化工儀表第三章流 量 檢 測

化工儀表第三章流量檢測第1頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月流量一般所講的流量大小是指單位時(shí)間內(nèi)流過管道某一截面的流體數(shù)量的大小，即瞬時(shí)流量。而在某一段時(shí)間內(nèi)流過管道的流體流量的總和，即瞬時(shí)流量在某一段時(shí)間內(nèi)的累計(jì)值，稱為總量。第2頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月流量和總量，可以用質(zhì)量表示，也可以用體積表示。單位時(shí)間內(nèi)流過的流體以質(zhì)量表示的稱為質(zhì)量流量，常用符號(hào)M表示，以體積表示的稱為體積流量，常用符號(hào)Q表示。若流體的密度是ρ，則體積流量與質(zhì)量流量之間的關(guān)系是M=ρQ或Q=M/ρ累積體積流量累積質(zhì)量流量第3頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月測量流體流量的儀表一般叫流量計(jì)；測量流體總量的儀表常稱為計(jì)量表。常用的流量單位有噸每小時(shí)(t／h)、千克每小時(shí)(kg／h)、千克每秒(kg／s)、立方米每小時(shí)(m3／h)、升每小時(shí)(L／h)、升每分(L／min)等。第4頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月測量流量的方法很多，其測量原理和所應(yīng)用的儀表結(jié)構(gòu)形式各不相同。目前有許多流量檢測的分類方法，我們僅舉一種大致的分類法，簡介如下:1．速度式流量儀表2．容積式流量計(jì)3．質(zhì)量式流量計(jì)這是一種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。例如差壓式流量計(jì)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、電磁流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、堰式流量計(jì)等。

第5頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)差壓式流量計(jì)

測量對(duì)象：流體方面，單相、混相、潔凈、臟污；工作狀態(tài)：常壓、高壓、真空、常溫、高溫、低溫；管徑方面：從幾毫米到幾米；流動(dòng)條件：亞音速流、臨界流、脈動(dòng)流歷史悠久、技術(shù)成熟、應(yīng)用最廣泛。節(jié)流式特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、使用壽命長，適應(yīng)能力強(qiáng)，幾乎能測量各種工況下的流量。差壓式流量計(jì)

第6頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月

一、節(jié)流現(xiàn)象與流量基本方程式

節(jié)流現(xiàn)象

具有一定能量的流體，才可能在管道中形成流動(dòng)狀態(tài)。流動(dòng)流體的能量有兩種形式，即靜壓能和動(dòng)能。流體由于有壓力而具有靜壓能，又由于流體有流動(dòng)速度而具有動(dòng)能。這兩種形式的能量在一定條件下可以互相轉(zhuǎn)化。但是，根據(jù)能量守恒定律，流體所具有的靜壓能和動(dòng)能，再加上克服流動(dòng)阻力的能量損失，在沒有外加能量的情況下，其總和是不變的。第7頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月

伯努利方程第8頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月流量基本方程式連續(xù)性方程伯努利方程流量基本方程式第9頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月

流量基本方程式根據(jù)流體力學(xué)的伯努力方程和流體的連續(xù)性方程，可以推導(dǎo)出流量與壓差之間的流量方程式，即體積流量質(zhì)量流量

式中α——流量系數(shù)ε——流束膨脹系數(shù)A0——節(jié)流裝置的開孔截面積ρ——流體密度Δр——節(jié)流裝置前后實(shí)際測得的壓力差流量與壓力差的平方根成正比第10頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置最常用的節(jié)流裝置孔板、噴嘴、文丘里管等標(biāo)準(zhǔn)化，并稱為“標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置”。采用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)都有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定、要求和計(jì)算所需要的通用化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)資料。需要時(shí)可查閱有關(guān)的手冊(cè)或資料。第11頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，適合大流量的測量結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壓力損失比孔板小第12頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月節(jié)流裝置第13頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月1．節(jié)流裝置的選用2．節(jié)流裝置的安裝使用第14頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月壓力檢測方法及儀表1—低壓室2—高壓室3—測量元件（膜盒、膜片）4—軸封膜片5—主杠桿6—過載保護(hù)片7—靜壓調(diào)整螺釘8—矢量機(jī)構(gòu)9—零點(diǎn)遷移彈簧10—平衡錘11—量程調(diào)整螺釘12—檢測片（銜鐵）13—差動(dòng)變壓器14—副杠桿15—放大器16—反饋動(dòng)圈17—永久磁鋼18—電源19—負(fù)載20—調(diào)零彈簧

測量機(jī)構(gòu)杠桿機(jī)構(gòu)檢測放大機(jī)構(gòu)反饋機(jī)構(gòu)

