1、3.4 3.4 流量的检测与变送流量的检测与变送 生产过程中要检测各种流体的流量，以节约能源、改进产品质量。随着工业技术的发展，要求流量测量的精度更高；测量的流体从单相的液体、气体到混相流体；测量条件从高温到低温，从高压到低压；另外有高粘度的流体还有低粘度的流体，流动状态有层流、紊流和脉动流。因此流量的测量非常复杂多样，用一种测量方法根本不可能完成所有流量的测量。3.4.1 流量的概念与检测方法流量的概念与检测方法1.1.流量的概念流量的概念 工业上的工业上的“流量流量”通常是指在单位时间内流过通常是指在单位时间内流过管道某截面流体的体积或质量管道某截面流体的体积或质量.前者称为体积前者称为体
2、积流量流量(q qv v),),后者称为质量流量后者称为质量流量(q qm m).).vmq q关系：关系：在一段时间内流过截面的流体总量称为累积流量，累积流在一段时间内流过截面的流体总量称为累积流量，累积流量时流量对时间的积分，即量时流量对时间的积分，即dt qQ2.2.流量的检测方法流量的检测方法 （1 1）体积流量检测方法：容积法（体积流量检测方法：容积法（单位时间内排出流体的固单位时间内排出流体的固定体积数定体积数）,速度法（速度法（管道内的平均流速乘以管道面积管道内的平均流速乘以管道面积）差压）差压式；式；容积式有椭圆齿轮式、腰轮式和皮膜式容积式有椭圆齿轮式、腰轮式和皮膜式差压式有节
3、流式、均速管、弯管、靶式和浮子等差压式有节流式、均速管、弯管、靶式和浮子等速度式有涡轮、涡街、电磁和超声波流量计等速度式有涡轮、涡街、电磁和超声波流量计等（2 2）质量流量检测法：间接法（质量流量检测法：间接法（体积流量乘以密度体积流量乘以密度）和直接）和直接法（法（仪表直接测得仪表直接测得）。）。一、流量的概念和单位一、流量的概念和单位1.定义 流体流过一定截面的管道时所具有的数量称为流量。2.分类 瞬时流量（单位时间内通过的流体的量）和累积流量（总流量，是指一段时间内通过流体的数量）。流量的测量一般指瞬时流量。6.1.流量检测的基本概念3.单位 根据表示方法的不同而有不同的单位质量流量 单
4、位时间内通过的流体的质量qV为体积流量，m3/s；V为流体体积，m3。qm为质量流量，单位/s；M为流体质量，；t为时间，s；为流体密度，kg/m3；v为流体平均流速，m/s；A为流通截面积，。体积流量 单位时间内通过的流体的体积重量流量 单位时间内通过的流体的重量Agvdtdwqwqw为重量流量，N/s；w为流体重量，N。u流量范围及范围度流量范围及范围度 流量范围指可测最大流量和最小流量所限定的范围。最大流量与最小流量的比值，称为范围度。流量计范围度的大小受仪表的原理与结构所限制。u测量精确度和误差测量精确度和误差 流量计标出的精确度为基本误差。而现场使用中由于偏离标定条件会产生附加误差，
5、所以要按有关规定计算附加误差。u压力损失压力损失 流量计通常是一个阻力件，会给流体造成能量消耗。所以，压力损失大小是流量计选型的一个重要指标。2.4.2 2.4.2 典型流量检测仪表典型流量检测仪表1.1.容积式流量计容积式流量计原理原理:原理：利用运动元件的往复次数或转速与流体的连续原理：利用运动元件的往复次数或转速与流体的连续排出量成比例对被测流体进行连续的检测。主要用于测量排出量成比例对被测流体进行连续的检测。主要用于测量累积流量。累积流量。椭圆齿轮流量计椭圆齿轮流量计nVqv4特点：适用于高粘度液体的测量。流量计基本误差为0.2%0.5%。范围度为10：1；工作温度要低于120，以防止
