常用流量计课件.ppt

1、20211常用流量计 流量测量的基本概念：流量测量的基本概念：自动检测技术自动检测技术20212自动检测技术自动检测技术20213自动检测技术自动检测技术常用的流量计常用的流量计 节流式、电磁式、涡轮式、涡街式节流式、电磁式、涡轮式、涡街式一、节流式流量计节流式流量计的特点是：结构简单，使用寿命长，适应性较广，能够测量各种工况下的单相流体和高温、高压下的流体流量；发展早，应用历史长，有丰富、可靠的实验数据，标准节流装置的设计加工已标准化，无需标定就可在已知不确定度范围内进行流量测量。但安装要求严格；测量范围窄，一般量程为3：1；压力损失较大，精度不够高（1%2%）。它由节流装置、测量静压装置和

2、测量仪表三部分构成。20214自动检测技术自动检测技术1、节流装置工作原理所谓节流装置是在管道中安装一个直径比管径小的节流件，如孔板、喷嘴、文丘利管等.20215流体流经节流件时压力和流速变化情况 自动检测技术自动检测技术以孔板为例，观察在管道中流动的流体经过节流件时流体的静压力和流速的变化情况。流体流经喷嘴和文丘里管的情况与孔板相似，它们的开孔面积和流束的最小收缩截面基本一致。202162、流量方程假定在水平管道内流动的是不可压缩的、无黏性的理想流体，依据流体力学中的伯努利方程（2-96）和连续性方程（2-97），可以推导出理想流体的流量基本方式程，即可求得流经节流件的流速为22112222

3、PvPv221244vDvd（2-96）（2-97）212412()1(/)vPPd D(298)自动检测技术自动检测技术20217根据体积流量的定义，可写出体积流量的理论方程式为质量流量方式为3 3、实际流量公式、实际流量公式引入流出系数C，定义为实际流量与理论流量之比。并以实际采用的某种取压方式所得到的压差p来代替（）的值，令直径比 ，对式（2-99）和式（2-100）进行修正，22212412()41(/)qvv AdPPd D22212412()41(/)mqv AdPPd D12ppdD（299）（2100）自动检测技术自动检测技术20218令：称为流量系数，是通过实验方法确定的。4

4、1CCE411E（2103）（2104）自动检测技术自动检测技术22422441Cqvdpdp22422441mCqdpdp（2101）（2102）则：22212412()41(/)qvv AdPPd D22212412()41(/)mqv AdPPd D20219对于可压缩流体，考虑到节流过程中流体密度的变化而引入流束膨胀系数进行修正，采用节流件前的流体密度，由此流量公式可表示为4、标准节流件常用的标准节流元件有标准孔板、喷嘴和文丘里管。（1 1）标准孔板）标准孔板224qvdp224mqdp（2105）（2106）自动检测技术自动检测技术202110图2-109 标准孔板自动检测技术自动检

5、测技术标准孔板的形状如图2-109所示，是一块具有与管道同心圆形开孔的圆板，迎流一侧是有锐利直角入口边缘的圆筒形孔，顺流的出口呈扩散和锥形。标准孔板的主要特点是结构简单、加工方便、价格便宜。压力损失较大，测量精度较低，只适用于洁净流体介质，测量大管径高温高压介质时，孔板易变形。202111图2-110 ISA1932喷嘴自动检测技术自动检测技术（2 2）标准喷嘴）标准喷嘴标准喷嘴是一种以管道轴线为中心线的旋转对称体，主要由入口圆弧收缩部分与出口圆筒形喉部组成，有ISA1932喷嘴和长径喷嘴两种形式。202112图2-111 文丘利管自动检测技术自动检测技术（3）文丘利管文丘利管是由收缩段、圆筒

6、形喉部与圆锥形扩散管3部分组成。按收缩段的形状不同，又分为古典文丘利管和文丘利喷嘴。202113图2-112 节流装置的取压方式1-1理论取压；2-2角接取压；3-3法兰取压；4-4径距取压；5-5损失取压自动检测技术自动检测技术5、取压装置取压装置是指取压的位置与取压口的结构形式的总称。节流件上下游取压孔的位置表征标准孔板的取压方式，取压方式有5种。各种取压方式及取压孔位置如图2-152所示。202114自动检测技术自动检测技术目前广泛采用的是角接取压法，其次是法兰取压法。角接取压法比较简便，容易实现环室取压，测量精度较高。法兰取压法结构较简单，容易装配，计算也方便，但精度较角接取压法低些。