三、力矩平衡式差壓變送器

第15頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月四、差壓式流量計(jì)的測量誤差造成測量誤差的原因1．被測流體工作狀態(tài)的變動(dòng)2．節(jié)流裝置安裝不正確3．孔板入口邊緣的磨損4．導(dǎo)壓管安裝不正確，或有堵塞、滲漏等現(xiàn)象5．差壓計(jì)安裝或使用不正確第16頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月轉(zhuǎn)子流量計(jì)變面積式測量方法示意圖

檢測原理錐形管----由下往上逐漸擴(kuò)大管轉(zhuǎn)子----阻力件

組成當(dāng)流體自下而上流經(jīng)錐形管與轉(zhuǎn)子之間的環(huán)形流通面積時(shí)，由于受到流體的沖擊，轉(zhuǎn)子便要向上運(yùn)動(dòng)。

第17頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月

流量基本方程式設(shè)：V——轉(zhuǎn)子的體積；10。——轉(zhuǎn)子材料的密度；pf——被測流體的密度；p1、p2——轉(zhuǎn)子前、后流體作用在轉(zhuǎn)子上的靜壓力；A——轉(zhuǎn)子的最大橫截面積；g——重力加速度。

當(dāng)轉(zhuǎn)子處于平衡時(shí)，則有

設(shè):A0為環(huán)隙流通面積，則轉(zhuǎn)子流量計(jì)的體積流量為

第18頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月

轉(zhuǎn)子流量計(jì)指示值修正儀表出廠前標(biāo)度：20℃，0.10133MP液體------水氣體------空氣

液體流量的修正氣體流量的修正

修改量程

第19頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月第20頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月用一個(gè)用水標(biāo)定的轉(zhuǎn)子流量計(jì)來測量苯的流量，流量計(jì)的讀數(shù)為28m3/h，已知轉(zhuǎn)子密度為7920kg/m3的不銹鋼，苯的密度為0.831kg/L，求苯的實(shí)際流量是多少？

例已知：ρs=1kg/L，ρy=0.831kg/L，ρz=7.92kg/L，QN=28m3/h，代入修正公式式可得：

解所以苯的實(shí)際流量是31.08m3/h。第21頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月電遠(yuǎn)傳式轉(zhuǎn)子流量計(jì)

流量變送部分LZD系列電遠(yuǎn)傳式轉(zhuǎn)子流量計(jì)是用差動(dòng)變壓器進(jìn)行流量變送的。差動(dòng)變壓器的結(jié)構(gòu)與原理。它由鐵心、線圈以及骨架組成。第22頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)鐵心處在差動(dòng)變壓器兩段線圈的中間位置時(shí)，初級(jí)激磁線圈激勵(lì)的磁力線穿過上、下兩個(gè)次級(jí)線圈的數(shù)目相同，因而每個(gè)匝數(shù)相等的次級(jí)線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢e1、e2相等。由兩個(gè)次級(jí)線圈系反相串聯(lián)，所以e1、e2相互抵消，從而輸出端4、6之間的總電勢為零?？傠妱莘Q為不平衡電勢，它的大小和相位由鐵心相對(duì)于線圈中心移動(dòng)的距離和方向來決定。第23頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月電動(dòng)顯示部分

LZD系列電遠(yuǎn)傳轉(zhuǎn)子流量計(jì)的原理第24頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月漩渦流量計(jì)

漩渦流量計(jì)又稱渦街流量計(jì)。它可以用來測量各種管道中的液體、氣體、蒸汽的流量，是目前工業(yè)控制、能源計(jì)量及節(jié)能管理中常用的新型流量儀表。漩渦流量計(jì)的特點(diǎn)是精確度高、測量范圍寬、沒有運(yùn)動(dòng)部件、無機(jī)械磨損、維護(hù)方便、壓力損失小、節(jié)能效果明顯。第25頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月卡門渦列當(dāng)雷諾數(shù)達(dá)到一定的數(shù)值時(shí)，會(huì)在柱狀物的下游處產(chǎn)生如圖所示的兩列不對(duì)稱但有規(guī)律的交替漩渦，像這樣的漩渦渦列就是卡門渦列。該漩渦渦列通常是不穩(wěn)定的。當(dāng)兩漩渦列之間的距離h和同列的兩漩渦之間的距離L之比能滿足h／L=0．281時(shí)，所產(chǎn)生的非對(duì)稱漩渦列才能達(dá)到穩(wěn)定。第26頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月第27頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月漩渦頻率的檢測方法有熱學(xué)法、電容法和差壓法等

鉑絲阻值的變化頻率漩渦頻率流體進(jìn)入空腔頻率鉑絲溫度變化頻率第28頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)質(zhì)量流量計(jì)

