工业仪表第6章流量测量.ppt

第六章,流量和流速测量,6.1概述,6.1.1流量和流速的概念流速：单位时间内流体流经的距离，单位是m/s表示。流量：单位时间内流体流过过流有效截面的数量，单位是m3/h，kg/h。,质量流量qm：单位为kg/s；,体积流量qv：单位为m3/s,（1）,6.1.2流量测量方法,容积法：直接测量从流量计中流出的流体体积。特点：流动状态对测量的影响较小，测量精度较高；测量上限较小；不宜用于高温高压及脏污流体的测量。流速法：通过流速计算流量。特点：使用条件较宽；流速为管道平均流速，管路条件对测量结果影响较大（如涡流、流速分布对称性等）。质量流量直接测量法：流体流动产生某种力学效应与质量流量的关系。特点：与流体的成分和参数无关；价格贵。,6.1.3流量仪表的种类,6.2容积式流量测量计,经典、古老的测量方法工作过程：流体不断充满具有一定容积的一“计量空间”，然后连续地将这部分流体送至出口流出。测量时，将这些“计量空间”被流体充满的次数不断累加，乘以“计量空间”的体积，即可得到通过流量计的流体总量特点：对上游流动状态变化不敏感，测量准确度较高，可用于高粘度流体并直接得到流体累积量,6.2.1容积式流量测量仪表的原理与结构,6.2.1.1容积式流量仪表的工作原理“计量空间”或“计量室”具有标准体积的空间，由仪表壳内壁和流量计转动部件构成。工作原理：流体通过流量计时，在流量计进、出口间产生压力差。流量计的转动部件(转子)在此压力差作用下将产生旋转，并将流体由入口排向出口。流体不断地充满流量计的“计量空间”，然后不断地被送往出口。,在给定流量计条件下，计量空间体积一定，只要测得转子的转动次数，就可得到通过流量计的流体体积累积值。设：流量计计量空间体积v(m3)，一定时间内转子转动次数N，则在该时间内流过的流体体积：,令：仪表的齿轮比（常数）为（其值由齿轮组的齿轮比和记录指针转动的刻度值所确定）、仪表指示值为I，则,由上二式可得，在一定时间内通过仪表的流体体积V与仪表指示值I的关系为,6.2.1.2结构,1）椭圆齿轮型容积流量计(奥巴尔容积流量计)结构：装在轴上相互啮合并旋转的椭圆齿轮及机壳。椭圆齿轮与壳体间形成半月形体积的测量室。,工作原理：流体流过椭圆齿轮流量计时，因需克服阻力将引起阻力损失，从而入口侧压力P1出口侧压力P2P对齿轮产生作用力矩。因P1P2，合力矩使轮顺时针方向转动。此时，A轮为主动轮，B轮为从动轮。当转至图（b）位置时，A、B轮均为主动轮。,（1）齿轮型容积式流量计,继续转动至（c）位置时，下齿轮B为主动轮，上齿轮为从动轮，作用在B轮上的合力矩使之作逆时针方向转动，A齿轮顺时针旋转，将已收入A轮一侧的半月形容积内的流体排至出口。,由（a）至（c），椭圆齿轮转动了1/4周，所排出的流体体积为一个半月形体积。显然，齿轮转动一周所排出的流体体积为4个半月形容积。半月形的容积为,容积室半径,齿轮轴向高度,椭圆齿轮流量计的体积流量为,测出椭圆齿轮转速，即可知被测介质的流量。,应用,中小流量测量：3L/h540m3/h;容积室直径：10250mm显示方式：就地、远传,注意事项,1）介质须洁净，以免杂质损伤齿轮;2）正常测量流量Qcom=5080%Qmax；3）被测介质粘度太大或流量太小时，泄漏量大，测量精度低；4）安装时应使椭圆齿轮的旋转轴处于水平位置。,2）腰轮（罗茨）流量计,结构及工作原理：,1）凸轮式刮板流量计构造：转子、凸轮、刮板、滚柱、壳体,（2）刮板式容积流量计,结构说明：壳体内腔为一圆形空筒，转子为可转动空心薄壁圆筒，筒壁开四个互成900的槽，刮板在其内滑动，并可伸出或缩进。四个刮板分别由二个连杆连接，相互交叉，互不干扰。刮板内侧各有一小滚柱。它们均紧靠在一个固定凸轮上，可沿具有特定曲线形状的凸轮边缘滚动，从而使刮板时而伸出，时而缩进。连杆一端刮板从转子筒边口槽伸出时，另一端刮板则缩进筒内（因连杆长度一定）。,工作原理：流体通过时，计量计进、出口压差（P1P2）作用推动刮板和转子顺时针转动。（a）位置时，刮板A和D与壳体形成一个计量室。由（a）向(b)过渡时，刮板D逐渐收缩；刮板A则仅转动而不收缩。当转至状态（c）时，刮板A转了900（转子整体也转了900），排出一个计量室的流体体积。由（c)继续转动时，刮板A开始收缩。因此，转子每转一圈将排出四个计量室的流体体积。,流量计算：Qv=4nV,计量室体积,转速,2）凹线式刮板流量计构造：转子、刮板、连杆、壳体壳体内腔为特殊曲线形状，由大、小圆弧和二条相互对称的凹线组成。实心转子中间开有四个互成900的槽。连杆带动刮板在槽内沿径向滑动。,转子每转一周排出的流体体积：计量室体积的四倍。,工作原理：同凸轮式。,（1）刮板的特殊运动轨迹不产生涡流，不改变流体运动状态。