7、（1）角接取压角接取压装置包括单独钻孔取压的夹紧环（见图2-113的下半部分）和环室（见图2-113的上半部分）。202115自动检测技术自动检测技术（2）法兰取压法兰取压装置即为设有取压孔的法兰，其结构如图2-114所示。上下游的取压孔必须垂直于管道轴线，取压孔的轴线离孔板上下游端面的距离为25.4mm。取压孔的轴线应与管道轴线直角相交，孔口与管内表面平齐，上下游取压孔的孔径相同，孔径不得大于0.08D，实际尺寸应为612mm。202116二、电磁流量计二、电磁流量计 -利用法拉第电磁感应定律，测量利用法拉第电磁感应定律，测量导电液体导电液体体积流量体积流量特点：特点：测量通道是测量通道是光

8、滑直管光滑直管，不易阻塞，不易阻塞 适用于测量适用于测量含有固体颗粒或纤维的液固二相流体含有固体颗粒或纤维的液固二相流体；不产生因检测流量所形成的压力损失；不产生因检测流量所形成的压力损失；不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化影不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化影响；响；前置直管段前置直管段要求较低；要求较低；测量范围度大测量范围度大，通常为，通常为20:120:150:150:1；不能测量电导率很低的液体不能测量电导率很低的液体；不能用于较高温度的液体不能用于较高温度的液体。自动检测技术自动检测技术2021171.1.电磁流量计原理电磁流量计原理电磁流量计测量原理电磁流量计测量

9、原理自动检测技术自动检测技术202118 导电性液体导电性液体在垂直于磁场的非磁性测量管内流动，在垂直于磁场的非磁性测量管内流动，与流动方向垂直的方向上产生与流量成比例的与流动方向垂直的方向上产生与流量成比例的感应电势感应电势 4/2Dqv液体的体积流量液体的体积流量 vvKqqDBE)/4(式中式中,K为仪表常数，为仪表常数，K=4B/D 在管道直径确定，磁感应强度不变的条件下，体积流量与电在管道直径确定，磁感应强度不变的条件下，体积流量与电磁感应电势有一一对应的线性关系，而与流体密度、粘度、温磁感应电势有一一对应的线性关系，而与流体密度、粘度、温度、压力和电导率无关。度、压力和电导率无关。

10、AqvBDE(1)2/.4Dqv(2)(1)(2)自动检测技术自动检测技术2021192.电磁流量计的构成电磁流量计的构成 电磁流量计流量传感器转换器电磁流量计流量传感器转换器电磁流量计的结构图电磁流量计的结构图自动检测技术自动检测技术202120外壳外壳（铁磁材料制成）（铁磁材料制成）功能：功能：保护激磁线圈，隔离外磁场的干扰。保护激磁线圈，隔离外磁场的干扰。磁路系统磁路系统 功能：功能：产生均匀的直流或交流磁场产生均匀的直流或交流磁场 直流磁场可用永久磁铁来实现，结构简单直流磁场可用永久磁铁来实现，结构简单 工业现场电磁流量计，一般都采用交变磁场，由铁心和励工业现场电磁流量计，一般都采用交

11、变磁场，由铁心和励磁线圈组成，励磁电源的频率为磁线圈组成，励磁电源的频率为50Hz。tBBmsin磁感应强度为磁感应强度为tBDEmsin感应电势为感应电势为（1）流量传感器）流量传感器自动检测技术自动检测技术202121衬里衬里 在测量导管内壁的一层耐磨、耐腐蚀、耐高温的绝缘材在测量导管内壁的一层耐磨、耐腐蚀、耐高温的绝缘材料。料。主要功能：主要功能：增加测量导管的耐磨性与腐蚀性，增加测量导管的耐磨性与腐蚀性，防止感应电势被金属测量导管壁短路。防止感应电势被金属测量导管壁短路。测量管测量管 流过被测流体，两端设有法兰，用做连接管道。流过被测流体，两端设有法兰，用做连接管道。测量导管采用不导磁

