第七章 流量測(cè)量-2014

1、第第7章章 流速及流量測(cè)量流速及流量測(cè)量 第二節(jié)第二節(jié) 流量測(cè)量概述流量測(cè)量概述定義定義v流量流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過(guò)管道或設(shè)備某截面流：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過(guò)管道或設(shè)備某截面流體的數(shù)量，亦稱瞬時(shí)流量。體的數(shù)量，亦稱瞬時(shí)流量。v總流量總流量：在一段時(shí)間內(nèi)流過(guò)流體量的總和，：在一段時(shí)間內(nèi)流過(guò)流體量的總和，也可用在這段時(shí)間內(nèi)對(duì)瞬時(shí)流量的積分，又也可用在這段時(shí)間內(nèi)對(duì)瞬時(shí)流量的積分，又叫累積流量。叫累積流量。v平均流量平均流量：總流量除以得到總流量的時(shí)間間：總流量除以得到總流量的時(shí)間間隔稱該段時(shí)間內(nèi)的平均流量隔稱該段時(shí)間內(nèi)的平均流量qm質(zhì)量流量質(zhì)量流量 kg/sqw重量流量重量流量 N/sqv體積流量體積流量 m

2、3/svwmqgqq轉(zhuǎn)換關(guān)系：轉(zhuǎn)換關(guān)系：v按數(shù)量表示方法分類：按數(shù)量表示方法分類：質(zhì)量質(zhì)量流量、流量、體積體積流量流量和和重量重量流量流量v標(biāo)準(zhǔn)體積流量標(biāo)準(zhǔn)體積流量：溫度為：溫度為20，壓力為，壓力為101325Pa測(cè)得的體積流量為標(biāo)準(zhǔn)體積流量。測(cè)得的體積流量為標(biāo)準(zhǔn)體積流量。速度式流量計(jì)速度式流量計(jì)：通過(guò)測(cè)量管道內(nèi)流速求得流：通過(guò)測(cè)量管道內(nèi)流速求得流體的體積流量。體的體積流量。差壓式：孔板、文丘里管、畢托管、轉(zhuǎn)子流量計(jì)差壓式：孔板、文丘里管、畢托管、轉(zhuǎn)子流量計(jì)葉輪轉(zhuǎn)速：水表、渦輪流量計(jì)葉輪轉(zhuǎn)速：水表、渦輪流量計(jì)超聲波式、電磁式、渦街流量計(jì)超聲波式、電磁式、渦街流量計(jì)容積式流量計(jì)容積式流量計(jì)：流

3、體在單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)過(guò)流量：流體在單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)過(guò)流量?jī)x表排出的固定容積數(shù)量的多少來(lái)測(cè)量流量。儀表排出的固定容積數(shù)量的多少來(lái)測(cè)量流量。如：腰輪、橢圓齒輪、刮板流量計(jì)等如：腰輪、橢圓齒輪、刮板流量計(jì)等質(zhì)量流量計(jì)質(zhì)量流量計(jì)流量計(jì)分類流量計(jì)分類第三節(jié)第三節(jié) 差壓式流量計(jì)差壓式流量計(jì)一、利用畢托管測(cè)量流量 利用畢托管所測(cè)得的是利用畢托管所測(cè)得的是點(diǎn)點(diǎn)流速，而由于流體的流速，而由于流體的粘性作用，管道內(nèi)截面上各點(diǎn)的分布并不均勻，而粘性作用，管道內(nèi)截面上各點(diǎn)的分布并不均勻，而要想得到管道內(nèi)流體的流量需要得到管道內(nèi)的要想得到管道內(nèi)流體的流量需要得到管道內(nèi)的平均平均流速流速，而管道內(nèi)哪一點(diǎn)的流體流速等于平均流速呢？

4、，而管道內(nèi)哪一點(diǎn)的流體流速等于平均流速呢？ 問(wèn)題？問(wèn)題？（1 1）層流層流：2max1rruuR1max2uu1max1nrruuR1max2uur0=0.7071R（2 2）紊流紊流：r0=0.762R所以知道被測(cè)流體的所以知道被測(cè)流體的狀態(tài)，就可根據(jù)流體狀態(tài)，就可根據(jù)流體的流速分布情況布置的流速分布情況布置測(cè)點(diǎn)測(cè)點(diǎn)先看看管道內(nèi)流體的速度分布先看看管道內(nèi)流體的速度分布矩形管道矩形管道：矩形每邊長(zhǎng)度為：矩形每邊長(zhǎng)度為200mm左右，在小矩形左右，在小矩形的中心布置測(cè)點(diǎn)的中心布置測(cè)點(diǎn)圓形管道圓形管道：可采用中間矩形法和對(duì)數(shù)線性法：可采用中間矩形法和對(duì)數(shù)線性法測(cè)點(diǎn)布置測(cè)點(diǎn)布置niiVunFq11n

