【正文】 — 化工儀表及自動(dòng)化 — 1 流量測(cè)量 流量檢測(cè)的主要方法和分類(lèi) 節(jié)流式流量計(jì) 轉(zhuǎn)子流量計(jì) 電磁流量計(jì) 渦輪流量計(jì) 漩渦流量計(jì) 容積式流量計(jì) 其它流量檢測(cè)方法 超聲波式流量檢測(cè) 質(zhì)量流量檢測(cè)方法 ☆ ★ ★ ★ ☆ ☆ ☆ ☆ ★ — 化工儀表及自動(dòng)化 — 2 ——幾個(gè)概念 流量通常是指單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)管道某截面的流體的數(shù)量 ， 也就是所謂的 瞬時(shí)流量 ；在某一段時(shí)間內(nèi)流過(guò)流體的總和 ， 稱(chēng)為 總量 或 累積流量 。 體積流量 以體積表示的瞬時(shí)流量用 qv 表示 ， 單位為 m3/s 以體積表示的累積流量用 Qv 表示 ， 單位為 m3 v Aq v d A v A???0tvvQ q dt? ?質(zhì)量流量 以質(zhì)量表示的瞬時(shí)流量用 qm 表示 ， 單位為 kg/s 以質(zhì)量表示的累積流量用 Qm 表示 ， 單位為 kg mvqq??mv??標(biāo)態(tài)下的體積流量 由于氣體是可壓縮的 ， 流體的體積會(huì)受工況的影響 ， 為了便于比較 ， 工程上通常把工作狀態(tài)下測(cè)得的體積流量換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài) （ 溫度為 20℃ ， 壓力為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓 ） 下的體積流量 。 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量用 qvn表示 ， 單位為 Nm3/s。 — 化工儀表及自動(dòng)化 — 3 1 流量檢測(cè)的主要方法和分類(lèi) 流量檢測(cè)方法有很多 ， 就測(cè)量原理而言 ， 可以分為 直接測(cè)量法 和間接測(cè)量法 兩類(lèi) 。 直接測(cè)量法可以直接測(cè)量出管道中的體積流量或質(zhì)量流量 間接測(cè)量法則是通過(guò)測(cè)量出流體的 (平均 )流速 ， 結(jié)合管道的截面積 、 流體的密度及工作狀態(tài)等參數(shù)計(jì)算得出 。 除了橢圓齒輪流量計(jì)直接測(cè)量體積流量 、 科里奧利力質(zhì)量流量計(jì)之外 ， 其它均基于間接法來(lái)流量測(cè)量 — 化工儀表及自動(dòng)化 — 4 2 節(jié)流式流量計(jì) (a) 標(biāo)準(zhǔn)孔板 (b) 噴嘴 (c) 文丘里管 把流體流過(guò)阻力件使流束收縮造成壓力變化的過(guò)程稱(chēng)節(jié)流過(guò)程 ，其中的阻力件稱(chēng)為節(jié)流件 。 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件包括 標(biāo)準(zhǔn)孔板 、 標(biāo)準(zhǔn)噴嘴 和 標(biāo)準(zhǔn)文丘里管 。 對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)化的節(jié)流件 ， 在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)都有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定 、 要求和計(jì)算所需的有關(guān)數(shù)據(jù)及程序 ， 可直接按照標(biāo)準(zhǔn)制造；安裝和使用時(shí)不必進(jìn)行標(biāo)定 。 特殊節(jié)流件主要用于特殊介質(zhì)或特殊工況條件的流量檢測(cè) ， 它必須用實(shí)驗(yàn)方法單獨(dú)標(biāo)定 。 — 化工儀表及自動(dòng)化 — 5 1v 3v2v1 2 3 ——節(jié)流原理 流動(dòng)流體的能量有兩種形式：靜壓能和動(dòng)能 。 流體由于有壓力而具有靜壓能 ， 又由于有流動(dòng)速度而具有動(dòng)能 ， 這兩種形式的能量在一定條件下是可以相互轉(zhuǎn)化的 。 流速 1v2v3v靜壓 1p2p3pp?maxp— 化工儀表及自動(dòng)化 — 6 ——流量方程 1v 3v2v1 2 3 流速 1v2v3v靜壓 1p2p3pp?maxp0022vmq A pq A p???? ? ?????