12、、低导电率、低导热率并据有一定测量导管采用不导磁、低导电率、低导热率并据有一定机械强度的材料制成，一般可选用不锈钢、玻璃钢、铝及机械强度的材料制成，一般可选用不锈钢、玻璃钢、铝及其它高强度的材料。其它高强度的材料。自动检测技术自动检测技术202122电极：电极：正确引出感应电势信号正确引出感应电势信号用不锈钢非导磁材料制成，安装时要求与衬里齐平用不锈钢非导磁材料制成，安装时要求与衬里齐平自动检测技术自动检测技术2021232sinsintKBdttdBKemmt（2）转换器）转换器功能：功能：放大感应电势、抑制主要的干扰信号。放大感应电势、抑制主要的干扰信号。采用了交变磁场克服了极化现象，但增

13、加了电磁采用了交变磁场克服了极化现象，但增加了电磁正交干扰信号，交变磁场在闭合回路中产生的感应电势正交干扰信号，交变磁场在闭合回路中产生的感应电势为：为：消除正交干扰的方法：消除正交干扰的方法：信号引出线自动补偿信号引出线自动补偿 转换器的放大电路反馈补偿。转换器的放大电路反馈补偿。所以：正交干扰信号的相位和被测感应电势相差所以：正交干扰信号的相位和被测感应电势相差90度度电磁流量计的感应电动势为：tBDEmsin自动检测技术自动检测技术202124转换器与电磁流量传感器连线自动补偿方式转换器与电磁流量传感器连线自动补偿方式 自动检测技术自动检测技术202125转换器方框图转换器方框图转换器的

14、放大电路反馈补偿转换器的放大电路反馈补偿放大感应电势、抑制主要的干扰信号。放大感应电势、抑制主要的干扰信号。自动检测技术自动检测技术2021263、电磁流量计的选用与安装、电磁流量计的选用与安装自动检测技术自动检测技术（1 1）选用考虑要点）选用考虑要点 精度精度 流速流速 范围度范围度 口径口径 液体电导率液体电导率 202127精度精度市场上通用型电磁流量计的性能有较大差别，有些精度高、功能多，有些精度低、功能简单。精度高的仪表基本误差为（0.5%1%）FS，精度低的仪表则为（1.5%2.5%）FS，两者价格相差12倍。因此测量精度要求不很高的场所（例如非经济核算仅以控制为目的，只要求高可

15、靠性和优良重复性的场所）选用高精度仪表在经济上是不合算的。自动检测技术自动检测技术202128流速流速选定仪表口径不一定与管径相同，视流量而定。选定仪表口径不一定与管径相同，视流量而定。流程工业输送水流程工业输送水等粘度不同的液体，管道流速一般是经等粘度不同的液体，管道流速一般是经济流速济流速1.51.53m/s3m/s。电磁流量计用在这样的管道上，传。电磁流量计用在这样的管道上，传感器口径与管径感器口径与管径相同相同即可。即可。满度流量满度流量时液体流速可在时液体流速可在1 110m/s10m/s范围内选用，范围内选用，用于有易粘附、沉积、结垢等物质的流体用于有易粘附、沉积、结垢等物质的流体

16、，选用流速不，选用流速不低于低于2m/s 2m/s，自清扫、防止粘附沉积等作用，自清扫、防止粘附沉积等作用 测量接近阈值的低电导液体测量接近阈值的低电导液体，尽可能选定较低流速（小，尽可能选定较低流速（小于于0.50.51m/s1m/s）自动检测技术自动检测技术202129范围度范围度 电磁流量计的范围度较大，通常不低于电磁流量计的范围度较大，通常不低于2020，带有量程自动切换功能的仪表，可超过带有量程自动切换功能的仪表，可超过5050100100。口径口径 国内定型产品的口径从国内定型产品的口径从10mm10mm3000mm3000mm，实际应用还是以中小口径居多，与大部分其他原理流实际应

