流量计基础知识

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(根据实验数据作出流出系数对雷诺数的曲线)
2 流量测量仪表
2.1 差压式流量计 2.2 容积式流量计 2.3 速度式流量计 2.4 质量流量计
8.2.1 差压式流量计
差压式流量计基于流体在通过设置于流通管 道上的流动阻力件时产生的压力差与流体流量之 间的确定关系,通过测量差压值求得流体流量。 1. 节流式流量计
(4) 层流(Re≤2000)与紊流(Re≥4000) 管内流体有两种流动状态:层流和紊流。层
流中流体沿轴向作分层平行流动,各流层质点没 有垂直于主流方向的横向运动,互不混杂,有规 则的流线。紊流状态管内流体不仅有轴向运动, 而且还有剧烈的无规则的横向运动 。
6. 流速分布与平均流速
流体有粘性,当它在管内流动时,即使是在同一
(2)节流装置
①标准节流装置的适用条件 a. 流体必须是牛顿流体,在物理学和热力学上是均
匀的、单相的,或者可认为是单相的流体 。
b. 流体必须充满管道和节流装置且连续流动,流经 节流件前流动应达到充分紊流,流束平行于管道轴 线且无旋转,流经节流件时不发生相变。
c. 流动是稳定的或随时间缓变的 。
②标准节流元件的结构形式
(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。
(5)流出系数(流量系数)
流出系数为实际流量和理论流量的比值。 C=实际流量/理论流量
(6)流量计的特性曲线
液、气 液、气、
蒸汽
液、气
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

50~1000 50~500 100~1200 25~9000 4~150 15~200
10~400
±1~2
±1 ±2 ±1~4
需直管段,压 损大
需直管段,压 损中等
需直管段,压 损小
流量测量技术
➢1 流量测量的基础知识 ➢2 流量测量仪表 ➢3 流量标准装置
1 流量测量的基础知识
➢ 1.1流体的物理性质与管流基础知识 ➢1.2流量和流量计 ➢1.3 流量测量方法与流量仪表的分类
8.1.1流体的物理性质与管流基础知识
物质状态: 固体、液体、气体、(蒸汽)。
流体分类: 单相流、双相流、多相流。 均相流、非均相流、脉动流、气穴。
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)精确度和重复性(ISO5168) JJF 1001—1998《通 用计量术语及定义》
精确度是仪表给出接近被测量真值的示值能力。 重复性是仪表重复测量给出相同示值的能力。
流量仪表在规定的正常工作条件下允许的最大误 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。 相对误差:测量的绝对误差与相应测量值之比 引用误差:测量的绝对误差与满量程值之比 系统误差:测量点平均值与真值的偏差(零漂) 精密度误差:测量点相对平均值的分散程度 读数精度:某测量点误差/该点流量值 满量程精度:满量程流量点误差/满量程流量值 全量程精度:最大相对误差
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。
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
管路截面上,流速也因其流经的位置不同而不同。越 接近管壁,由于管壁与流体的粘滞作用,流速越低; 管中心部分的流速最快。流体流动状态不同将呈现不 同的流速分布。
V=Q/S V---介质流速;Q---介质流量;S---管道截面积。
Π=3.1415926
7. 流体流动的连续性方程和伯努利方程 (1)连续性方程 (2) 伯努利方程
在一定的温度下,流体体积随压力增大而缩小 的特性,称为流体的压缩性;在一定压力下,流体 的体积随温度升高而增大的特性,称为流体的膨胀 性。
压缩系数: 当流体温度不变而所受压力变化时,其体积
的相对变化率: k 1 V V P
k —流体的体积压缩系数,(1/Pa); V —流体的原体积,(m3);
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
8.1.3 流量测量方法与流量仪表的分类
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。
大气压力:大气相对绝对零以上的压力。
标准大气压(atm):1atm=101.325kPa(海平面) 表压力:压力表原件与大气压力之差。KPa(G) 差压:两个压力之差。KPa(D)、刻度差压。
温度(T)
温度:(T)表征物体冷热程度的度量。 摄氏温标(℃) : 在标准大气压下,以水的冰点为0 度,水的沸点为100度,中间分为100等分的温标。 华氏温标(℉):在标准大气压下,冰的熔点为32℉, 水的沸点为212℉,中间分为180等分的温标。 热力学温标(K):将-273.15℃作为零度的温标。 绝对零度:压强等于零时的温度。-273.15℃
P —流体压力增量,(Pa);
V —流体体积变化量,(m3);
膨胀系数: 在一定的压力下,流体温度变化时其体积的
相对变化率,即 :
ε 1 V V T
ε—流体的体积膨胀系数(1/℃);
V —流体的原体积,(m3);
V —流体体积变化量,(m3);
T —流体温度变化量(℃)。
4. 雷诺数
雷诺数是流体流动的惯性力与粘滞力之比,表示为:
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
结构原理
1、在流体的流动管道上装有一个节流装置,其内 装有一个节流件,其孔径比管道内径小,在节流件 前流体稳定的向前流动,流体流过节流件时由于孔 径变小,截面积收缩,使稳定流动状态被打乱,因 而流速将发生变化,速度加快,流体的静压随之降 低,于是在节流件前后产生压力降落,即差压。差 压的大小和流体流量有确定的数值关系,即流量大 时,差压就大,流量小时,差压就小。流量与差压 的平方根成正比。
(2) 可压缩和不可压缩流体的流动 流体可分为可压缩流体和不可压wk.baidu.com流体, 所
以流体的流动也可分为可压缩流体流动和不 可压 缩流体流动两种。
(3) 稳定流和不稳定流 当流体流动时,若其各处的速度和压力仅和
流体质点所处的位置有关,而与时间无关,则流 体的这种流动称为稳定流;若其各处的速度和压 力不仅和流体质点所处的位置有关,而且与时间 出有关,则流体的这种流动称为不稳定流 。
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。
ISA1932喷嘴
长径喷嘴
c. 文丘里管
文丘里管有两种标准型式:经典文丘里管与文丘 里喷嘴。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。
差压式流量计原理基于伯努利方程 和流体的连续性。
8.1.2流量和流量计
流量定义: 指单位时间内流体(气体、液体或固体颗粒等)流
经管道或设备某处横截面的数量,又称瞬时流量。 体积流量:当流体以体积表示时称为体积流量。
质量流量:当流体以质量表示时称为质量流量。
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)。
需直管段,压 损小
垂直安装
需直管段,
±0.5~ 需直管段,无
5
压损
±0.2~ 0.5
无直管段要求,
需装过滤器, 压损中等
±0.2
无直管段要求, 压损小
涡轮流量计
液、 气
4~600
±0.1 ~0.5
需直管段,装 过滤器
体 积

