流量測量技術(shù)

1、第8章 流量測量技術(shù),8.1 流量測量的基礎(chǔ)知識,8.2 流量測量儀表,8.3 流量標(biāo)準(zhǔn)裝置,流量測量技術(shù)和儀表的應(yīng)用領(lǐng)域,工業(yè)生產(chǎn)過程,能源計(jì)量,一次能源（煤炭、原油、瓦斯氣、石油氣、天然氣）,二次能源（電力、焦炭、煤氣、成品油、液化石油氣、蒸汽）及含能工質(zhì)（壓縮空氣、氧、氮、氫、水）等,生物技術(shù),交通運(yùn)輸,環(huán)保工程,空氣污染(煙廢氣排放 )、水污染,管道輸送,8.1 流量測量的基礎(chǔ)知識,8.1.1流量和流量計(jì),8.1.2

2、流體的物理性質(zhì)與管流基礎(chǔ)知識,8.1.3 流量測量方法與流量儀表的分類,,,,,,,V --體積；M--質(zhì)量；t--時間； A--截面面積；ρ--流體密度,流量的概念和單位流體的流量是指在短暫時間內(nèi)流過某一流通截面的流體數(shù)量與通過時間之比，該時間足夠短以致可認(rèn)為在此期間的流動是穩(wěn)定的。此流量又稱瞬時流量。流體數(shù)量以體積表示稱為體積流量，流體數(shù)量以質(zhì)量表示稱為質(zhì)量流量。,單位：m3/s,單位：Kg/s,,,,,,,平均流速 ：,?流體

3、在流過截面上各點(diǎn)的流速。,體積流量和質(zhì)量流量關(guān)系：,累計(jì)流量在某段時間內(nèi)流體通過的體積或質(zhì)量總量稱為累積流量或流過總量，它是體積流量或質(zhì)量流量在該段時間中的積分，表示為：,單位：m3,單位：Kg,8.1.2 流體的物理性質(zhì)與管流基礎(chǔ)知識1. 流體的密度2. 流體粘度3. 流體的壓縮系數(shù)和膨脹系數(shù),,,4. 雷諾數(shù)雷諾數(shù)是流體流動的慣性力與粘滯力之比,,,雷諾數(shù)小，意味著流體流動時各質(zhì)點(diǎn)間的粘性力占主要地位，流

4、體各質(zhì)點(diǎn)平行于管路內(nèi)壁有規(guī)則地流動，呈層流流動狀態(tài)。雷諾數(shù)大，意味著慣性力占主要地位，流體呈紊流流動狀態(tài)，一般管道雷諾數(shù)Re＜2000為層流狀態(tài)，Re＞4000為紊流狀態(tài)，Re＝2000～4000為過渡狀態(tài)。 在不同的流動狀態(tài)下，流體的運(yùn)動規(guī)律．流速的分布等都是不同的，因而管道內(nèi)流體的平均流速υ與最大流速υmax的比值也是不同的。因此雷諾數(shù)的大小決定了粘性流體的流動特性。,研究具有圓形截面的管內(nèi)流動情況，當(dāng)管內(nèi)流體為層流狀態(tài)時，沿

5、半徑方向上的流速分布可用下式表示：,,—距管中心距離,處的流速；,—管中心處最大流速；,—距管中心徑向距離；,—管內(nèi)半徑。,當(dāng)管內(nèi)流體為紊流狀態(tài)時，沿半徑方向上的流速分布為：,,n—隨流體雷諾數(shù)不同而變化的系數(shù),圓管內(nèi)的流速分布,通過測流速求流量的流量計(jì)一般是檢測出平均流速然后求得流量。對于層流，平均流速是管中心最大流速的0.5倍( )； 紊流時的平均流速與值有關(guān)：,,表8-1 雷諾數(shù)

6、與 n的關(guān)系,7. 流體流動的連續(xù)性方程和伯努利方程(1)連續(xù)性方程,任取一管段，設(shè)截面Ⅰ、截面Ⅱ處的面積、流體密度和截面上流體的平均流速分別為A1、 、 和A2、 、 。,=,(2) 伯努利方程,當(dāng)理想流體在重力作用下在管內(nèi)定常流動時，對于管道中任意兩個截面Ⅰ和Ⅱ有如下關(guān)系式（伯努利方程）：,,,:重力加速度； :截面Ⅰ和Ⅱ相對基準(zhǔn)線的高度； :截面Ⅰ和Ⅱ上流體的靜壓力；

7、 :截面Ⅰ和Ⅱ上流體的平均流速。,,,,,實(shí)際流體具有粘性，在流動過程中要克服流體與管壁以及流體內(nèi)部的相互摩擦阻力而作功，這將使流體的一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能而耗散。因此，實(shí)際流體的伯努利方程可寫為：,—截面Ⅰ和Ⅱ之間單位質(zhì)量實(shí)際流體流動 產(chǎn)生的能量損失。,8.1.3 流量測量方法與流量儀表的分類1. 流量測量方法,流量測量方法大致可以歸納為以下幾類：(1)利用伯努利方程原理，通過測量流體差壓信