5、miiiFqunniRri21212v以等環(huán)面法為例：以等環(huán)面法為例：將截面分成幾個(gè)面積相等的將截面分成幾個(gè)面積相等的同心圓環(huán)。一般要求同心圓環(huán)。一般要求n5，直徑小于直徑小于300mm時(shí)，可取時(shí)，可取n=3按中間矩形法布置測(cè)點(diǎn)：在按中間矩形法布置測(cè)點(diǎn)：在每一個(gè)圓環(huán)內(nèi)布置測(cè)點(diǎn)，測(cè)每一個(gè)圓環(huán)內(nèi)布置測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)所在圓周恰將圓環(huán)面積平點(diǎn)所在圓周恰將圓環(huán)面積平分，推薦均布四個(gè)。也可按分，推薦均布四個(gè)。也可按切比雪夫法布置測(cè)點(diǎn)。切比雪夫法布置測(cè)點(diǎn)。中間矩形法測(cè)中間矩形法測(cè)點(diǎn)布置圖點(diǎn)布置圖平均流速等于平均流速等于各點(diǎn)流速的平均值各點(diǎn)流速的平均值二利用節(jié)流裝置進(jìn)行流量測(cè)量二利用節(jié)流裝置進(jìn)行流量測(cè)量v組成：節(jié)流

6、裝置、導(dǎo)壓管、顯示儀表組成：節(jié)流裝置、導(dǎo)壓管、顯示儀表信號(hào)變換信號(hào)變換儀表組成儀表組成節(jié)流現(xiàn)象 連續(xù)流動(dòng)的流體流連續(xù)流動(dòng)的流體流過(guò)安裝在管道內(nèi)的節(jié)流過(guò)安裝在管道內(nèi)的節(jié)流裝置時(shí)，管內(nèi)流束局部裝置時(shí)，管內(nèi)流束局部收束，從而使流速增加，收束，從而使流速增加，靜壓降低。在節(jié)流裝置靜壓降低。在節(jié)流裝置前后產(chǎn)生一定的靜壓力前后產(chǎn)生一定的靜壓力差的現(xiàn)象差的現(xiàn)象常用的節(jié)流元件型式常用的節(jié)流元件型式（a a）孔板（）孔板（b b）噴嘴（）噴嘴（c c）文丘里管）文丘里管節(jié)流元件前后壓力和流速變化情況節(jié)流元件前后壓力和流速變化情況節(jié)流元件前后壓力和流速變化情況節(jié)流元件前后壓力和流速變化情況221112221122

7、pupu伯努利方程：伯努利方程：2211221144D ud u流體的連續(xù)性方程：流體的連續(xù)性方程：結(jié)論：結(jié)論：截面截面2處流速最大，流體的靜壓力最低處流速最大，流體的靜壓力最低1 1、節(jié)流件的工作原理、節(jié)流件的工作原理 假設(shè)流經(jīng)管道的流體為不可壓縮的流體，對(duì)截假設(shè)流經(jīng)管道的流體為不可壓縮的流體，對(duì)截面面1、2列方程式：列方程式：代入代入(2)式得：式得：2124121uppdD212duuD由由(1)式得：式得：22121144D ud u連續(xù)運(yùn)動(dòng)方程：連續(xù)運(yùn)動(dòng)方程： （1）2211221122pupu伯努利方程：伯努利方程：（2）2、流量基本方程式、流量基本方程式（3）（4）2212242