流 通过测量管 度 道截面上流
流 量 体平均流速

式 来测量流量 计
涡街流量计 电磁流量计
③节流装置的取压方式 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:
节流装置的取压方式
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,容易实现环室取压, 测量精度较高。法兰取压法结构较简单,容易装配, 计算也方便,但精度较角接取压法低些。
2、差压式流量计原理基于伯努利方程和流体的连 续性。
QV
CF 2D2 1 4 4
2P
Qv—体积流量,单位m3/h或Nm3/h CF—流出系数 β---直径比(AK为等效直径比) ε---气体膨胀系数 D---管道内径,单位m ρ---气体设计密度,单位kg/m3 △P---计算差压,单位Kpa
液、 150~ 气 1000

电 液
6~2000

±0.5 ~1
±0.5 ~1.5
需直管段
直管段要求不 高,无压损

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
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
固 体 粉 料

科氏质量流量计
液、 气
2. 流量仪表的分类
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
差流 时产生的压力
压量 差与流量之间
式计 有确定关系,

通过测量差压

值求得流量
文丘里管 均速管 转子流量计

靶式流量计


弯管流量计
液、气、 蒸汽
液、气、 蒸汽


间 同时测体积 体积流量经密度
接 式
流量和流体
密度来计算 质量流量
补偿 温度、压力补偿
液、 气
±0.2 ~2
±0.15
±0.5
3. 流量仪表的主要技术参数
(1)流量范围 指流量计可测的最大流量与最小流量的范围。
刻度流量、最大(小)流量、正常流量。
(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
F A du
dy
上式称为牛顿粘性定律。 F 粘滞力; A 接触面积;
du / dy 流体垂直于速度方向的速度梯度;
表征流体粘性的比例系数。
流体的动力粘度与流体密度的比值称为运动粘
度,即
动力粘度的单位为牛顿·秒/米2(N·S/m2),即
帕斯卡秒(Pa·S);运动粘度的单位为(m2/S)。
3. 流体的压缩系数和膨胀系数
1. 流体的密度 单位体积的流体所具有的质量称为流体密度,
用数 学表达式表示为:
M
M 流体质量;
V
流体的密度;
V 流体体积。
流体密度是温度和压力的函数,单位是(kg/m3)。
2. 流体粘度
流体运动过程中阻滞剪切变形的粘滞力与流体 的速度梯度和接触面积成正比,并与流体粘性有关, 其数学表达式为:
绝对温度:从绝对零度算起的温度。开尔文(K)
K=273.15+ ℃ 计算其体密度时,使用绝对温度。
标准状态
参照标准:ISO5024(1976) 压力 : 101.325kPa 温度: 0℃,20℃,273.15K,293.15K
国际单位制(SI)
质量:kg(千克) 体积:m³(立方米) 力:N(牛顿) 长度:M(米) 时间:S(秒)
牛顿流体: 流体的剪切力与速度梯度之比(粘度)为常数。 所有气体、大多数液体、均匀混合气体为牛顿流体 非牛顿流体: 流体的剪切力与速度梯度之比随剪应力而变化。
压力(P)
压力(压强): 垂直作用于物体单位面积上的力。 牛顿/平方米(N/㎡)、帕斯卡(Pa)
绝对压力:从绝对零算起的压力。KPa(A) 计算其体密度时,使用绝对静压。
Re uL uL
Re —雷诺数(无量纲数);
u —流动横截面的平均流速,(m/s); —动力粘度,(N·S/m2);
L —特征长度,(m); —流体的密度,(kg/m3);
—运动粘度,(m2/S)。
5. 管流类型
(1) 单相流和多相流
管道中只有一种均匀状态的流体流动称为单相 流;两种以上不同相流体同时在管道中流动称为多 相流。
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