6、齿轮卡死。在实用时要注意防止齿轮的磨损与腐蚀，以延长仪表寿命。(2)腰轮流量计 原理与椭圆齿轮流量计相同。为减小两转子的磨损，在壳体外与腰轮同轴的齿轮作为传递转动力矩之用，因此比椭圆齿轮能保持长期稳定性。特点：可以测量液体和气体，也可以测高粘度流体。基本误差为0.2%0.5%，范围度为10：1；工作温度要低于120，压力损失小于0.02MPa差压式流量计也称节流式流量计差压式流量计也称节流式流量计工作原理：工作原理：在流通管道上设置流动阻力件，流体通过阻力件时将产生压力差，此压力差与流体流量之间有确定的数值关系，通过测量差压值可以求得流体流量。组成：产生差压的装置和差压计产生差压的装置：节流件
7、（孔板、喷嘴、文丘利管等）；动压管、均速管、弯管等；靶和浮子等。1.1.节流式流量计节流式流量计 可测量液体、气体、或蒸汽节流式流量计中产生差压的装置称节流装置，其主体是一个局部收缩的阻力件，称为节流元件。通过节流元件改变流体流通截面，从而在通过节流元件改变流体流通截面，从而在节流元件前后形成压力差。节流元件前后形成压力差。2.2.速度式流量计速度式流量计1)差压式流量计差压式流量计 节流装置分类：标准节流装置和非标准节流装置两大类。标准节流装置的型式已经标准化，在规定了取压方式和前后直管段长度、流体的种类和流动条件下，有标准的流量差压关系；而非标准节流装置由于使用条件差异大，故没有标准化，用
8、于解决脏污和高粘度流量的测量。节流式流量计的特点是结构简单，无可动部件；可靠性高，复现性能好；适用性较广，它适用于各种工况下的单相流体，适用的管道直径范围宽，可以配用通用差压计；装置又标准化。其缺点是安装要求严格；流量计前后要求较长的直管段；测量范围窄，一般范围度为3：1；压力损失较大；对于较小直径的管道测量比较困难(D 或0，上式可简化为：对于气体介质，当气体的温度、压力与标准状态不同时，也要修正为：KkPaTpTpTpTpqqVV162933101000000.(.绝对压力）和分别为压力和温度为标准状态时的气体的、和温度；为测量时的气体的压力、其中，例：某转子流量计测二氧化碳气的流量，测量
9、时被测气体的温度是40，压力是49.03kPa（表压力），若流量计的读数为120m3/h，问实际流量是多少？已知标定时绝对压力P=98.06kPa,t=20,此时二氧化碳的重度为18.07N/m3,空气的重度为11.82N/m3kPapkPapTT09147034906980698313402732932027300.解：hmTpTpqqVV/././.30000981890718293091478982113130698120 测量原理是基于与流体速度有关的各种物理现象，仪表的输出与流速有确定的关系，即可知流体的体积流量。种类很多，各有特点和适用范围。1.涡轮流量计 涡轮流量计是利用安装在管
10、道中可以自由转动的叶轮感受流体的速度变化，从而测定管道内的流体流量。(1)涡轮流量计的构成和流量方程式 v结构三、速度式流量计三、速度式流量计图6-16 涡轮流量计结构示意图1-紧固环 2-壳体 3-前导流件 4-止推片5-叶轮 6-磁电转换器 7-轴承 8-后导流件涡轮涡轮：测量元件，由导磁系数较高的不锈钢材料制成，轴芯上装有数片呈螺旋形或直形的叶片，流体作用于叶片，使涡轮转动壳体和前后导流件壳体和前后导流件：由非导磁系数较高的不锈钢材料制成，导流件由四片互相垂直的直片组成，用以去掉来流中的旋涡，使流体平行于轴线流动。轴承轴承：导流件上装有滚动轴承或滑动轴承，用来支撑转动的涡轮。磁电转换器：
