第4章流量測(cè)量

流量測(cè)量

第一節(jié)概述第二節(jié)差壓式流量計(jì)第三節(jié)均速管流量計(jì)第四節(jié)電磁流量計(jì)第五節(jié)容積式流量計(jì)流量測(cè)量

第四章流量測(cè)量（續(xù)）

第六節(jié)質(zhì)量流量計(jì)第七節(jié)其它流量計(jì)第一節(jié)流量概述定義：分類：體積流量質(zhì)量流量瞬時(shí)流量累積流量流量的測(cè)量方法速度式測(cè)量法：容積式測(cè)量法：質(zhì)量式測(cè)量法：流量計(jì)的分類差壓式流量計(jì)：速度式流量計(jì)：容積式流量計(jì)：其它的流量計(jì)：第二節(jié)差壓式流量計(jì)測(cè)量原理：伯努利方程組成結(jié)構(gòu)：節(jié)流裝置、差壓計(jì)、傳輸管道節(jié)流式流量計(jì)結(jié)構(gòu)圖分類：孔板噴嘴文丘里管1、測(cè)量原理和基本公式伯努利方程：連續(xù)性方程：標(biāo)準(zhǔn)孔板：標(biāo)準(zhǔn)噴嘴：標(biāo)準(zhǔn)文丘里管：2、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：標(biāo)準(zhǔn)孔板特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，價(jià)格便宜壓力損失較大，測(cè)量精度較低，只適用于潔凈流體介質(zhì)，測(cè)量大管徑高溫高壓介質(zhì)時(shí)，孔板易變形。參數(shù)：開(kāi)孔直徑d：d≥12.5mm，0.20≤β≤0.75孔板的厚度E：e≤E≤0.05D節(jié)流孔厚度e：0.005D≤e≤0.02D標(biāo)準(zhǔn)噴嘴ISA1932噴嘴適用范圍：管徑D：50～500mm直徑比β：0.32～0.80雷諾數(shù)ReD：