17、用还是以中小口径居多，与大部分其他原理流量仪表（如容积式、涡轮式、涡街式或科里奥利质量量仪表（如容积式、涡轮式、涡街式或科里奥利质量式等）相比，大口径仪表占有较大比重。式等）相比，大口径仪表占有较大比重。自动检测技术自动检测技术202130液体电导率液体电导率 使用电磁流量计的前提是被测液体使用电磁流量计的前提是被测液体必须是导电的必须是导电的，不不能低于阈值（即下限值）。能低于阈值（即下限值）。电导率低于阈值会产生测量误差直至不能使用，超过电导率低于阈值会产生测量误差直至不能使用，超过阈值即使变化也可以测量，示值误差变化不大，通用阈值即使变化也可以测量，示值误差变化不大，通用型电磁流量计的阈

18、值在型电磁流量计的阈值在1010-4-4（5 51010-6-6）S/cmS/cm之间，之间，视型号而异。视型号而异。使用时还取决于传感器和转换器间流量信号线长度及使用时还取决于传感器和转换器间流量信号线长度及其分布电容，制造厂使用说明书中通常规定电导率相其分布电容，制造厂使用说明书中通常规定电导率相对应的信号线长度。对应的信号线长度。自动检测技术自动检测技术202131（2）流量流量传感器安装安装 安装场所安装场所 直管段长度要求直管段长度要求 安装位置和流动方向安装位置和流动方向 接地接地自动检测技术自动检测技术202132安装场所安装场所 测量混合相流体时，选择不会引起相分离的场所；测量

19、双组分液体时，避免装在混合尚未均匀的下游；测量化学反应管道时，要装在反应充分完成段的下游；尽可能避免测量管内变成负压；选择震动小的场所，特别对一体型仪表；避免附近有大电机、大变压器等引起电磁场干扰；易于实现传感器单独接地的场所；尽可能避开周围环境有高浓度腐蚀性气体；环境温度在25/1050/600范围内；环境相对湿度在10%90%范围内；尽可能避免受阳光直照；避免雨水浸淋，不会被水浸没。自动检测技术自动检测技术202133直管段长度要求直管段长度要求 长度与大部分其它流量仪表相比要求较低。90弯头、T形管、同心异径管、全开闸阀后通常认为只要离电极中心线5倍直径（5D）长度的直管段，不同开度的阀

20、则需10D；下游直管段为（23）D或无要求；各标准或检定规程所提出上下游直管段长度亦不一致，要求比通常要求高。这是由于为保证达到当前0.5级精度仪表的要求。自动检测技术自动检测技术202134安装位置和流动方向安装位置和流动方向a,b,e不良 c,d良好n安装方向不受限制,但测量固液两相流体最好垂直安装。自动检测技术自动检测技术202135接地接地 传感器必须单独接地（接地电阻100以下）。分离型原则上接地应在传感器一侧，转换器接地应在同一接地点。如传感器装在有阴极腐蚀保护管道上，除了传感器和接地环一起接地外，还要用较粗铜导线（16mm2）绕过传感器跨接管道两连接法兰上，使阴极保护电流与传感器

21、之间隔离。自动检测技术自动检测技术202136自动检测技术自动检测技术1、涡轮流量计工作原理涡轮流量计是速度式速度式流量检测仪表，它是以动量距守恒原理动量距守恒原理为基础。当流体流经安装在管道里的涡轮叶片与管道之间时，由于流体冲击涡轮叶片，使涡轮旋转。涡轮的旋转速度随流量的变化而变化，最后从涡轮的转速求出流量值。三、涡轮流量计2021372.涡轮流量传感器的结构 涡轮流量传感器的结构如图2-122所示，主要由壳体、导流器、支承、涡轮和磁电转换器组成。自动检测技术自动检测技术流体的总流量与信号脉冲的关系为NQ（2111）202138图2-122 涡轮流量计结构1-导流器；2-壳体；3-支承；4-

22、涡轮；5-磁电转换器自动检测技术自动检测技术涡轮流量计的结构主要由壳体、导流器、支承、涡轮和磁电转换器组成。2021393.涡轮流量计的特点及使用注意事项（1）涡轮流量计的特点1）准确度高，可达到0.5级以上，在狭小范围内可以达到0.1%，可作为流量的准确计量仪表，用作标定其他流量的标准仪表。2）反应迅速，可测脉动流量。3）重复性好，短期重复性可达0.05%0.2%。4）结构紧凑轻巧，安装维护方便。5）量程范围宽，刻度线性。自动检测技术自动检测技术202140自动检测技术自动检测技术（2）使用注意事项1）要求被测介质洁净，减少对轴承的磨损，并防止涡轮被卡住，应在变送器前加过滤装置。2）介质的密

