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1、第三篇 流量測量概 述第一章 容積式流量計(jì)第二章 節(jié)流式流量計(jì)第三章 動(dòng)壓式流量計(jì)第四章 變面積式流量計(jì)第五章 流體振動(dòng)式流量計(jì)第六章 其它流量計(jì)第七章 質(zhì)量流量計(jì)本 篇 小 結(jié)7/19/20221概 述流量流經(jīng)管道（或設(shè)備）某一截面的流體數(shù)量。一、瞬時(shí)流量1.體積流量 單位時(shí)間流過某一有效截面的流體體積。qv = uA 2.質(zhì)量流量 單位時(shí)間流經(jīng)某一有效截面的流體質(zhì)量。qm = qv= uAm3/h、L/ht/h、kg/h二、累積流量(總量) m3、L、t、kg返回下一頁單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)某一有效截面的流體數(shù)量。某段時(shí)間內(nèi)流經(jīng)有效截面的流體數(shù)量的總和。7/19/20222按測量原理分類方法如圖3

2、-0-1、2所示。返回上一頁下一頁7/19/20223三、氣體體積流量計(jì)量物理標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)： 0 ，0.101325MPa工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)：20，0.101325MPa qv00 = qv2020由理想氣體定律：qv0 = 0.9318 qv20上一頁返回7/19/20224（1）流速的分類 低流速:小于1m/s 普通流速:25m/s 高流速:大于10m/s（2）管道的分類 小管徑:450mm 中管徑:50150mm 大管徑:150mm以上（3）流量的分類 微流量:小于60l/h 小流量:60l/h20m3/h 一般流量:20100m3/h 大流量:100m3/h以上7/19/20225第一章 容積式

3、流量計(jì)返回第一節(jié) 測量原理第二節(jié) 容積式流量計(jì)的特性第三節(jié) 容積式流量計(jì)的 選型、安裝、使用 精度高（比速度式），主要用作計(jì)量7/19/20226 容積式流量計(jì)主要用來測量不含固體雜質(zhì)的液體，如油類、冷凝液、樹脂和液態(tài)食品等粘稠流體的流量對于高粘度介質(zhì)的流量，其他流量計(jì)很難測量，而容積式流量計(jì)卻能精確測量，精度可達(dá)0.2%。常用的容積式流量計(jì)有橢圓齒輪流量計(jì)、腰輪（羅茨）流量計(jì)、活塞式流量計(jì)、刮板式流量計(jì)、圓盤式流量計(jì)、濕式氣體流量計(jì)及皮囊式流量計(jì)可用來測量氣體流量。7/19/20227第一節(jié) 測量原理 經(jīng)測量元件將流體連續(xù)不斷地分割成固定體積的單元流體，根據(jù)測量元件的動(dòng)作次數(shù)得到總量。即容積

4、分界法。 V0 固定體積;N 測量元件的轉(zhuǎn)數(shù);k 與流量計(jì)結(jié)構(gòu)有關(guān)的系數(shù)。返回轉(zhuǎn)子式容積流量計(jì)刮板式容積流量計(jì)活塞式容積流量計(jì)其他：膜式、濕式7/19/20228返回一、轉(zhuǎn)子式容積流量計(jì)(根據(jù)轉(zhuǎn)子的不同)返回1、橢圓齒輪流量計(jì)（用在小管徑）橢圓齒輪流量計(jì)下一頁 適合中、小流量測量，測量范圍為3l540 M3/h, 口徑為10250mm?？蓽y液體，準(zhǔn)確度0.2 0.5 。圖a位置，P1 P2 ，A為主動(dòng)輪，B為從動(dòng)輪； 圖b位置，A、B均為主動(dòng)輪；圖c位置，B為主動(dòng)輪，A為從動(dòng)輪； 7/19/20229 允許微小顆粒通過，測量范圍0.12500 m3h；口徑為16500mm?？蓽y液體或氣體。體積

5、大、笨重，維修不便，壓損較大，運(yùn)行中有震動(dòng)。返回上一頁下一頁準(zhǔn)確度可達(dá)0.1 0.5 ，可作為標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)。2、腰輪流量計(jì)（中、大管徑）7/19/2022103、雙轉(zhuǎn)子流量計(jì)返回上一頁 在壓差作用下，三齒轉(zhuǎn)子與四齒轉(zhuǎn)子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，被測流體被分割成“螺旋狀液塊”體積，隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)計(jì)數(shù)后排出計(jì)量室。 因?yàn)榘惭b于兩轉(zhuǎn)子軸上齒輪的嚙合轉(zhuǎn)動(dòng)使轉(zhuǎn)子之間始終保持適當(dāng)間隙，則轉(zhuǎn)子能平穩(wěn)同步轉(zhuǎn)動(dòng)。 適用:-29232、動(dòng)力粘度1000mPaS的大流量（142000M3/h，口徑40400mm，一般在80口徑、40M3/h以上使用）液體計(jì)量，準(zhǔn)確度為0.1、0.2、0.5級。下一頁7/19/2022114、螺桿流