0.30≤β≤0.44，7E4～E70.44≤β≤0.80，2E4～E7結(jié)構(gòu)：標(biāo)準(zhǔn)文丘里管3、節(jié)流裝置的取壓方式角取壓法蘭取壓4、節(jié)流裝置的使用條件流體必須充滿圓管，連續(xù)地流過(guò)管道。只適于測(cè)量圓形截面管道內(nèi)的流體,標(biāo)準(zhǔn)噴嘴；流束應(yīng)與管軸平行，不得有旋轉(zhuǎn)流或旋渦。在進(jìn)行流量測(cè)量時(shí),管道內(nèi)流體的流動(dòng)應(yīng)是穩(wěn)定的；流體流量基本上不隨時(shí)間而變化,或者變化是非常緩慢的；流體可以是可壓縮的氣體或不可壓縮的流體；但不適于脈動(dòng)流與臨界流；流體必須是牛頓流體,在物理學(xué)和熱力學(xué)上是單相的,均勻的或者可認(rèn)為是單相的,且流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)不發(fā)生相變；節(jié)流裝置的制造和使用條件超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的極限時(shí),必須標(biāo)定后才能安裝使用。5、節(jié)流裝置的安裝6、節(jié)流裝置的選用節(jié)流裝置的選擇原則：允許的壓力損失；加工的難易；被測(cè)介質(zhì)的侵蝕性；現(xiàn)場(chǎng)安裝條件。使用時(shí)應(yīng)該注意的問(wèn)題：被測(cè)流體參數(shù)的變化；原始數(shù)據(jù)是否正確；節(jié)流裝置安裝是否正確；定期維護(hù)工作是否到位。第三節(jié)均速管流量計(jì)測(cè)量原理：組成結(jié)構(gòu)：均速探頭、差壓計(jì)、傳輸管道1、測(cè)量原理和基本公式伯努利方程：2、各種均速管流量計(jì)皮托管結(jié)構(gòu)圖皮托管測(cè)量原理圖主要特點(diǎn)：應(yīng)用于HVAC，潔凈空間和空氣處理領(lǐng)域；可以測(cè)量溫度較高的氣體和有顆粒的氣體，還可測(cè)量較高風(fēng)速；靜壓可達(dá)6bar；溫度最高可到650～800℃；精度：0.5%（指排列順序）；測(cè)量風(fēng)速和風(fēng)量時(shí)能保證2%精度）。阿牛巴流量計(jì)原理技術(shù)參數(shù)：適用于一般氣體、液體和蒸汽的測(cè)量；適于圓管直徑D=25～5000mm，特殊達(dá)5000mm。壓力范圍通常<=5MPa。溫度范圍：通常<=400℃雷諾數(shù)Re≥104；最小流速：氣體≥5m/s、液體≥0.5m/s、蒸汽≥9m/s。威爾巴流量計(jì)原理主要特點(diǎn)：子彈頭形探頭，一體化雙腔結(jié)構(gòu)；防堵性能好；流量系數(shù)穩(wěn)定；適用范圍廣；安裝方便。技術(shù)參數(shù)：適用于空氣、煤氣、天然氣、煙氣，自來(lái)水、工業(yè)用水、鍋爐給水、含腐溶液，飽和蒸氣、過(guò)熱蒸汽等；適于圓管直徑D=12～50mm、50～2000mm、2000～5000mm或于長(zhǎng)方形管道。壓力范圍通常0～25MPa，特殊40Mpa。溫度范圍：通常-80～450℃，特殊700℃測(cè)量精度為±1%，重復(fù)性為±0.1%。量程比大于10:1；最小流速：氣體≥5m/s、液體≥5m/s、蒸汽≥9m/s。直管段長(zhǎng)度：通常上游側(cè)≥7D，下游側(cè)≥3D，第四節(jié)電磁流量計(jì)測(cè)量原理：法拉第電磁感應(yīng)定律組成結(jié)構(gòu)：流量傳感器和轉(zhuǎn)換器1、測(cè)量原理和基本公式2、結(jié)構(gòu)磁路系統(tǒng)：直流磁場(chǎng)簡(jiǎn)單，但使管道中的導(dǎo)電液體電解、電極極化常采用交流B＝Bmsinωt交變磁場(chǎng)按勵(lì)磁繞組不同主要有兩種結(jié)構(gòu)：集中繞組；分組繞組式。測(cè)量管：用不導(dǎo)磁，低導(dǎo)電率，低導(dǎo)熱率具有一定強(qiáng)度，讓被測(cè)流體通過(guò)，不銹鋼、玻璃鋼、高強(qiáng)度塑料電極：測(cè)量感應(yīng)電勢(shì)襯里：直接接觸被測(cè)介質(zhì)，主要作用是增加測(cè)量管的耐磨與耐蝕性，防止感應(yīng)電勢(shì)被金屬測(cè)量管管壁短路外殼：一般用鐵磁材料制成，它是保護(hù)勵(lì)磁線圈的外罩，并可隔離外磁場(chǎng)的干擾轉(zhuǎn)換電路：流體流動(dòng)產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)十分微弱，而且各種干擾因素的影響也很大，轉(zhuǎn)換電路的目的是將感應(yīng)電勢(shì)放大并能抑制主要的干擾信號(hào)3、特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：壓力損失小，適用于含有顆粒、懸浮物等流體的流量測(cè)量；可以用來(lái)測(cè)量腐蝕性介質(zhì)的流量；流量測(cè)量范圍大,量程比可達(dá)10：1；流量計(jì)的管徑小到1mm，大到2m以上；只要流體導(dǎo)電，結(jié)果與流體的溫度、壓力、密度、粘度無(wú)關(guān)。測(cè)量精度為0.5-1.5級(jí)；電磁流量計(jì)的輸出與流量呈線性關(guān)系；反應(yīng)迅速，可以測(cè)量脈動(dòng)流量。缺點(diǎn)：被測(cè)介質(zhì)必須是導(dǎo)電的液體，不能用于氣體、蒸汽及石油制品的流量測(cè)量；流速測(cè)量下限有一定限度；工作壓力受到限制。結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜，成本較高。傳感器安裝方向水平、垂直或傾斜均可，不受限制。水平安裝時(shí)電極軸線平行于地平線使用時(shí)傳感器測(cè)量管必須充滿液體。對(duì)重污介質(zhì)的測(cè)量，變送器應(yīng)安裝在旁路管道上。3、安裝及使用傳感器必須單獨(dú)接地為避免干擾，信號(hào)電纜必須單獨(dú)穿在接地保護(hù)鋼管內(nèi)，不能把信號(hào)電纜和電源線安裝在同一鋼管內(nèi)。安裝地點(diǎn)要遠(yuǎn)離一切磁源，不能有振動(dòng)。第五節(jié)容積式流量計(jì)它是使被測(cè)流體充滿具有一定容積的空間，然后再把這部分流體從出口排出是流量?jī)x表中精度最高的一類。液體測(cè)量：橢圓齒輪式、腰輪式、刮板式。氣體測(cè)量：腰輪式、刮板式、濕式氣體溫度計(jì)。橢圓齒輪式和腰輪式應(yīng)用最多。工作原理：在一定容積的空間里充滿的液體，隨流量計(jì)內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)元件的移動(dòng)而被送出出口，測(cè)量這種送出流體的次數(shù)就可以求出通過(guò)流量計(jì)的流體體積。容積式流量計(jì)從原理上講是一臺(tái)從流體中吸收少量能量的水力發(fā)動(dòng)機(jī)，這個(gè)能量用來(lái)克服流量檢測(cè)元件和附件轉(zhuǎn)動(dòng)的摩擦力，同時(shí)在儀表流入與流出兩端形成壓力降。流量：

