流速及流量的測量

1、第四章第四章 流速和流量測量流速和流量測量 Flow and volume measurement 第一節(jié)第一節(jié) 畢托管測速畢托管測速 Pitot pipe flow measurement一、基本結(jié)構(gòu)和測速原理一、基本結(jié)構(gòu)和測速原理二、二維氣流速度的測量二、二維氣流速度的測量三、畢托管標定三、畢托管標定 可壓縮性對氣流速度測量的影響可壓縮性對氣流速度測量的影響第四節(jié)第四節(jié) 熱線流速儀熱線流速儀一、基本結(jié)構(gòu)一、基本結(jié)構(gòu)二、工作原理二、工作原理第六節(jié)第六節(jié) 流量測量流量測量flow measurement一、流體與流量一、流體與流量二、流量計的類型二、流量計的類型1、容積型流量計、容積型流量計2

2、、速度型流量計、速度型流量計3、質(zhì)量流量計、質(zhì)量流量計三、流量計的選用原則三、流量計的選用原則（1）根據(jù)被測介質(zhì)的性質(zhì)選擇）根據(jù)被測介質(zhì)的性質(zhì)選擇（2）根據(jù)用途選擇）根據(jù)用途選擇（3）根據(jù)工況條件選擇）根據(jù)工況條件選擇（4）其它）其它第七節(jié)第七節(jié) 差壓式流量計差壓式流量計(參考書：化工測量及儀表 范玉九主編流量測量方法和儀表的選用 蔡武昌主編）一、測量原理與流量方程一、測量原理與流量方程（一）流量方程式（一）流量方程式（二）流量方程中有關系數(shù)的確定（二）流量方程中有關系數(shù)的確定 1.流量系數(shù)流量系數(shù) 流量系數(shù)流量系數(shù)與節(jié)流元件的形式、取壓方式、直徑比與節(jié)流元件的形式、取壓方式、直徑比（ d/D

3、)d/D)，以及流動狀態(tài)（，以及流動狀態(tài)（R ReDeD）等因素有關。）等因素有關。標準節(jié)流裝置的流量系數(shù)是通過試驗求得的。標準節(jié)流裝置的流量系數(shù)是通過試驗求得的。 2. 2.流體膨脹校正系數(shù)流體膨脹校正系數(shù)二、節(jié)流裝置二、節(jié)流裝置三、差壓計三、差壓計四、差壓式流量計測量結(jié)果的修正四、差壓式流量計測量結(jié)果的修正1.節(jié)流元件開孔尺寸節(jié)流元件開孔尺寸d因溫度變化的修正因溫度變化的修正 dd201+(T(T-T-T20) cd=(d/d)2 qv =cdqv2.被測流體密度被測流體密度變化的修正變化的修正 qv =cqv第六節(jié)第六節(jié) 電磁流量計電磁流量計 電磁流量計是根據(jù)法拉第電磁感應定電磁流量計是

4、根據(jù)法拉第電磁感應定律研制出的一種測量導電液體體積流量律研制出的一種測量導電液體體積流量的儀表。的儀表。4vDqeB第八節(jié) 速度式流量計1.渦輪流量計原理和特點2.渦輪流量計轉(zhuǎn)速n與流量Q的關系3.渦輪流量計的安裝 4.渦輪流量計的使用及維護1.渦輪流量計原理和特點渦輪流量計是一種速度式流量儀表。它具有測渦輪流量計是一種速度式流量儀表。它具有測量精度高量精度高, , 反應快以及耐壓高等特點。反應快以及耐壓高等特點。 它是以動量距守恒原理為基礎的它是以動量距守恒原理為基礎的, ,流體沖擊渦流體沖擊渦輪葉片。使渦輪旋轉(zhuǎn)輪葉片。使渦輪旋轉(zhuǎn), ,渦輪的旋轉(zhuǎn)速度隨流量渦輪的旋轉(zhuǎn)速度隨流量的變化而變化的變

5、化而變化, ,最后從渦輪的轉(zhuǎn)數(shù)求出流量值。最后從渦輪的轉(zhuǎn)數(shù)求出流量值。通過磁電轉(zhuǎn)換裝置將渦輪轉(zhuǎn)數(shù)變換成電脈沖通過磁電轉(zhuǎn)換裝置將渦輪轉(zhuǎn)數(shù)變換成電脈沖, , 經(jīng)前置放大經(jīng)前置放大, ,送入二次儀表進行計數(shù)和顯示送入二次儀表進行計數(shù)和顯示, ,由由單位時間的脈沖數(shù)和累計脈沖數(shù)反映出瞬時流單位時間的脈沖數(shù)和累計脈沖數(shù)反映出瞬時流量和累積流量。量和累積流量。2.渦輪流量計轉(zhuǎn)速與流量的關系設渦輪設渦輪(渦輪與葉片的組合體常稱為葉輪渦輪與葉片的組合體常稱為葉輪)的平面半的平面半徑徑r0,葉柵的流通截面為葉柵的流通截面為 S0,渦輪轉(zhuǎn)速為渦輪轉(zhuǎn)速為n,則平均半則平均半徑徑r0處的切向流速為：處的切向流速為：

