1、第五章 流量检测 流量流量:单位时间内流过管道某截面流体的体积或质量。单位时间内流过管道某截面流体的体积或质量。前者称为前者称为体积流量体积流量，后者称为，后者称为质量流量质量流量。流体流体:液体和气体的总称。液体和气体的总称。总量总量:在一段时间内流过的流体量，即瞬时流量对时在一段时间内流过的流体量，即瞬时流量对时 间的累积。间的累积。流体计量表流体计量表(或流量计或流量计):):测量总量的仪表。测量总量的仪表。n本章介绍差压式、容积式、速度式、振动式和电磁本章介绍差压式、容积式、速度式、振动式和电磁式流量计。式流量计。5.1 流量的检测方法 nq qv v表示体积流量，表示体积流量，单位为
2、单位为m m3 3/s/s ；q qm m表示质量表示质量流量，流量，单位为单位为kg/skg/s。则二者之间的关系为：则二者之间的关系为：表示流体的密度，表示流体的密度，n时间时间t t内，流体流过管道某截面的总体积流量内，流体流过管道某截面的总体积流量和和总质量流量分别为总质量流量分别为：mVqq0tVVqq dt0tmmqq dt 5.1 流量的测量方法 一、节流差压法一、节流差压法n在管道中安装一个直径比管径小的节流件。在管道中安装一个直径比管径小的节流件。n通常以节流件的型式对差压式流量计分类。通常以节流件的型式对差压式流量计分类。文丘利管文丘利管孔板孔板 喷嘴喷嘴n节流件前后节流件
3、前后产生的静压产生的静压差的大小和差的大小和流过的流体流过的流体流量有一定流量有一定的函数关系，的函数关系，可以通过节可以通过节流件前后的流件前后的压差求流量。压差求流量。二、容积法二、容积法n容积式流量计又称排量流量计，在流量仪表中是精度容积式流量计又称排量流量计，在流量仪表中是精度最高的一类。最高的一类。n它利用机械测量元件把流体连续不断地分割成单个已它利用机械测量元件把流体连续不断地分割成单个已知的体积部分，根据计量室逐次、重复地充满和排放知的体积部分，根据计量室逐次、重复地充满和排放该体积部分流体的次数来测量流量体积总量。该体积部分流体的次数来测量流量体积总量。n容积式流量计一般不具有
4、时间基准，为得到瞬时流量容积式流量计一般不具有时间基准，为得到瞬时流量值需要另外附加测量时间的装置。值需要另外附加测量时间的装置。n定排量测量方法可追溯到定排量测量方法可追溯到18世纪，世纪，20世纪世纪30年代进年代进入普遍商业应用。入普遍商业应用。5.1 流量的测量方法 三、速度法三、速度法n直接测出管道内流体的流速，以此作为流量测量的依据。直接测出管道内流体的流速，以此作为流量测量的依据。四、流体阻力法四、流体阻力法n流体流动对设置在管道中的阻力体以作用力，其作用力的流体流动对设置在管道中的阻力体以作用力，其作用力的大小与流量大小有关。大小与流量大小有关。n浮子流量计浮子流量计,又称转子
5、流量计又称转子流量计,是变面积式流量计的一种是变面积式流量计的一种,可以自由运动的浮子作为阻力体，在一根由下向上扩大的可以自由运动的浮子作为阻力体，在一根由下向上扩大的垂直锥型管中垂直锥型管中,圆形横截面的浮子的重力是由液体动力承圆形横截面的浮子的重力是由液体动力承受的受的,浮子可以在锥管内自由地上升和下降。在流速和浮浮子可以在锥管内自由地上升和下降。在流速和浮力作用下上下运动，与浮子重量平衡后，通过磁耦合传到力作用下上下运动，与浮子重量平衡后，通过磁耦合传到与刻度盘指示流量。与刻度盘指示流量。5.1 流量的测量方法 五、流体振动法五、流体振动法n在管道中设置特定的流体流动条件，使流体流在管道