橢圓齒輪流量計(jì)每轉(zhuǎn)一周，兩個(gè)齒輪共送出四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)體積的流體。一對(duì)相互嚙合的橢圓形齒輪，齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，左右兩邊分別交替與殼體構(gòu)成半形截面的空間V0，并以V0為基本單位，一次又一次地將被測(cè)介質(zhì)由變送器的入口排至出口。當(dāng)兩個(gè)齒輪各完整地轉(zhuǎn)一圈后，變送器所排出的被測(cè)介質(zhì)量為V0的4倍。測(cè)量出齒輪的轉(zhuǎn)速就可以確定流體的流量。腰輪流量計(jì)該流量計(jì)的兩個(gè)轉(zhuǎn)子呈腰形，通過(guò)定位齒輪使兩腰形轉(zhuǎn)子互相嚙合轉(zhuǎn)動(dòng)。腰輪流量計(jì)除可測(cè)液體外，還可測(cè)量氣體，精度可達(dá)0.1％，并可做標(biāo)準(zhǔn)表使用；最大流量可達(dá)1000m3/h。容積式流量計(jì)的工作特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：檢測(cè)誤差隨流體的粘度、密度和潤(rùn)滑性能而變化，特別是粘度的影響起主要作用；精度高，可達(dá)0.2～0.5%，主要測(cè)高粘度流體，測(cè)總流量；測(cè)量過(guò)程與雷諾數(shù)無(wú)關(guān)；量程比較寬，可達(dá)10:1；對(duì)直管段無(wú)要求；被測(cè)流體要求清潔，否則易堵或磨損；缺點(diǎn)：大部分只適用潔凈單相流體。被測(cè)介質(zhì)含有固體顆粒、臟污物時(shí)，儀表前應(yīng)加過(guò)濾器；被測(cè)介質(zhì)中含有氣體，還要加裝氣體分離器；與其他通用式流量計(jì)（差壓式、電磁式）相比，容積式流量計(jì)的被測(cè)介質(zhì)種類、介質(zhì)工況（溫度、壓力）、口徑局限性較大，適用范圍窄；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大。制造、裝配和使用要求較高，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜；由于高溫下零件熱膨脹、變形，低溫下材質(zhì)變脆等問(wèn)題，一般不適用于高低溫場(chǎng)合。溫度：-30－160℃，壓力：<=10ＭＰａ第六節(jié)質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量原理：流體的質(zhì)量是流體體積和密度的函數(shù)。分類：可分為間接測(cè)量和直接測(cè)量?jī)深悺?、間接式質(zhì)量流量計(jì)

一般是采用體積流量計(jì)和密度計(jì)或兩個(gè)不同類型

的體積流量計(jì)組合，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量流量的測(cè)量。常見(jiàn)的組合方式主要有3種。

⑴節(jié)流式流量計(jì)與密度計(jì)的組合流式流量計(jì)與密度計(jì)組合⑵體積流量計(jì)與密度計(jì)的組合體積流量計(jì)和密度計(jì)組合⑶體積流量計(jì)與體積流量計(jì)的組合

節(jié)流式流量計(jì)和其它體積流量計(jì)組合2.直接式質(zhì)量流量計(jì)

直接式質(zhì)量流量計(jì)的輸出信號(hào)直接反映質(zhì)量流量，有許多種型式。

⑴熱式質(zhì)量流量計(jì)

根據(jù)傳熱規(guī)律：為流體的定壓比熱;兩點(diǎn)溫度差。熱式質(zhì)量流量計(jì)示意圖電源：24VDC

精度：1～3%F.S.

