1、,第三节 流量检测及仪表,3.3 流量检测及仪表,1、差压式流量计 2、转子流量计 3、椭圆齿轮流量计4、电磁流量计 5、漩涡流量计 6、质量流量计 7、其它流量检测方法,几个概念,瞬时流量：指单位时间内流经管道某截面的流体数量的大小。总量或累积流量：指瞬时流量在某一段时间内流过管道的流体的总和。,流量测量的任务：根据测量目的，被测流体的种类、状态、测量场所等条件，研究各种相应的测量方法，并保证流量值的正确传递。,流量的表示方式,以体积表示的瞬时流量用 Q 表示，单位为 m3/s;以体积表示的累积流量用 Qv 表示，单位为 m3,质量流量,以质量表示的瞬时流量用 M 表示，单位为 kg/s以质
2、量表示的累积流量用 Mv 表示，单位为 kg,体积流量,表示流体密度,流量检测的主要方法和分类,流量检测方法有很多，就测量原理而言，可以分为直接测量法和间接测量法两类。直接测量法：直接测量出管道中的体积流量或质量流量。间接测量法：通过测量出流体的(平均)流速，结合管道的截 面积、流体的密度及工作状态等参数计算得出。,3.3.2 差压式流量计,差压式流量计也称为节流式流量计，它是目前工业生产过程中流量测量最成熟、最常用的方法之一。差压式流量计是基于流体流动的节流原理，即在管道中安装一个比管道截面小比并带孔的阻件，当流体流过该阻件的孔时，由于流体流束的收缩而使流速加快、静压力降低，其结果是在阻件前
3、后产生一个较大的压差。标准节流件包括标准孔板、标准喷嘴和标准文丘里管。,压差的大小与流体流速的大小有关，流速愈大，差压也愈大，因此只要测出差压就可以推算出流速，进而可以计算出流体的流量。如果通过压差变送器转换成相应的标准信号，则可供显示、记录或控制。,节流原理,流动流体的能量有两种形式：静压能和动能。流体由于有压力而具有静压能，又由于有流动速度而具有动能，这两种形式的能量在一定条件下是可以相互转化的。,流速,静压,流量方程,根据流体力学中的伯努利方程，可以推导得出节流式流量计的流量方程，也就是差压和流量之间的定量关系式：,为流量系数 为可膨胀性系数A0为节流件的开孔面积 为节流装置前的流体密度
4、P:节流装置前后实际测得的压差,流量与压力差的平方根成正比,差压式流量计,测量对象：流体方面，单相、混相、洁净、脏污；工作状态：常压、高压、真空、常温、高温、低温；管径方面：从几毫米到几米；,节流式特点：结构简单、使用寿命长，适应能力强，几乎能测量各种工况下的流量。,差压式流量计,孔板,引压管,差压计,应用非常广泛。,差压式流量计组成,节流装置：安装于管道中产生差压，节流件前后的差压与 流量成开方关系。引压导管：取节流装置前后产生的差压，传送给差压变送器。差压变送器：产生的差压转换为标准电信号（4-20mA）。,差压式流量计,3.3.3 转子流量计,在工业生产中经常遇到小流量的测量，因其流体的
5、流速低，这就要求测量仪表有较高的灵敏度，才能保证一定的精度。转子流量计特别适宜于测量管径50mm以下管道的流量，测量的流量可小到每小时几升。,转子流量计主要由两个部分组成：一是由下往上逐渐扩大的锥形管（通常用透明玻璃制成）二是放在锥形管内可自由运动的转子。,测量原理：,被测流体由锥形管下端进入，流经转子与锥形管之间的环隙，再从上端流出。当流体流过的时候，位于锥形管中的转子受到向上的一个力，使其浮起。当这个力正好等于转子重量减去流体对转子的浮力，此时转子就停浮在一定的高度上。平衡的高度h与流体的流量成对应关系。,孔板流量计：,节流面积不变,流量变化,压差发生变化,转子流量计：,压差不变,流量变化