8、號來反映流量的差壓式流量測量法； (2)通過直接測量流體流速來得出流量的速度式流量測量法；(3)利用標(biāo)準(zhǔn)小容積來連續(xù)測量流量的容積式測量；(4)以測量流體質(zhì)量流量為目的的質(zhì)量流量測量法。,,,,,2。流量計(jì)的分類體積流量計(jì)差壓式流量計(jì)利用伯努利方程原理，通過測量流體差壓信號容積式流量計(jì)利用標(biāo)準(zhǔn)小容積來連續(xù)測量流量速度式流量計(jì)直接測量流體流速來得出流量質(zhì)量流量計(jì)推導(dǎo)式質(zhì)量流量計(jì)直接式質(zhì)量流量計(jì),,,,,,,3.

9、 流量儀表的主要技術(shù)參數(shù),特性1：流量范圍及量程比流量計(jì)的流量范圍指可測最大流量和最小流量所限定的范圍。在這個范圍內(nèi)，儀表在正常使用條件下示值誤差不超過最大允許誤差。最大流量與最小流量的比值稱為量程比，一般表達(dá)為某數(shù)與 1 之比，流量計(jì)量程比的大小受儀表的原理與結(jié)構(gòu)所限制。,特性2：測量精確度和誤差 流量計(jì)的精確度用誤差表示。流量計(jì)在出廠時均要進(jìn)行標(biāo)定，儀表所標(biāo)出的精確度為基本誤差。在現(xiàn)場使用中由于偏離標(biāo)定條件會帶來附加誤

10、差.流量計(jì)的實(shí)際測量精確度為基本誤差與附加誤差的合成，這種合成的估算很復(fù)雜，可以參照有關(guān)規(guī)定計(jì)算。 流量儀表的精度等級是根據(jù)允許誤差的大小來劃分的，其精度等級有：0.02、0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5等。,特性3：壓力損失 安裝在流通管道中的流量計(jì)實(shí)際上是一個阻力件，流體在通過流量計(jì)時將產(chǎn)生壓力損失，這會帶來一定的能源消耗。各種流量計(jì)的壓力損失大小是儀表選型的一個重要指標(biāo)。

11、 壓力損失小，流體能消耗小，輸運(yùn)流體的動力要求小，測量成本低。反之則能耗大，經(jīng)濟(jì)效益相應(yīng)降低。故希望流量計(jì)的壓力損失愈小愈好,8.2 流量測量儀表,8.2.1 差壓式流量計(jì),8.2.2 容積式流量計(jì),8.2.4 質(zhì)量流量計(jì),8.2.3 速度式流量計(jì),8.2.1 差壓式流量計(jì),測量對象：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；流動條

12、件：亞音速流、臨界流、脈動流,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)基于在流通管道上設(shè)置流動阻力件，流體通過阻力件時將產(chǎn)生壓力差，此壓力差與流體流量之間有確定的數(shù)值關(guān)系，通過測量差壓值可以求得流體流量。最常用的差壓式流量計(jì)是由產(chǎn)生差壓的裝置和差壓計(jì)組合而成。產(chǎn)生差壓的裝置有多種型式，包括節(jié)流裝置：如孔板、噴嘴、文丘利管等，以及動壓管、均速管

13、、彎管等。其他型式的差壓式流量計(jì)還有靶式流量計(jì)、浮子流量計(jì)等。,孔板,引壓管,差壓計(jì),節(jié)流式流量計(jì) 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，無可動部件；可靠性較高；復(fù)現(xiàn)性能好；適應(yīng)性較廣，它適用于各種工況下的單相流體，適用的管道直徑范圍寬，可以配用通用差壓計(jì)；裝置已標(biāo)準(zhǔn)化。 缺點(diǎn)：安裝要求嚴(yán)格；流量計(jì)前后要求較長直管段；測量范圍窄，一般范圍度為 3 : 1；壓力損失較大；對于較小直徑的管道測量比較困難 ；精確度不夠高(±1%~ ±2%)

14、。,1-節(jié)流元件 2-引壓管路3-三閥組 4-差壓計(jì),流體流經(jīng)節(jié)流件時壓力和流速變化圖,,,=,,,,測量原理及流量方程,—截面1和2上流體的靜壓力；,—截面1和2上流束直徑；,—截面1和2上流體的平均流速；,、,—截面1和2上流體的密度,、,,,,體積流量：,質(zhì)量流量：,以實(shí)際采用的某種取壓方式所得到的壓差,來代替,的值；同時引入流出系數(shù)C,對上式進(jìn)行修正：,,,,,對于可壓縮流體，考慮到節(jié)流過程中流體密度的變化而引入流束膨脹系