6、量計(jì)適用液體計(jì)量。動(dòng)力粘度0.6200mPaS、1.2250 M3/h流量范圍，口徑40150mm，準(zhǔn)確度為0.2、0.5級。 返回上一頁7/19/202212二、刮板式容積流量計(jì)(比轉(zhuǎn)子式精度高) 東北管線返回1、凸輪式刮板流量計(jì)（長輸管線原油）下一頁7/19/2022132、凹線式刮板流量計(jì)返回3、彈性刮板流量計(jì)上一頁7/19/202214三、活塞式容積流量計(jì)（長輸管線上沒有）返回7/19/202215第三節(jié) 流量計(jì)的選型、 安裝和使用返回流量計(jì)的選型流量計(jì)的安裝和使用7/19/202216一、流量計(jì)的選型返回一般 qcom= 50 80%qmax 1. 根據(jù)被測介質(zhì)的性質(zhì) (氣、液體，腐

7、蝕性、粘度等）和工作條件（溫度、壓力等）選擇流量計(jì)的材質(zhì)和類型；對于原油、高溫水或化學(xué)液體，一般用不銹鋼材質(zhì)；原油的石油產(chǎn)品用鑄鋼、鑄鐵；輕微腐蝕的介質(zhì)采用銅合金。 500平方mm/s 運(yùn)動(dòng)粘度 米平方秒、毫米平方秒 動(dòng)力粘度 帕斯卡每秒、毫帕每秒低于一定黏度，測量不準(zhǔn)確。 2. 流量范圍的選擇 根據(jù)被測流量大?。ú皇前垂軓剑? 選擇流量計(jì)的測量范圍和量程比;7/19/2022173.壓力和溫度溫度升高，若超過使用溫度，熱膨脹，卡死 實(shí)測最大流量為上限流量的80，留有余量，延長儀表的使用壽命?；井a(chǎn)品（不是耐高溫的）一般120，6.4MP。廠家會根據(jù)使用材料的不同給出使用溫度。7/19/202

8、218二、容積式流量計(jì)的安裝和使用返回1. 可水平或垂直（大口徑不宜）安裝，要設(shè)旁路；流量計(jì)前須加裝過濾器，不需直管段;掃除介質(zhì)中雜質(zhì)，要求單相介質(zhì)；過濾器底部有排污閥，定期打開排污。氣液兩相流體，入口前應(yīng)安裝消氣器進(jìn)行氣液分離；介質(zhì)為液體，加裝消氣器；氣體，加水吸收器。4. 注意流向正確；5. 安裝之前，管線應(yīng)清掃。（新安裝的和維修以后的管線）因?yàn)槿莘e式流量計(jì)要求介質(zhì)清潔，有雜質(zhì)易卡死，尤其是轉(zhuǎn)子式的。蒸汽掃線時(shí)，嚴(yán)禁經(jīng)過表體。7/19/202219容積式流量計(jì)一般都是體積比較大，比較笨重，安裝在水平管線上。過濾器、集氣器，安裝在流量計(jì)的上游。檢修時(shí)打開旁路，生產(chǎn)不停。但走旁路時(shí)流量不能測了

9、，現(xiàn)在很多用計(jì)量撬，幾路并聯(lián)，不影響測量。7/19/202220少數(shù)口徑較小的也允許安裝在垂直管線上，流向從下往上，且安裝在旁路管，防止主管道上雜質(zhì)進(jìn)入流量計(jì)。7/19/2022216.定期維護(hù)，如過濾器的情況 由于介質(zhì)的不同，可能定期清洗前發(fā)生堵塞。采取的方法：在過濾器前后安裝兩個(gè)壓力表，當(dāng)前后差壓超過一定值時(shí)，判斷是否需清洗。或者安裝差壓計(jì)，直接測差壓.差壓正常時(shí)不會很大，在過濾器堵死時(shí)，前后差壓很大，則差壓計(jì)超量程了，因此用差壓計(jì)按理說和安裝兩個(gè)壓力表同原理，但實(shí)際不保險(xiǎn)。7/19/202222第二章 節(jié)流式流量計(jì)返回概述第一節(jié) 測量原理第二節(jié) 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置7/19/202223概 述返

