節(jié)流式流量計

1、Vmqq 傳感器感受流量Q的變化，Q可以是質(zhì)量流量qm或體積流量qV，其輸出為與流量有關(guān)的某個物理量，如差壓、速度等。信號轉(zhuǎn)換裝置將輸出量轉(zhuǎn)變成相應的電信號，然后由顯示積算裝置直接顯示瞬時流量或?qū)λ矔r流量積分得到累積流量。 四、流量計的校驗與標定四、流量計的校驗與標定 流量計的標定是一件比較困難的工作，因為流量是質(zhì)量或體積對時間的導數(shù)，難以由定義直接做出流量單位的標準器。一般是在流量不變的前提下，使流體連續(xù)流入標準容器V中，精確測量流體流動的起止時間和流入容器的流體總量，用平均流量代替瞬時流量作為標準。因此，在累積時間內(nèi)，必須保證流體流動高度穩(wěn)定，并且計時和計量都要足夠準確。第二節(jié)第二節(jié) 渦輪

2、流量計渦輪流量計 一、渦輪流量計的組成及測量原理一、渦輪流量計的組成及測量原理 渦輪流量計由兩部分組成：變送器和指示積算器。變送器完成將被測流量轉(zhuǎn)換成一定頻率的脈沖信號輸出，指示積算器接受變送器輸出的脈沖信號，將其轉(zhuǎn)換、放大、運算、邏輯計數(shù)，顯示瞬時流量和累積總量。 渦輪流量計實質(zhì)上為一零功率輸出的渦輪機，其變送器主要由渦輪、導流器、磁電轉(zhuǎn)換器組成，結(jié)構(gòu)如圖4-2所示。殼體和導流器由不導磁材料制成。導流器的作用是支承葉輪并導直流體的流動，以減少流體自旋及渦漩的干擾。 渦輪流量計結(jié)構(gòu) 1渦輪；2支承；3永久磁鋼；4感應線圈； 5殼體；6導流器 nrvg020002vnrvvtgg000AvACv

3、qVvntgArCqV002 （2）葉輪轉(zhuǎn)速的測量 在渦輪流量計中，葉輪的轉(zhuǎn)速是通過磁電轉(zhuǎn)換的原理來測量的，輸出信號為代表轉(zhuǎn)速的脈沖頻率信號。磁電裝置中的永久磁鋼上繞有線圈，當葉片轉(zhuǎn)動經(jīng)過永久磁鋼的頂部時，因葉片為導磁材料而改變原磁路的磁阻，從而使磁通發(fā)生變化，故在線圈上感應出電勢信號。顯然電勢信號是脈動式的，其頻率為 f = zn 式中 z 渦輪上的葉片數(shù)。 式中 儀表常數(shù)。在一定時間間隔內(nèi)對流量進行積分時，得累積的總流量為：式中 N在t1到t2時間間隔內(nèi)流過QV流體時輸出的脈沖數(shù)。ffztgArCqV11200002ArCztgqfVNfdtdtqQttttVV112121 渦輪流量計的這

4、種顯示器，實際上是一個脈沖頻率測量和計數(shù)的儀表，它將渦輪變送器輸出的單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)和一段時間內(nèi)的脈沖總數(shù)按瞬時流量和累積流量顯示出來。這類顯示儀表的類型很多，在儀表設(shè)計中可根據(jù)實際需要靈活選用。下圖是一種顯示儀表的工作原理方框圖。儀表由整形電路、頻率電壓變換電路、儀表常數(shù)除法運算電路、電磁計數(shù)器和自動回零電路、機內(nèi)振蕩器和電源等部分組成。 顯示儀表工作原理方框圖 （二）工作原理及流量公式 浮子處于錐形管中，相當于通流面積A0可變的節(jié)流件。流體流經(jīng)節(jié)流件所產(chǎn)生的差壓與體積流量的關(guān)系如下：式中 與浮子形狀、尺寸等有關(guān)的流量系數(shù)。 流體密度。當浮子處于力平衡情況下，差壓對浮子產(chǎn)生向上的作用力加上

