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文檔簡介

3.5流量測量

內(nèi)容提要3.5.1概論3.5.2差壓式流量計(jì)1.測量原理及節(jié)流裝置2.節(jié)流裝置的流量方程3.壓差式流量計(jì)的組成4.壓差式流量計(jì)的使用3.5.3轉(zhuǎn)子流量計(jì)1.測量原理及流量公式2.轉(zhuǎn)子流量計(jì)的特點(diǎn)3.5.4電磁式流量計(jì)

1.測量原理2.電磁式流量計(jì)的特點(diǎn)內(nèi)容提要3.電磁式流量計(jì)的安裝使用3.5.5其他流量計(jì)1.靶式流量計(jì)2.橢圓齒輪流量計(jì)3.渦輪流量計(jì)3.5.1概述

機(jī)泵、壓縮機(jī)的出口流量常常是生產(chǎn)裝置的負(fù)荷(設(shè)備的處理量),必須進(jìn)行嚴(yán)格檢測和控制。以便為生產(chǎn)操作和控制提供依據(jù)。同時(shí),為了進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算,經(jīng)常需要知道在一段時(shí)間(如一班、一天等)內(nèi)流過的介質(zhì)總量。所以,介質(zhì)流量(液體、氣體和蒸汽等)是控制生產(chǎn)過程達(dá)到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)和安全生產(chǎn)以及進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算所必需的一個(gè)重要參數(shù)。

3.5.1概述定義流量(瞬時(shí)流量):單位時(shí)間內(nèi)流過管道某一截面的流體的數(shù)量。

累積流量(總流量):某一時(shí)段內(nèi)流過的流體的總合。瞬時(shí)流量在某一時(shí)段的累積量。質(zhì)量流量(M):單位時(shí)間內(nèi)流過某截面的流體的質(zhì)量。

單位:(kg/s)體積流量(Q):單位時(shí)間內(nèi)流過某截面的流體的體積。單位:(m3/s)3.5.1概述流量計(jì):測量流體流量的儀表。計(jì)量表:測量流體總量的儀表。

3.5.1概述1.速度式流量計(jì)

以測量流體在管道內(nèi)的流速作為測量依據(jù)來計(jì)算流量的儀表。

2.容積式流量計(jì)

以單位時(shí)間內(nèi)所排出的流體的固定容積的數(shù)目作為測量依據(jù)來計(jì)算流量的儀表。3.質(zhì)量流量計(jì)

以測量流體流過的質(zhì)量M為依據(jù)的流量計(jì)。質(zhì)量流量計(jì)分直接式和間接式兩種。分類3.5.2差壓式流量計(jì)

差壓式(也稱節(jié)流式)流量計(jì)是基于流體流動(dòng)的節(jié)流原理,利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)產(chǎn)生的壓力差而實(shí)現(xiàn)流量測量的。

通常是由能將被測流量轉(zhuǎn)換成壓差信號(hào)的節(jié)流裝置和能將此壓差轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的流量值顯示出來的差壓計(jì)以及顯示儀表所組成。(1)

測量原理及節(jié)流裝置壓差式流量計(jì)的核心部件是節(jié)流裝置,它包括:節(jié)流元件、取壓裝置以及其前后管段。

1.節(jié)流裝置

(a)標(biāo)準(zhǔn)孔板(b)噴嘴(c)文丘里管相比而言,標(biāo)準(zhǔn)孔板制作最簡單,使用也最廣泛。當(dāng)要求壓力損失較小時(shí),可采用噴嘴、文丘里管等3.5.2差壓式流量計(jì)2.取壓裝置

(a)角接取壓(b)法蘭取壓(c)徑距取壓圖3.5.2差壓式流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)孔板取壓方式(1)角接取壓取壓點(diǎn)分別位于節(jié)流元件前后端面處。適用于孔板和噴嘴兩種節(jié)流裝置。它又分為環(huán)室取壓和單獨(dú)鉆孔取壓兩種方法。(2)法蘭取壓在距節(jié)流元件前后端面各1英寸(25.4mm)的位置上垂直鉆孔取壓,僅適用于孔板。3.5.2差壓式流量計(jì)