8、41vqAudpp m3/s對(duì)上式進(jìn)行如下處理：對(duì)上式進(jìn)行如下處理：v引入直徑比引入直徑比，即，即v引入流束系數(shù)比引入流束系數(shù)比，即，即v引入取壓系數(shù)引入取壓系數(shù)，即，即1212ppppd D22dd則式（則式（4）可寫(xiě)為：）可寫(xiě)為：體積流量（以節(jié)流件開(kāi)孔面積計(jì)算）為體積流量（以節(jié)流件開(kāi)孔面積計(jì)算）為2122421upp 流量系數(shù)流量系數(shù)2124121/uppdD224vqdpm3/s02Ap即體積流量表示為即體積流量表示為0421vCqApm3/s國(guó)際上多用國(guó)際上多用流出系數(shù)流出系數(shù)C代替流量系數(shù)代替流量系數(shù)，兩者關(guān)系為，兩者關(guān)系為41C用流出系數(shù)表示的用流出系數(shù)表示的體積流量體積流量公式為

9、公式為質(zhì)量流量質(zhì)量流量公式為公式為0421mCqApkg/s若流體為可壓縮性流體，則若流體為可壓縮性流體，則 流量系數(shù)流量系數(shù)由實(shí)驗(yàn)決定，與節(jié)流件形式、取壓由實(shí)驗(yàn)決定，與節(jié)流件形式、取壓方式、方式、ReD及孔徑比及孔徑比等有關(guān)。等有關(guān)。004221mCqAPAPkg/s004221vPCPqAAm3/smA0/A23、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置（1）標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置取壓方式）標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置取壓方式標(biāo)準(zhǔn)噴嘴標(biāo)準(zhǔn)噴嘴：角接取壓：角接取壓標(biāo)準(zhǔn)孔板標(biāo)準(zhǔn)孔板：角接取壓角接取壓環(huán)室取壓環(huán)室取壓 直接鉆孔取壓直接鉆孔取壓法蘭取壓法蘭取壓文丘里管文丘里管：角接取壓：角接取壓法蘭取壓法蘭取壓角接取壓角接取壓（2）標(biāo)準(zhǔn)

10、節(jié)流裝置的適用條件）標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的適用條件v流體流體條件和條件和流動(dòng)流動(dòng)條件條件標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置只適用于標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置只適用于圓形圓形截面的管道中截面的管道中單相單相、均質(zhì)均質(zhì)牛頓流體；流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)牛頓流體；流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)不發(fā)生相變不發(fā)生相變流體應(yīng)流體應(yīng)充滿充滿圓管，流速小于亞音速，并圓管，流速小于亞音速，并連續(xù)穩(wěn)定連續(xù)穩(wěn)定流動(dòng)或隨時(shí)間流動(dòng)或隨時(shí)間緩慢緩慢變化變化流體在到達(dá)節(jié)流件前應(yīng)是流體在到達(dá)節(jié)流件前應(yīng)是充分發(fā)展充分發(fā)展的紊流，且流的紊流，且流束與管道軸線平行，不得有束與管道軸線平行，不得有漩渦漩渦（2）標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的適用條件）標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的適用條件v管道管道條件條件安裝節(jié)流件的管道必須是安裝節(jié)

11、流件的管道必須是直直的的圓形圓形管道，管道管道，管道內(nèi)壁潔凈內(nèi)壁潔凈節(jié)流件上、下游的節(jié)流件上、下游的直管段長(zhǎng)度直管段長(zhǎng)度應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)的要應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)的要求求節(jié)流裝置示意圖節(jié)流裝置示意圖1-上游側(cè)第二個(gè)局部阻力件上游側(cè)第二個(gè)局部阻力件 2-上游側(cè)第一個(gè)局部阻力件上游側(cè)第一個(gè)局部阻力件3-節(jié)流元件節(jié)流元件4-下游側(cè)第一個(gè)局部阻力件下游側(cè)第一個(gè)局部阻力件差壓式流量計(jì)的選用差壓式流量計(jì)的選用：v管徑、直徑比和雷諾數(shù)范圍的限制條件管徑、直徑比和雷諾數(shù)范圍的限制條件v測(cè)量準(zhǔn)確度測(cè)量準(zhǔn)確度v允許的壓力損失允許的壓力損失v要求的最短直管段長(zhǎng)度要求的最短直管段長(zhǎng)度v對(duì)被測(cè)介質(zhì)腐蝕、磨損和污染的敏感性對(duì)被測(cè)介質(zhì)腐蝕、