6、中设置特定的流体流动条件，使流体流过后产生振动，而振动频率与流量有确定的函过后产生振动，而振动频率与流量有确定的函数关系。数关系。六、质量流量测量六、质量流量测量n通过直接或间接的方法测量单位时间内流过管通过直接或间接的方法测量单位时间内流过管道截面的流体质量数。道截面的流体质量数。n1 1、直接式、直接式 2 2、间接式、间接式 5.1 流量的测量方法 5.2 差压式流量计 n差压式流量计又叫节流式流量计，主要有两大部分组成：差压式流量计又叫节流式流量计，主要有两大部分组成：节流装置和差压计。节流装置和差压计。n差压式流量计基于流体在通过设置于流通管道上的节流差压式流量计基于流体在通过设置于
7、流通管道上的节流件时产生的压力差与流体流量之间的函数关系，通过测件时产生的压力差与流体流量之间的函数关系，通过测量差压值求得流体流量。量差压值求得流体流量。5.2.1 5.2.1 节流装置的工作原理节流装置的工作原理n流体流经节流装置（如孔板）时的节流现象如图所示。流体流经节流装置（如孔板）时的节流现象如图所示。5.2 差压式流量计n在水平管道装有标准孔板，当流体流经孔板时的流束及压在水平管道装有标准孔板，当流体流经孔板时的流束及压力分布情况如图所示力分布情况如图所示。p当流体流经管道内的节流当流体流经管道内的节流件时，流体将在节流件处件时，流体将在节流件处形成局部收缩，因而流速形成局部收缩，
8、因而流速增加，静压力降低，于是增加，静压力降低，于是在节流件前后便产生了压在节流件前后便产生了压差。差。p流体流量愈大，产生的压流体流量愈大，产生的压差愈大，这样可依据压差差愈大，这样可依据压差来衡量流量的大小。来衡量流量的大小。2p pp1=5.2.2流量方程n基础：流体连续性方程（质量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒定律）。n连续性方程：任取一管段，设截面、截面处的面积、流体密度和截面上流体的平均流速分别为A1、1、v1和A2、2、v2。222111AvAv5.2.2流量方程n伯努利方程伯努利方程：当理想流当理想流体在重力作用下在管内体在重力作用下在管内定常流动时，对于管道定常流动时，对于
9、管道中任意两个截面中任意两个截面和和有如下图所示：有如下图所示：势能mgh1mgh2动能1/2mv121/2mv22压力能mp1/1mp2/22vh1h21v1p2p221122121222vpvpghgh2211221212,22若则vpvphh221211022000222202002022(,)12()12()2vmvpvpFvF vFFFmFFFpppvppmqF vFpqF vFp 1212011根 据 伯 努 利 方 程：流 体 连 续 性 方 程：管 道 面 积，节 流 件 面 积,=体 积 流 量：质 量 流 量：流 量 系 数，用 实 验 确 定 其 值 大 小。5.2.2流
10、量方程22222200.012520.012520.012520.01252/;1vmppqmdmDqmdpmDpmmFFdDdD工程上实用方程式：体积流量：质量流量：孔板开孔面积与管道内截面积之比，即流量膨胀的校正系数，不可压缩流体=1，可压缩流体；节流装置在工作状态下的开孔直径；工作状态下的管道内径；被测流体的重度（现在一般采用密度）。5.2.2流量方程5.2.3 流量系数的确定n主要是流量系数主要是流量系数，与节流装置的形式、取压，与节流装置的形式、取压方式、雷诺数、节流装置开口截面比和管道内方式、雷诺数、节流装置开口截面比和管道内壁粗糙度等有关。壁粗糙度等有关。n雷诺数雷诺数：是表征粘