15、數(shù) 進(jìn)行修正采用節(jié)流件前的流體密度 ，由此流量公式可更一般的表示為：,,,結(jié)論：流量與壓力差的平方根成正比,流體必須是牛頓流體，在物理學(xué)和熱力學(xué)上是均勻的、單相的，或者可認(rèn)為是單相的流體 。,b. 流體必須充滿管道和節(jié)流裝置且連續(xù)流動，流經(jīng)節(jié)流件前流動應(yīng)達(dá)到充分紊流，流束平行于管道軸線且無旋轉(zhuǎn)，流經(jīng)節(jié)流件時不發(fā)生相變。,c. 流動是穩(wěn)定的或隨時間緩變的 。,（2）節(jié)流裝置 ①標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的適用條件,②標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件的

16、結(jié)構(gòu)形式,a. 標(biāo)準(zhǔn)孔板,標(biāo)準(zhǔn)孔板是一塊具有與管道同心圓形開孔的圓板，迎流一側(cè)是有銳利直角入口邊緣的圓筒形孔，順流的出口呈擴(kuò)散的錐形。,結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，價格便宜,壓力損失較大，測量精度較低，只適用于潔凈流體介質(zhì)，測量大管徑高溫高壓介質(zhì)時，孔板易變形。,標(biāo)準(zhǔn)孔板,b. 標(biāo)準(zhǔn)噴嘴,標(biāo)準(zhǔn)噴嘴是一種以管道軸線為中心線的旋轉(zhuǎn)對稱體，主要由入口圓弧收縮部分與出口圓筒形喉部組成，有ISAl932噴嘴和長徑噴嘴兩種型式。,ISA1932噴嘴,長徑

17、噴嘴,c. 文丘里管 文丘里管有兩種標(biāo)準(zhǔn)型式：經(jīng)典文丘里管與文丘里噴嘴。文丘里管壓力損失最低，有較高的測量精度，對流體中的懸浮物不敏感，可用于污臟流體介質(zhì)的流量測量，在大管徑流量測量方面應(yīng)用的較多。但尺寸大、笨重，加工困難，成本高，一般用在有特殊要求的場合。,③節(jié)流裝置的取壓方式 根據(jù)節(jié)流裝置取壓口位置可將取壓方式分為理論取壓、角接取壓、法蘭取壓、徑距取壓與損失取壓五種:,節(jié)流裝置的取壓方式,法蘭取壓裝

18、置,目前廣泛采用的是角接取壓法，其次是法蘭取壓法。角接取壓法比較簡便，容易實(shí)現(xiàn)環(huán)室取壓，測量精度較高。法蘭取壓法結(jié)構(gòu)較簡單，容易裝配，計(jì)算也方便，但精度較角接取壓法低些。,角接取壓裝置,④測量管道條件 測量管道截面應(yīng)為圓形，節(jié)流件及取壓裝置安裝在兩圓形直管之間。節(jié)流件附近管道的圓度應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)中的具體規(guī)定。,當(dāng)現(xiàn)場難以滿足直管段的最小長度要求或有擾動源存在時，可考慮在節(jié)流件前安裝流動整流器，以消除流動的不對稱分布和旋轉(zhuǎn)流等

19、情況。安裝位置和使用的整流器型式在標(biāo)準(zhǔn)中有具體規(guī)定。,⑤非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置,a.1/4圓噴嘴,b. 錐形入口孔板,c. 圓缺孔板,⑶標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的計(jì)算,①流量計(jì)算 這類計(jì)算命題是在管道、節(jié)流裝置、取壓方式、被測流體參數(shù)已知的情況下，根據(jù)測得的差壓值計(jì)算被測介質(zhì)流量。屬校核計(jì)算，常用在使用現(xiàn)場，所依據(jù)的基本公式是流量公式。②設(shè)計(jì)節(jié)流裝置 這類計(jì)算命題是要根據(jù)用戶提出的已知條件以及限制要求來設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，屬設(shè)計(jì)計(jì)算。,

20、⑷差壓計(jì) 差壓計(jì)與節(jié)流裝置配套組成節(jié)流式流量計(jì)。差壓計(jì)經(jīng)導(dǎo)壓管與節(jié)流裝置連接，接受被測流體流過節(jié)流裝置時所產(chǎn)生的差壓信號，并根據(jù)生產(chǎn)的要求，以不同信號形式把差壓信號傳遞給顯示儀表，從而實(shí)現(xiàn)對流量參數(shù)的顯示、記錄和自動控制。 差壓計(jì)的種類很多，凡可測量差壓的儀表均可作為節(jié)流式流量計(jì)中的差壓計(jì)使用。目前工業(yè)生產(chǎn)中大多數(shù)采用差壓變送器。它們可將測得的差壓信號轉(zhuǎn)換為0.02-0.1 MPa的氣壓信號和4-20mA的直流電