12、磨損和污染的敏感性v結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和價(jià)格、安裝使用的方便性及長(zhǎng)期結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和價(jià)格、安裝使用的方便性及長(zhǎng)期穩(wěn)定性穩(wěn)定性4、節(jié)流式差壓流量計(jì)的選用和安裝、節(jié)流式差壓流量計(jì)的選用和安裝差壓式流量計(jì)的安裝差壓式流量計(jì)的安裝：v安裝時(shí)，必須保證節(jié)流件的開(kāi)孔與管道安裝時(shí)，必須保證節(jié)流件的開(kāi)孔與管道同心同心，節(jié)，節(jié)流裝置端面與管道軸線流裝置端面與管道軸線垂直垂直，節(jié)流件上、下游有，節(jié)流件上、下游有必須必須長(zhǎng)度長(zhǎng)度的直管段的直管段v將節(jié)流件前后的壓差用兩根導(dǎo)壓管傳送至測(cè)壓儀將節(jié)流件前后的壓差用兩根導(dǎo)壓管傳送至測(cè)壓儀表，按表，按最短最短距離敷設(shè)。兩根導(dǎo)壓管應(yīng)盡量保持距離敷設(shè)。兩根導(dǎo)壓管應(yīng)盡量保持相相同的溫度同的

13、溫度v導(dǎo)壓管應(yīng)導(dǎo)壓管應(yīng)垂直垂直安裝，防止積存氣體和水分。水平安裝，防止積存氣體和水分。水平安裝時(shí)，傾斜度不小于安裝時(shí)，傾斜度不小于1：10，頂部設(shè)放氣閥，底，頂部設(shè)放氣閥，底部設(shè)泄水閥部設(shè)泄水閥v測(cè)量測(cè)量液體液體時(shí)，差壓計(jì)時(shí)，差壓計(jì)低低于節(jié)流裝置安裝；測(cè)量于節(jié)流裝置安裝；測(cè)量氣氣體體時(shí)，差壓計(jì)最好時(shí)，差壓計(jì)最好高高于節(jié)流裝置；測(cè)量于節(jié)流裝置；測(cè)量蒸汽蒸汽時(shí)，時(shí)，相對(duì)位置同液體，兩導(dǎo)管的冷凝水在相對(duì)位置同液體，兩導(dǎo)管的冷凝水在同一同一水平面水平面v測(cè)量粘性、腐蝕性或易燃流體時(shí)，應(yīng)裝測(cè)量粘性、腐蝕性或易燃流體時(shí)，應(yīng)裝隔離器隔離器例 采用孔板、差壓變送器組成的測(cè)量系統(tǒng)采用孔板、差壓變送器組成的測(cè)量系

14、統(tǒng)測(cè)量管道內(nèi)流體的流量。已知差壓變送器的測(cè)量管道內(nèi)流體的流量。已知差壓變送器的量程為量程為00.6KPa，輸出，輸出420mA，對(duì)應(yīng)流體，對(duì)應(yīng)流體的流量為的流量為0 。求：。求：1）當(dāng)儀表的指示）當(dāng)儀表的指示流量為流量為 時(shí)，對(duì)應(yīng)的孔板兩端的輸出壓時(shí)，對(duì)應(yīng)的孔板兩端的輸出壓差為多少？差為多少？2）當(dāng)差壓變送器的輸出為）當(dāng)差壓變送器的輸出為12mA時(shí)，流體的流量為多少？時(shí)，流體的流量為多少？32.0/ms34.0/msmaxmaxQpQpmax124204QQ測(cè)量范圍：液體：見(jiàn)M系列標(biāo)準(zhǔn)流量范圍表；氣體：需要根據(jù)具體的用途進(jìn)行計(jì)算 量 程 比：1：10（穩(wěn)定液體） 精 度：默認(rèn)壓差（500）毫巴

15、的+/-1%F.S.，相當(dāng)于液體或氣體在推薦條件下的全量程范圍10無(wú)無(wú)高高電磁電磁導(dǎo)電液體導(dǎo)電液體 0.5 1.522400無(wú)無(wú)不高不高渦街渦街液、氣、液、氣、蒸氣蒸氣0.5 115400小小高高腰輪腰輪(橢橢圓齒輪圓齒輪)液、氣液、氣0.11.010500中等中等(無(wú)無(wú))無(wú)，需裝無(wú)，需裝過(guò)濾器過(guò)濾器本章小結(jié)本章小結(jié)v流速流速測(cè)量方法及工作原理測(cè)量方法及工作原理流量流量測(cè)量方法測(cè)量方法v速度式速度式測(cè)流量測(cè)流量畢托管畢托管測(cè)量：測(cè)點(diǎn)的確定；計(jì)算公式測(cè)量：測(cè)點(diǎn)的確定；計(jì)算公式節(jié)流差壓式節(jié)流差壓式流量計(jì)：流量計(jì)： 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的構(gòu)成；常用節(jié)流元標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的構(gòu)成；常用節(jié)流元件；取壓裝置；節(jié)流原理；