5、流體對浮子的浮力，等于浮子的重力，即由此可知 式中 Af浮子的有效面積。 Vf浮子體積。 f，分別為浮子材料和流體的密度； g當?shù)氐闹亓铀俣?。pAqV20gVgVpAffffgAVpfff)(體積流量qV與通流面積A0之間的關(guān)系：考慮到錐度很小的錐形管中通流面積A0與浮子在管中的高度H近似成正比，即 A0 CH 式中 C與圓錐管錐度有關(guān)的比例系數(shù)。因此可得體積流量與浮子高度的關(guān)系式：由上式可知，如果增大錐管長度H，增大錐度，可擴大儀表的量程，提高流量測量范圍。 流量公式中的流量系數(shù)與浮子的形狀以及流體的雷諾數(shù)等有關(guān)，對于一定的浮子形狀，當雷諾數(shù)大于某一數(shù)值時，流量系數(shù)趨于一常數(shù)。因此，對于一

6、定材料、形狀的浮子和一定密度的流體，雷諾數(shù)在低限雷諾數(shù)以上，就能得到體積流量和浮子位置之間的線性刻度關(guān)系。如圖4-9所示三種浮子的轉(zhuǎn)子流量計流量系數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系。fffVAgVAq20fffVAgVCHq2 1為旋轉(zhuǎn)式浮子，它的低限雷諾數(shù)約為6000，較其它兩種下限值要高，多用于直接指示的轉(zhuǎn)子流量計；2為圓盤式浮子，它的低限雷諾數(shù)約為300，3為板式浮子，低限雷諾數(shù)約為40，它們在較低的雷諾數(shù)下，流量系數(shù)就趨于常數(shù)，流量的測量范圍比較寬。 玻璃轉(zhuǎn)子流量計的示值顯示有兩種：一種在錐管上由轉(zhuǎn)子的高度直接讀出流量值，另一種是采用百分刻度（分為等分和非等分刻度）。 二、金屬管轉(zhuǎn)子流量計二、金屬管轉(zhuǎn)子

7、流量計 金屬管轉(zhuǎn)子流量計的錐形管是用金屬材料制成的，對于流量的檢測原理與玻璃管轉(zhuǎn)子流量計是相同的。很顯然，測量時不能直接從錐形管內(nèi)直接測出浮子的位置，因此都是把浮子的位移再進行傳遞變換。傳遞變換后的位移信號可以直接用于就地指示，也可以將該位移進一步進行電氣信號的轉(zhuǎn)換。金屬管轉(zhuǎn)子流量計有就地指示型和電氣信號遠傳型，由于浮子的位移必須經(jīng)過傳遞機構(gòu)進行轉(zhuǎn)換，所以浮子的位移與流量一般是非線性關(guān)系，這主要是位移傳遞機構(gòu)所致。第三節(jié)第三節(jié) 渦街流量計渦街流量計 渦街流量計，又稱旋渦流量計，是70年代發(fā)展起來的一種新型流量計。它適用于氣體流量和液體流量測量。儀表的精確度高（達1.0），量程比寬（B=30 ：

8、1），輸出線性好。它輸出頻率信號，抗干擾性能好，便于遠距離傳輸，在火電廠可用于送風流量的測量。 渦街流量計由檢測器和轉(zhuǎn)換器組成。 一、測量原理一、測量原理 這種流量計的工作原理是利用了流體力學中的卡門渦街現(xiàn)象，即在流體中放置一個外形為對稱形狀的非流線型柱體，在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)，它的下游兩側(cè)就會交替產(chǎn)生兩列不對稱的的漩渦，兩側(cè)漩渦的旋轉(zhuǎn)方向相反，并輪流從柱體上分離出來，在下游側(cè)形成所謂的“渦街”，如圖所示。 “渦街”的發(fā)生情況 （a）圓柱體；（b）等邊三角形柱體實驗表明，當hL=0.281時，產(chǎn)生的渦街是穩(wěn)定的，這就是“卡門渦街”。且單側(cè)的漩渦脫落的頻率f與柱體附近的流體流速v成正比，與柱體的