10、回一、組成1. 節(jié)流裝置 （節(jié)流元件、取壓裝置）2. 引壓管路q PP差壓計(jì)3. 差壓計(jì)（差壓變送器）測得P二、流量計(jì)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)原用標(biāo)準(zhǔn)：GB2624 81現(xiàn)用標(biāo)準(zhǔn)：GB/T2624 93流量測量節(jié)流裝置的設(shè)計(jì)安裝和使用 國家儀器儀表工業(yè)總局上海自動(dòng)化儀表研究所7/19/202224第一節(jié) 測量原理測量原理 流量方程返回7/19/202225一、測量原理返回動(dòng)壓能（流速）與靜壓能（壓力）轉(zhuǎn)換的原理。 流體流經(jīng)節(jié)流元件將q P ，通過測量P來進(jìn)行流量測量。流體流經(jīng)節(jié)流元件壓力變化7/19/202226D 管道直徑；d 節(jié)流元件開孔直徑。據(jù)質(zhì)量流量的定義，令 二、流量方程下一頁返回對理想流體，由能量

11、守恒方程：根據(jù)流體連續(xù)性方程可得（3-2-7）1. 不可壓縮流體（一）理論方程7/19/202227能量守恒（伯努力）方程： 等熵指數(shù)。 2. 可壓縮流體下一頁上一頁返回經(jīng)整理得：（3-2-12） （3-2-15）流體密度與壓力的關(guān)系：可膨脹性系數(shù)1 節(jié)流元件前流體密度。7/19/202228（二）實(shí)際流量公式引入C值修正實(shí)際流量與理論流量的差異，則流量公式為：下一頁上一頁返回C流出系數(shù)。無量綱數(shù)，由實(shí)驗(yàn)方法按下式得到：雷諾數(shù)Red 臨界值Rek ，C趨于常數(shù)。 Rek 測量時(shí)必須保證流量計(jì)工作在大于Rek的區(qū)域。1.實(shí)際流量公式1 節(jié)流元件前的流體密度流出系數(shù)不同節(jié)流元件和不同取壓方式其C值

12、不同。 7/19/202229同理可得體積流量實(shí)用公式： 2. 實(shí)用流量公式上一頁返回實(shí)際工程應(yīng)用時(shí)，將流量公式采用下列形式：kg/hd mm;P Pa;1 kg/m3(3-2-25a)(3-2-26a)流量系數(shù)m3 /h7/19/202230第二節(jié) 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件取壓方式標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的管道、 安裝和使用條件壓力損失返回7/19/202231一、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件1、孔板2、噴嘴3、文丘里管返回標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置： 按標(biāo)準(zhǔn)條件和數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)、加工、 制造和安裝的節(jié)流裝置，無需進(jìn)行標(biāo)定，可直接用于流量測量，其誤差不會超出規(guī)定的流量不確定度。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置包括節(jié)流元件和取壓裝置。7/19/202232返

13、回孔板7/19/202233ISA 1932噴嘴下一頁返回7/19/202234長徑噴嘴上一頁返回7/19/202235文丘里管下一頁返回 上、下游取壓口應(yīng)做成單獨(dú)管壁取壓口形式，由均壓環(huán)將幾個(gè)取壓口連接起來。7/19/202236文丘里噴嘴上一頁返回 上游取壓位置必須是角接取壓，下游的喉部取壓，由引到均壓環(huán)的至少四個(gè)單獨(dú)鉆孔取壓口組成。7/19/2022371. 角接取壓緊貼節(jié)流元件前后端面取壓。適用于孔板、ISA1932噴嘴。2. 法蘭取壓（1）環(huán)室：用于400mm以下 管徑（2）單獨(dú)鉆孔：距離孔板前后端面各1吋處取壓。3. D-D/2取壓（徑距取壓）距離節(jié)流元件前端面各D和D/2處取壓。

14、返回適用于孔板、長徑噴嘴。二、取壓方式僅適用于孔板。7/19/202238角接取壓返回7/19/202239法蘭取壓返回下一頁7/19/202240（1）孔板采用角接取壓，法蘭取壓，D-D/2取壓三種方式。（2）ISA 1932噴嘴和文丘里噴嘴上游采用角接取壓，下游則各有不同；長徑噴嘴采用D-D/2取壓。（3）文丘里管的取壓方式另有規(guī)定。返回 各種取壓方式，水平管路取壓位置均如圖3-2-53所示。歸納上一頁7/19/202241可測可壓縮或不可壓縮流體；流體須是牛頓、單相流體。安裝示意圖（1）直管段長度。經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，前8后5（表3-2-3、4）（2）管束式流動(dòng)調(diào)整器（圖3-2-19）三、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流