16、流量方程；件；取壓裝置；節(jié)流原理；流量方程；、的特性；管道的特性；管道條件條件 渦輪渦輪流量計(jì)：工作原理，流量方程流量計(jì)：工作原理，流量方程電磁電磁流量計(jì)：工作原理流量計(jì)：工作原理 超聲波流超聲波流量：工作原理（時(shí)差法，聲循環(huán)法）量：工作原理（時(shí)差法，聲循環(huán)法）v渦街渦街流量計(jì)：工作原理，流量方程，頻率檢出方法流量計(jì)：工作原理，流量方程，頻率檢出方法v容積式流量計(jì)容積式流量計(jì)作業(yè)v1、10、16、17、22 作業(yè)四作業(yè)四 1、采用標(biāo)準(zhǔn)孔板對(duì)管道內(nèi)流體的流量進(jìn)行測(cè)量，、采用標(biāo)準(zhǔn)孔板對(duì)管道內(nèi)流體的流量進(jìn)行測(cè)量，（1）敘述節(jié)流原理并推導(dǎo)流量公式。）敘述節(jié)流原理并推導(dǎo)流量公式。 （2）已）已知差壓變送

17、器的測(cè)壓范圍為知差壓變送器的測(cè)壓范圍為060kPa，對(duì)應(yīng)的流量，對(duì)應(yīng)的流量范圍為范圍為012000kg/h，差壓變送器輸出為，差壓變送器輸出為420mA，若差壓變送器輸出為若差壓變送器輸出為10 mA，求被測(cè)管道內(nèi)流體的，求被測(cè)管道內(nèi)流體的流量。流量。2、對(duì)于超聲波流量計(jì)，什么是聲循環(huán)法測(cè)量？與、對(duì)于超聲波流量計(jì)，什么是聲循環(huán)法測(cè)量？與時(shí)差法比較優(yōu)點(diǎn)是什么？時(shí)差法比較優(yōu)點(diǎn)是什么？3、渦街流量計(jì)是將流量的測(cè)量轉(zhuǎn)換成旋渦頻率的、渦街流量計(jì)是將流量的測(cè)量轉(zhuǎn)換成旋渦頻率的測(cè)量，渦街流量計(jì)是如何實(shí)現(xiàn)旋渦頻率信號(hào)檢測(cè)的？測(cè)量，渦街流量計(jì)是如何實(shí)現(xiàn)旋渦頻率信號(hào)檢測(cè)的？ 雙光束雙光束雙散射模式光路系統(tǒng)雙散射模

18、式光路系統(tǒng) I-I-光源光源 S-S-光接收器光接收器 M-M-反射鏡反射鏡 F-F-分光鏡分光鏡 L-L-透鏡透鏡 N-N-光欄光欄 v中間矩形法中間矩形法v對(duì)數(shù)對(duì)數(shù)線性法線性法將管道分成若干面積相等的區(qū)域，測(cè)點(diǎn)是根據(jù)流體流過(guò)將管道分成若干面積相等的區(qū)域，測(cè)點(diǎn)是根據(jù)流體流過(guò)管道的流量在經(jīng)驗(yàn)分析的基礎(chǔ)上計(jì)算出來(lái)的。各測(cè)點(diǎn)流管道的流量在經(jīng)驗(yàn)分析的基礎(chǔ)上計(jì)算出來(lái)的。各測(cè)點(diǎn)流速的加權(quán)平均值為通過(guò)管道的平均流速速的加權(quán)平均值為通過(guò)管道的平均流速niRri21212中間矩形法管道內(nèi)速中間矩形法管道內(nèi)速度分布的近似分布度分布的近似分布 電遠(yuǎn)傳式浮子流量計(jì)工作原理圖電遠(yuǎn)傳式浮子流量計(jì)工作原理圖1 1、2-2-磁鋼磁鋼 3-3-杠桿杠桿 4-4-平衡錘平衡錘 5-5-阻尼器阻尼器 6 6、7 7、8-8-連桿機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)9-9-標(biāo)尺標(biāo)尺 10-10-指針指針 1111121213-13-連桿機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu) 14-14-鐵芯鐵芯 15-15-差