-第8章流量测量课件.ppt

1、2022-8-88.1 概述概述8.2 节流式流量计节流式流量计8.3 涡轮流量计涡轮流量计8.4 光纤流量计光纤流量计8.5 超声波流量计超声波流量计第八章第八章 流量测量流量测量流量的定义流量的定义 流体在单位时间内通过管道或设备某横截面处的数量。流体在单位时间内通过管道或设备某横截面处的数量。流量的表示方法流量的表示方法 质量流量、体积流量、重量流量。质量流量、体积流量、重量流量。若以若以M表示流体流过一定截面的质量，则质量流量为表示流体流过一定截面的质量，则质量流量为mdmqdtkg/s 若以若以V表示流体流过一定截面的体积，则体积流量为表示流体流过一定截面的体积，则体积流量为vdVq

2、dt 3m/s若以若以G表示流体流过一定截面的重量，则重量流量为表示流体流过一定截面的重量，则重量流量为GdGqdtkgf s三者的关系为三者的关系为Gmvqqqg流量的测量方法流量的测量方法可分为直接测量法和间接测量法。可分为直接测量法和间接测量法。直接测量法直接测量法：用标准容积和标准时间计量后，计算平均流量。：用标准容积和标准时间计量后，计算平均流量。间接测量法间接测量法：通过测量与流量有关的物理量得出流量。：通过测量与流量有关的物理量得出流量。间接测量法的常见形式间接测量法的常见形式流速法流速法vAG节流差压法节流差压法pKQ变面积式变面积式KlQ 涡轮机械式涡轮机械式KnQ 旋涡式旋

3、涡式KfQ 电磁式电磁式超声波超声波流量计的类型流量计的类型容积型流量计容积型流量计速度型流量计速度型流量计质量型流量计质量型流量计本节知识点1、流量计有哪几种类型？第二节第二节 节流式节流式流量计流量计 一、基本原理一、基本原理:流体流过孔板、喷嘴或文丘里管等节流元件时，将产生局部收缩，其流速增加，静压降低，在节流元件前后产生静压差，测出这个压差就可以算出流量。由节流件、取压装置、阻流件、中间管道组成。由节流件、取压装置、阻流件、中间管道组成。上游第二上游第二个阻流件个阻流件上游第一上游第一个阻流件个阻流件节流件节流件取压装置取压装置下游第一下游第一个阻流件个阻流件中间管道中间管道常用节流元

4、件常用节流元件取压方式取压方式取压方式有角接取压、法兰取压、取压方式有角接取压、法兰取压、D和和D/2取压等方式取压等方式角接取压角接取压法兰取压法兰取压节流原理节流原理流速收缩：沿管道轴向流动流速收缩：沿管道轴向流动的流体，当遇到节流装置时，的流体，当遇到节流装置时，近壁处的流体由于受到节流近壁处的流体由于受到节流装置的阻挡最大，促使流体装置的阻挡最大，促使流体的一部分动压头转换为静压的一部分动压头转换为静压头，体现在头，体现在P1的升高。的升高。P的产生：由于节流装置造的产生：由于节流装置造成流束的局部收缩，同时流成流束的局部收缩，同时流体又是保持连续流动，因此体又是保持连续流动，因此在截

5、面积最小流速达到最大，在截面积最小流速达到最大，而压力最低。而压力最低。流量越大，流束的局部收缩流量越大，流束的局部收缩和能量转换越显著，因此节和能量转换越显著，因此节流装置两端的压差也越大。流装置两端的压差也越大。流量基本方程流量基本方程在管道上取两个截面：截面在管道上取两个截面：截面1-1和和2-2，并列，并列出这两个截面流体总流的伯努力方程：出这两个截面流体总流的伯努力方程：2222222222111vvcpvcpC1，C2为总流的动能的修正系数；为总流的动能的修正系数；为阻力系数为阻力系数 流体总流的连续方程为：流体总流的连续方程为：442 221dvDv设节流件的开孔直径为设节流件的