6、Vq=23.14r0n (2-1)被測流體經(jīng)過葉片時的軸向平均流速為被測流體經(jīng)過葉片時的軸向平均流速為Vz： Vz=Q/S0 (2-2)則則 tga=Vq/Vz (2-3)2.渦輪流量計轉(zhuǎn)速與流量的關系簡化簡化(2-3)得得: Q=(23.14r0S0/tga)n(2-4) 由式由式(2-4)可知可知,當渦輪結(jié)構(gòu)一定時當渦輪結(jié)構(gòu)一定時,r0,S0,a為定為定值值,23.14r0S0/tga即為常數(shù)即為常數(shù),則容積流量則容積流量Q正比正比于渦輪的轉(zhuǎn)速于渦輪的轉(zhuǎn)速n。設常數(shù)。設常數(shù) C=tga/23.14r0S0 則有則有n=CQ (2-5) 由式由式(2-5)知知,測得渦輪轉(zhuǎn)速測得渦輪轉(zhuǎn)速,即可

7、反映容積流量。即可反映容積流量。3.渦輪流量計的安裝1.渦輪流量計應水平安裝渦輪流量計應水平安裝,進出口處前后直進出口處前后直管段應不小于管段應不小于15D和和5D。 變送器與前置放變送器與前置放大器之間的距離不超過大器之間的距離不超過3m。3.變送器應安裝在不受外界電磁場影響的變送器應安裝在不受外界電磁場影響的地方地方,否則在變送器的磁電感應轉(zhuǎn)換上加設否則在變送器的磁電感應轉(zhuǎn)換上加設屏蔽罩。屏蔽罩。3.渦輪流量變送器與二次儀表都應良好的渦輪流量變送器與二次儀表都應良好的接地接地,連接電纜應采用屏蔽電纜。連接電纜應采用屏蔽電纜。4.渦輪流量計的使用及維護1.渦輪流量計變送器與儀表連接使用渦輪流

8、量計變送器與儀表連接使用,通常通常采用數(shù)字式積算頻率儀表作二次顯示儀表采用數(shù)字式積算頻率儀表作二次顯示儀表,以測出流量的瞬時值和累積值。以測出流量的瞬時值和累積值。2.變送器的比例常數(shù)變送器的比例常數(shù)C在一般情況下在一般情況下,除受介除受介質(zhì)粘度的影響外質(zhì)粘度的影響外, 幾乎只與幾何參數(shù)有關。幾乎只與幾何參數(shù)有關。實際使用時實際使用時,若與廠家標定時條件不符若與廠家標定時條件不符,為保為保證足夠測量精度證足夠測量精度,需實際重新標定。需實際重新標定。4.渦輪流量計的使用及維護3.由于變送器在工作時葉輪要高速旋轉(zhuǎn)由于變送器在工作時葉輪要高速旋轉(zhuǎn),即使?jié)櫥词節(jié)櫥闆r良好情況良好,也仍有磨擦產(chǎn)生。

9、這樣也仍有磨擦產(chǎn)生。這樣,在使用過一定的在使用過一定的時間之后時間之后,因磨擦而致使渦輪變送器不能正常工作因磨擦而致使渦輪變送器不能正常工作, 就應更換軸或軸承就應更換軸或軸承,并經(jīng)重新標定后方能使用。并經(jīng)重新標定后方能使用。4.發(fā)現(xiàn)故障發(fā)現(xiàn)故障,及時診斷處理。及時診斷處理。2.渦街流量計在流體中放置一非線性柱在流體中放置一非線性柱狀物狀物(如圓柱或三角形等如圓柱或三角形等),則在某一雷諾數(shù)范圍內(nèi)則在某一雷諾數(shù)范圍內(nèi),在在柱狀物的下游就會產(chǎn)生兩柱狀物的下游就會產(chǎn)生兩列不對稱且又有規(guī)律的漩列不對稱且又有規(guī)律的漩渦。通常稱為卡門渦街。渦。通常稱為卡門渦街。圓柱卡門漩渦產(chǎn)生的頻率圓柱卡門漩渦產(chǎn)生的頻

10、率f與平均流速與平均流速V,圓圓柱直徑柱直徑d: f = St(V/d)在在Re =510215104之間時之間時,St基基本為一常數(shù)本為一常數(shù)0.2。其中其中 St斯特羅哈爾數(shù)斯特羅哈爾數(shù)第九節(jié)第九節(jié) 容積流量計容積流量計u工作原理：在一定容積的空間里充滿的工作原理：在一定容積的空間里充滿的液體，隨流量計內(nèi)部的運動元件的移動液體，隨流量計內(nèi)部的運動元件的移動而被送出出口，測量這種送出流體的次而被送出出口，測量這種送出流體的次數(shù)就可以求出通過流量計的流體體積。數(shù)就可以求出通過流量計的流體體積。橢圓齒輪流量計橢圓齒輪流量計 可廣泛用于石油、化工、醫(yī)藥衛(wèi)生等部門的流量測量。1、精確度高，受液體粘度