21、流信號。,2. 皮托管和均速管流量計(jì)⑴皮托管 皮托管是一根彎成直角的雙層空心復(fù)合管，帶有多個取壓孔，能同時測量流體總壓和靜壓。,皮托管結(jié)構(gòu),皮托管頭部迎流方向開有一個小孔A，在距頭部一定距離處開有若干垂直于流體流向的靜壓孔B，各孔所測靜壓在均壓室均壓后輸出。,皮托管的工作原理可分析如下： L型皮托管,皮托管測量原理,設(shè)流動為不可壓縮無粘性流體的穩(wěn)定流動，駐點(diǎn)處流體的伯努利方程為 ：,,,由此可以得該點(diǎn)的流速為

22、：,考慮到實(shí)際測量情況與理論上的差別，引入皮托管系數(shù) (數(shù)值由實(shí)驗(yàn)確定)對上式進(jìn)行修正：,,對于可壓縮流體，考慮到壓縮性的影響，實(shí)際流速計(jì)算公式為：,(1-,)為流體可壓縮性修正系數(shù)，對不可壓縮流體,=0。,皮托管主要應(yīng)用于HVAC，潔凈空間和空氣處理領(lǐng)域。 可以測量溫度較高的氣體和有顆粒的氣體，還可測量較高風(fēng)速?！綮o壓可達(dá)6bar◆溫度最高可到650～800℃◆精度：0.5%（指排列順序）◆測量風(fēng)速和風(fēng)量時能保證2%精

23、度）,⑵均速管流量計(jì),均速管測量流速的原理與皮托管相同，體積流量可由下式確定：,,3. 轉(zhuǎn)子流量計(jì),轉(zhuǎn)子流量計(jì)也是利用節(jié)流原理測量流體的流量，但它的差壓值基本保持不變，是通過節(jié)流面積的變化反映流量的大小，故又稱恒壓降變截面流量計(jì)，也有稱作浮子流量計(jì)。轉(zhuǎn)子流量計(jì)可以測量多種介質(zhì)的流量，更適用于中小管徑、中小流量和較低雷諾數(shù)的流量測量。,⑴測量原理,根據(jù)流體連續(xù)性方程和伯努利方程，轉(zhuǎn)子流量計(jì)的體積流量可表示為：,,,—流量系數(shù)；,—轉(zhuǎn)子與

24、錐形管間的環(huán)形流通面積；,—流體密度；,—差壓。,⑵轉(zhuǎn)子流量計(jì)結(jié)構(gòu),①玻璃管轉(zhuǎn)子流量計(jì)主要由玻璃錐形管、轉(zhuǎn)子和支撐結(jié)構(gòu)組成。流量示值刻在錐形管上 。,②金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)的錐形管采用金屬材料制成，其流量檢測原理與玻璃管轉(zhuǎn)子流量計(jì)相同。金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)有就地指示型和電氣信號遠(yuǎn)傳型兩種 。,電遠(yuǎn)傳式轉(zhuǎn)子流量計(jì)工作原理,⑶轉(zhuǎn)子流量計(jì)的刻度換算 轉(zhuǎn)子流量計(jì)是一種非通用性儀表，出廠時其刻度需單獨(dú)標(biāo)定。儀表廠在工

25、業(yè)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，以空氣標(biāo)定測量氣體流量的儀表；以水標(biāo)定測量液體流量的儀表。若被測介質(zhì)不是水或空氣，則流量計(jì)的指示值與實(shí)際流量值之間存在差別，必須對流量指示值按照實(shí)際被測介質(zhì)的密度、溫度、壓力等參數(shù)的具體情況進(jìn)行刻度修正。,液體介質(zhì)：,,氣體介質(zhì),,已知：ρs=1 kg/L，ρy=0.831 kg/L，ρz=7.92 kg/L， QN =28 m3/h，代入修正公式式可得：,用一個用水標(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28 m3

26、/h，已知轉(zhuǎn)子密度為7920 kg/m3的不銹鋼，苯的密度為0.831 kg/L，求苯的實(shí)際流量是多少？,例,解,所以苯的實(shí)際流量是31.08m3/h。,4. 靶式流量計(jì),靶式流量計(jì)是一種適用于測量高粘度、低雷諾數(shù)流體流量的流量測量儀表，例如用于測量重油、瀝青、含固體顆粒的漿液及腐蝕性介質(zhì)的流量。,,—流體流速；—密度；—靶的受力面積。,流體對靶的作用力,5. 彎管流量計(jì) 彎管流量計(jì)是一種可用于任何工藝管道流量測量