9、特征尺寸l成反比，即式中 St斯特羅哈爾數(shù)，無因次數(shù)； l 一柱體的特征尺寸。St是以柱體特征尺寸l計算流體雷諾數(shù)Rel 的函數(shù)。經(jīng)實驗驗證，Rel在500150000的范圍內(nèi)，St基本不變。對于圓柱體，St=0.2；對于等邊三角柱體，St= 0.16。因此當柱體的形狀、尺寸決定后，就可以通過測定單側(cè)旋渦釋放頻率f來測量流速和流量。對于工業(yè)圓管，旋渦流量計一般應用在Rel =1000100000范圍內(nèi)。設(shè)管內(nèi)插入柱體和未插入柱體的管道通流截面比為m，當l/D 0.3時，可以證明 根據(jù)流動的連續(xù)性原理，管道的通流截面比與柱體處的流體流速v及無柱體處的管內(nèi)平均流速有如下關(guān)系： lvStf Dlm2

10、5. 11vvDdm2244圓管中旋渦的發(fā)生頻率 f 與管內(nèi)平均流速的關(guān)系為:所以，體積流量與頻率 f 之間的關(guān)系為： 二、旋渦發(fā)生頻率二、旋渦發(fā)生頻率f f 的檢測方法的檢測方法 只要測得旋渦的發(fā)生頻率 f ，就可以測得流體的體積流量。旋渦頻率信號 f 的檢出方法很多，可以利用漩渦發(fā)生時發(fā)熱體散熱條件變化的熱檢出；也可以用漩渦發(fā)生體兩側(cè)產(chǎn)生的差壓來檢出，差壓信號可通過壓電變送或應變片變送，等等。 三、渦街流量計的特點及安裝三、渦街流量計的特點及安裝 渦街流量計具有以下的特點： （1）漩渦的頻率只與流速有關(guān)，在一定雷諾數(shù)范圍內(nèi)，幾乎不受流體性質(zhì)（壓力、溫度、粘度和密度等）變化的影響，故可不需單

11、獨標定。 （2）測量精度高，誤差約為1級，重復性約0.5級，不存在零點漂移的問題。 （3）壓力損式小，流量測量范圍寬。渦街流量計特別適于大口徑管道的流量測量。lvDlStf25. 11StflDlDvDqV25. 114422第五節(jié)第五節(jié) 節(jié)流式流量計節(jié)流式流量計 1 概述 節(jié)流式流量計是工業(yè)上最為廣泛使用的一類流量測量儀表。 工作原理：在管道中放置一節(jié)流元件，流體流經(jīng)節(jié)流元件時發(fā)生節(jié)流，在節(jié)流元件的前后兩側(cè)產(chǎn)生壓力差（差壓）。當流體、工況、管道、節(jié)流件、差壓取出方式一定時，管道流量與差壓有確定的關(guān)系。因此可通過測量差壓來測量流量。節(jié)流式流量計也稱為變壓降式流量計。 分類：節(jié)流式流量計有標準化

12、和非標準化兩類。無論哪一類，它們都是非通用儀表，即安裝在生產(chǎn)過程中使用著的節(jié)流式流量計僅適用于該地的情況和工況。因此節(jié)流式流量計是根據(jù)要求具體設(shè)計、安裝、使用的。標準節(jié)流裝置在火電生產(chǎn)過程中是很重要的一類流量儀表。非標準節(jié)流裝置多用于臟污介質(zhì)、高粘度、低雷諾數(shù)、非圓管道截面、超大及過小管徑等流量測量。它們的測量原理與計算方法與標準節(jié)流裝置相同，所不同的是非標準節(jié)流裝置沒有統(tǒng)一標準化的數(shù)據(jù)、資料、沒有統(tǒng)一的誤差計算方法等。 標準節(jié)流裝置的設(shè)計計算：要嚴格遵循標準節(jié)流裝置設(shè)計、安裝和使用的國家“標準”或國際“標準”。按“標準”進行設(shè)計、安裝、使用的標準節(jié)流裝置，其流量與差壓的關(guān)系按理論公式標定，并

