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1、化工儀表及自動(dòng)化,第三章 流量檢測(cè),內(nèi)容提要,差壓式流量計(jì)節(jié)流現(xiàn)象與流量基本方程式標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置力矩平衡式差壓變送器差壓式流量計(jì)的測(cè)量誤差轉(zhuǎn)子流量計(jì)工作原理電遠(yuǎn)傳式轉(zhuǎn)子流量計(jì)漩渦流量計(jì),1,內(nèi)容提要,質(zhì)量流量計(jì)直接式質(zhì)量流量計(jì)補(bǔ)償式質(zhì)量流量計(jì)其他流量計(jì)靶式流量計(jì)橢圓齒輪流量計(jì)渦輪流量計(jì)電磁流量計(jì),2,概述,介質(zhì)流量是控制生產(chǎn)過(guò)程達(dá)到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)和安全生產(chǎn)以及進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算所必需的一個(gè)重要參數(shù)。,流量大小：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過(guò)管道某一截面的流體數(shù)量的大小，即瞬時(shí)流量。,總量：在某一段時(shí)間內(nèi)流過(guò)管道的流體流量的總和，即瞬時(shí)流量在某一段時(shí)間內(nèi)的累計(jì)值。,定義,3,概述,質(zhì)量流量M,體積流量Q,如以 t 表示時(shí)間，

2、則流量和總量之間的關(guān)系是,流量計(jì)：測(cè)量流體流量的儀表。,計(jì)量表：測(cè)量流體總量的儀表。,4,概述,5,分類,第一節(jié) 差壓式流量計(jì),差壓式（也稱節(jié)流式）流量計(jì)是基于流體流動(dòng)的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)產(chǎn)生的壓力差而實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量的。,通常是由能將被測(cè)流量轉(zhuǎn)換成壓差信號(hào)的節(jié)流裝置和能將此壓差轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的流量值顯示出來(lái)的差壓計(jì)以及顯示儀表所組成。,6,第一節(jié) 差壓式流量計(jì),一、節(jié)流現(xiàn)象與流量基本方程式,1.節(jié)流現(xiàn)象,流體在有節(jié)流裝置的管道中流動(dòng)時(shí)，在節(jié)流裝置前后的管壁處，流體的靜壓力產(chǎn)生差異的現(xiàn)象稱為節(jié)流現(xiàn)象。,節(jié)流裝置就是在管道中放置的一個(gè)局部收縮元件,應(yīng)用最廣泛的是孔板,其次是噴嘴、文丘里管。

3、,7,第一節(jié) 差壓式流量計(jì),圖3-1 孔板裝置及壓力、流速分布圖,8,第一節(jié) 差壓式流量計(jì),2.節(jié)流基本方程式,流量基本方程式是闡明流量與壓差之間定量關(guān)系的基本流量公式。它是根據(jù)流體力學(xué)中的伯努利方程和流體連續(xù)性方程式推導(dǎo)而得的。,可以看出,9,第一節(jié) 差壓式流量計(jì),二、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置,國(guó)內(nèi)外把最常用的節(jié)流裝置、孔板、噴嘴、文丘里管等標(biāo)準(zhǔn)化，并稱為“標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置”。,采用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置進(jìn)行設(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)算所需要的通用化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)資料。,10,第一節(jié) 差壓式流量計(jì),1.節(jié)流裝置的選用,在加工制造和安裝方面,以孔板為最簡(jiǎn)單,噴嘴次之,文丘里管最復(fù)雜。造價(jià)高低也與此相對(duì)應(yīng)。實(shí)際上,

4、在一般場(chǎng)合下,以采用孔板為最多。當(dāng)要求壓力損失較小時(shí),可采用噴嘴、文丘里管等。,11,第一節(jié) 差壓式流量計(jì),在測(cè)量某些易使節(jié)流裝置腐蝕、沾污、磨損、變形的介質(zhì)流量時(shí),采用噴嘴較采用孔板為好。在流量值與壓差值都相同的條件下,使用噴嘴有較高的測(cè)量精度,而且所需的直管長(zhǎng)度也較短。如被測(cè)介質(zhì)是高溫、高壓的,則可選用孔板和噴嘴。文丘里管只適用于低壓的流體介質(zhì)。,12,第一節(jié) 差壓式流量計(jì),2.節(jié)流裝置的安裝使用, 必須保證節(jié)流裝置的開(kāi)孔和管道的軸線同心,并使節(jié)流裝置端面與管道的軸線垂直。 在節(jié)流裝置前后長(zhǎng)度為兩倍于管徑(2D)的一段管道內(nèi)壁上,不應(yīng)有凸出物和明顯的粗糙或不平現(xiàn)象。,13,第一節(jié) 差壓式流