3.節(jié)流件前后的直管段

直管段的長度隨阻力件的形式、節(jié)流件的幾何形狀和直徑比值不同而異。在設(shè)計(jì)時(shí),最短直管段長度:

孔板、噴嘴和文丘里噴嘴所要求的最短直管段長度見下表3.5.2差壓式流量計(jì)3.5.2差壓式流量計(jì)3.5.2差壓式流量計(jì)

孔板裝置及壓力、流速分布圖

要準(zhǔn)確測量出截面Ⅰ、Ⅱ處的壓力有困難,因?yàn)楫a(chǎn)生最低靜壓力p2′的截面Ⅱ的位置隨著流速的不同會(huì)改變。因此是在孔板前后的管壁上選擇兩個(gè)固定的取壓點(diǎn),來測量流體在節(jié)流裝置前后的壓力變化。因而所測得的壓差與流量之間的關(guān)系,與測壓點(diǎn)及測壓方式的選擇是緊密相關(guān)的。注意3.5.2差壓式流量計(jì)(2)節(jié)流裝置的流量方程

流量基本方程式是闡明流量與壓差之間定量關(guān)系的基本流量公式。它是根據(jù)流體力學(xué)中的伯努利方程和流體連續(xù)性方程式推導(dǎo)而得的。根據(jù)流體力學(xué)中的伯努利方程,可以推導(dǎo)得出節(jié)流式流量計(jì)的流量方程,也就是差壓和流量之間的定量關(guān)系式:?為流量系數(shù)ε為可膨脹性系數(shù)A0為節(jié)流件的開孔面積

ρ為節(jié)流裝置前的流體密度ΔP節(jié)流裝置前后實(shí)際測得的壓差可以看出要知道流量與壓差的確切關(guān)系,關(guān)鍵在于α的取值。

流量與壓力差ΔP的平方根成正比。

3.5.2差壓式流量計(jì)

流量系數(shù)?主要與節(jié)流裝置的型式、取壓方式、流體的流動(dòng)狀態(tài)(如雷諾數(shù))和管道條件等因素有關(guān)。因此,是一個(gè)影響因素復(fù)雜的綜合性參數(shù),也是節(jié)流式流量計(jì)能否準(zhǔn)確測量流量的關(guān)鍵所在,雷諾數(shù)大于某一數(shù)值(界限雷諾數(shù))時(shí),值可認(rèn)為是一常數(shù)。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置,可以從有關(guān)手冊(cè)中查出;對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置,其值要由實(shí)驗(yàn)方法確定。3.5.2差壓式流量計(jì)膨脹系數(shù)ε用來校正流體的可壓縮性,它與節(jié)流件前后壓力的相對(duì)變化量、流體的等熵指數(shù)等因素有關(guān),其取值范圍小于等于1。對(duì)于不可壓縮性流體,ε=1;對(duì)于可壓縮性流體,則

ε<1。應(yīng)用時(shí)可以查閱有關(guān)手冊(cè)而得。3.5.2差壓式流量計(jì)(3)差壓式流量計(jì)的組成差壓式流量計(jì)由節(jié)流裝置、引壓管路和差壓變送器(差壓計(jì))組成。節(jié)流裝置用于產(chǎn)生壓力差;導(dǎo)壓管是連接節(jié)流裝置與差壓計(jì)的管線,用來傳導(dǎo)差壓信號(hào);差壓計(jì)用來測量壓差信號(hào),并把此壓差轉(zhuǎn)換成流量指示記錄下來。差壓式流量計(jì)的組成3.5.2差壓式流量計(jì)3.5.2差壓式流量計(jì)