質(zhì)量流量計(jì)則是直接測量單位時(shí)間內(nèi)所流過的介質(zhì)的質(zhì)量，即質(zhì)量流量M質(zhì)量流量計(jì)大致可分為兩大類。一類是直接式質(zhì)量流量計(jì)，它能夠直接得到與質(zhì)量流量成比例的信號(hào)，也就是說檢測元件能夠直接反映出質(zhì)量流量的大??；另一類是補(bǔ)償式或推導(dǎo)式質(zhì)量流量計(jì)，它是同時(shí)檢測出體積流量和流體的密度，然后通過運(yùn)算器得出與質(zhì)量流量成比例的輸出信號(hào)。第29頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月

質(zhì)量流量的測量方法（1）直接法： 利用檢測元件，使輸出信號(hào)直接反映質(zhì)量流量。 利用孔板和定量泵組合實(shí)現(xiàn)的差壓式檢測方法； 利用同軸雙渦輪組合的角動(dòng)量式檢測方法； 應(yīng)用麥納斯效應(yīng)的檢測方法 基于科里奧利力效應(yīng)的檢測方法。（2）間接法：用兩個(gè)檢測元件分別測出兩個(gè)相應(yīng)參數(shù)，通過運(yùn)算間接獲取流體的質(zhì)量流量。①ρqv2檢測元件和ρ檢測元件的組合；②qv檢測元件和ρ檢測元件的組合；③ρqv2檢測元件和qv檢測元件的組合。第30頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月直接式質(zhì)量流量計(jì)

差壓式質(zhì)量流量計(jì)質(zhì)量流量計(jì)主要由孔板和定流量泵組成第31頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月

Pl-P3=4KqM由上式可知，當(dāng)K、q為常數(shù)時(shí)，只要測出孔板A、B前后的壓差(Pl-P3)，就可以確定流過主管道的質(zhì)量流量M。由于輸出信號(hào)為壓差(Pl—Pa)，與M成比例，且與流體密度無關(guān)，故稱直接式質(zhì)量流量計(jì)。第32頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月補(bǔ)償式質(zhì)量流量計(jì)補(bǔ)償式質(zhì)量流量計(jì)是在分別測量兩個(gè)相應(yīng)參數(shù)的基礎(chǔ)上，再通過一定形式的數(shù)學(xué)運(yùn)算而間接地推導(dǎo)出質(zhì)量流量，下面介紹補(bǔ)償式質(zhì)量流量計(jì)的基本構(gòu)成原理。第33頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月1．流速一密度補(bǔ)償法M=Aρv第34頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月

2．壓差一密度法M=Apv=pQΔp=KρQ2第35頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月3.壓差-流速補(bǔ)償法第36頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月第五節(jié)其他流量計(jì)1.靶式流量計(jì)第37頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月腰輪流量計(jì)測量原理腰形輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，就把轉(zhuǎn)子與殼體之間所構(gòu)成的具有一定容積的計(jì)量室流體的四倍體積，從流入口送到流出口。第38頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月腰輪流量計(jì)

腰輪流量計(jì)是一種容積式流量測量儀表，用以測量封閉管中流體的體積流量。就地顯示累積流量，并有遠(yuǎn)傳輸出接口，與相應(yīng)的光電式電脈沖轉(zhuǎn)換器和流量積算儀配套，可進(jìn)行遠(yuǎn)程測量，顯示和控制。精度高，重復(fù)性好，范圍度大，對(duì)流量計(jì)前后直管段要求不高。適用較高粘度流體，流體粘度變化對(duì)示值影響較小。適用無腐蝕性能的流體，如原油，石油制品(柴油，潤滑油等)。

腰輪流量計(jì)

第39頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月渦輪流量計(jì)當(dāng)流體通過葉輪時(shí)，流體的動(dòng)能使葉輪旋轉(zhuǎn)。流體的流速越高，動(dòng)能就越大，葉輪轉(zhuǎn)速也就越高。在規(guī)定的流量范圍和一定的流體黏度下，轉(zhuǎn)速與流速成線性關(guān)系。第40頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月四、電磁流量計(jì)電磁流量計(jì)通常由變送器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成。被測介質(zhì)的流量經(jīng)變送器變換成感應(yīng)電勢后，再經(jīng)轉(zhuǎn)換器把電勢信號(hào)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的0～10mA或4～20mA直流信號(hào)作為輸出，以便進(jìn)行指示、記錄或與電動(dòng)單元組合儀表配套使用。第41頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月電磁流量計(jì)變送部分的原理圖如圖3—21所示。在一段用非導(dǎo)磁材料制成的管道外面，安裝有一對(duì)磁極N和S，用以產(chǎn)生磁場。當(dāng)導(dǎo)電液體流過管道時(shí)，因流體切割磁力線而產(chǎn)生了感應(yīng)電勢(