第三章 第三节流量检测

D
D/2
D
(d)D-D/2取压
（三）差压式流量计的测量误差
使用时的工艺条件与设计时的条件要相同。 从安装中找原因：
1.节流装置的安装
(1)节流元件的入口端面要与管道轴线垂直,其偏差不超1°。 (2)保证节流元件与管道同心,不同心度不超过0.015D(D/d-1)
(D:管道直经;d:孔板开孔直经)。
标准化内容包括：节流装置的结构、尺寸、加工 要求、取压方法、使用条件等。 包括节流元件和取压装置。
标准节流元件 ① 标准孔板
孔板是一块加工成同心圆的具有锐利直角 边缘的薄板。孔板开孔的上游侧边缘应是 锐利的直角。
特点：a. 结构简单，安装方便，适 用于大流量的测量。
b.压力损失较大；
c.一般只适用于洁净流体。
测蒸气时, 取压点在节流装置中心水平线位置引出。
α
α
（a）液体α≤ 450
（b）气体α≤ 450
3.引压管线的安装 (1)引压管线内径一般不小于6mm一般在10-18mm之间。
(2)长度不超过50m,最好在 16m之内。
(3)引压管线水平敷设时,要 有1:10-1:20的倾斜度。
(4)如被测介质有腐蚀性时应 在引压管上加隔离罐(如 图所示)。
（二）节流原理及流量基本方程
1.节流原理
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 称为节流现象。
节流元件：改变管道中流体流通截面积的元 件。一般是使管道中的流体产生局部收缩。 包括孔板、喷嘴、文丘里管等。 工作原理： 动能与静压能转换的原理。
能量守恒定律
用于远传,高温、高压场合。 差动变压器实现流量变送
4.转子流量计示值修正
流量计的刻度是在工业标准状态(20℃，0.10133MPa) 下,以水(液体)或空气(气体)为介质单独标定得到的。 实际使用时,若被测介质密度或工作状态不同,必须进 行修正。 1）液体流量的修正
标定时：
Q0 = φh
2V (ρt − ρw )g ρw A
为保证节流装置前后流体流动状态稳定，在节流装 置的上、下游须配置一定长度的直管段。
4.标准取压方式 1）角接取压:有两种取压方式 ①环室取压:在节流元件上、下游两侧端面有一道
环形缝隙，产生的静压经缝隙进入环室。
1－管道法兰； 2－环室； 3－孔板
对于孔板，用于 工作压力为 6.4MPa以下，管 道直径50-520mm
第三节 流量检测及仪表
概述 差压式流量计 转子流量计 容积式流量计 涡轮流量计 电磁流量计 漩涡流量计
一、概 述
1.瞬时流量 单位时间内流过某一截面的流体数量。可采用 体积或质量流量来表示。 2.体积流量 单位时间内流经某一有效截面的流体体积 。
Q = vA 常用单位：l/h， m3/h 等 。
（3）质量式流量计
主要是测量流过流体的质量。
二、差压式流量计
（一）概述 基于流体流动的节流原理,利用流体 流经节流装置时产生的压力差而实 现流量测量。
差压式流量计的组成:
1.节流装置(节流元件和取压装置)
v→△P
2.引压管路与三阀组
将△P →差压计, 回零检查及维修。
3.差压计(差压变送器)
△P →4-20mA信号输出
ΔP = 12500(Pa )
(2) 320 = 25000
Q 12500
Q = 226.3(m3 / h)
Q = αεF0
2 ΔP ρ1
2、用差压式流量计测量流量，原设计范围为 0-320m3/h，电动Ⅲ型差压变送器的量程为 0～100KPa，问： (1)当变送器输出13mA时，对应流量是多少? (2)若采用量程为0～125KPa的变送器，此时 变送器的输出应为多少?