6、,节流面积发生变化,h：转子浮起的高度；：仪表常数。,转子流量计种类,浮子流量计有两大类型：采用玻璃锥管的直读式浮子流量计和采用金属锥管的远传式浮子流量计。直读式浮子流量计主要由玻璃锥管、转子和支撑结构组成。流量标尺直接刻在锥管上，由转子位置高度读出流量值。用于现场测量。,玻璃转子流量计,远传式浮子流量计可采用金属锥形管，它的信号远传方式有电动和气动两种类型，测量转换机构将转子的位移转换为电信号或气信号进行远传及显示，图为电远传浮子流量计工作原理。其转换机构为差动变压器组件，用于测量转子的位移。,3.3.4 椭圆齿轮流量计,基本工作原理,“一碗一碗”计量,转子每旋转一周，就排出四个由椭圆齿轮与
7、外壳围成的半月形空腔的流体体积(4V)。在半月形体积V一定的情况下，只要测出流量计的转速n就可以计算出被测流体的流量。,流量方程,特点和要求,计量精度高，一般可达0.20.5级，有的甚至能达到0.1级；一般只适用于10150mm的中小口径；容积式流量计对被测流体的粘度变化不敏感，特别适合于测量高粘度的流体（例如重油、树脂等）甚至糊状物的流量，但要求被测介质干净，不含固体颗粒，所以一般情况下，流量计前要装过滤器。由于受零件变形的影响，容积式流量计一般不宜在高温或低温下使用。,3.3.5电磁流量计,适用场合,可以检测具有一定电导率的酸、碱、盐溶液，腐蚀性液体以及含有固体颗粒的的液体测量，但不能检测
8、气体、蒸汽和非导电液体的流量。,流量公式,当导电的流体在磁场中以垂直方向流动而切割磁力线时，就会在管道两边的电极上产生感应电势，感应电势的大小与磁场的强度、流体的速度和流体垂直切割磁力线的有效长度成正比：,式中：Ex为感应电势；K为比例系数；B为磁场强度；D为管道直径；v为垂直于磁力线的流体流动速度；为仪表常数,在管道直径D已经确定，磁场强度B维持不变时，流体的体积流量与磁感应电势成线性关系。利用上述原理制成的流量检测仪表称为电磁流量计。,测量导管内无可动或突出于管道内部的部件，因而压力损失极小；只要是导电的，被测流体可以是含有颗粒、悬浮物等，也可以是酸、碱、盐等腐蚀性物质；流量计的输出电流与
9、体积流量成线性关系，并且不受液体的温度、压力、密度、粘度等参数的影响；电磁流量计的量程比一般为10:1，精度较高的量程比可达100:1；测量口径范围大，可以从lmm到2m以上，特别适用于lm以上口径的水流量测量；测量精度一般优于0.5级；电磁流量计反应迅速，可以测量脉动流量；,电磁流量计的特点,电磁流量计主要缺点：,被测流体必须是导电的，不能小于水的电导率；不能测量气体、蒸汽和石油制品等的流量；由于衬里材料的限制，一般使用温度为0200；因电极嵌装在测量导管上的，使工作压力限制(一般0.25MPa）。,3.3.6 涡轮流量计,基本工作原理,流体冲击涡轮叶片，使涡轮旋转，涡轮的旋转速度随流量的变
10、化而变化，通过涡轮外的磁电转换装置可将涡轮的旋转转换成电脉冲。,涡轮流量测量原理图,流体通过涡轮流量计时推动涡轮转动，涡轮叶片周期性地扫过磁钢，使磁路磁阻发生周期性地变化，线圈感应产生的交流电信号频率与涡轮转速成正比，即与流速成正比。涡轮流量计的流量方程式为：,仪表常数与流量计的涡轮结构等因素有关。在流量计的使用范围内，值保持为常数，使流量与转速接近线性关系。为角频率。,涡轮流量计的特点及使用,涡轮流量计可以测量气体、液体流量，但要求被测介质洁净，并且不适用于粘度大的液体测量。安装方便，磁电感应转换器与叶片间不需密封和齿轮传动机构，因而测量精度高，可达到0.5级以上，在小范围内误差可以0.1；