6、开孔直径为d d，定义，定义Dd收缩系数为收缩系数为22 dd)(212142122ppccv)(241212 4212ppdccQ2121pppp)(242124212ppdccQ4212cc不可压流体不可压流体)(2)(2421212ppAppdQ体积流量：体积流量：质量流量：质量流量：)(221ppAG对于可压缩流体对于可压缩流体可压缩流体流经节流件时，由于压力的变化，密度随之而可压缩流体流经节流件时，由于压力的变化，密度随之而变化。把流体可压缩性的影响用一流束膨胀修正系数变化。把流体可压缩性的影响用一流束膨胀修正系数来来修正。显然，不可压缩流体的修正。显然，不可压缩流体的=1=1，可压

7、缩流体的，可压缩流体的11。于是流量方程可写成为：于是流量方程可写成为：)(221ppAQ)(221ppAG孔板流量计（矿大）.swf例：例：20苯在1334mm的钢管中流过，为测量苯的流量，在管道中安装一孔径为75mm的标准孔板流量计。当孔板前后U形压差计的读数R为80mmHg时，试求管中苯的流量（m3/h）。3kg/m880sPa1067.0336.0)12575()(221010ddAA648.00C5105.1Rec/h)48.96(m/s)m(0136.0880)88013600(81.908.02075.0785.0648.0)(2332000RgACqV解：解：查得20苯的物性：

8、面积比：由公式可求得苯的体积流量：设ReReC，由图1-35查得：校核Re：管内的流速m/s)(1.1125.040136.04221dquV管道的Re：cudRe1081.11067.01.1880125.0Re5311故假设正确，以上计算有效。苯在管路中的流量为：qV48.96 m3/h 优点优点：构造简单，安装方便。缺点缺点：流体通过孔板流量计的阻力损失很大。主要是由于流体流经孔板时，截面的突然缩小与扩大形成大量涡流所致。虽然流体经管口后某一位置流速已恢复与孔板前相同，但静压力却不能恢复，产生了永久压力降。孔板的缩口愈小，孔口速度愈大，读数就愈大，阻力损失愈大。所以，选择孔板流量计A0/

9、A1的值，往往是设计该流量计的核心问题。孔板流量计的优缺点孔板流量计的优缺点孔板流量计的两种接法孔板流量计的两种接法（1）角接法）角接法 其取压口在孔板前后两片法兰上；（2）径接法）径接法 其上游取压口在距离孔板1倍管径处，下游取压口在距离孔板0.5倍管径处。孔板流量计的安装孔板流量计的安装（1）水平安装在管路上；（2）孔板流量计安装时，上、下游需要有一段内径不变的直管作为稳定段，上游长度至少为管径的10倍，下游长度为管径的5倍。文丘里文丘里（Venturi）流量计流量计 1、文氏流量计的结构文氏流量计的结构 孔板流量计的主要缺点是能量损失较大，其原因在于孔板前后的突然缩小与突然扩大。若用一段

10、渐缩、渐扩管代替孔板，所构成的流量计称为文丘里流量计或文氏流量计。当流体经过文丘里管时，由于均匀收缩和逐渐扩大，流速变化平缓，涡流较少，故能量损失比孔板大大减少。文氏流量计的结构示意图文氏流量计的结构示意图2、文丘里流量计的测量原理文丘里流量计的测量原理 文丘里流量计的测量原理与孔板流量计相同，也属于差压式流量计。其流量公式也与孔板流量计相似，即：002gRACqvV式中 CV文丘里流量计的流量系数（约为0.980.99）；A0喉管处截面积，m2。3、文氏流量计的优缺点文氏流量计的优缺点优点优点：阻力损失小，大多数用于低压气体输送中的测量；缺点缺点：加工精度要求较高，造价较高，并且在安装时流量