(4)壓差式流量計(jì)的使用節(jié)流裝置的安裝與使用:①必須保證節(jié)流裝置的開孔和管道的軸線同心,并使節(jié)流裝置端面與管道的軸線垂直。②在節(jié)流裝置前后長度為兩倍于管徑(2D)的一段管道內(nèi)壁上,不應(yīng)有凸出物和明顯的粗糙或不平現(xiàn)象。3.5.2差壓式流量計(jì)測蒸汽一體化孔板質(zhì)量流量計(jì)3.5.3轉(zhuǎn)子流量計(jì)組成由下往上逐漸擴(kuò)大的錐形管放在錐形管內(nèi)可自由運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子被測流體由錐形管下端進(jìn)入,流經(jīng)轉(zhuǎn)子與錐形管之間的環(huán)隙,再從上端流出當(dāng)流體流過的時(shí)候,位于錐形管中的轉(zhuǎn)子受到向上的一個(gè)力,使其浮起。當(dāng)這個(gè)力正好等于轉(zhuǎn)子重量減去流體對(duì)轉(zhuǎn)子的浮力,此時(shí)轉(zhuǎn)子就停浮在一定的高度上3.5.3轉(zhuǎn)子流量計(jì)(1)測量原理及流量公式

轉(zhuǎn)子流量計(jì)采用的是恒壓降、變節(jié)流面積的流量測量方法。

轉(zhuǎn)子流量計(jì)的工作原理圖3.5.3轉(zhuǎn)子流量計(jì)若流體流量突然由小變大時(shí),作用在轉(zhuǎn)子上的向上的力就加大,轉(zhuǎn)子上升,環(huán)隙增大,即流通面積增大。隨著環(huán)隙的增大,使流體流速變慢,流體作用在轉(zhuǎn)子上的向上力也就變小。這樣,轉(zhuǎn)子在一個(gè)新的高度上重新平衡。轉(zhuǎn)子在錐形管中平衡位置的高低h與被測介質(zhì)的流量大小相對(duì)應(yīng)。3.5.3轉(zhuǎn)子流量計(jì)轉(zhuǎn)子的平衡關(guān)系V為轉(zhuǎn)子的體積;ρt和ρf分別為轉(zhuǎn)子和流體的密度;g為重力加速度;ΔP為轉(zhuǎn)子前后的壓差;A為轉(zhuǎn)子的最大截面積3.5.3轉(zhuǎn)子流量計(jì)轉(zhuǎn)子和錐形管間的環(huán)隙面積相當(dāng)于節(jié)流式流量計(jì)的節(jié)流孔面積,但它是變化的,并與轉(zhuǎn)子高度h成近似的線性關(guān)系,因此,轉(zhuǎn)子流量計(jì)的流量公式可以表示為流量與轉(zhuǎn)子高度h成線性關(guān)系式中的其它參數(shù)為常數(shù)式中:φ為儀表常數(shù);h為轉(zhuǎn)子浮起的高度。

3.5.3轉(zhuǎn)子流量計(jì)(2)轉(zhuǎn)子流量計(jì)的特點(diǎn):①轉(zhuǎn)子流量計(jì)主要適合于檢測中小管徑、較低雷諾數(shù)的中小流量;②流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡單,使用方便,工作可靠,儀表前直管段長度要求不高;③流量計(jì)的基本誤差約為儀表量程的土2%;④流量計(jì)的測量精度易受被測介質(zhì)密度、粘度、溫度、壓力、純凈度、安裝質(zhì)量等的影響。3.5.3轉(zhuǎn)子流量計(jì)3.5.3轉(zhuǎn)子流量計(jì)金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)的外形結(jié)構(gòu)圖3.5.4電磁流量計(jì)能夠測量酸、堿、鹽溶液以及含有固體顆粒(例如泥漿)或纖維液體的流量。