流通管徑：φ20～200

工作溫度：-20～60℃

輸出：4～20mA、0～5VDC、232接口對(duì)上下游直管段有要求：上游（8-10）D，下游（3-5）D；主要應(yīng)用于測(cè)量空氣、氫氣、氟氣、甲烷等氣體質(zhì)量流量的測(cè)量。流速范圍：0-90m/s，（2）科里奧利質(zhì)量流量計(jì)

科氏力流量計(jì)測(cè)量原理

U形管受到一個(gè)力矩的作用，其管端繞R-R軸扭轉(zhuǎn)而產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，該變形量的大小與通過(guò)流量計(jì)的質(zhì)量流量具有確定的關(guān)系。

ω為轉(zhuǎn)動(dòng)角速度

轉(zhuǎn)彈性模量

二、特點(diǎn)測(cè)量密度較大或黏度較高的流體，含有固體物的漿液和含有微量氣體的液體，足夠高密度的氣體；測(cè)量管內(nèi)流體的性質(zhì)對(duì)測(cè)量結(jié)果沒(méi)有影響；對(duì)上下游直管段無(wú)安裝要求；測(cè)量精度較高，可達(dá)0.02%；量程比寬，可達(dá)100:1；對(duì)振動(dòng)敏感；不適用于低密度介質(zhì)和低壓氣體；不適用于大管道；第七節(jié)其它流量計(jì)一、渦輪流量計(jì)當(dāng)被測(cè)流體流過(guò)時(shí)，沖擊渦輪葉片，使渦輪旋轉(zhuǎn)，在一定測(cè)量范圍內(nèi)，一定的流體粘度下，渦輪轉(zhuǎn)速與流速成正比。由渦輪的轉(zhuǎn)速就可求出體積流量渦輪式流量計(jì)由流量變送器和顯示儀表組成。渦輪流量計(jì)結(jié)構(gòu)渦輪葉片速度分解u流體平均流速；

葉片的切向速度；n渦輪轉(zhuǎn)速。ξ與流量的關(guān)系曲線(2)流量方程

渦輪流量計(jì)特點(diǎn)精度高，其基本誤差±(0.25%-1.0％),可作為流量的標(biāo)準(zhǔn)儀表。結(jié)構(gòu)緊湊輕巧，安裝維修方便，流通能力大。適用高壓測(cè)量，壓力損失小。測(cè)量范圍寬，線性好?？芍苯虞敵鰯?shù)字信號(hào)，抗干擾能力強(qiáng)。安裝及使用要求被測(cè)介質(zhì)潔凈，以減少對(duì)軸承的磨損，并防止渦輪被卡住。對(duì)于不潔凈介質(zhì)，應(yīng)在變送器前加裝過(guò)濾器。渦輪流量計(jì)的特性受流體粘度變化的影響較大。通常生產(chǎn)廠家用常溫下潔凈的水對(duì)出廠渦輪變送器進(jìn)行標(biāo)定，粘度變化時(shí)應(yīng)用實(shí)測(cè)介質(zhì)重新標(biāo)定儀表常數(shù)。渦輪流量計(jì)應(yīng)水平安裝，進(jìn)出口前后的直管段應(yīng)不小于15D和5D。2.渦街流量計(jì)

(1)渦街流量計(jì)原理

在均勻流動(dòng)的流體中,垂直地插入一個(gè)具有非流線型截面的柱體,稱為漩渦發(fā)生體，則在其兩側(cè)會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)方向相反、交替出現(xiàn)的漩渦，并隨著流體流動(dòng)，在下游形成兩列不對(duì)稱“卡門(mén)渦街”。

其體積流量方程式為:

?—漩渦產(chǎn)生的頻率；u—流體流速；d—直徑漩渦發(fā)生體的特征尺寸；

St—斯特羅哈爾數(shù)；D—管道內(nèi)徑；

A—在漩渦發(fā)生體處的流通截面積。渦街流量計(jì)(2)漩渦頻率的測(cè)量圖(3)渦街流量計(jì)的特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn):

渦街流量計(jì)測(cè)量精度較高；

量程比寬,可達(dá)30:1；

使用壽命長(zhǎng)，壓力損失小，安裝與維護(hù)比較方便；

測(cè)量幾乎不受流體參數(shù)變化的影響，用水或空氣標(biāo)定后的流量計(jì)無(wú)須校正即可用于其它介質(zhì)的測(cè)量；

易與數(shù)字儀表或計(jì)算機(jī)接口,對(duì)氣體、液體和蒸汽介質(zhì)均適用。缺點(diǎn):