23、度和黏度的变化对示值有影响。3）仪表的安装方式要求与校验情况相同，一般要求水平安装。4）使用涡轮流量计时，一般要加装过滤器，以保持被测介质清洁，减少磨损。202141四、涡街流量计四、涡街流量计 流体振动流量测量流体振动流量测量:在特定的流动条件下，一部分流体动能转化为流体振动，其振动频率与流速（流量）有确定的比例关系 涡街流量计涡街流量计 旋进（旋涡进动）流量计旋进（旋涡进动）流量计 射流流量计射流流量计 自动检测技术自动检测技术2021421.涡街流量计工作原理涡街流量计工作原理 卡曼涡街卡曼涡街 自动检测技术自动检测技术202143旋涡的发生频率旋涡的发生频率 mdvSdvSfrr1式中

24、，式中，1 1旋涡发生体两侧平均流速（旋涡发生体两侧平均流速（m/sm/s）；）；S Sr r斯特劳哈尔数；斯特劳哈尔数；d d 旋涡发生体迎面宽度；旋涡发生体迎面宽度；mm旋涡发生体两侧弓形面积与管道横截面面积之比。旋涡发生体两侧弓形面积与管道横截面面积之比。DdDdDdm12sin)/(1/21管道内体积流量管道内体积流量fSmdDvDAvqrv2244流量计的仪表系数流量计的仪表系数 124rvSdmDqfK（脉冲数（脉冲数/m3）涡街流量计输出的脉冲频率信号不受流体物性和组分变化的影响涡街流量计输出的脉冲频率信号不受流体物性和组分变化的影响 自动检测技术自动检测技术202144K与旋涡

25、发生体、管道的几何尺寸、斯特劳哈尔数与旋涡发生体、管道的几何尺寸、斯特劳哈尔数Sr有关，有关，Sr 为无量纲参数，它与旋涡发生体形状及雷诺数有关为无量纲参数，它与旋涡发生体形状及雷诺数有关K K在一定雷诺数范围内仅与旋涡发生体及管道的形状尺寸等在一定雷诺数范围内仅与旋涡发生体及管道的形状尺寸等有关。有关。斯特劳哈尔数与雷诺数关系曲线斯特劳哈尔数与雷诺数关系曲线 自动检测技术自动检测技术2021452.涡街流量计结构涡街流量计结构 涡街流量计传感器转换器 传感器 旋涡发生体（阻流体）、检测元件、仪表表体；转换器 前置放大器、滤波整形电路、DA转换电路、输出接口电路、端子、支架和防护罩 自动检测技

26、术自动检测技术202146自动检测技术自动检测技术202147（1）旋涡发生体）旋涡发生体 与仪表的流量特性（仪表系数、线性度、范围度等）和与仪表的流量特性（仪表系数、线性度、范围度等）和阻力特性（压力损失）密切相关，阻力特性（压力损失）密切相关，要求如下：要求如下：能控制旋涡在旋涡发生体轴线方向上同步分离；能控制旋涡在旋涡发生体轴线方向上同步分离；在较宽的雷诺数范围内，有稳定的旋涡分离点，保持在较宽的雷诺数范围内，有稳定的旋涡分离点，保持恒定的斯特劳哈尔数；恒定的斯特劳哈尔数；能产生强烈的涡街，信号的信噪比高；能产生强烈的涡街，信号的信噪比高；形状和结构简单，便于加工、安装和组合；形状和结构