5、量計(jì), 任何局部阻力 (如彎管、三通管、閘閥等)均會(huì)引起流速在截面上重新分布,引起流量系數(shù)變化。所以在節(jié)流裝置的上、下游必須配置一定長(zhǎng)度的直管。 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置 (孔板、噴嘴) ,一般都用于直徑D50mm的管道中。 被測(cè)介質(zhì)應(yīng)充滿全部管道并且連續(xù)流動(dòng)。 管道內(nèi)的流束 (流動(dòng)狀態(tài))應(yīng)該是穩(wěn)定的。 被測(cè)介質(zhì)在通過(guò)節(jié)流裝置時(shí)應(yīng)不發(fā)生相變。,14,第一節(jié) 差壓式流量計(jì),三、力矩平衡式差壓變送器,變送器是單元組合式儀表中不可缺少的基本單元之一。,所謂單元組合式儀表,這是將對(duì)參數(shù)的檢測(cè)及其變送、顯示、控制等各部分,分別做成只完成某一種功能而又能各自獨(dú)立工作的單元儀表 (簡(jiǎn)稱單元,例如變送單元、顯示單元、控制

6、單元等)。,15,第一節(jié) 差壓式流量計(jì),分類,按使用的能源不同,單元組合式儀表有氣動(dòng)單元組合式儀表(QDZ型)和電動(dòng)單元組合式儀表(DDZ型)。,差壓變送器可以將差壓信號(hào)p轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的氣壓信號(hào)或電流信號(hào),可以連續(xù)地測(cè)量差壓、液位、分界面等工藝參數(shù)。當(dāng)它與節(jié)流裝置配合時(shí),可以用來(lái)連續(xù)測(cè)量液體、蒸汽和氣體的流量。,16,第一節(jié) 差壓式流量計(jì),力矩平衡式差壓變送器是一種典型的自平衡檢測(cè)儀表，它利用負(fù)反饋的工作原理克服元件材料、加工工藝等不利因素的影響，使儀表具有較高的測(cè)量準(zhǔn)確度 (一般為0.5級(jí))、工作穩(wěn)定、可靠、線性好、不靈敏區(qū)小、溫度誤差小等一系列優(yōu)點(diǎn)。,17,第一節(jié) 差壓式流量計(jì),18,

7、DDZ-型差壓變送器將差壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為420mA的直流電流信號(hào)。,第一節(jié) 差壓式流量計(jì),該變送器是按力矩平衡原理工作的。根據(jù)主、副杠桿的平衡條件可以推導(dǎo)出被測(cè)壓力p與輸出信號(hào)I0的關(guān)系。,當(dāng)主杠桿平衡時(shí)，應(yīng)有,將式（3-5）代入式（3-6），有,19,第一節(jié) 差壓式流量計(jì),將式（3-10）代入式（3-9），得,（3-10）,、 分別為F2及電磁力 離副杠桿十字支撐簧片的距離。,（3-9）,（3-11）,聯(lián)立式（3-8）與（3-11），得,（3-20）,式中， 為轉(zhuǎn)換比例系數(shù)。,20,第一節(jié) 差壓式流量計(jì),四、差壓式流量計(jì)的測(cè)量誤差,在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用時(shí)，往往具有比較大的測(cè)量誤差，有的甚至高達(dá)1020

8、。,21,第一節(jié) 差壓式流量計(jì),誤差產(chǎn)生的原因,被測(cè)流體工作狀態(tài)的變動(dòng)。節(jié)流裝置安裝不正確?？装迦肟谶吘壍哪p。導(dǎo)壓管安裝不正確，或有堵塞、滲漏現(xiàn)象差壓計(jì)安裝或使用不正確,到23頁(yè),到27頁(yè),22,第一節(jié) 差壓式流量計(jì),23,導(dǎo)壓管要正確地安裝，防止堵塞與滲漏，否則會(huì)引起較大的測(cè)量誤差。對(duì)于不同的被測(cè)介質(zhì)，導(dǎo)壓管的安裝亦有不同的要求，下面分類討論。,圖3-3 測(cè)量液體流量時(shí)的取壓點(diǎn)位置,第一節(jié) 差壓式流量計(jì),取壓點(diǎn)應(yīng)該位于節(jié)流裝置的下半部，與水平線夾角為045。,引壓導(dǎo)管最好垂直向下，如條件不許可，導(dǎo)壓管亦應(yīng)下傾一定坡度（至少120110），使氣泡易于排出。,在引壓導(dǎo)管的管路中，應(yīng)有排氣的裝置