②单独钻孔取压:在节流元件两侧夹紧环上直接钻孔取压。 适用于孔板、喷嘴。
1－管道法兰； 3－孔板； 4－夹紧环
对于孔板，用于工 作压力为2.5MPa 以下，管道直径 50-1000mm
2）法兰取压:距节流件前后端面1英寸(25.4mm)处取压。 仅适用于孔板。
X
X
(C)法兰取压
3）径距取压:距节流件前端面1D、节流件后端面D/2 处取压,适用于孔板和喷嘴。
解:(1)
320 = 20 − 4 Q 13 − 4
Q = 240m3 / h
(2)
320 = 100 240 ΔP
125 = 20 − 4 56.25 I0 − 4
ΔP = 56.25KPa
I0 = 11.2mA
三、转子流量计
1.工作原理 转子在垂直锥形管中随流量变化而升降,改变流通面 积进行流量测量。 也可以说利用节流的原理工作的。
(5)引压管上应安装阀门。
4.差压计与三阀组的安装
节流装置只是产生差压,差压计 将差压测量出来用于显示、记 录或控制。 （1）差压计
差压变送器
ΔP → Io → 控制室
安装在能满足正常工作条件下的场合 （温度、湿度、腐蚀性、振动等）。
（2）三阀组
三阀组作用： 1.防止差压计启动和停运时,由
于单向受压而损坏。 启动顺序： ①打开平衡阀2； ②打开切断阀1或3（先后无关）; ③关闭平衡阀2。
3.质量流量 单位时间内流经某一有效截面的流体质量。
M = ρvA 常用单位：t/h，kg/h 等。
4.累积流量(总量)
某一段时间内流经某一有效截面的流体总和。
（1）体积累积流量
某一段时间内流经某一有效截面的流体体积总和。
∫t
Q总 =
Qdt
0
常用单位：l，m3 等
（2）质量累积流量
某一段时间内流经某一有效截面的流体质量总和。
3.压力损失小一般只有50-500Pa。
4.常用仪表口径40～50mm以下,最小可到1～4mm。玻 璃管流量计最大口径100mm,可以测量小流量几升/ 小时—几百立方米/小时。
5.转子流量计只能用于自下向上垂直流动的管道安装。
6.用于就地指示,不能用于高温、高压场合,不能远 传,易碎。
3.远传式转子流量计
∫t
M总 =
Mdt
0
常用单位：t，kg 等
测量瞬时流量的仪表一般称流量计，而测量累积 流量(总量)的仪表称为计量表（总量表）。
5.流量测量仪表的分类 （1）速度式流量计 主要是测量流体在管道内的流动速度。如差压式 流量计、转子流量计、靶式流量计、电磁流量计、 涡轮流量计等。 （2）容积式流量计 主要是测量单位时间内所排出的流体的固定容积的数 目。如椭圆齿轮流量计、腰轮流量计等。
1、DDZ—III型差压变送器的测量范围为0-25000Pa， 相应流量为0-320m3／h，求当输出信号为12mA 时，输入差压是多少?相应流量是多少?
解: (1) 25000 = 20 − 4
ΔP 12 − 4
Io
=
I max Lmax
− I min − Lmin
( x − Lmin ) + I min
ρ f —介质的密度
当转子在某一位置平衡时：F上 = F下
（P1 − P2）A = V（ρt − ρ f）g
Δp为常数，转子流量计为恒压降式流量计
在流体力学中
( P1
−
P2 )
=ξ
ρv 2
2
v = 2gV (ρt − ρ f ) ξAρ f
Q = vA0 = αA0
2gV (ρt − ρ f ) A ρf
6.仪表刻度是非线性； 7.压力损失大。
Hale Waihona Puke Baidu
一体化差压流量计
1、DDZ—III型差压变送器的测量范围为0-25000Pa， 相应流量为0-320m3／h，求当输出信号为12mA 时，输入差压是多少?相应流量是多少?
2、用差压式流量计测量流量，原设计范围为0-320m3/h， 电动Ⅲ型差压变器的量程为0～100KPa，问： (1)当变送器输出13mA时，对应流量是多少? (2)若采用量程为0～125KPa的变送器，此时变送器的 输出应为多少?