11、性介质流动特性的一个无因：是表征粘性介质流动特性的一个无因次量。次量。n角接取压法对应的节流装置定位标准的节流装角接取压法对应的节流装置定位标准的节流装置。根据角接法测得与置。根据角接法测得与流量系数流量系数相关的相关的实验实验数据关系如下。数据关系如下。p左图是标准孔板的流量系数左图是标准孔板的流量系数，流体雷诺数，流体雷诺数ReRe和孔板截和孔板截面比面比m m的实验关系曲线。的实验关系曲线。p右图是标准孔板在雷诺数大于界限雷诺数右图是标准孔板在雷诺数大于界限雷诺数ReRek k时的流量系时的流量系数随数随m m值变化的关系曲线。值变化的关系曲线。5.2.3 流量系数的确定5.2.4 标准
12、节流装置n全套标准节流装置如图所示。全套标准节流装置如图所示。使用条件：使用条件：1.被测介质应充满全部管道截面并连续流动；被测介质应充满全部管道截面并连续流动；2.管道内的流束是稳定的；管道内的流束是稳定的；3.节流装置的前后要有足够长的直管段，前后长度为二倍管道直径，管节流装置的前后要有足够长的直管段，前后长度为二倍管道直径，管道内表面不能有突出物和明显的粗糙不平；道内表面不能有突出物和明显的粗糙不平；4.各种标准节流装置的使用管径各种标准节流装置的使用管径D和孔截面比都有取值限制。和孔截面比都有取值限制。n标准孔板及标准喷嘴的结构如图所示。标准孔板及标准喷嘴的结构如图所示。5.2.4 标
13、准节流装置补充：孔板或喷嘴的安装n孔板和喷嘴的安装应符合下列规定：孔板和喷嘴的安装应符合下列规定：1.孔板或喷咀安装前应进行外观检查，孔板的入口和喷嘴的孔板或喷咀安装前应进行外观检查，孔板的入口和喷嘴的出口边缘应无毛刺和圆角，并按现行的国家标准出口边缘应无毛刺和圆角，并按现行的国家标准流量测量流量测量节流装置的设计安装和使用节流装置的设计安装和使用的规定复验其加工尺寸；的规定复验其加工尺寸；2.安装前进行清洗时不应损伤节流件；安装前进行清洗时不应损伤节流件；3.孔板的锐边或喷嘴的曲面侧应迎着被测介质的流向孔板的锐边或喷嘴的曲面侧应迎着被测介质的流向；4.在水平和倾斜的工艺管道上安装的孔板或喷嘴
14、，若有排泄在水平和倾斜的工艺管道上安装的孔板或喷嘴，若有排泄孔时，排泄孔的位置对液体介质应在工艺管道的正上方，对孔时，排泄孔的位置对液体介质应在工艺管道的正上方，对气体及蒸汽介质应在工艺管道的正下方；气体及蒸汽介质应在工艺管道的正下方；5.孔板或喷嘴与工艺管道的同轴度及垂直度，应符合规范的孔板或喷嘴与工艺管道的同轴度及垂直度，应符合规范的相应规定；相应规定；6.环室上有环室上有“”号的一侧应在被测介质流向的上游侧，当号的一侧应在被测介质流向的上游侧，当用箭头标明流向时，箭头的指向应与被测介质的流向一致；用箭头标明流向时，箭头的指向应与被测介质的流向一致；7.垫片的内径不应小于工艺管道的内径。垫
15、片的内径不应小于工艺管道的内径。5.2.5 取压方式n以孔板为例，各种取压方式的取压孔位置以孔板为例，各种取压方式的取压孔位置如图所示。如图所示。1为角接取压；为角接取压；2为法兰取压；为法兰取压；3为理论取压；为理论取压；4为径距取压；为径距取压；5为管接取压；为管接取压；5.2.5 取压方式n角接取压角接取压:上下游取压管位于孔板上下游取压管位于孔板(或喷嘴或喷嘴)的前后端的前后端面处。角接取压包括单独钻孔和环室取压。如图中面处。角接取压包括单独钻孔和环室取压。如图中1-1位置。位置。n法兰取压：取压孔的轴线至孔板上、下游侧端面之法兰取压：取压孔的轴线至孔板上、下游侧端面之间的距离均为间的