15、裝置的管道、安裝和使用條件返回1.對流體和流動(dòng)狀態(tài)的要求2. 管道條件保證管內(nèi)流體達(dá)到紊流狀態(tài)。 流體要充滿管道；不適合脈動(dòng)流測量；對可壓縮流體，節(jié)流元件前后壓力比應(yīng)滿足 。7/19/202242安裝示意圖返回下一頁7/19/202243第三章 動(dòng)壓式流量計(jì)返回概述第一節(jié) 靶式流量計(jì)第二節(jié) 皮托管和均壓管7/19/202244流體在管道中流動(dòng)時(shí)，根據(jù)能量守恒定律，有： 為動(dòng)壓力。測出動(dòng)壓力或者作用在阻力體上的作用力，可知流速，則得到流量。動(dòng)壓式流量計(jì)的種類有：靶式流量計(jì)、擋板流量計(jì)、動(dòng)壓管流量計(jì)、皮托管等。概 述返回7/19/202245第四章 變面積式流量計(jì)返回概述第一節(jié) 測量原理第二節(jié) 工

16、作特性及刻度換算7/19/202246概 述返回7/19/202247第一節(jié) 測量原理工作原理遠(yuǎn)傳式轉(zhuǎn)子流量計(jì)返回7/19/202248流體作用在浮子上有3個(gè)力： 流體的動(dòng)壓力Vf 、Af 、f分別為浮子體積、最大截面積、密度。當(dāng)浮子處于平衡時(shí)：一、工作原理下一頁返回浮子本身的重力浮力7/19/202249通過環(huán)形面積的流速為：設(shè)環(huán)形流通面積為A0 流量系數(shù)。A0與高度h之間的關(guān)系為：上一頁（3-4-9）返回工作原理7/19/202250二、遠(yuǎn)傳式轉(zhuǎn)子流量計(jì) 采用不銹鋼錐管，利用磁耦合特性，將轉(zhuǎn)子高度變化轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號。遠(yuǎn)傳式轉(zhuǎn)子流量計(jì)返回7/19/202251第五章 流體振動(dòng)式流量計(jì)返回第一

17、節(jié) 渦街流量計(jì)第二節(jié) 旋進(jìn)漩渦流量計(jì)第三節(jié) 特點(diǎn)及使用7/19/202252第一節(jié) 渦街流量計(jì)測量原理頻率的檢測方法返回7/19/202253 St 斯特羅哈爾(Strouhal)系數(shù)；u發(fā)生體兩側(cè)平均流速；d旋渦發(fā)生體的迎流面最大寬度。一、測量原理返回下一頁 垂直于流體方向插入非流線形柱狀物，流速達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，其下游兩側(cè)會交替產(chǎn)生方向相反的漩渦，稱渦街(Vortex Street) 。 當(dāng)滿足 h/l=0.281 時(shí)，渦街保持穩(wěn)定。單側(cè)漩渦頻率與流速的關(guān)系：流體自然振動(dòng)。7/19/202254K流量計(jì)系數(shù)，脈沖數(shù)/ m3漩渦發(fā)生體 當(dāng)管道和旋渦發(fā)生體尺寸一定，K為常數(shù)，測得旋渦頻率f ，即

18、可知流量。 返回上一頁對于圓柱發(fā)生體，dD0.3時(shí)，流通截面積可近似為 （3-7-4） 7/19/202255二、頻率的檢測方法漩渦發(fā)生體返回 因產(chǎn)生旋渦一側(cè)的靜壓大于不產(chǎn)生旋渦一側(cè)的靜壓，兩側(cè)形成P ，經(jīng)導(dǎo)壓孔引起檢測器空腔內(nèi)流體移動(dòng)，交替對熱電阻絲產(chǎn)生冷卻作用，改變其阻值。電阻的變化與旋渦頻率相對應(yīng)。 7/19/202256第六章 其它流量計(jì)返回第二節(jié) 葉輪式流量計(jì)第三節(jié) 電磁流量計(jì)第四節(jié) 超聲波流量計(jì)7/19/202257第二節(jié) 葉輪式流量計(jì)測量原理渦輪流量計(jì)特點(diǎn)及使用返回7/19/202258測量原理返回動(dòng)量矩守恒：管路內(nèi)安裝一個(gè)可繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力體，流體通過與阻力體時(shí)產(chǎn)生碰撞，形成動(dòng)量