11、因为基于磁电感应的转换原理，使涡轮流量计具有较高的反应速度，可测脉动流量；由于流量与涡轮转速之间成线性关系，仪表刻度可为线性，范围度可达（1020）：1，主要用于中小口径的流量检测；输出频率信号便于远传及与计算机相连，仪表有较宽的工作温度范围（-200400），可耐较高工作压力（10MPa）。,涡轮流量变送器-GRLWGY将涡轮流量传感器与显示仪表配套组成智能涡轮流量计。传感器具有精度高，重复性好，寿命长操作简单等特点。可广泛应用于石油，化工，冶金，造纸等行业测量液体的体积瞬时流量和体积总量。,3.3.7漩涡流量计,基本工作原理,把一个漩涡发生体（非流线型对称物体）垂直插在管道中，当流体绕过漩
12、涡发生体时会在其左右两侧后方交替产生旋转方向相反的漩涡，形成涡列，该漩涡列就称为卡曼涡街。只有当两列漩涡的间距h与同列中相邻漩涡的间距l满足为hl0.281条件时，卡曼涡列才是稳定的。且稳定漩涡产生的频率f与流体流速v成正比，与柱体的特征尺寸d（漩涡发生体的迎面最大宽度）成反比，即：,流量方程,St称为斯特劳哈尔数（无因次数），St主要与漩涡发生体的形状和雷诺数有关。在雷诺数为5000150000的范围内，St基本上为一常数。如圆柱体St0.21、三角柱体St=0.16，而旋涡发生体宽度d也是定值，因此，旋涡产生的频率与流体的平均流速成正比。所以，只要测得旋涡的频率就可以得到流体的流速，进而可
13、求得体积流量。,漩涡频率的检测方法：热敏检测法、电容检测法、压力检测法、超声检测法等。,涡街流量计输出信号（频率）不受流体物性和组分变化的影响，仅与旋涡发生体形状和尺寸以及流体的雷诺数有关。涡街流量计适用于气体、液体和蒸汽介质的流量测量，其测量几乎不受流体参数（温度、压力、密度、粘度）变化的影响。涡街流量计的特点是在仪表内部无可动部件，使用寿命长；压力损失小，尤其适用于大口径管道的流量测量；输出为频率信号，测量精度比较高，可为0.5级或1.0级。它 是一种正在得到广泛应用的新型流量仪表。,涡街流量计特点及使用,插入式涡街流量计,LWGY涡轮流量计,质量流量测量仪表通常可分为两大类：直接式质量流
14、量计和间接式质量流量计。直接式质量流量计是直接输出与质量流量相对应的信号，以反映质量流量的大小。间接式质量流量计采用密度或温度、压力补偿的办法，在测量体积流量的同时，测量流体的密度或流体的温度、压力值，再通过运算求得质量流量。现在带有微处理器的流量传感器均可实现这一功能，这种仪表又称为推导式质量流量计。,3.4.8 质量流量计,科里奥利力质量流量计(直接式质量流量计),基本工作原理（实验）,将充水软管（水不流动）两端悬挂，使其中段下垂成U形，静止时，U形的两管处于同一平面，并垂直于地面，左右摆时，两管同时弯曲，仍然保持在同一曲面如图a。,若将软管与水源相接，使水由一端流入，从另一端流出（如图b
15、和c）。当U形管受外力作用向右左摆动时，它将发生扭曲。扭曲的方向总是出水侧的摆动要早于入水侧；,随着质量流量的增加，这种现象变得更加明显，出水侧摆动相位超前于入水侧更多。,利用科氏力构成的质量流量计有直管、弯管、单管、双管等多种形式。双弯管型（最常见）它由两根金属U形管组成，其端部连通并与被测管路相连。,科里奥利力质量流量计,这就是科氏力质量流量的检测原理，它利用两管的振动（摆动）相位差来反映流经该U形管的质量流量。,特点和要求,科氏力质量流量计的测量精度较高，主要用于粘度和密度相对较大的单相和混相流体的流量测量。由于结构等原因，这种流量计适用于中小尺寸的管道的流量检测。,式中，为扭转角；为扭转弹性系数；为振动角频率；r为U形管跨度半径。,质量流量方程,间接式质量流量测量,由测量体积流量的仪表与测量密度的仪表配合，再用运算器将两表的测量结果加以适当的运算，间接得出质量流量。,