16、距离均为25.40.8mm（1inch)。取压孔开在。取压孔开在孔板上下游侧的法兰上如图中孔板上下游侧的法兰上如图中2-2位置。位置。n理论取压：上游侧取压孔的轴线至孔板上游端面的理论取压：上游侧取压孔的轴线至孔板上游端面的距离为距离为1D0.1D，下游侧取压孔的轴线至孔板上游，下游侧取压孔的轴线至孔板上游端面的距离因端面的距离因 值不同而异。该距离理论上就是流值不同而异。该距离理论上就是流束收缩到最小截面的距离。如图中的束收缩到最小截面的距离。如图中的33位置。位置。5.2.5 取压方式n径距取压：上游侧取压孔的轴线至孔板上游径距取压：上游侧取压孔的轴线至孔板上游端面的距离为端面的距离为1D
17、0.1D，下游侧取压孔的，下游侧取压孔的轴线至孔极下游端面的距离为轴线至孔极下游端面的距离为0.5D。如图的。如图的4-4位置。位置。n管接取压管接取压(损失取压损失取压)：上游侧取压孔的轴线：上游侧取压孔的轴线至孔板上游端面的距离为至孔板上游端面的距离为2.5D，下游侧取压，下游侧取压孔的轴线至孔板下游端面的距离为孔的轴线至孔板下游端面的距离为8D。如。如图中的图中的5-5位置。该方法使用很少。位置。该方法使用很少。5.2.6 差压计一、双波纹管差压计一、双波纹管差压计n主要由两个主要由两个波纹管波纹管(212)(212)量程弹簧量程弹簧(16)(16)扭力管及外壳扭力管及外壳等部分组成。等
18、部分组成。挡板23推动扭管转动，其中心轴将连接轴5的位移传给指针或显示单元。二、膜片式差压计二、膜片式差压计n主要由差压测主要由差压测 量室量室(5/13)(5/13)、三通导压阀三通导压阀 (29(29高压阀；高压阀；3030平衡阀；平衡阀；3131低压阀低压阀)和差动变压和差动变压 器器(17)(17)三部三部 分组成。分组成。5.2.6 差压计5.2.7 标准节流装置的安装要求一、一、节流件的开孔和管道同心，端面与管节流件的开孔和管道同心，端面与管道的轴线垂直。在节流件的上下游，必道的轴线垂直。在节流件的上下游，必须有一定长度的直管段；须有一定长度的直管段；二、导压管尽量按最短距离敷设在
19、二、导压管尽量按最短距离敷设在3 350m50m之内；为了不致在此管路中积聚气体和之内；为了不致在此管路中积聚气体和水分，导压管应垂直安装。水平安装时，水分，导压管应垂直安装。水平安装时，其倾斜率不应小于其倾斜率不应小于1 1：1010，导压管为直径，导压管为直径10mm10mm12mm12mm的铜、铝或钢管。的铜、铝或钢管。5.2.7 标准节流装置的安装要求n三、测量液体流三、测量液体流量时，应将差压量时，应将差压计安装在低于节计安装在低于节流装置处，如一流装置处，如一定要安装在上方定要安装在上方时，应在连接管时，应在连接管路的最高点安装路的最高点安装带阀门的集气器，带阀门的集气器，在最低处
20、安装带在最低处安装带阀门的沉降器，阀门的沉降器，以便排出导压管以便排出导压管内的气体和沉积内的气体和沉积物。物。5.2.7 标准节流装置的安装要求n四、测量气四、测量气体流量时，体流量时，应将差压计应将差压计安装在高于安装在高于节流装置处。节流装置处。如一定要安如一定要安装在下面，装在下面，在连接导管在连接导管的最低处安的最低处安装沉降器，装沉降器，以便排除冷以便排除冷凝液及污物。凝液及污物。n五、测量粘性五、测量粘性的、腐蚀性的的、腐蚀性的或易燃的流体或易燃的流体流量时，应安流量时，应安装隔离器，如装隔离器，如图所示。图所示。5.2.7 标准节流装置的安装要求n六、测量蒸汽流六、测量蒸汽流量时，差压计和量时，差压计和节流装置之间的节流装置之间的相对配置和测量相对配置和测量液体流量相同：液体流量相同：一般一般将差压计安将差压计安装在低于节流装装在低于节流装置处。置处。5.2.7 标准节流装置的安装要求