11、磁电转换器：将涡轮的转速转换为电信号。正对着叶轮，永久磁铁产生的磁力线穿过线圈中的铁芯和流量计的壳体，经叶片和空气而闭合。当叶轮在被测流体的推动下转动时，叶片正对着铁芯和偏离铁芯时磁路的磁阻变化最大，此时线圈中磁通发生很大的变化，从而在线圈中感应出交变电势来。电势的频率是叶片通过铁芯处的频率，与叶轮的转速成正比，而叶轮的转速与流体的流速成正比v流量方程式 表示为：式中，qv为体积流量；f为信号脉冲频率；为仪表常数，其与涡轮结构等因素有关，流量较小时，随流量的增加而增大，只有达到一定值时近似为常数，在使用范围内应保持其为常数，对每台流量计，仪表常数是用实际流体标定而取得的。涡轮流量计的显示仪表是
12、一个脉冲频率测量和计数的仪表，根据单位时间的脉冲数和一段时间的脉冲数，分别显示瞬时流量和累积流量。（2）涡轮流量计的特点和使用v特点：可测液体、气体流量，但要求被测介质洁净，且液体的粘度不能太大。测量精度较高（0.5级）；刻度为线性；输出频率信号便于远传及与计算机相连；仪表的工作范围较宽和较高的耐压能力；压力损失小。v安装：一般应水平安装，并保证其前后有一定的直管段。为保证介质洁净，表前应装过滤装置。如果被测液体易气化或含有气体时，要在仪表前装消气器。v缺点：制造困难，成本高。由于涡轮高速转动，轴承易磨损，降低了长时期运行的稳定性，影响使用寿命。通常涡轮流量计主要用于测量精度要求高、流量变化快
13、的场合，还用作标定其他流量的标准仪表。原理：基于电磁感应原理，可以测量具有一定电导率的液体的体积流量。导电流体在磁场中垂直于磁力线方向流过，根据右手定则，在流通管道两侧的电极上将产生感应电势，感应电势的大小与流体速度有关，通过测量此电势可求得流体流量。优势：测量的准确度不受被测液体的粘度、密度、温度以及电导率的影响（但不能太小），测量管中没有任何阻碍被测液体流动的部件，所以几乎没有压力损失。适当选择测量管中的绝缘内衬和测量电极的材料，就可以测量各种腐蚀性溶液的流量，尤其是在测量含有固体颗粒的液体如泥浆、纸浆和矿浆等的流量时，更显示优越性。3.电磁流量计电磁流量计如图，感应电势E与流速的关系由下
14、式表示：式中，C为常数；B为磁感应强度；D为管道内径；v为流体平均流速。(1)电磁流量计的组成及流量方程式当仪表结构参数确定之后，感应电势与流速v成对应关系，则流体体积流量可以求得。其流量方程式可写作：式中，K为仪表常数；对于固定的电磁流量计，K为定值。结构如图，测量主体由磁路系统、测量导管、电极和调整转换装置组成。电磁流量计转换部分的输出电流I0与平均流速成正比。电磁流量计的测量导管中无阻力件，压力损失小；其流速测量范围宽，为0.510m/s；范围度可达10：1；流量计的口径可从几毫米到几米以上；流量计的精度0.51.5级；仪表反映快，流动状态对示值影响小，可以测量脉动流和两相流，如泥浆和纸
15、浆的流量。利用电磁流量计测量流量，要求导电体有一定的电导率，因此不能测量气体、蒸汽和电导率低的石油流量。电磁流量计对直管段要求不高，前直管段长度为5D10D。安装地点应尽量避免剧烈振动和交直流强磁场。在垂直安装时，流体要自下而上流过仪表，水平安装时两个电极要在同一平面上。要确保流体、外壳、管道间的良好接地和良好接触。(2)电磁流量计的特点及应用u原理：超声波在流体中传播速度受流体的流速影响，检测接收的超声波信号可测得流速，从而测得流量。u特点：u非接触式，从管道外测量，故无压力损失u测量结果不受被测流体的粘度、电导率的影响，可测各种液体或气体的流量，可测口径很大的管道内的流量，包括河流的流速u输出信号与被测流量成线性关系u典型方法：u速度差法时间差（P104-图6-20）、相差法和频率差法u多普勒效应法u声束偏移法4.超声流量计