图3-27
转子受力分析： 流体流动通过转子时产生节流, 产生压力差；
ΔP = P1 − P2
因此, 压差作用在转子上, 形成向上力
F上 =（P1 − P2）A 式中 P1 P2 — 转子前、后压力，
A — 转子最大截面积。
转子自重与浮力之差
F下 = V (ρt − ρ f )g
式中 Vρt —转子的体积和转子的密度
(3)节流元件前、后保持有足够的直管段,节流元件前有15-20D 的直管段。节流元件后有5D的直管段。
(4)在直管段内不允许安装测量元件或开设取压口,管内表面 应光滑。
(5)注意节流元件的安装方向。标“＋”号侧是流体入口方向。
2.取压点的选择 取压点对不同检测介质有不同要求
测液体时, 取压点在节流装置中心水平线下方α ≤ 450 测气体时, 取压点在节流装置中心水平线上方α ≤ 450
F0 —节流件的开孔截面积；
ε — 膨胀校正系数（不可压缩液体ε=1;可压缩流体
ε<1）；
α是一个受许多因素影响的综合性参数，对于标准节流 装置，其值可从在有关手册中查出；对于非标准节流装置， 其值要由实验方法确定。
在进行节流装置的设计计算时，是针对特定条件，选择 一个α值来计算的。计算的结果只能应用在同样条件下。一 旦条件改变（如节流装置形式、尺寸、取压方式、工艺条件 等改变），就不能随意套用，必须另行计算。例如，按小负 荷情况下计算的孔板，用来测量大负荷时流体的流量，就会 引起较大的误差，必须加以修正。
P1' + V12 = P2' + V22 + ξ V22 ρ2 ρ 2 2
流体流经节流元件
产生压力变化
节流装置前后压力差的大 小与流量有关。流量越 大，产生的压力差越大。
流体流经节流元件v→△P， 测量△P 来实现流量测量。
在孔板前后的管壁上选择两个固 定的取压点，测量压力变化。
ⅠⅡ
Ⅲ
孔板附近的流速和压力分布
A0－转子和锥形管间的环隙面积
面积式流量计
A0与转子浮起的高度有关，被测介质的流量可表示为：
Q = φh 2gV (ρt − ρ f ) A ρf
M = φh 2gV (ρt − ρ f )ρ f
A
Φ为仪表常数；h为转子浮起的高度
2.特点： 1.结构简单,玻璃管式转子流量计读数方便,直观。
2.可以测量腐蚀性介质。受被测介质密度、粘度、温 度、压力等因素影响,精度较低,最高1.0级左右。
关闭顺序： ①打开平衡阀2。 ②关闭切断阀1或3(先后无关);
2.差压计回零检查。
关闭切断阀，打开平衡阀，进行仪表的零点校验
差压式流量计特点： 1.测量精度1%； 2.测量元件使用寿命长； 3.可测量各种工况下的单相流体的流量； 4.适应管径50-1000mm；
5.量程比3 :1（ Qmax / Qmin ）；
流量与压力差△p的平方根成正比。所以，用
差压流量计测量流量时，如果不加开方器，流量标 尺刻度是不均匀的。起始部分的刻度很密，后来逐 渐变疏。因此，在用差压法测量流量时，被测流量 值不应接近于仪表的下限值，否则误差将会很大。
3.节流装置 标准节流装置： 根据已知数据设计、加工、制造和安装的节流装置, 无需进行标定,可直接用于流量测量。
实测时： Q = φh 2V (ρt − ρ)g
ρA
则修正公式为：Q =
(ρt (ρt
− −
ρ)ρw ρw)ρ
⋅ Q0
2）气体流量的修正
标定时：
Q0 = φh
2V (ρt − ρa )g ρa A
实测时：
Q = φh 2V (ρt − ρ)g ρA
工作状态下的流量：Q =
(ρt (ρt
ρ —流体的密度；
ξ —阻力系数；
AA0 —管道截面积，节流元件开孔截面积。
整理得到流量基本方程：
Q = αεF0
2 ΔP ρ1
M = αεF0 2 ρ1ΔP
式中
α —流量系数；取决于节流件结构、取压方式、孔口截面积
与管道截面积之比、雷诺数、孔口边缘锐度、管壁粗糙度等。
ρ1 —节流装置上游流体密度； △P—节流装置前后测得的压力差；
2.流量基本方程（流量与压差关系方程）
根据流动连续性方程(质量守恒定律)和伯努利方程
(能量守恒定律)得出。
流动连续性方程 V1 A = V2 A0
伯努利方程
P1' + V12 = P2' + V22 + ξ V22 ρ2 ρ 2 2
式中 P1'P2' —节流元件前、后压力；
V1V2 —节流元件前、后流体的流速；
② 标准喷嘴 喷嘴和长径喷嘴。由两个圆弧曲面构成的入口收缩部 分及与之相接的圆筒形喉部组成。
特点：a.压力损失略小于孔板； b.对带有污垢的流体介质较为适宜；
③ 标准文丘里管
上、下游取压口应做成单独管壁取压口形式, 由均压 环将几个取压口连接起来。
标准节流装置仅适用于测量管道直径大于50mm，雷 诺数在104－105以上的流体，且流体应清洁，充满 全部管道，不发生相变。