電磁流量計(jì)原理(1)測量原理當(dāng)導(dǎo)電的流體在磁場中以垂直方向流動(dòng)而切割磁力線時(shí),就會(huì)在管道兩邊的電極上產(chǎn)生感應(yīng)電勢,感應(yīng)電勢的大小與磁場的強(qiáng)度、流體的速度和流體垂直切割磁力線的有效長度成正比:流量和電壓E成線性關(guān)系,測得E就可以求得流量的大小。3.5.4電磁流量計(jì)

只要是導(dǎo)電的,被測流體可以是含有顆粒、懸浮物等,也可以是酸、堿、鹽等腐蝕性物質(zhì);流量計(jì)的輸出電流與體積流量成線性關(guān)系,并且不受液體的溫度、壓力、密度、粘度等參數(shù)的影響;測量口徑范圍大,可以從lmm到2m以上,特別適用于lm以上口徑的水流量測量;測量精度一般優(yōu)于0.5級(jí);電磁流量計(jì)反應(yīng)迅速,可以測量脈動(dòng)流量;測量導(dǎo)管內(nèi)無可動(dòng)或突出于管道內(nèi)部的部件,因而壓力損失極小;(2)電磁流量計(jì)的特點(diǎn):3.5.4電磁流量計(jì)可以水平安裝,也可以垂直安裝,但要求液體充滿管道;直管段要求:前10D,后5D以上;遠(yuǎn)離磁場;變送器前后管道有時(shí)帶有較大的雜散電流,一般要把變送器前后1~1.5m處和變送器外殼連接在一起,共同接地。(3)電磁流量計(jì)的安裝(a)一體式(夾裝)(b)分體式(法蘭安裝)電磁流量計(jì)外形圖

電磁流量傳感器由測量管組件、磁路系統(tǒng)、電極等部分組成,如圖4.69所示,測量管上下裝有勵(lì)磁線圈,通以勵(lì)磁電流后產(chǎn)生磁場穿過測量管。一對(duì)電極裝在測量管內(nèi)壁與液體相接觸,引出感應(yīng)電勢。3.5.5其他流量計(jì)一、靶式流量計(jì)便于某些黏度較高或含有懸浮物介質(zhì)的流量檢測。

半導(dǎo)體應(yīng)變片式靶式流量變送器

1—靶;2—輸出力杠桿;3—推桿;4—懸臂塊;R1~R4—半導(dǎo)體應(yīng)變片3.5.5其他流量計(jì)圖4.24橢圓齒輪流量計(jì)1-表頭;2-聯(lián)軸耦合器;3-上蓋;4-測量主體;5-橢圓齒輪;6-軸3.5.5其他流量計(jì)橢圓齒輪流量計(jì)的原理示意圖隨著橢圓齒輪不斷旋轉(zhuǎn),流體就一次次被計(jì)量室分割、并以計(jì)量室為單位從入口排到出口。從(a)到(d)再到(a),橢圓齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)1/2圓周,剛好排出2個(gè)計(jì)量室體積的被測流體,所以,橢圓齒輪轉(zhuǎn)一周將排出4個(gè)計(jì)量室體積的被測流體。即通過橢圓齒輪流量計(jì)的累積流量V和體積流量qv為2.橢圓齒輪流量計(jì)的工作原理

3.5.5其他流量計(jì)二、橢圓齒輪流量計(jì)1.工作原理橢圓齒輪流量計(jì)結(jié)構(gòu)原理通過橢圓齒輪流量計(jì)的體積流量2.使用特點(diǎn)

適用于高黏度介質(zhì)的流量測量。測量精度較高,壓力損失較小,安裝使用也較方便。橢圓齒輪流量計(jì)的入口端必須加裝過濾器。橢圓齒輪流量計(jì)的使用溫度有一定范圍。橢圓齒輪流量計(jì)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,加工成本較高。3.5.5其他流量計(jì)三、渦輪流量計(jì)

渦輪流量計(jì)1—渦輪;2—導(dǎo)流器;3—磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換器;4—外殼;5—前置放大器優(yōu)點(diǎn)

安裝方便。測量精

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