11、计本身占据较长的管长位置。本节知识点1、什么是节流式流量计，常见的类型有哪些？第三节第三节 涡轮流量计涡轮流量计 1、涡轮流量计的结构涡轮流量计的结构 涡轮流量计由涡轮流量变送器和显示仪表组成。涡轮流量计包括涡轮、导流器、磁电感应转换器、外壳及前置放大器等部分。1.涡轮 2.导流器 3.磁电感应转换器 4.外壳 5.前置放大器 特点特点:(1)(1)精度高：基本误差在精度高：基本误差在0.250.251.5%1.5%之间；之间；(2)(2)量程比大：一般为量程比大：一般为1010：1 1；(3)(3)惯性小：时间常数为毫秒级；惯性小：时间常数为毫秒级；(4)(4)耐压高：被测介质的静压可高达耐

12、压高：被测介质的静压可高达l0MPal0MPa；(5)(5)使用温度范围广：有的型号可测使用温度范围广：有的型号可测-200-200的低温介质的流量，的低温介质的流量，有的可测有的可测400400度的介质的流量；度的介质的流量；(6)(6)压力损失小：一般为压力损失小：一般为0.02Mpa0.02Mpa；(7)(7)输出是频率信号：容易实现流量积算和定量控制；输出是频率信号：容易实现流量积算和定量控制；(8)(8)流体中不能含有杂质，否则误差大，轴承磨损快，仪表寿命流体中不能含有杂质，否则误差大，轴承磨损快，仪表寿命低，故仪表前最好装过滤器；不适于测粘度大的液体。低，故仪表前最好装过滤器；不适

13、于测粘度大的液体。一、工作原理一、工作原理涡轮流量计是由变送器和显示仪表组成涡轮流量计是由变送器和显示仪表组成 。涡轮叶片受力而旋转，其转速与流体流量（流速）成正比，涡轮叶片受力而旋转，其转速与流体流量（流速）成正比，其转数又可以转换成磁电的频率，此频率表现为电脉冲，其转数又可以转换成磁电的频率，此频率表现为电脉冲，用计数器记录此电脉冲，就可以得到流量。用计数器记录此电脉冲，就可以得到流量。变送器的形式变送器的形式切线式切线式轴线式轴线式涡轮流量计的结构涡轮流量计的结构 当流体通过安装有涡轮的管路时，流体的动能冲击涡轮发生旋转，流体的流速愈高，动能越大，涡轮转速也就愈高。在一定的流量范围和流体

14、粘度下，涡轮的转速和流速成正比。当涡轮转动时，涡轮叶片切割置于该变送器壳体上的检测线圈所产生的磁力线，使检测线圈磁电路上的磁阻周期性变化，线圈中的磁通量也跟着发生周期性变化，检测线圈产生脉冲信号，即脉冲数。其值与涡轮的转速成正比，也即与流量成正比。这个电讯号经前置放大器放大后，即送入电子频率仪或涡轮流量积算指示仪，以累积和指示流量。本节知识点1、涡轮流量计的工作原理是什么？第四节第四节 光纤流量计光纤流量计一、光纤差压式流量计一、光纤差压式流量计二、光纤膜片式流量计二、光纤膜片式流量计二、光纤卡门涡街流量计二、光纤卡门涡街流量计工作原理工作原理在流动的流体中放置一根其轴与流向垂直的、有对称形状

15、的非在流动的流体中放置一根其轴与流向垂直的、有对称形状的非流线形状柱体（如圆柱、三角柱等），该柱体称漩涡发生体。流线形状柱体（如圆柱、三角柱等），该柱体称漩涡发生体。当流体绕过漩涡发生体时，出现了附面层分离，在漩涡发生体当流体绕过漩涡发生体时，出现了附面层分离，在漩涡发生体下游两列不对称、但有规律的漩涡列，这就是下游两列不对称、但有规律的漩涡列，这就是卡门涡街卡门涡街。当两漩涡列之间的距离当两漩涡列之间的距离h和同列的两个漩涡之间的距离和同列的两个漩涡之间的距离l满足满足h/l=0.281时，所产生的涡街是稳定的。此时漩涡的分离频率时，所产生的涡街是稳定的。此时漩涡的分离频率f与漩涡发生体处流

