流量测量-第二部分-改

1 油气储运自动化 流量测量 2 涡街流量计 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 旋进 （ 旋涡进动 ） 流量计 射流流量计 3 流体振动流量计特点： (1)输出为脉冲频率，其频率与被测流体的实际 体积流量成正比，它不受流体组分、密度、 压力、温度的影响； (2)测量范围宽，一般范围度可达 10:1以上； (3)精确度为中上水平； (4)无可动部件，可靠性高； (5)结构简单牢固，安装方便，维护费较低； (6)应用范围广泛，可适用液体、气体和蒸气。 4 1. 涡街流量计工作原理 卡 曼 涡 街 5 旋涡的发生频率 mdUSdUSf rr 1 式中， U1 旋涡发生体两侧平均流速（ m/s）； Sr 斯特劳哈尔数； d 旋涡发生体迎面宽度； m 旋涡发生体两侧弓形面积与管道横截面面积之比。 DdDdDdm 12 s i n)/(1/21 管道内体积流量 fSmdDUDq r v 22 44 流量计的仪表系数 12 4 rv S dmD q fK （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 6 K与旋涡发生体、管道的几何尺寸、斯特劳哈尔数 Sr有关， Sr 为无量纲参数，它与旋涡发生体形状及雷诺数有关 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 有关。 斯特劳哈尔数与雷诺数关系曲线 7 2. 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、 D A转换电路、 输出接口电路、端子、支架和 防护罩 8 （ 1）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 阻力特性 （ 压力损失 ） 密切相关 ， 要求如下： 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 恒定的斯特劳哈尔数； 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； 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 。 9 旋涡发生体 10 三角柱旋涡发生体 11 （ 2）检测元件 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 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 检测发生体两侧差压； 检测旋涡发生体周围交变环流； 检测旋涡发生体背面交变差压； 检测尾流中旋涡列 。 12 旋涡发生体和检测方式一览表 13 （ 3）转换器 检测方式与前置放大器 检测方法 热敏式 超声式 应变式 应力式 电容式 光电式 电磁式 前置放大器 恒流放大器 选频放大器 恒流放大器 电荷放大器 调谐 -振动 放大器 光电放大器 低频放大器 转换器原理框图 14 （ 4）仪表表体 15 1. 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 16 混 相 流 体 的 安 装 17 涡街流量计对上、下游直管段长度的要求 18 2. 使用注意事项 （ 1） 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 孔及接头应无渗漏现象； 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 。 19 （ 2） 接通电源静态调试 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触发电平 ， 直至输出为零 。 （ 3） 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仪表输出既无误触发又无漏脉冲为止 。 20 质量流量计 直接式：检测装置的输出信号可以直接表示质量 流量的大小 。 间接式：通过检测两个以上有关质量流量的物理 量 ， 然后通过计算得出质量流量 。 21 直接式质量流量计 直接式质量流量常用检测方法： 差压式质量流量计、 涡轮式质量流量计、 动量式质量流量计、 热式质量流量计、 科里奥利式质量流量计等 22 1. 热式质量流量计 利用传热原理 ， 即流动中的流体与热源之间热量交换关 系来测量流量 ， 当前主要用于测量气体 。 热式流量仪表用得最多有两类： 热分布式流量计 （ thenmaI prohIe fIowmeter） 利用流动流体传递 热量改变测量管壁温度分布的热传导分布效应 。 