27、的裝置。設(shè)彎管直徑為D，彎管中心線半徑為 R，流體密度 ，根據(jù)彎管流速面積分布定律和流體能量守恒定律可推導(dǎo)出體積流量 與流體差壓 的理論關(guān)系式：,,,,,,,考慮到流體粘性、管道形狀及實(shí)際使用條件的影響，將上式乘上由實(shí)驗(yàn)求得的流量系數(shù) ，并令則可得彎管流量計(jì)的實(shí)用流量公式：,,,彎管流量計(jì),彎管流量傳感器安裝無附加壓力損失，是一種節(jié)能產(chǎn)品?？砂惭b在工業(yè)管道的自然轉(zhuǎn)彎處或直管段處，沒有任何附加插入件或節(jié)流件，因

28、為在測量過程中不會對被測流體造成附加阻力損失，可節(jié)省流體輸送的動力消耗，降低運(yùn)行費(fèi)用。直管段要求低（前5D后2D適用性強(qiáng)，量程比大。具有結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉、安裝方便、耐磨損、免維護(hù)等特點(diǎn)。測量精度再現(xiàn)性好，使用壽命與管道同等。,TN-700彎管流量傳感器介紹：,8.2.2 容積式流量計(jì),容積式流量計(jì)是直接根據(jù)排出體積進(jìn)行流量累計(jì)的儀表，它利用運(yùn)動元件的往復(fù)次數(shù)或轉(zhuǎn)速與流體的連續(xù)排出量成比例對被測流體進(jìn)行連續(xù)的檢測。容積式流量計(jì)可以計(jì)

29、量各種液體和氣體的累積流量，由于這種流量計(jì)可以精密測量體積量，所以其類型包括從小型的家用煤氣表到大容積的石油和天然氣計(jì)量儀表，廣泛地用作管理和貿(mào)易的手段。,測量原理,單位時間內(nèi)所排出固定容積的數(shù)目作為測量依據(jù),測量原理,設(shè)：V0——計(jì)量室的容積 n——轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)次數(shù),則,排出的流體總量,橢圓齒輪流量計(jì),,兩個橢圓齒輪 A 、 B 在進(jìn)出口流體壓力差的作用下，交替地相互驅(qū)動，并各自繞軸作非勻角速度的轉(zhuǎn)動。在轉(zhuǎn)動過

30、程中連續(xù)不斷地將充滿在齒輪與殼體之間的固定容積內(nèi)的流體一份份地排出。齒輪的轉(zhuǎn)數(shù)可以通過機(jī)械的或其他的方式測出，從而可以得知流體總流量。兩個齒輪每轉(zhuǎn)動一圈，流量計(jì)將排出 4 個半月形容積的流體。通過橢圓齒輪流量計(jì)的流體總量可表示為： Q = 4nV0,2. 腰輪流量計(jì) 腰輪流量計(jì)又稱羅茨流量計(jì)，其工作原理與橢圓齒輪流量計(jì)相同。腰輪流量計(jì)的轉(zhuǎn)子是一對不帶齒的腰形輪，在轉(zhuǎn)動過程依靠套在殼體外的與腰輪同軸上的嚙合齒輪來完成驅(qū)動

31、。,腰輪流量計(jì),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),3. 刮板式

32、流量計(jì) 轉(zhuǎn)子在流量計(jì)進(jìn)、出口差壓作用下轉(zhuǎn)動，每當(dāng)相鄰兩刮板進(jìn)入計(jì)量區(qū)時均伸出至殼體內(nèi)壁且只隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而不滑動，形成具有固定容積的測量室，當(dāng)離開計(jì)量區(qū)時，刮板縮入槽內(nèi)，流體從出口排出，同時后一刮板又與其另一相鄰刮板形成測量室。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，排出4份固定體積的流體，由轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)數(shù)就可以求得被測流體的流量。,凸輪式刮板流量計(jì),4. 伺服式容積流量計(jì) 在流量計(jì)工作時，腰輪由伺服電機(jī)通過傳動齒輪帶動，伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動的快

33、慢，隨流體入出口壓力差的大小而改變。導(dǎo)壓管將入出口壓力引至差壓變送器以測量入出口壓差的變化，當(dāng)入出口壓差大于零時，差壓變送器輸出信號經(jīng)放大后驅(qū)動伺服電機(jī)帶動腰輪加快旋轉(zhuǎn)，使流量計(jì)排出較大流量的流體，從而使壓差趨近于零。這種近于無壓差的流量計(jì)，使泄漏量減小到最低限度，因而可以實(shí)現(xiàn)小流量的高精度測量，而且測量誤差幾乎不受流體壓力、粘度和密度的影響。,伺服式腰輪流量計(jì)工作原理,8.2.3 速度式流量計(jì),速度式流量計(jì)的測量原理均基于與流體流速