16、体平均流速与漩涡发生体处流体平均流速v及柱宽及柱宽d有如下关系有如下关系dvSftSt:斯特劳哈尔数，它与漩涡发生体的形状和雷诺数有关。斯特劳哈尔数，它与漩涡发生体的形状和雷诺数有关。实验证明：在雷诺数实验证明：在雷诺数ReD为为3*1022*105范围内，范围内，St是个常数。是个常数。对于三角柱漩涡发生体，对于三角柱漩涡发生体，St0.16；对于圆柱漩涡发生体，对于圆柱漩涡发生体，St0.20。则有：则有：tSfdv 流量方程流量方程v1v2DdA1A22211AvAvQ由连续方程，有：由连续方程，有：设设m=A2/A1，当，当d/D0.3时，可以近似时，可以近似认为：认为：Ddm25.1

17、12222212211)25.11(444vDdDmvDvAADAvQtSfdv ffSdDdDt)25.11(42结论：只要测得漩涡频率，就可以得到流量。结论：只要测得漩涡频率，就可以得到流量。频率的检测方法频率的检测方法常用的检测方法有热敏式、超声式、应力式、应变式、电容式、常用的检测方法有热敏式、超声式、应力式、应变式、电容式、光电式和电磁式等几种。光电式和电磁式等几种。导压孔导压孔热电阻热电阻当旋涡在圆柱体下游侧产生时，出于升当旋涡在圆柱体下游侧产生时，出于升力的作用，使得圆柱体下方的压力比上力的作用，使得圆柱体下方的压力比上方高一些，圆柱体下方的流体在上下压方高一些，圆柱体下方的流体

18、在上下压力差的作用下，从圆柱体下方导压孔进力差的作用下，从圆柱体下方导压孔进入空腔，通过隔板中央部分的小孔，流入空腔，通过隔板中央部分的小孔，流过铂电阻丝，从上方导压孔流出。如果过铂电阻丝，从上方导压孔流出。如果将铂电阻丝加热到高于流体温度的某温将铂电阻丝加热到高于流体温度的某温度值，则当流体流过铂电阻丝时，就会度值，则当流体流过铂电阻丝时，就会带走热量，改变其温度，也即改变其电带走热量，改变其温度，也即改变其电阻值。当圆柱体上方产生一个旋涡时，阻值。当圆柱体上方产生一个旋涡时，则流体从上导压孔进入，由下导压孔流则流体从上导压孔进入，由下导压孔流出，又一次通过铂电阻丝，又改变一次出，又一次通过

19、铂电阻丝，又改变一次它的电阻值。由此可知：电阻值变化与它的电阻值。由此可知：电阻值变化与流动变化相对应，也既与旋涡的频率相流动变化相对应，也既与旋涡的频率相对应。所以，可由检测铂电阻丝电阻变对应。所以，可由检测铂电阻丝电阻变化频率得到涡频率，进而得到流量值。化频率得到涡频率，进而得到流量值。第五节第五节 超声波流量计超声波流量计假定流体静止的声速为假定流体静止的声速为c，流体速，流体速度为度为v，顺流时传播速度为，顺流时传播速度为c+v，逆流时则为逆流时则为c-v。在流道中设置两。在流道中设置两个超声波发生器个超声波发生器T1和和T2，两个接，两个接收器收器R1和和R2，发生器与接收器的，发生

20、器与接收器的间距为间距为l。在不用两个放大器的情。在不用两个放大器的情况下，声波从况下，声波从T1到到R1和和T2到到R2的的时间分别为时间分别为t1和和t2：22122vclvvclvclttt则则22vc 22clvt 若已知若已知l和和c，只要测得，只要测得t，便可知流速，便可知流速v。此种测量方法称为。此种测量方法称为时差法时差法。由于流。由于流速带给声波的变化量为速带给声波的变化量为10-3数量级，而要得到数量级，而要得到1的流量测量精度，对声波的的流量测量精度，对声波的测量速度要求为测量速度要求为10-510-6数量级，检测很困难。通常采用数量级，检测很困难。通常采用声循环法声循环