曾称量热式质量 流量计； 热式质量流量计利用热消散 （ 冷却 ） 效应的金氏定律 （ King s Iaw） ， 又由于结构上检测元件伸入测量管内 ， 也称浸入型 （ immersion type ） 或侵入型 （ intrusion type） 。 23 （ 1）热分布式热式质量流量计 热分布式质量流量计工作原理 1 流量传感器 2 绕组 3 测量管 4 转换器 5 恒流电原 4 放大器 24 质量流量 cp 被测气体的定压比热容； A 测量管绕组（即加热系统）与周围环境热交换系统 之间的热传导系数； K 仪表常数； T 两组线圈平均温度差。 质量流量与绕组温度关系 25 测量管加热方式大部分产品采用两绕组或三绕组线绕 电阻；除管外电阻丝绕组加热方式外还有利用管材本 身电阻加热方式 。 测量管形状有直管形 ， 还有 字形结构 ， 为了获得良好的线形输出 ， 必须保持层流流动 ， 测量 管内径 D设计得很小而长度 L很长 ， 即有很大 L/D比值 ， 流速低 ， 流量小 。 热分布式质量流量计按测量管内径分： 细管型 （ 也有称毛细管型 ） ：测量管内径仅 0.20.5mm， 极易堵塞 ， 适用于净化无尘气体 。 小型 ：只有直管型 ， 内径为 4mm； 26 （ 2）浸入式热式质量流量计 金氏定律的热丝热散失率表述各参量间关系 式中， H/L单位长度热散失率（ J/mh）； T热丝高于自由流束的平均升高温度（ K）； 流体的热导率（ J/hmK）； cV 定容比热容（ J/kgk）； 密度（ kg/m3）； U 流体的流速（ m/h）； d 热丝直径（ m.）。 27 浸 入 式 质 量 流 量 计 28 温度差测量法 温度测量法 两温度传感器（热电阻）分别置于气流中两金属细管 内，一热电阻测得气流温度 T；另一细管经功率恒定 的电热加热，其温度 Tv高于气流温度，气体静止时 Tv 最高，随着质量流速 U增加，气流带走更多热量，温 度下降，测得温度差 T=Tv-T 29 消耗功率 P和温度差 T如式（ 7.7.3）所示比列关系 E与所测气体物性如热导率、比热容、粘度等有关的系数， 如果气体成分和物性恒定则视为常数。 D与实际流动有关的常数。 若保持 T恒定，控制加热功率随着流量增加而增加功率， 这种方法也称作“功率消耗测量法”。 上式变换成 30 （ 3）安装注意事项 热分布式： 大部分可为任何姿势 （ 水平 、 垂直或倾斜 ） 安装 ， 有些仪表只要安 装好后在工作条件压力 、 温度下作电气零点调整 。 大部分制造厂会对此就安装姿势影响和安装要求作出说明 。 应用于 高压气体时传感器则选择水平安装 ， 便于做到调零的零偏置 。 浸入式： 大部分流量计性能不受安装姿势影响 。 在低流速测量时因受管道内气体对流的热流影响 ， 使安装姿势显得 重要 。 因此在低和非常低流速流动时要获得精确测量 ， 必须遵循制 造厂依据仪表设计结构而定的安装建议 。 31 2. 科里奥利质量流量计 利用流体在直线运动的同时处于一旋转系中 ， 产生与 质量流量成正比的科里奥利力原理制成的一种直接式 质量流量仪表 。 科里奥利质量流量计的特点： 精度高 、 量程比大 、 动态特性好 、 无直管段要求 、 压力损失大等 。 32 科氏力流量计测量原 理 科氏力流量计的测量原理是基于流 体在振动管中流动时，将产生与质 量流量成正比的科里奥利力 。 质量流量 工作原理 33 科里奥利质量流量计 组成：流量传感器转换器（或流量计算机） 科里奥利质量流量传感器 34 （ 2）安装使用注意事项 流量传感器安装一般要求 按照制造厂规定的安装方法和趋避禁止事项 。 安装设计时尽可能使其有长的使用寿命 流量传感器安装姿势和位置 一般装于自下而上流动的垂直管道较为理想； 安装位置必须使测量管内充满液体 。 截止阀和控制阀的安装 为使调零时没有流动 ， 科里奥利质量流量计上下游设置截止 阀 ， 并保证无泄漏 。 控制阀应装在科里奥利质量流量计下游 ， 科里奥利质量流量 计保持尽可能高的静压 ， 以防止发生气蚀和闪蒸 。 35 间接式质量流量计 原理： 在管道上串联多个检测元件，建立各自的输出信号与流体的 体积流量和密度等之间的关系，通过联立求解方程间接推导 出流体的质量流量。 间接式质量流量常用检测方法： 差压式流量计与密度计的组合； 体积流量计和密度计的组合； 差压流量计或靶式流量计与体积流量计的组合 36 （ 1）差压式流量计与密度计的组合 差压式流量计的差压输出值与 qv2成正比，配 合密度计进行乘法运算后开方可得到质量流量， 37 （ 2）差压式流量计与体积流量计的组合 差压式流量计差压输出值与 qv2成正比，而体积流量 计输出信号与成正比，将这两个信号进行除法运算得 到质量流量 38 差压式流量计与体积流量计组合的质量流量计框图 39 （ 3）体积流量计和密度计的组合 体积流量计输出信号与 qv成正比，配合密度计进行乘 法运算后得到质量量流公式为：