13、有統(tǒng)一的基本誤差、計算方法，一般不需要進行實驗標定或比對。 組成：節(jié)流式流量計流量的測量系統(tǒng)由節(jié)流裝置、差壓計或差壓變送器、二次顯示儀表（動圈表、自動電位差計）等組成。在“標準”中對標準節(jié)流裝置結(jié)構(gòu)、適用的條件、安裝及檢驗方法都做了嚴格的規(guī)定。我國在1981年出版了“GB262481流量測量節(jié)流裝置”標準。在國際上，1991年12月由ISO（國際標準化組織）出版了“ISO51761用差壓裝置測量流體流量”的新國際標準。 1993年2月 3日我國頒布了關(guān)于節(jié)流式流量計新的國家標準，即 GBT262493，它的內(nèi)容與國際新標準是一致的。 2. 標準節(jié)流裝置 一、一、 標準節(jié)流裝置的組成與類型標準節(jié)

14、流裝置的組成與類型 標準節(jié)流裝置由三部分組成：節(jié)流件、取壓裝置、測量直管段（節(jié)流件前10D，后5D），如圖4-11所示。 我國GB/T262493標準中規(guī)定的標準節(jié)流裝置有： 角接取壓標準孔板、法蘭取壓標準孔板、D和D取壓標準孔板、角接取壓標準噴嘴（ISA1932噴嘴）、長徑噴嘴（D和D取壓）、經(jīng)典文丘里管（入口圓筒段上取壓和喉部取壓）、文丘里噴嘴（上游角接取壓和喉部取壓）。 二、適用的流體條件二、適用的流體條件 標準節(jié)流裝置適用于測量圓形截面管道中的單相、均質(zhì)流體，即是可壓縮的（氣體）或認為不可壓縮的（液體）牛頓流體。同時，要求流體充滿管道；流體流動是穩(wěn)定的或隨時間緩變的；流動不可以是脈動流

15、和旋轉(zhuǎn)流，流束與管道軸線平行；流體流經(jīng)節(jié)流件前流動應達到充分紊流，在節(jié)流件前后一定距離內(nèi)不發(fā)生相變或析出雜質(zhì)；流速小于音速。 三、適用的管道條件三、適用的管道條件 （一）節(jié)流件前后應有足夠長的直管段L 標準節(jié)流裝置組成部分中的測量直管段（前10D后5D，一般由儀表廠提供）是直管段L（最小直管段）的一部分。對于測量直管段，要求其內(nèi)表面必須是光滑的，L的其余部分內(nèi)表面可以是粗糙的。對于管道內(nèi)表面光滑的判定是應不超過表4-1、表4-2給出的相對粗糙度上限值。 節(jié)流件上游阻流件的形式及上下游阻力件的位置將影響流速分布，節(jié)流孔d與管道內(nèi)徑D之比=dD（直徑比）也將影響流速分布。因此，若要求流體流到節(jié)流件

16、前1D達到充分紊流的狀態(tài)，則要在節(jié)流件前后有足夠的直管段，不然就保證不了測量的精確度。表 4-1 標準孔扳上游管段相對粗糙度（Kc/D）上限值 表 4-2 ISA1932噴嘴上游管段相對粗度（Kc/D）上限值 最小直管段L由三段長度（l0，l1，l2）組成，l1是節(jié)流件與上游第一阻流件之間的直管段最小長度，由第一阻流件形式和值決定，按下表查算。l0是上游第一阻流件與上游第二阻流件之間的直管段，由第二阻流件的形式和=0.7（無論產(chǎn)的實際值為多少）決定，按下表給出值的一半計算。l2是節(jié)流件到下游阻流件直管段的最小長度，無論上游阻流件的形式如何均決定于的值，由下表查算。 （二）適用于圓形截面管道 測

17、量段管道應被流體充滿。節(jié)流件及取壓裝置安裝在兩圓形直管之間。在所要求的整個直管段長度上，管道截面應該是圓形的，沒有特殊要求，只是在鄰近節(jié)流裝置附近對管道的圓度有特殊要求，這在“標準”中有詳細規(guī)定。對于管道的粗糙度、節(jié)流件上游10D、下游5D（測量直管段），要求滿足給出的相對粗糙度上限值，L的其余部分和L以遠的管道可以是粗糙的。 三、節(jié)流件的結(jié)構(gòu)形式三、節(jié)流件的結(jié)構(gòu)形式 （一）標準孔板標準孔板的結(jié)構(gòu)形式如圖所示。標準孔板結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，價格便宜。 它的特征孔徑是節(jié)流孔前段圓筒形孔徑d。標準孔板兩側(cè)的壓力差信號可以采用角接取壓（上、下側(cè)壓力在孔板前后端面處取出）、法蘭取壓（上、下側(cè)壓力在連接法