19、矩使阻力體轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)角速度隨流量大小而變。有切線式和軸流式兩種結(jié)構(gòu)：7/19/202259渦輪流量計(jì)是一種速度式流量儀表它具有測量精度高, 反應(yīng)快及耐壓高等特點(diǎn)。一、渦輪流量計(jì)1.結(jié)構(gòu)渦輪：葉片由高導(dǎo)磁材料制成；導(dǎo)流器：流體到達(dá)渦輪前先導(dǎo) 直，支承渦輪；磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換器：產(chǎn)生與葉片 轉(zhuǎn)速成正比的電信號；殼體：非導(dǎo)磁材料制成；前置放大器：放大磁電感應(yīng)轉(zhuǎn) 換器輸出的微弱電信號。下一頁上一頁返回7/19/2022602. 工作原理J渦輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；d/dt渦輪角加速度；T推動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)力矩；Ti阻礙旋轉(zhuǎn)的各種阻力矩。（3-6-1）下一頁上一頁阻力矩：流體阻力矩T1 機(jī)械摩擦阻力矩T2 電磁系統(tǒng)阻力矩T

20、3由動(dòng)量矩守恒原理，渦輪的運(yùn)動(dòng)方程為即:流量恒定時(shí): d/dt=0，則 T =T1 + T2 + T3渦輪以角速度作勻速旋轉(zhuǎn)。流量變化時(shí): d/dt0，渦輪作加速或減速旋轉(zhuǎn)。經(jīng)一段時(shí)間又會出現(xiàn)新穩(wěn)態(tài)。穩(wěn)態(tài)方程返回7/19/202261 根據(jù)各阻力矩、旋轉(zhuǎn)力矩的理論計(jì)算及實(shí)驗(yàn)證明，帶入穩(wěn)態(tài)方程可得流量與角速度的關(guān)系：（3-6-10）1 與電磁力矩T3有關(guān)的系數(shù)；2 與機(jī)械摩擦阻力矩T1、T2有關(guān)的系數(shù)； 流量系數(shù)，與儀表結(jié)構(gòu)、介質(zhì)流動(dòng)狀態(tài)、粘度等有關(guān)，一定范圍 內(nèi)為常數(shù)。上一頁當(dāng)qv大于某值后，因1、2均較小，可近似線性（3-6-11）流量與脈沖頻率的關(guān)系為：下一頁測量原理返回=2f/ZZ葉片數(shù)

21、因?yàn)?/19/202262二、特點(diǎn)及使用（一）特點(diǎn)1. 精確度高，0.10.5%?？勺鳒?zhǔn)確計(jì)量儀表。2反應(yīng)迅速，可測脈動(dòng)流量，線性。3輸出頻率信號，抗干擾能力強(qiáng)。（二）使用注意事項(xiàng)成本高、壽命短。適用于低粘度介質(zhì)的流量測量（輕質(zhì)油、氣體）原油管線上看不到，成品油和輸氣管線上一頁 1. 要求流體潔凈，流量計(jì)前應(yīng)加過濾裝置，設(shè)旁路。 2應(yīng)水平安裝。前、后直管段應(yīng)10D、5D以上。 3切忌引入高速氣體。返回西氣東輸管線，測氣體，用的渦輪流量計(jì)和超聲波流量，渦輪流量計(jì)比超聲波流量計(jì)精度高，但渦輪的有磨損，2年的使用壽命，軸需定期潤滑。4. 測量范圍寬，10：140：1中大口徑，6：15：1小口徑。7/

22、19/202263三、渦輪流量計(jì)的安裝（1）渦輪流量計(jì)應(yīng)水平安裝,進(jìn)出口處前后直管段應(yīng)不小于15D和D。 變送器與前置放大器之間的距離不超過3m。 流量計(jì)的表體上有箭頭，安裝方向與流向一致。（2）變送器應(yīng)安裝在不受外界電磁場影響的地方,否則在變送器的磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換上加設(shè)屏蔽罩。（3）新裝或維修后的管線，必須掃線后安裝流量計(jì)。掃線時(shí)要將流量計(jì)摘掉，安一段直短管，替代流量計(jì)的小段。 西氣東輸，安裝急，掃線沒掃干凈，過濾器堵塞，差壓計(jì)測時(shí)被打壞，應(yīng)摘掉流量計(jì)重新掃。（4）定期潤滑。有免潤滑的渦輪流量計(jì)，成本高。實(shí)際現(xiàn)場管線上都需要潤滑，按說明書定期用潤滑油，注入軸與軸承之間。7/19/202264第三節(jié) 電磁流量計(jì)測量原理特點(diǎn)及使用返回7/19/202265一、測量原理返回電磁感應(yīng)。