流體流速分布情況和脈動(dòng)情況將影響測(cè)量準(zhǔn)確度，因此適用于紊流流速分布變化小的情況，并要求流量計(jì)前后有足夠長(zhǎng)的直管段。

超聲波流量計(jì)是一種非接觸式測(cè)溫儀表。它是利用超聲波在流體順流方向與逆流方向中傳播速度的差別，來(lái)測(cè)量流體的流速的。測(cè)定傳播速度之差的方法有：時(shí)間差、相位差、頻率差。①時(shí)差法

時(shí)差法就是測(cè)量超聲波脈沖順流和逆流時(shí)傳播的時(shí)間差。流體流速

t1-按順流方向，超聲波到達(dá)接收器時(shí)間；t2-按逆流方向，超聲波到達(dá)接收器時(shí)間。cABXLVCos

Flowvc②相差法

相位差法是把上述時(shí)間差轉(zhuǎn)換為超聲波傳播的相位差來(lái)測(cè)量。超聲波換能器向流體連續(xù)發(fā)射形式為

的超聲波脈沖，式中為超聲波的角頻率。

按順流方向發(fā)射時(shí)收到的信號(hào)相位；

按逆流方向發(fā)射時(shí)收到的信號(hào)相位。③頻差法

頻差法是通過(guò)測(cè)量順流和逆流時(shí)超聲脈沖的循環(huán)頻率之差來(lái)測(cè)量流量的。

順流時(shí)脈沖循環(huán)頻率：

逆流時(shí)脈沖循環(huán)頻率：

脈沖循環(huán)頻差：

流體流速:

流體體積流量方程：

(2)多普勒法測(cè)量原理

根據(jù)多普勒效應(yīng)，當(dāng)聲源和觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者所感受到的聲頻率將不同于聲源所發(fā)出的頻率。這個(gè)頻率的變化與兩者之間的相對(duì)速度成正比。超聲波多普勒流量計(jì)就是基于多普勒效應(yīng)測(cè)量流量的。(3)超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)與應(yīng)用

超聲波流量計(jì)由超聲波換能器、電子線路及流量顯示系統(tǒng)組成。超聲波換能器通常由鋯鈦酸鉛陶瓷等壓電材料制成，通過(guò)電致伸縮效應(yīng)和壓電效應(yīng)，發(fā)射和接收超聲波。換能器在管道上的配置方式如圖所示：

超聲波換能器在管道上的配置方式特點(diǎn)安裝簡(jiǎn)單，能用于任何液體，特別是具有高粘度、強(qiáng)腐蝕、非導(dǎo)電性等性能的液體的流量測(cè)量，也能測(cè)量氣體流量；沒(méi)有插入被測(cè)流體管道的部件，對(duì)流束無(wú)影響，也沒(méi)有壓力損失；對(duì)于大口徑管道的流量測(cè)量，不會(huì)因管徑大而增加投資；使用要求當(dāng)被測(cè)流體中含有雜質(zhì)和氣泡時(shí)，將會(huì)影響聲的傳播，降低測(cè)量精度；當(dāng)流速分布不同時(shí)，將會(huì)降低測(cè)量精度，儀表前后分別要有20D和5D的直管段要求流量標(biāo)準(zhǔn)裝置液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置

1.標(biāo)準(zhǔn)容積法

容積法液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置由水源、流量穩(wěn)壓裝置、試驗(yàn)管道、切換機(jī)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量容器等幾個(gè)部分組成。其中流量穩(wěn)壓裝置有高位水槽和氣液容器穩(wěn)壓法兩種。標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量容器是經(jīng)過(guò)精確標(biāo)定的，其容積精度可達(dá)萬(wàn)分之幾，其上裝有讀數(shù)裝置，有各種不同的容積可根據(jù)流量范圍需要選用。1—水池；2—水泵；3—高位水槽；4—溢流管；5—穩(wěn)壓容器；6—夾表器；7—切換機(jī)構(gòu)；8—切換擋板；9—標(biāo)準(zhǔn)容積計(jì)量槽；10—液位標(biāo)尺；11—游標(biāo)；12—被校流量計(jì)

標(biāo)準(zhǔn)容積法流量標(biāo)準(zhǔn)裝置2.標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量法