18、蘭上距孔板前后端面25.4mm處取出）和徑距取壓（上側(cè)壓力在測量管段上距孔板前端面1D處取出，下側(cè)壓力在測量管段上距孔板后端面D 處取出）。 角接取壓標準孔板的適用范圍：d12.5mm，50mmD1000mm， 0.20.75， ReD5103（0.20.45）， ReD104（0.45）。 法蘭取壓和徑距取壓標準孔板的適用范圍：d12.5mm，50mmD1000mm，0.20.75，ReD12602D（D：mm）?？装宓慕墙尤嚎刹捎脝为氥@孔或環(huán)室取壓裝置，如圖（a）所示。法蘭取壓裝置如圖（b）所示。（二）標準噴嘴 標準噴嘴有兩種結(jié)構(gòu)形式：ISA1932噴嘴、長徑噴嘴。其結(jié)構(gòu)形式見圖所示。

19、當 d2D3時，還應在入口部分切除一部分圓廓形收縮段。顯然此時收縮部分的最大直徑為D，見圖（a）。若d2D3，則噴嘴的總長度為0.6041d（不包括F護槽）。若d2D3，由于切除了一部分入口圓廓形收縮段，則噴嘴的總長度變短，其應切去的長度為 dl2125225. 025. 075. 02 . 0 ISA1932噴嘴角接取壓裝置有單獨鉆孔和環(huán)室取壓。 ISA1932噴嘴的適用范圍：50mmD500mm，0.300.80，7104ReD107（0.300.44時），2104ReD107（0.440.80時）。 五、壓力損失五、壓力損失 流體流經(jīng)節(jié)流件發(fā)生節(jié)流時，由于流體微團的碰撞以及在節(jié)流件前后附

20、近產(chǎn)生渦流，將產(chǎn)生能量損失。這種能量損失表現(xiàn)為不可恢復的壓力損失。壓力損失與直徑比和流速（或流量）有關(guān)，通過實驗可得到它們之間的關(guān)系。對于角接標準孔板、法蘭標準孔板、徑距標準孔板、ISA1932噴嘴、長徑噴嘴等標準節(jié)流裝置的壓力損失可以用下式近似計算： 六、標準節(jié)流裝置的誤差六、標準節(jié)流裝置的誤差 按照“標準”進行節(jié)流裝置的設(shè)計、制造、安裝、使用時，其基本誤差是按照“標準”中提供的計算公式進行計算的。按“標準”計算給出的裝置測量不確定度，其置信概率為95。當設(shè)計、制造、安裝、使用等環(huán)節(jié)中有違背“標準”要求時，則將由此產(chǎn)生附加誤差。附加誤差的極性與大小或修正系數(shù)是通過大量實驗確定的。只要標準節(jié)流

21、裝置符合“標準”要求，就應該按“標準”計算得出其不確定度。 pCC242411 3流量公式 流量公式就是差壓和流量之間的關(guān)系式。它是通過伯努利方程和流動連續(xù)性方程來推導。 一、不可壓縮流體的流量公式一、不可壓縮流體的流量公式 流體在管道中發(fā)生節(jié)流時，管道中各處的流速變化及壓力變化情況見圖所示。 在節(jié)流件前沒有發(fā)生節(jié)流的位置上取截面A，對于一定常的流動，在截面A和截面B處將滿足流體質(zhì)量守恒和能量守恒。在充分紊流的理想情況下，流體流動連續(xù)性方程和伯努利方程為由上兩式解方程組，可得引入如下幾個參數(shù)： （收縮系數(shù)） （截面比） （取壓系數(shù)）BAvdvD2/244222212121BBBBAAAvvCp