21、法。vclt1vclt2超声波流量计使用方便；安装在测量管道的外表，和被测流体超声波流量计使用方便；安装在测量管道的外表，和被测流体不接触，所以不干扰流场，没有压力损失；维修时不需要切断流不接触，所以不干扰流场，没有压力损失；维修时不需要切断流体。体。超声波流量计对管道尺寸及流量测量范围的变化有很大的适应超声波流量计对管道尺寸及流量测量范围的变化有很大的适应能力，其结构形式与造价同被测管道的直径关系不大，且直径越能力，其结构形式与造价同被测管道的直径关系不大，且直径越大经济优势越显著。大经济优势越显著。超声波流量计适用于管径超声波流量计适用于管径205000mm的各种介质的流量测量，的各种介质

22、的流量测量，并具有较高的测量精度。并具有较高的测量精度。超声波流量计应尽可能在远离泵、阀等流动紊乱的地方安装。超声波流量计应尽可能在远离泵、阀等流动紊乱的地方安装。泵应在被测管上游侧泵应在被测管上游侧50D（管径公称直径）处，流量控制阀应远离（管径公称直径）处，流量控制阀应远离12D以上。一般情况下，上游侧应有以上。一般情况下，上游侧应有12D（管径公称直径）的直管（管径公称直径）的直管段；下游侧需段；下游侧需5D的直管段。的直管段。超声波流量计特点超声波流量计特点1、转子流量计的结构转子流量计的结构 由一段上粗下细的锥形玻璃管（锥角约在4左右）和管内一个密度大于被测流体的固体转子（或称浮子）

23、所构成。流体自玻璃管底部流入，经过转子和管壁之间的环隙，再从顶部流出。转子流量计转子流量计2、转子流量计的工作原理转子流量计的工作原理 管中无流体通过时，转子沉在管底部。当被测流体以一定的流量流经转子与管壁之间的环隙时，由于流道截面减小，流速增大，压力随之降低，于是在转子上、下端面形成一个压差，将转子托起，使转子上浮。随转子的上浮，环隙面积逐渐增大，流速减小，压力增加，从而使转子两端的压差降低。当转子上浮至某一定高度时，转子两端面压差造成的升力恰好等于转子的重力时，转子不再上升，而悬浮在该高度。转子流量计玻璃管外表面上刻有流量值，根据转子平衡时其上端平面所处的位置，即可读取相应的流量。3、转子

24、流量计的流量方程转子流量计的流量方程 转子流量计流动示意图 u00101转子共受到三个力：重力（向下）、压力（向上）、浮力（向上）。当转子静止不动时，三个力平衡，即：gVgVAppffff)(01由此可推得转子流量计的体积流量为：fffRRVAgVACq)(2AR转子上端面处环隙面积CR转子流量系数4、流量的测定、流量的测定 由于流量与环隙面积有关，在圆锥形筒与浮子的尺寸固定时，环隙面积AR决定于浮子在筒内的位置，因此，转子流量一般都以转子的位置来指示流量，而将刻度标于筒壁上。5、转子流量计的刻度换算转子流量计的刻度换算 转子流量计上的刻度，是在出厂前用某种流体进行标定的。一般液体流量计用20的水（密度为1000kg/m3）标定，而气体流量计则用20和101.3kPa下的空气（密度为1.2kg/m3）标定。当被测流体与上述条件不符时，应进行刻度换算。)()(122112ffVVqq式中下标1表示标定流体的参数，下标2表示实际被测流体的参数。假定CR相同，在同一刻度下，有：6 6、转子流量计的安装与特点、转子流量计的安装与特点转子流量计安装示意图安装安装（1）转子流量计必须垂直安装在管路上；（2）为便于检修，应设置如图所示的支路。特点特点：转子流量计读数方便，流动阻力很小，测量范围宽，测量精度较高，对不同的流体适用性广。缺点是玻璃管不能经受高温和高压，在安装使用过程中玻璃容易破碎。