— 化工儀表及自動(dòng)化 — 7 ——標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件 (孔板 ) Hh?D d節(jié)流裝置包括 節(jié)流件 、 取壓裝置 和 符合要求的前后直管段 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置 是指節(jié)流件 、 取壓裝置都標(biāo)準(zhǔn)化 ， 前后直管段符合規(guī)定要求 ， 可以直接投入使用 標(biāo)準(zhǔn)孔板 ， 要求： d/D 應(yīng)在 ～ d不小于 直孔厚度 h應(yīng)在 孔板的總厚度 H應(yīng)在 h和 圓錐面的斜角 α 應(yīng)在 30～ 45176。 之間 ………… 標(biāo)準(zhǔn)噴嘴和標(biāo)準(zhǔn)文丘里管的結(jié)構(gòu)參數(shù)的規(guī)定也可以查閱相關(guān)的設(shè)計(jì)手冊(cè) 。 有手冊(cè)可查，不要求記 — 化工儀表及自動(dòng)化 — 8 ——標(biāo)準(zhǔn)取壓方式 國(guó)家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的取壓方式有 角接取壓 、 法蘭取壓 和 D－ D/2取壓 。 角接取壓 aa環(huán)隙取壓 單獨(dú)鉆孔取壓 夾持環(huán) 流體 角接取壓的兩個(gè)取壓口分別位于孔板上下端面與管壁的夾角處 取壓口可以是 環(huán)隙取壓 口和 單獨(dú)鉆孔取壓 口 環(huán)隙取壓 利用左右對(duì)稱(chēng)的兩個(gè)環(huán)室把孔板夾在中間 ， 通常要求環(huán)隙在整個(gè)圓周上穿通管道 ， 或者每個(gè)夾持環(huán)應(yīng)至少有四個(gè)開(kāi)孔與管道內(nèi)部連通 ， 每個(gè)開(kāi)孔的中心線彼此互成等角度 ， 再利用導(dǎo)壓管把孔板上下游的壓力分別引出 當(dāng)采用 單獨(dú)鉆孔取壓 時(shí) ， 取壓口的軸線應(yīng)盡可能以 90176。 與管道軸線相交 環(huán)隙寬度和單獨(dú)鉆孔取壓口的直徑 a 通常在 4～ 10mm之間 顯然 ， 環(huán)隙取壓由于環(huán)室的均壓作用 ， 便于測(cè)出孔板兩端的平穩(wěn)差壓 ， 能得到較好的測(cè)量精度 ， 但是夾持環(huán)的加工制造和安裝要求嚴(yán)格 。 當(dāng)管徑 D＞ 500mm時(shí) ， 一般采用單獨(dú)鉆孔取壓 。 — 化工儀表及自動(dòng)化 — 9 法蘭取壓和 D－ D/2取壓 法蘭取壓裝置是由一對(duì)帶有取壓口 的法蘭組成 取壓口軸線距離孔板上 、 下端面 均為 （ 1英寸 ） l1 l2 法蘭取壓 D－ D/2取壓裝置是設(shè)有取壓口的管段 ， 上 、 下游取壓口軸線與孔板上游端面的距離分為 D和 D/2（ D為管道的直徑 ） l1(D) l2(D/2) D－ D/2取壓 — 化工儀表及自動(dòng)化 — 10 ——節(jié)流式流量計(jì)的安裝 原理總結(jié)： 節(jié)流裝置 引壓管 差壓變送器 顯示儀表 /控制器 oIp?vq p? 在各種標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)流裝置中以標(biāo)準(zhǔn)孔板的應(yīng)用最為廣泛 ， 它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 、 安裝使用方便的特點(diǎn) ， 適用于大流量的測(cè)量 。 孔板的最大缺點(diǎn)是流體流經(jīng)節(jié)流件后壓力損失較大 ， 當(dāng)工藝管路不允許有較大的壓力損失時(shí) ， 一般不宜選用孔板流量計(jì) 。 標(biāo)準(zhǔn)噴嘴和標(biāo)準(zhǔn)文丘里管的壓力損失較小 ， 但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜 ， 不易加工 。 流體在管道中正常流動(dòng) （ v、 p） 節(jié)流件使流體收束 ， 流速增大 ， 壓力降低 節(jié)流件前后出現(xiàn) “ 壓差 ” ―壓差 ” 與流量有關(guān) 再采用差壓變送器 ， 將差壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào) ， 便于顯示及控制 — 化工儀表及自動(dòng)化 — 11 ——節(jié)流式流量計(jì)的使用特點(diǎn)和要求 ? 標(biāo)準(zhǔn)孔板應(yīng)用廣泛 ， 它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 、 安裝方便的特點(diǎn) ， 適用于大流量的測(cè)量 。 ? 孔板測(cè)量的壓損大 ， 當(dāng)不允許有較大的管道壓損時(shí) ， 便不宜采用 。 在一般場(chǎng)合下 ，仍采用孔板為多 。 ? 