22、vCpBAABBppDdCCv21222/dd/Dd21ppppBA21422ppCCvABB212422/244ppdCCvdqABBm42ABCC 41CpdCqm24124pdCqV24124pdCqm124241pDCqm1224241124241pdCqV1224241pDCqV 三、標準節(jié)流裝置的流出系數(shù)三、標準節(jié)流裝置的流出系數(shù)C C值及其不確定度值及其不確定度標準節(jié)流裝置的流出系數(shù)C值是通過在流量試驗臺上測定qm和與之相對應的p，然后用上述流量公式計算得到的。對于一定形式的標準節(jié)流裝置，其流量系數(shù)和流出系數(shù)C僅與和雷諾數(shù)ReD有關(guān)，圖4-16是標準孔板和ISA 1932噴嘴的、

23、C和ReD、之間的關(guān)系曲線。從圖中可見，當雷諾數(shù)大到一定值后，和C就與雷諾數(shù)值無關(guān)，趨于一定值。 1標準孔板的C值及其不確定度 “標準”中取得C值的原始實驗，對于角接取壓是在相對粗糙度為KcD3.810-4，而對于徑距取壓則是在KcD1010-4的管道中進行的，但只要所使用管道在節(jié)流件上游側(cè)10D長度內(nèi)的粗糙度不超過前節(jié)所列的限值，C的數(shù)值仍是可用的。在規(guī)定條件下，流出系數(shù)C主要取決于ReD、，即 C = f (ReD、)。對于角接取壓標準孔板：對于法蘭取壓標準孔板： （D：mm， D2058.6mm）75. 065 . 281 . 2Re100029. 01840. 00321. 05959

24、. 0DCDD3448560. 011286. 275. 065 . 281 . 2Re100029. 01840. 00321. 05959. 0DC （D：mm， D20 0.6，cC =（2-0.4）。 四、標準節(jié)流裝置的流束膨脹系數(shù)四、標準節(jié)流裝置的流束膨脹系數(shù)值及其不確定度值及其不確定度 標準節(jié)流裝置的形式確定后，其流束膨脹系數(shù)值決定于p/p1、和值。其中是被測流體的等熵指數(shù)，對于過熱蒸汽可近似取1.3，對空氣=1.4。 為限制流體可壓縮性對流量測量的影響，標準規(guī)定節(jié)流裝置的p/p10.25，即p2/p10.75。 上述三種取壓方式的標準孔板的值是由實驗確定的，可用如下的經(jīng)驗公式計算

25、： 若、p/p1和是已知且無誤差，則標準孔板值的百分率不確定度 （概率95）為4 %。 5 . 065 . 0Re1000653. 09965. 0DC1435. 041. 01pp1pp 標準噴嘴的流束膨脹系數(shù)值是根據(jù)等熵流動過程直接從理論上推導出來的。由于流動過程不可能是等熵過程，所以存在誤差，從理論上推導出計算標準噴嘴的公式如下：其中 標準噴嘴值的百分率不確定度 =2 %，置信概率為95。 4標準節(jié)流裝置的計算 關(guān)于標準節(jié)流裝置的計算一般包括有三類命題：流量計算；標準節(jié)流裝置的設(shè)計計算；最大差壓值的計算（選配差壓計問題）。這三類命題在實際中最常用到的是、類命題。5 . 012442111

26、111211pppp1pp 一、流量計算一、流量計算 流量計算的已知條件為：管道直徑D20、管道材料、管道新舊程度，節(jié)流件前后安裝阻力件情況，節(jié)流件型式、節(jié)流孔徑d20、節(jié)流件材料，流體及工作壓力p、工作溫度t，節(jié)流裝置輸出的差壓值p。 要完成已知條件下的流量計算（求p對應的流量qm），所依據(jù)的基本公式是流量公式： 從流量公式中可以看出，p、1、d t 、都是直接或間接已知的，而流出系數(shù)C=f (，ReD）是未知的（認為測量直管段相對粗糙度不超過規(guī)定的上限值）。因此不能用流量公式直接計算出所需計算的流量值。由于已知雷諾數(shù)ReD的計算公式：同時 C = f (，ReD）聯(lián)立以上三式，即刻求解上述代數(shù)方程組，就可以得到問題要求計算的流量qm值。 pdCqtm124241tmDDq4Re （）輔助計算 根據(jù)已知條件，通過查表和相