9、。,（1）測(cè)量液體的流量時(shí)，應(yīng)該使兩根導(dǎo)壓管內(nèi)都充滿同樣的液體而無(wú)氣泡，以使兩根導(dǎo)壓管內(nèi)的液體密度相等。,24,第一節(jié) 差壓式流量計(jì),25,（2）測(cè)量氣體流量時(shí)，上述的這些基本原則仍然適用。,取壓點(diǎn)應(yīng)在節(jié)流裝置的上半部。,引壓導(dǎo)管最好垂直向上，至少亦應(yīng)向上傾斜一定的坡度，以使引壓導(dǎo)管中不滯留液體。,如果差壓計(jì)必須裝在節(jié)流裝置之下，則需加裝貯液罐和排放閥，如圖3-5所示。,（3）測(cè)量蒸汽的流量時(shí)，要實(shí)現(xiàn)上述的基本原則，必須解決蒸汽冷凝液的等液位問(wèn)題，以消除冷凝液液位的高低對(duì)測(cè)量精度的影響。常見(jiàn)的接法見(jiàn)圖3-6所示。,第一節(jié) 差壓式流量計(jì),26,第一節(jié) 差壓式流量計(jì),27,差壓計(jì)或差壓變送器安裝或

10、使用不正確也會(huì)引起測(cè)量誤差。,由引壓導(dǎo)管接至差壓計(jì)或變送器前，必須安裝切斷閥1、2和平衡閥3，如圖3-7所示。,測(cè)量腐蝕性（或因易凝固不適宜直接進(jìn)入差壓計(jì)）的介質(zhì)流量時(shí)，必須采取隔離措施。常用的兩種隔離罐形式如圖3-8所示。,第一節(jié) 差壓式流量計(jì),圖3-26 隔離罐的兩種形式,28,第二節(jié) 轉(zhuǎn)子流量計(jì),一、工作原理,29,轉(zhuǎn)子流量計(jì)采用的是恒壓降、變節(jié)流面積的流量測(cè)量方法。,圖3-9 轉(zhuǎn)子流量計(jì)的工作原理圖,第二節(jié) 轉(zhuǎn)子流量計(jì),30,第二節(jié) 轉(zhuǎn)子流量計(jì),31,二、電遠(yuǎn)傳式轉(zhuǎn)子流量計(jì),它可以將反映流量大小的轉(zhuǎn)子高度h轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，適合于遠(yuǎn)傳，進(jìn)行顯示或記錄。,LZD系列電遠(yuǎn)傳式轉(zhuǎn)子流量計(jì)主要由流

11、量變送及電動(dòng)顯示兩部分組成。,1.流量變送部分,圖3-10 差動(dòng)變壓器結(jié)構(gòu),第二節(jié) 轉(zhuǎn)子流量計(jì),32,第二節(jié) 轉(zhuǎn)子流量計(jì),33,2.電動(dòng)顯示部分,圖3-11 LTD系列電遠(yuǎn)傳轉(zhuǎn)子流量計(jì),第三節(jié) 漩渦流量計(jì),精度高、測(cè)量范圍寬、沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件、無(wú)機(jī)械磨損、維護(hù)方便、壓力損失小、節(jié)能效果明顯。,34,漩渦流量計(jì)是利用有規(guī)則的漩渦剝離現(xiàn)象來(lái)測(cè)量流體流量的儀表。,第三節(jié) 漩渦流量計(jì),滿足hL0.281時(shí)，則所產(chǎn)生的渦街是穩(wěn)定的。由圓柱體形成的卡曼漩渦，其單側(cè)漩渦產(chǎn)生的頻率為,35,第四節(jié) 質(zhì)量流量計(jì),定義,直接測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)所流過(guò)的介質(zhì)的質(zhì)量,即質(zhì)量流量M。,優(yōu)點(diǎn),質(zhì)量流量計(jì)的最后輸出信號(hào)只與介質(zhì)的質(zhì)量

