流量测量器概述

第八章第八章 流量测量流量测量石磊石磊 博士博士讲师讲师Email：shi_8.1流速法测流量流速法测流量8.2压差法测流量压差法测流量8.3涡轮流量计涡轮流量计8.4电磁流量计电磁流量计8.5超声波流量计超声波流量计8.6涡街流量计涡街流量计8.7流量计的校准和标定流量计的校准和标定流量流量是流体在单位时间内通过管道或设备某横截面处的数量。质量流量质量流量：是单位时间内通过的流体质量，用qm表示，单位为kg/s。体积流量体积流量：是单位时间内通过的流体体积，用qV表示，单位为m3/s。质量流量是表示流量的最好方法。它们之间可以互相换算。质量流量和体积流量有下列关系：qm=qv8-1流速法测量8-2压差法测流量 当流体流经管道中急骤收缩的局部截面时，将产生增速当流体流经管道中急骤收缩的局部截面时，将产生增速降压的节流现象，流体的流速越大，即流量越大，节流压降压的节流现象，流体的流速越大，即流量越大，节流压降也越大。以这种节流现象作为流量测量依据的仪表简称降也越大。以这种节流现象作为流量测量依据的仪表简称为差压式流量计或节流式流量计。为差压式流量计或节流式流量计。差压式流量计由节流装置、差压信号管道（导压管）和差压式流量计由节流装置、差压信号管道（导压管）和差压计三部分组成。差压计三部分组成。使用最广泛的方法:u进口流量计（也称双纽线流量计）u节流式流量计节流装置：节流装置：包括改变流束截面的节流元件，取压装置和前后一定距离的管道。标准孔板、标准孔板、文丘里喷嘴、文丘里喷嘴、标准喷嘴、标准喷嘴、文丘里管文丘里管 孔板：构造最简单，安装容易，但压力损失大，精度稍差标准喷嘴：流量系数大，压力损失比孔板小，精度比孔板高，可测量温度和压力较高的蒸汽、气体流量，但价格较孔板高，制造较复杂，仅限于中等口径；文丘里管：流体阻力最小，但结构、加工和安装都较复杂，研究还不如孔板深入；文丘里喷嘴：介于喷嘴和文丘里管之间的节流元件，压力损失比喷嘴低。取压装置：取压装置：角接取压适用于孔板和喷嘴；角接取压适用于孔板和喷嘴；法兰取压仅适用于孔板法兰取压仅适用于孔板节流原理：节流原理：流量越大，压差越大；流量越大，压差越大；流体运动的惯性，使得流体运动的惯性，使得流束收缩最厉害的位置流束收缩最厉害的位置不在节流孔中，而是位不在节流孔中，而是位于节流孔之后；于节流孔之后；由于克服摩擦阻力和消由于克服摩擦阻力和消耗于节流件后形成的旋耗于节流件后形成的旋涡等能量损失，压力不涡等能量损失，压力不能恢复到原值。能恢复到原值。不可压缩流体：不可压缩流体：可压缩流体：可压缩流体：膨胀系数膨胀系数流量系数：查手册流量系数：查手册8-3涡轮流量计涡轮流量计8-4电磁流量计电磁流量计电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律制成的一种测量导电液体体积流量的仪表。可以测量各种腐蚀性介质：酸、碱、盐溶液以及带有悬浮颗粒的浆液。此流量计无机械惯性，反应灵敏，可以测量脉冲流量，而且线性较好，可以直接进行等分刻度。只能测量导电液体，因此对于气体、蒸气以及含大量气泡的液体，或者电导率很低的液体不能测量。由于测量管内衬材料一般不宜在高温下工作，所以目前一般的电磁流量计还不能用于测量高温介质。设在均匀磁场中，垂直于磁场设在均匀磁场中，垂直于磁场方向有一个直径为方向有一个直径为D的管道。的管道。管道由不导磁材料制成，当导管道由不导磁材料制成，当导电的液体在导管中流动时，导电的液体在导管中流动时，导电液体切割磁力线，因而在磁电液体切割磁力线，因而在磁场及流动方向垂直的方向上产场及流动方向垂直的方向上产生感应电动势，如安装一对电生感应电动势，如安装一对电极，则电极间产生和流速成比极，则电极间产生和流速成比例的电位差。例的电位差。E为感应电动势：为感应电动势：B为磁感应强度，为磁感应强度，D为管道内径；为管道内径；v为液体在管道内平均流速。为液体在管道内平均流速。特点：特点：压力损失小，使用寿命长不需修正（体积流量计，不受介质温度、粘度、密度等参数的影响）量程范围宽，线性好，无机械惯性，反应灵敏缺点：缺点：不能测气体、蒸汽和导磁率低的液体介质不能测高温高压流体8-5 超声波流量计超声波流量计当超声波在流体中传播时，会载带流体流速的信息。因此，根据对接收到的超声波信号进行分析计算，可以检测到流体的流速，进而可以得到流量值。传播速度差法的基本原理为：测量超声波脉冲在顺流和逆流传测量超声波脉冲在顺流和逆流传播过程中的速度之差来得到到被测流体的流速。播过程中的速度之差来得到到被测流体的流速。根据测量的物理量的不同，可以分为时差法(测量顺、逆流传播时由于超声波传播速度不同而引起的时间差)、相差法(测量超声波在顺、逆流中传播的相位差)、频差法(测量顺、逆流情况下超声脉冲的循环频率差)。频差法是目前常用的测量方法，它是在前两种测量方法的基础上发展起来的。在测量管道中，装两个超声波发射换能器F1和F2以及两个接收换能器J1和J2，F1J1和F2J2与管道轴线夹角为a，管径为D，流体由左向右流动，速度为v，此时由F1到J1超声波传播速度为F2到J2超声波传播速度为：时差法时差法如果超声波发生器发射一短小脉冲，顺流传播时间为逆流传播的时间为8-6 涡街流量计涡街流量计（Vortex flow meter)是利用流体流过阻碍物时产是利用流体流过阻碍物时产生稳定的漩涡，通过测量其漩涡产生频率而实现流量计量的。生稳定的漩涡，通过测量其漩涡产生频率而实现流量计量的。涡街流量计由涡街流量传感器和流量显示仪表两部分构成。涡街流量计实现流量测量的理论基础是流体力学中著名的“卡门涡街”原理。在流动的流体中放置一根其轴线轴线与流向垂直的非流线性柱形体与流向垂直的非流线性柱形体(加三角柱、圆柱等)，称之为漩涡发生体，见图。当流体沿漩涡发生体绕流时，会在漩涡发生体下游产生如图所示不对称但有规律的交替漩涡列，这就是所谓的卡门涡街。由于漩涡之间的相互影响，其形成通常是不稳定的。冯.卡门对涡列的稳定条件进行了研究，于1911年得到结论：只有当两漩涡列之间的距离h和同列的两漩涡之间的距离L之比满足h/L=0.281时，所产生的涡街才是稳定的。圆柱体后漩涡发生的频率为：KTlF型智能流量积算仪与涡街电磁流量计等配套使用,测量蒸汽、气体和液体的流量。八、流量计的校准和标定