27、简单，便于加工、安装和组合；材质应满足流体性质的要求，耐腐蚀，耐磨蚀，耐温变；材质应满足流体性质的要求，耐腐蚀，耐磨蚀，耐温变；固有频率在涡街信号的频带外。固有频率在涡街信号的频带外。自动检测技术自动检测技术202148旋涡发生体旋涡发生体 自动检测技术自动检测技术202149三角柱旋涡发生体三角柱旋涡发生体 自动检测技术自动检测技术202150（2）检测元件）检测元件 检测旋涡信号方式检测旋涡信号方式:用设置在旋涡发生体内的检测元件直接检测发生体两用设置在旋涡发生体内的检测元件直接检测发生体两侧差压；侧差压；旋涡发生体上开设导压孔，在导压孔中安装检测元件旋涡发生体上开设导压孔，在导压孔中安装

28、检测元件检测发生体两侧差压；检测发生体两侧差压；检测旋涡发生体周围交变环流；检测旋涡发生体周围交变环流；检测旋涡发生体背面交变差压；检测旋涡发生体背面交变差压；检测尾流中旋涡列。检测尾流中旋涡列。自动检测技术自动检测技术202151表2.3 旋涡发生体和检测方式一览表 自动检测技术自动检测技术202152（3）转换器）转换器 表表2.4 检测方式与前置放大器检测方式与前置放大器 检测方法检测方法热敏式热敏式超声式超声式应变式应变式应力式应力式电容式电容式光电式光电式电磁式电磁式前置放大器前置放大器恒流放大器恒流放大器选频放大器选频放大器恒流放大器恒流放大器电荷放大器电荷放大器调谐调谐-振动振动

29、放大器放大器光电放大器光电放大器低频放大器低频放大器转换器原理框图转换器原理框图 自动检测技术自动检测技术202153（4）仪表表体）仪表表体 自动检测技术自动检测技术202154（1）安装注意事项）安装注意事项 涡街流量计对管道流速分布畸变、旋转流和流动脉动等敏感，对现场管道安装条件应充分重视，遵照生产厂使用说明书的要求执行。涡街流量计可安装在室内或室外。如果安装在地井里，有水淹的可能，要选用涎水型传感器。传感器在管道上可以水平、垂直或倾斜安装，但测量液体和气体时为防止气泡和液滴的干扰，安装位置要注意 3 3、安装使用注意事项、安装使用注意事项自动检测技术自动检测技术202155混相流体的安

30、装混相流体的安装自动检测技术自动检测技术202156涡街流量计必须保证上下游直管段有必要的长度涡街流量计必须保证上下游直管段有必要的长度 自动检测技术自动检测技术202157（2）使用注意事项）使用注意事项（1 1）现场安装完毕通电和通流前的检查）现场安装完毕通电和通流前的检查 主管和旁通管上各法兰、阀门、测压、测温孔及接头应无主管和旁通管上各法兰、阀门、测压、测温孔及接头应无渗漏现象；渗漏现象；管道振动情况是否符合说明书规定；管道振动情况是否符合说明书规定；传感器安装是否正确，各部分电气连接是否良好。传感器安装是否正确，各部分电气连接是否良好。（2 2）接通电源静态调试）接通电源静态调试 在

31、通电不通流时转换器应无输出，瞬时流量指示为零，在通电不通流时转换器应无输出，瞬时流量指示为零，累积流量无变化，否则首先检查是否因信号线屏蔽或接地不累积流量无变化，否则首先检查是否因信号线屏蔽或接地不良，或管道震动强烈而引入干扰信号。如确认不是上述原因良，或管道震动强烈而引入干扰信号。如确认不是上述原因时，可调整转换器内电位器，降低放大器增益或提高整形电路时，可调整转换器内电位器，降低放大器增益或提高整形电路触发电平，直至输出为零。触发电平，直至输出为零。自动检测技术自动检测技术202158（3 3）通流动态调试）通流动态调试关旁通阀，打开上下游阀门，流动稳定后转换器输出连关旁通阀，打开上下游阀门，流动稳定后转换器输出连续的脉宽均匀的脉冲，流量指示稳定无跳变，调阀门开续的脉宽均匀的脉冲，流量指示稳定无跳变，调阀门开度，输出随之改变。否则应细致检查并调整电位器直至度，输出随之改变。否则应细致检查并调整电位器直至仪表输出既无误触发又无漏脉冲为止。仪表输出既无误触发又无漏脉冲为止。讨论检测流量还有那些传感器？检测流量还有那些传感器？自动检测技术自动检测技术202159自动检测技术自动检测技术