12、流量M成比例,這就能從根本上提高流量測(cè)量的精度,省去了煩瑣的換算和修正。,質(zhì)量流量的基本方程式為,36,第四節(jié) 質(zhì)量流量計(jì),一、直接式質(zhì)量流量計(jì),圖3-14 雙孔板差壓式質(zhì)量流量測(cè)量示意圖,將式(3-19)減去式(3-18),可得,即,37,第四節(jié) 質(zhì)量流量計(jì),38,二、補(bǔ)償式質(zhì)量流量計(jì),1.流速-密度補(bǔ)償法,圖3-15 流速-密度補(bǔ)償法,質(zhì)量流量,2.壓差-密度法,圖3-16 壓差-密度補(bǔ)償法,第四節(jié) 質(zhì)量流量計(jì),3.壓差-流速補(bǔ)償法,圖3-17 壓差-流速補(bǔ)償法,39,（3-20）,將式 (3-21)代入式 (3-20)，得,第五節(jié) 其他流量計(jì),一、靶式流量計(jì),便于某些黏度較高或含有懸浮物

13、介質(zhì)的流量檢測(cè)。,40,第五節(jié) 其他流量計(jì),二、橢圓齒輪流量計(jì),41,1.工作原理,圖3-19 橢圓齒輪流量計(jì)結(jié)構(gòu)原理,通過(guò)橢圓齒輪流量計(jì)的體積流量,2.使用特點(diǎn),適用于高黏度介質(zhì)的流量測(cè)量。 測(cè)量精度較高，壓力損失較小，安裝使用也較方便。 橢圓齒輪流量計(jì)的入口端必須加裝過(guò)濾器。 橢圓齒輪流量計(jì)的使用溫度有一定范圍。 橢圓齒輪流量計(jì)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工成本較高。,第五節(jié) 其他流量計(jì),三、渦輪流量計(jì),42,優(yōu)點(diǎn),安裝方便。 測(cè)量精度高，可耐高壓。 反應(yīng)快，可測(cè)脈動(dòng)流量。 輸出信號(hào)為電頻率信號(hào)，便于遠(yuǎn)傳，不受干擾。,缺點(diǎn),一般應(yīng)加過(guò)濾器。 安裝時(shí)，前后要有一定的直管段。,第五節(jié) 其他流量計(jì),四、電磁流

14、量計(jì),43,能夠測(cè)量酸、堿、鹽溶液以及含有固體顆粒（例如泥漿）或纖維液體的流量。,圖3-21 電磁流量計(jì)原理,將式（4-24）代入式（4-23），得,第五節(jié) 其他流量計(jì),44,例題分析,解：由流量基本方程式可知 流量是與差壓的平方根成正比的。當(dāng)測(cè)量的所有條件都不變時(shí),可以認(rèn)為式中的、F0、1均為不變的數(shù)。如果假定上題中的 Q1 = 320m3/h ;p1 = 2500Pa ; Q2 = 160m3/h ;所求的差壓為p2 ,則存在下述關(guān)系,45,例題分析,由此得,代入上述數(shù)據(jù),得,該例說(shuō)明了差壓式流量計(jì)的標(biāo)尺如以差壓刻度,則是均勻的,但以流量刻度時(shí),如果不加開(kāi)方器,則流量標(biāo)尺刻度是不均勻的。當(dāng)

15、流量值是滿刻度的1/2時(shí),指針卻指在標(biāo)尺滿刻度的1/4處。,46,例題分析,解：這可以從它們的工作原理上來(lái)分析。 差壓式流量計(jì)在工作過(guò)程中,只要節(jié)流元件結(jié)構(gòu)已定,則其尺寸是不變的,因此它是屬于定節(jié)流面積的。當(dāng)流量變化時(shí),在節(jié)流元件兩側(cè)的壓降也隨之而改變,差壓式流量計(jì)就是根據(jù)這個(gè)壓降的變化來(lái)測(cè)量流量的,因此是屬于變壓降式的。,47,例題分析,轉(zhuǎn)子流量計(jì)在工作過(guò)程中轉(zhuǎn)子是隨著流量變化而上下移動(dòng)的,由于錐形管上部的直徑較下部的大,所以轉(zhuǎn)子在錐形管內(nèi)上下移動(dòng)時(shí),轉(zhuǎn)子與錐形管間的環(huán)隙是變化的,即流體流通面積是變化的,因此它是屬于變節(jié)流面積的。 由于轉(zhuǎn)子在工作過(guò)程中截面積不變,重力也不變,而轉(zhuǎn)子兩端的靜壓差作用于轉(zhuǎn)子上的力恒等于轉(zhuǎn)子的重力,轉(zhuǎn)子才能平衡在一定的高度上,所以在工作過(guò)程中,盡管轉(zhuǎn)子隨著流量的變化上下移動(dòng),但作用在轉(zhuǎn)子兩側(cè)的靜壓差卻是恒定不變的,所以它是屬于定壓降式流量計(jì)。,48,END,