34、有關(guān)的各種物理現(xiàn)象，儀表的輸出與流速有確定的關(guān)系，即可知流體的體積流量。典型的速度式流量計(jì)：渦輪流量計(jì)渦街流量計(jì)電磁流量計(jì)超聲流量計(jì),渦輪流量計(jì)可以測量氣體、液體流量，但要求被測介質(zhì)潔凈，并且不適用于粘度大的液體測量。它的測量精度較高，一般為 0.5 級，在小范圍內(nèi)誤差可以≤±0.1%；由于儀表刻度為線性，范圍度可達(dá)(10~20) :1 ；輸出頻率信號便于遠(yuǎn)傳及與計(jì)算機(jī)相連；儀表有校寬的工作溫度范圍(-200~

35、400 ℃) ，可耐較高工作壓力(<10MPa)。,,,(1)工作原理與結(jié)構(gòu) 在一定范圍內(nèi)，渦輪的轉(zhuǎn)速與流體的平均流速成正比，通過磁電轉(zhuǎn)換裝置將渦輪轉(zhuǎn)速變成電脈沖信號，以推導(dǎo)出被測流體的瞬時流量和累積流量。,,,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,(3) 渦輪流量計(jì)的特點(diǎn)和使用優(yōu)點(diǎn): 其測量精度高,復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性均好；量程范圍寬，量程比可

36、達(dá)(10～20):1,刻度線性；耐高壓，壓力損失；對流量變化反應(yīng)迅速，可測脈動流量；抗干擾能力強(qiáng)，信號便于遠(yuǎn)傳及與計(jì)算機(jī)相連。缺點(diǎn):制造困難，成本高。場合:通常渦輪流量計(jì)主要用于量精度要求高、流量變化快的場合，還用作標(biāo)定其他流量的標(biāo)準(zhǔn)儀表。,2. 渦街流量計(jì),屬旋渦流量計(jì)類型，它是利用流體振蕩的原理進(jìn)行流量測量。在均勻流動的流體中,垂直地插入一個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)會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)方向相反、交替出現(xiàn)

37、的漩渦，當(dāng)每兩個旋渦之間的縱向距離 h 和渦列間橫向距離 L 滿足一定的關(guān)系，即 h / L = 0 . 281 時，這兩個旋渦列將是穩(wěn)定的，稱之為“卡門渦街”漩渦體產(chǎn)生頻率與流速的關(guān)系：,d—漩渦發(fā)生體的特征尺寸,,?—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 。,●夾裝式公稱通徑Φ25、40、50、80、100、150、2

38、00、250、300mm 量程比101～101 精 度±1.0％ 重復(fù)性±0.2％ 最高使用壓力4.0MPa 流體溫度-40～+300℃ 適用流體液體、氣體、蒸汽（飽和、過熱） 抗震性≤1.0g 公稱通徑Φ350～2000mm，可采用插入式渦街流量變送器。 ●VA-X（D）智能型渦街流量計(jì) VA-X型外接+24VDC電源 VA-X（D）型內(nèi)置電池供電，連續(xù)工作時間≥1年； 六位LCD顯示，清晰，直觀。 ●VA-Q潛

39、水型渦街流量變送器 用于潮濕環(huán)境或儀表可能被水浸泡的環(huán)境，信號引線從水管中引到地面。,詳細(xì)介紹：,(2) 漩渦頻率的測量圖圖為三角柱體渦街檢測器原理示意圖，在三角柱體的迎流面對稱地嵌入兩個熱敏電阻組成橋路的兩臂，以恒定電流加熱使其溫度稍高于流體，在交替產(chǎn)生的漩渦的作用下，兩個電阻被周期地冷卻，使其阻值改變，阻值的變化由橋路測出，即可測得漩渦產(chǎn)生頻率，從而測出流量。,(3) 渦街流量計(jì)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):渦街流量計(jì)測量精度較高；量程比

40、寬,可達(dá)30:1；使用壽命長，壓力損失小，安裝與維護(hù)比較方便；測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)無須校正即可用于其它介質(zhì)的測量；易與數(shù)字儀表或計(jì)算機(jī)接口,對氣體、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情況將影響測量準(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)前后有足夠長的直管段。,3. 電磁流量計(jì),對于具有導(dǎo)電性的液體介質(zhì)，可以用電磁流量計(jì)測量流量。電磁流量計(jì)基于電磁感應(yīng)原理，導(dǎo)電

41、流體在磁場中垂直于磁力線方向流過，在流通管道兩側(cè)的電極上將產(chǎn)生感應(yīng)電勢，感應(yīng)電勢的大小與流體速度有關(guān)，通過測量此電勢可求得流體流量。,(1)測量原理和結(jié)構(gòu) 流體流量方程為：,B—為磁感應(yīng)強(qiáng)度 ； D—管道內(nèi)徑 ；u—流體平均流速； E—感應(yīng)電勢。,,電磁流量計(jì)原理圖,MKULC2100系列電磁流量計(jì),測量介質(zhì)：導(dǎo)電介質(zhì)流速范圍：0.3~10m/s測量精度：0.5%FS  1.0%FS顯