標(biāo)準(zhǔn)噴嘴和標(biāo)準(zhǔn)文丘里管的壓力損失較孔板為小 ， 但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜 ， 不易加工 。 ? 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置僅適用于測(cè)量 管道直徑大于 50mm， 雷諾數(shù)在 104～ 105以上的流體 ； ? 流體應(yīng)當(dāng)清潔 ， 充滿(mǎn)全部管道 ， 不發(fā)生相變 ； ? 為 保證流體在節(jié)流裝置前后為穩(wěn)定的流動(dòng)狀態(tài) ， 在節(jié)流裝置的上 、 下游必須配置一定長(zhǎng)度的直管段 （ 與管徑 、 節(jié)流件的開(kāi)孔面積以及管路上的彎頭數(shù)都有關(guān)系 ） ? 節(jié)流裝置經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的使用 ， 會(huì)因物理磨損或者化學(xué)腐蝕 ， 造成幾何形狀和尺寸的變化 ， 從而引起測(cè)量誤差 ， 因此需要及時(shí)檢查和維修 ， 必要時(shí)更換新的節(jié)流裝置 — 化工儀表及自動(dòng)化 — 12 ——節(jié)流式流量計(jì)誤差產(chǎn)生的原因 ? 實(shí)際工況與設(shè)計(jì)要求不符 ， 如：溫度 、 壓力 、 濕度以及相應(yīng)的流體重度 、粘度 、 雷諾數(shù)等參數(shù)數(shù)值發(fā)生變化 ， 則會(huì)造成較大的誤差 。 為了消除這種誤差 ， 必須按新工藝重新設(shè)計(jì)計(jì)算 ， 或加以必要的修正 。 ? 節(jié)流裝置安裝不正確節(jié)流裝置安裝不正確 ， 在安裝時(shí) ， 特別要注意節(jié)流裝置的安裝方向 。 ? 在使用中 ， 要保持節(jié)流裝置的清潔 。 如在節(jié)流裝置處防止有沉淀 、 結(jié)焦 、堵塞等現(xiàn)象 。 ? 節(jié)流裝置的磨損 ， 應(yīng)注意日常檢查 、 維修 ， 必要時(shí)應(yīng)換用新的孔板 。 ? 導(dǎo)壓管安裝不正確 ， 或有諸塞 、 滲漏現(xiàn)象 ， — 化工儀表及自動(dòng)化 — 13 ——節(jié)流式流量計(jì)誤差產(chǎn)生的原因 孔板本身原因： Hh?D d直角邊緣不銳利 ?P? ( )? ? 測(cè)量值偏小 d太大 P? ? ( )? ? 測(cè)量值偏小 正取壓孔離端面太遠(yuǎn) P? ? ( )? ? 測(cè)量值偏小 h太大 P? ?( )?? 測(cè)量值偏大 負(fù)取壓孔離端面太遠(yuǎn) P? ? ( )? ? 測(cè)量值偏小 P? ?( )?? 測(cè)量值偏大 安裝不好 ， 孔板彎曲 可大可小 — 化工儀表及自動(dòng)化 — 14 3 轉(zhuǎn)子流量計(jì) h 孔板流量計(jì)： 節(jié)流面積不變 流量變化 壓差發(fā)生變化 轉(zhuǎn)子流量計(jì)： 壓差不變 流量變化 節(jié)流面積發(fā)生變化 轉(zhuǎn)子流量計(jì)主要由兩個(gè)部分組成 ： 一是由下往上逐漸擴(kuò)大的 錐形管 （ 通常用透明玻璃制成 ） 二是放在錐形管內(nèi)可自由運(yùn)動(dòng)的 轉(zhuǎn)子 。 被測(cè) 流體由 錐形管 下端進(jìn)入 ， 流經(jīng) 轉(zhuǎn)子與錐形管之間的 環(huán)隙 ， 再 從上端流出 。 當(dāng)流體流過(guò)的時(shí)候 ， 位于錐形管中的轉(zhuǎn)子受到向上的一個(gè)力 ， 使其浮起 。 當(dāng)這個(gè)力正好等于轉(zhuǎn)子重量減去流體對(duì)轉(zhuǎn)子的浮力 ， 此時(shí)轉(zhuǎn)子就停浮在一定的高度上 。 若流體流量突然由小變大時(shí) ， 作用在轉(zhuǎn)子上的向上的力就加大 ， 轉(zhuǎn)子上升 ， 環(huán)隙增大 ， 即流通面積增大 。 隨著環(huán)隙的增大 ， 使流體流速變慢 ， 流體作用在轉(zhuǎn)子上的向上力也就變小 。 這樣 ， 轉(zhuǎn)子在一個(gè)新的高度上重新平衡 。 這樣 ， 轉(zhuǎn)子在錐形管中平衡位置的高低 h與被測(cè)介質(zhì)的流量大小相對(duì)應(yīng) 。 — 化工儀表及自動(dòng)化 — 15 ——流量方程 轉(zhuǎn)子的平衡關(guān)系： ()tfV g pA??? ? ?轉(zhuǎn)子和錐形管間的環(huán)隙面積相當(dāng)于節(jié)流式流量計(jì)的節(jié)流孔面積 ， 但它是變化的 ， 并與轉(zhuǎn)子高度 h成近似的線性關(guān)系 ， 因此 ， 轉(zhuǎn)子流量計(jì)的流量公式可以表示為： 2vfq h p? ??? 2 ( )tffVghA??????2