11、影響較小 2、表前不需安裝直管段3、可水平安裝或垂直安裝，但橢圓齒輪軸應安裝成水平位置。4、鑄鐵（普通型），不銹鋼（防腐型）。5、有單累積計數(shù)器和雙累積計數(shù)器兩種（雙累積有單次清零功能）注：為防止被測介質(zhì)中的雜物卡死流量計，必須在表前安裝過濾器配套使用。橢圓齒輪流量計橢圓齒輪流量計基本誤差限（%）公稱壓力（MPa）工作溫度（）液體粘度（mpas）0.5%1.60600.6200型號公稱通徑（mm）流量范圍（m3/h）石油產(chǎn)品粘度（mpas）化學液體粘度（mpas）0.622882000.6200LC15150.381.50.21.50.151.50.31.5LC20200.7530.430.3

12、30.63LC25251.560.860.661.26羅茨流量計轉(zhuǎn)子流量計7-3 用畢托管測量管道內(nèi)水的流量，已知水溫t=500c，水的密度=988kg/m3，運動粘度=0.55210-5m2/s，管道直徑D=200mm，畢托管全壓口距管壁r=23.8mm，測得壓差P=0.7kpa，試確定此時的容積流量。7-4 轉(zhuǎn)子流量計的測量準確度受哪些因素的影響？7-5 用轉(zhuǎn)子流量計測量水的流量，當流量為0.75m3/h時，標尺高度h=160mm，如圖7-27所示。轉(zhuǎn)子有效面積A3=82mm2，轉(zhuǎn)子體積V3=635mm3，轉(zhuǎn)子材料密度3=8500kg/m3，轉(zhuǎn)子流量計的流量系數(shù)=0.98，水的密度=998

13、.2kg/m3，確定轉(zhuǎn)子流量計的錐半角。（答案：=1.33）7-6 試述渦輪流量計測量準確度受哪些因素的影響？7-7 用超聲波流量計測水的流量。已知管徑D=150mm，超聲波發(fā)射與接收裝置之間的距離L=450mm，聲波在水中的傳播速度c=1500m/s，超聲波頻率f=28Khz 。當流量為500m3/h時，確定超聲波在順流和逆流中傳播的時間，時間差和相位差。（答案：12.98410-4s，23.015810-4s，3.1810-6s，0.559rad）7-8 分析橢圓齒輪流量計如何實現(xiàn)流量測量的，造成測量誤差的因素有哪些？7-9 何謂標準節(jié)流裝置？常見的標準節(jié)流件有哪些？相應的取壓方式是什么？

14、為什么標準節(jié)流裝置能在工業(yè)上得到廣泛運用？7-10 試分析為什么對標準節(jié)流裝置前后的直管段長度提出要求？直管段長度應如何確定？7-11 國際上目前使用的標準節(jié)流裝置有哪幾種？在使用標準節(jié)流裝置時對流體，流動狀態(tài)和管道都有哪些要求？7-12 測腐蝕性介質(zhì)流量時，為防止壓差變送器被腐蝕，采用甘油水溶液（=1129.5kg/m3）充滿正負壓信號管道，已知變送、器位于取壓口下2m處儀表測量范圍040kpa，最大壓差對應的流量q=40t/h，負壓管在運行中隔離液全部漏掉而錯沖液體石蠟（=887kg/m3），求由負壓管錯沖隔離液而引起的測量誤差。（答案：34.48%）7-13 如果節(jié)流式流量計的最大流量刻

15、度為q，為什么流量計允許的最小流量必須大于q/3？若最小流量為q/10，有什么問題？7-14 用標準孔板測量某流體流量。所配壓差變送器的測量范圍為040kpa，顯示儀表標尺長100mm，流量刻度對應為030t/h；運行中該流量始終在2030t/h范圍內(nèi)變化，現(xiàn)想通過更換壓差變送器和顯示儀表的標尺，將初始流量設定為20t/h，試確定：（1）更換后的壓差變送器的壓差測量范圍是多少？（2）對應流量22t/h，24t/h，26t/h，28t/h的刻度點距標尺起點的距離各為多少？答案：（1）025kpa；（2）L1=16.8mm，L2=35.2mm，L3=55.2mm，L4=76.8mm7-15 直徑D=760mm的抽水管道，采用標準孔板測量抽出水的流量，孔板的開孔直徑比=0.4，管道內(nèi)壓力P=0.7Mpa，設計時水溫t=200C ；孔板前后測得壓差P=3kPa。試確定：在冬天平均溫度t1=80C，在夏天平均溫度t2=280C時由溫度偏離設計值引起的流量測量相對誤差（已知80C時水的密度為=1000kg/m3，