42、示方式：LCD顯示瞬時流量，累積流量。介質(zhì)溫度：0~70℃；0~90℃；0~150℃（可選）壓力：1.6Mpa；2.5Mpa；6.4Mpa；16Mpa；25Mpa； 32Mpa輸出信號：頻率輸出0~2kHz；     電壓輸出1~5V          電流輸出4-2

43、0mA；RS-485串行接口斷電數(shù)據(jù)保存時間：10年電源：220VAC±15%  24VDC±5%（可選）平均無故障工作時間：MTBF=30000h防護(hù)等級：IP67、IP68（只適用于分體型）襯里材料：聚氨脂橡膠、氯丁橡膠、聚四氟乙烯、F46。電極材料：316L，哈氏合金HB；哈氏合金HC；特殊材料（如：鈦、鉭、鉑等稀有金屬材料）。,MKULC2100系列電磁流量計(jì)性能特點(diǎn)：,

44、電磁流量計(jì)的結(jié)構(gòu)如圖所示：,(2) 電磁流量計(jì)的特點(diǎn)及應(yīng)用優(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量；可以用來測量腐蝕性介質(zhì)的流量；流量測量范圍大；流量計(jì)的管徑小到1mm，大到2m以上；測量精度為0.5-1.5級；電磁流量計(jì)的輸出與流量呈線性關(guān)系；反應(yīng)迅速，可以測量脈動流量。缺點(diǎn)：被測介質(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量；流速測量下限有一定限度；工作壓力受到限制。結(jié)構(gòu)也比較

45、復(fù)雜，成本較高。,4. 超聲波流量計(jì) 超聲波測流量的作用原理有傳播速度法、多普勒法、波束偏移法、噪聲法、相關(guān)法、流速—液面法等多種方法。(1) 傳播速度法測量原理,超聲測速原理,①時差法時差法就是測量超聲波脈沖順流和逆流時傳播的時間差。流體流速,t1-按順流方向，超聲波到達(dá)接收器時間；t2-按逆流方向，超聲波到達(dá)接收器時間。,②相差法相位差法是把上述時間差轉(zhuǎn)換為超聲波傳播的相位差來測量。超聲波換能器向流體連續(xù)發(fā)射形式為

46、的 超聲波脈沖，式中 為超聲波的角頻率。,按順流方向發(fā)射時收到的信號相位；,按逆流方向發(fā)射時收到的信號相位。,③頻差法 頻差法是通過測量順流和逆流時超聲脈沖的循環(huán)頻率之差來測量流量的。,順流時脈沖循環(huán)頻率： 逆流時脈沖循環(huán)頻率： 脈沖循環(huán)頻差： 流體流速:,流體體積流量方程：,(2) 多普勒法測量原理 根據(jù)多普勒效應(yīng)，當(dāng)聲

47、源和觀察者之間有相對運(yùn)動時，觀察者所感受到的聲頻率將不同于聲源所發(fā)出的頻率。這個頻率的變化與兩者之間的相對速度成正比。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,U

48、FT型便攜式超聲波流量計(jì),性能參數(shù)如下表所示：,8.2.4 質(zhì)量流量計(jì) 流體的體積是流體溫度、壓力和密度的函數(shù)。質(zhì)量流量計(jì)的測量方法，可分為間接測量和直接測量兩類。間接式測量方法通過測量體積流量和流體密度經(jīng)計(jì)算得出質(zhì)量流量，這種方式又稱為推導(dǎo)式；直接式測量方法則由檢測元件直接檢測出流體的質(zhì)量流量。,1、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)或兩個不同類型的體積流量計(jì)組合，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量流量的測量。常見的組合方式

49、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

50、～200工作溫度：-20～60℃輸出：4～20mA、0～5VDC、232接口,⑵差壓式質(zhì)量流量計(jì) 差壓式質(zhì)量流量計(jì)是以馬格努斯效應(yīng)為基礎(chǔ)的流量計(jì)，實(shí)際應(yīng)用中利用孔板和定量泵組合實(shí)現(xiàn)質(zhì)量流量測量。有雙孔板和四孔板與定量泵組合兩種結(jié)構(gòu)。,,雙孔板差壓式質(zhì)量流量計(jì),四孔板差壓式質(zhì)量流量計(jì)：,,,,四孔板差壓式質(zhì)量流量計(jì),⑶科里奧利質(zhì)量流量計(jì) 科里奧利質(zhì)量流量計(jì)(簡稱科氏力流量計(jì))是一種利用流體在振動管中流動而產(chǎn)

