努利方程： p1 2 2
由(1)式得：
d u1 u2 D
'
2
（3）
代入(2)式得：u2
1 1 D
' 4
2
d
p1 p2
（4）
对上式进行如下处理：
引入直径比β，即
u2
1 d ' / D
4
1
2
p1 p2
d D
引入流束系数比μ，即
d 2 d 2 ' ' p p 2 引入取压系数ψ，即 1 p1 p2
三．转子流量计
恒压降变截面
流量不同，转子的高度不同
qv A0
2

p
A0为转子与锥形管间的环形流通面积
看看原理吧
（ 1）当压差 Δ p对转子产生向 上的作用力与介质对转子的 浮力之和等于转子重量时， 转子就处于平衡状态。 （ 2 ）流量的增加时，平均流 速增大，差压增大，转子上 升， A0 增大，流速降低，静 压差减小，转子平衡。反之 亦然
例１ 采用孔板、差压变送器组成的测量系统 测量管道内流体的流量。已知差压变送器的 量程为0~0.6KPa，输出4~20mA，对应流体 的流量为0~ 4.0m3 / s 。求：1）当仪表的指示 流量为 2.0m3 / s 时，对应的孔板两端的输出压 差为多少？2）当差压变送器的输出为12mA 时，流体的流量为多少？
先看看管道内流体的速度分布 （1）层流：
r 2 ur umax 1 R
u 1 2 umax
（2）紊流：
r0=0.7071R
1 n
r ur umax 1 R r =0.762R u 1 u 0 2 max
所以知道被测流体的 状态，就可根据流体 的流速分布情况布置 测点
转子流量计的使用说明

流量系数α与转子形状及管道的雷诺数有关， 当 α为常数，体积流量qv与转子高度h成线性； 被测介质粘度是影响α的主要因素 转子流量计主要适用于小流量测量 转子流量计必须垂直安装，不允许倾斜 介质流向从下向上，不能相反 转子流量计有玻璃管和金属管两种
转子流量计的特点
Q Qmax
p pmax
Q 12 4 Qmax 20 4
测量范围：液体：见M系列标准流量范围表； 气体：需要根据具体的用途进行计算 量 程 比：1：10（稳定液体） 精 度：默认压差（500）毫巴的+/-1%F.S.， 相当于液体或气体在推荐条件下的全量程范围 <+/-2%的流量精度。实际精度取决于安装条件、 介质以及流体外形等因素。 浸湿材料：铜合金及316L不锈钢，或全部为316L 不锈钢 Ｏ 型 圈：氢化丁腈橡胶（HNBR）或FPM氟橡胶 最大压力：10巴 补偿温度范围：-10 ~ 80 °C 外壳材料：PC/ABS内衬导电层 保护等级：IP67（NEMA 4X） 电 源：8-28 VDC 两线制回路供电 输 出：4-20mA 1个低/高报警MOS输出 RS485与计算机通过M-WIN软件进行 通讯，设定或显示各项参数 输 入：在现场通过M-WIN对参数重新进行设 定 软件套件：1张CD、连线及接头（选购件） 过程连接：D15-DN25（1/2"，3/4"，1" BSPF）
m＝A0/A＝β2
3、标准节流装置
（1）标准节流装置取压方式
角接取压 法兰取压 环室取压
标准孔板：
直接钻孔取压
标准喷嘴：角接取压
文丘里管：角接取压
角接取压
法兰取压
（2）标准节流装置的适用条件

流体条件和流动条件
标准节流装置只适用于圆形截面的管道中单相、
均质牛顿流体；流经节流装置时不发生相变
流体应充满圆管，流速小于亚音速，并连续稳定
流动或随Baidu Nhomakorabea间缓慢变化
流体在到达节流件前应是充分发展的紊流，且流
束与管道轴线平行，不得有漩涡
（2）标准节流装置的适用条件

管道条件
安装节流件的管道必须是直的圆形管道，管道
内壁洁净
节流件上、下游的直管段长度应符合标准的要
求
节流装置示意图 1-上游侧第二个局部阻力件 2-上游侧第一个局部阻力件 3-节流元件 4-下游侧第一个局部阻力件
则式（4）可写为：
u2

1 2 4
2

p1 p2
体积流量（以节流件开孔面积计算）为
qv Au2

4
d
2

1
2 4
2

p1 p2
流量系数α
m3/s
即体积流量表示为
qv

4
d
2
2

p A0
2

p
m3/s
国际上多用流出系数C代替流量系数α，两者关系为 C 1 4 用流出系数表示的体积流量公式为
qv C 1
4
A0
2

p
m3/s
C
4
质量流量公式为 qm
1
A0 2p
kg/s
若流体为可压缩性流体，则
qv A0 2P


C 1
4
A0
2P

m3/s kg/s
qm A0 2P
C 1 4
A0 2P
流量系数α由实验决定，与节流件形式、取压 方式、ReD及孔径比β等有关。
第四节 叶轮式流量计
大家都见过水表吧 一．水表分类
根据水流特点： 切线流：旋翼式（单流束、多流束） 轴流式：螺翼式 根据流量指示部分位置： 湿式水表：流量指示部分处于水中 干式水表：流量指示部分处于空气中
切线流叶轮式水表
（a）单流束（b）多流束
自来水表结构图
1-安装齿轮处 2-上排孔 3-出水口 4-进水口 5-筒状部件 6-叶轮 7-斜孔
前后产生一定的静压力
差的现象
常用的节流元件型式 （a）孔板（b）喷嘴（c）文丘里管
节流元件前后压力和流速变化情况
节流元件前后压力和流速变化情况
1、节流件的工作原理
流体的连续性方程： 1 1 '2 2 D u1 1 d u2 2 4 4 伯努利方程：
2 2 1 1 1 u1 p2 2 u2 p1 2 2
f 0 0
（1）介质为液体 k1
( f )0 ( f 0 )
p0T pT0
（2）介质为空气
0 k2 0 k2
或 k2
（3）介质为非空气
p T 0 0 或 k2 pT0 0
例２ 某气体转子流量计，厂家用空气在标准状态下 （p0=101325Pa、t0=20℃）标定，现在用来测量 p=350000Pa、t=27℃的气体，求：1）测量空气流量 时，流量计显示4m3/s时的实际空气流量为多少？ 2）测量氢气流量时，流量计显示4m3/s时的实际空气 流量为多少？已知标准状态下空气和氢气的密度分别 为1.205kg/m3和0.084kg/m 解：1）qv qv0