51、生與質(zhì)量流量成正比的科里奧利力的原理來測量質(zhì)量流量的儀表?？剖狭α髁坑?jì)結(jié)構(gòu)有多種形式，一般由振動管與轉(zhuǎn)換器組成。,科氏力流量計(jì)測量原理,,,ω為轉(zhuǎn)動角速度,,轉(zhuǎn)彈性模量,,,傳感器測量主體為一根U形管，U形管的兩個開口端固定，流體由此流入和流出。在U形管頂端裝有電磁裝置，用于激發(fā)U形管，使其以O(shè)-O為軸，按固有的自振頻率振動，振動方向垂直于U形管所在平面。U形管中的流體在沿管道流動的同時又隨管道作垂直運(yùn)動，此時流體將產(chǎn)生一科里奧利加速度

52、，并以科里奧利力反作用于U形管。由于流體在U形管兩側(cè)的流動方向相反，所以作用于U形管兩側(cè)的科氏力大小相等方向相反，從而形成一個作用力矩。U形管在此力矩作用下將發(fā)生扭曲，U形管的扭角與通過的流體質(zhì)量流量相關(guān)。U形管兩側(cè)通過中心平面的時間差也與流體質(zhì)量流量相關(guān)。,流量計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖,科氏力質(zhì)量流量計(jì)的特點(diǎn),可直接測得質(zhì)量流量信號，不受被測介質(zhì)物理參數(shù)的影響，精度較高；可以測量多種液體和漿液，也可以用于多相流測量；不受管內(nèi)流態(tài)影響，因此對流

53、量計(jì)前后直管段要求不高；其范圍度可達(dá)100:1。但是它的阻力損失較大，存在零點(diǎn)漂移，管路的振動會影響其測量精度。,8.3 流量標(biāo)準(zhǔn)裝置 為了得到準(zhǔn)確的流量值，除了正確使用和維護(hù)流量計(jì)外，還必須對流量計(jì)進(jìn)行標(biāo)定和定期校驗(yàn)，以保證計(jì)量的準(zhǔn)確度。流量計(jì)的標(biāo)定隨流體的不同有很大的差異，需要建立各種類型的流量標(biāo)準(zhǔn)裝置。流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的建立是比較復(fù)雜的，不同的介質(zhì)如水、氣、油，以及不同的流量范圍和管徑大小均要有與之相應(yīng)的裝置。以下

54、介紹幾種典型的流量標(biāo)準(zhǔn)裝置。,8.3.1 液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置,8.3.2 氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置,8.3.1 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)過精確標(biāo)定的，其容積精度可達(dá)萬分之幾，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

55、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 這種方式是以秤代替標(biāo)準(zhǔn)容器作為標(biāo)準(zhǔn)器，用秤量一定時間內(nèi)流入容器內(nèi)的流體總量的方法來求出被測液體的流量。秤的精度較高，這種方法可以達(dá)到±0.1％的精度3. 標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)法 這種方式是采用高精度流量計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)儀表對其他工

56、作用流量計(jì)進(jìn)行校正。用作高精度流量計(jì)的有容積式、渦輪式、電磁式和差壓式等型式，可以達(dá)到±0.1％左右的測量精確度。,4. 標(biāo)準(zhǔn)體積管 圖為單球式標(biāo)準(zhǔn)體積管的原理示意圖。合成橡膠球經(jīng)交換器進(jìn)入體積管，在流過被校驗(yàn)儀表的液流推動下，按箭頭所示方向前進(jìn)。橡膠球經(jīng)過入口探頭時發(fā)出信號啟動計(jì)數(shù)器，橡膠球經(jīng)過出口探頭時停止計(jì)數(shù)器工作。橡膠球受導(dǎo)向桿阻擋，落入交換器，再為下一次實(shí)驗(yàn)作準(zhǔn)備。被校表的體積流量總量與標(biāo)準(zhǔn)體積段的容積相

57、等，脈沖計(jì)數(shù)器的累計(jì)數(shù)相應(yīng)于被校表給出的體積流量總量。這樣，根據(jù)檢測球走完標(biāo)準(zhǔn)體積段的時間求出的體積流量作為標(biāo)準(zhǔn)，把它與被校表顯示值進(jìn)行對比，即可得知被校表的精度。,1—被校驗(yàn)流量計(jì)；2—交換器；3—球；4—終止檢測器；5—起始檢測器；6—體積管；7—校驗(yàn)容積；8—計(jì)數(shù)器,單球式標(biāo)準(zhǔn)體積管原理示意圖,8.3.2 氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置 對于氣體流量計(jì)，常用的校正方法有：用標(biāo)準(zhǔn)氣體流量計(jì)的校正法，用標(biāo)準(zhǔn)氣體容積的校正法，使用液體標(biāo)