（2）测量精度高（0.2%），压力损失小(30kPa)；（3）能适应不同粘度和带有细粒固体杂质的流体测量，不发生转子卡住现象；（4）振动和噪音小，适合于中等或大流量测量。,刮板式流量计的性能特点：,（3）旋转活塞式容积流量计,优点：通流能力较大缺点：在工作过程中会有一定的泄漏，故准确度较低。,1-隔板,2-活塞,3-内圈,4-外圈,5-导辊,6-活塞轴,6.2.2容积式流量计的特性及影响因素,6.2.2.1容积式流量计的误差特性,将,代入上式，则,6.2.3容积式流量计的选择,高粘度油类测量刮板式容积流量计；低粘度油类及水测量椭圆齿轮式、腰轮式等容积式流量计；气体流量测量旋转活塞式容积流量计；准确度要求不高的场合旋转活塞式或刮板式容积流量计。容积式流量计量限的确定：下限流量qmin：最小流量时的误差须在允许误差范围之内上限流量qmax：qmax510qmin,6.2.4容积式流量计的安装,突出优点：无需较长的前后直管段。动、静部件间的间隙很小。为保证测量的精度，不允许有磨损产生。所以，应避免大量固体微粒进入流量计。测量含有固体微粒的流体时，须在流量计前加装介质过滤装置。测量含有气泡的介质时，应在流量计前安装气体分离装置，以免气体体积被计量在内，而影响流体流量的测量准确度。,6.2.5容积式流量计使用情况判断,常见故障及原因：杂质进入流量计，可能引起转子卡死；传动机构故障，导致转子运转虽正常但计数器不计数或指针时走时停；介质粘度与流量计适用介质粘度不匹配时，将引起流量指示值偏离实际数值，如介质黏度小，则流量指示值偏小；如介质黏度大，则流量指示值偏大；,速度式流量计的共同特点,6.3速度式流量测量技术与仪表,测量管道内介质流动速度，求得管道内流体流量的一种测量方法，是目前流量测量的主要方法之一。仪表种类较多。速度式流量计对管道内流体的速度分布有一定要求，流量计前须有一定长度的直管段，以形成稳定的速度分布。,6.3.1涡轮流量计,共同的工作原理：置于流体中的叶轮的旋转角速度与流体流速成正比，通过测量叶轮的旋转角速度即可得流体流速，从而获得流量值。,磁检测器,叶轮,轴承,导流器,导流器,（1）结构与工作原理,组成：图所示。叶轮式速度流量计的一种，各种水表等均属叶轮式速度流量计。,涡轮流量计工作原理示意图,涡轮流量计总体原理框图,涡轮安装于非导磁材料制成的水平管段，涡轮受流体冲击而旋转。叶片通过磁电感应转换器中的永久磁钢时，因磁阻周期性变化，在感应线圈中产生脉动电势，经放大和整形后获得与流量,成正比的脉动信号作为流量测量信息，再据脉动累计数求出总量。涡轮的转速与体积流量成正比。,(2)性能特点：准确度高0.25-0.5%。在线性流量范围内，即使流量发生变化，累积流量准确度也不会降低，且在短时间内，再现性可达0.05。量程比:810:1。口径相等时，涡轮流量计的最大流量值大于很多其它流量计阻力：300Pa，适应性强数字信号输出,（3）涡轮流量计的安装使用:,流速分配不均和管内二次流的存在是影响涡轮流量计测量准确度的重要因素。对于工业测量，一般上游20D，下游5D的直管长度。对流体清洁度要求高，流量计前须安装过滤器以保证流体清洁。须保证通过流量计的流体是单相的（不能进入空气或蒸气），必要时，在流量计上游装消气器。对于易气化的液体，在流量计下游必须保证一定背压，背压值可取最大流量下流量传感器压强的二倍加上最高温度下被测液体蒸气压的1.2倍。,(4)信号传输线信号线最大长度：LdVV1000mV时，d1.0；1000mVV1500mV时，d1.5；V5000mV时，d=2.0。信号接地线采用屏蔽电缆，以防止外部的感应噪声。显示仪表端屏蔽接地，传输电线远离强电磁设备，不得与动力线平行布置。(5)运转维护当涡轮流量计的管道需要清洗时，必须开旁路，清洗液体不能通过流量计。管道系统启动时必先开旁路，以防止流速突然增加，引起涡轮转速过大而损坏。涡轮流量计轴承应定期更换。,系数，mmV,最小流量时传感线圈的输出电压有效值，mV,6.3.2流体振动式流量计,20世纪60年代末期发展起来的一种较新的流量测量技术.代表型式：卡门涡街流量计。原理：流体流经钝住体时，在柱体周围和下游将产生有规律的振动，振动频率与流量存在一定的对应关系。特点：可得到与流量成正比的频率输出信号；被测流体本身就是振动体，无机械可动部件，几乎不受流体的组成、密度、粘度、压力等因素的影响；与节流流量计相比它的压力损失小，量程比宽。,6.3.2.1涡街流量计的原理,（1）卡门涡街的产生,流速小时，无涡街产生,Re增大至40左右时，产生涡街,流体附面层分离,（2）卡门涡街的稳定条件：,或hl0.281,两列旋涡之间的距离,单列两涡之间距离,流速与频率的关系：,涡街流动速度,流体流速,频率,6.3.2.2涡街流量计的基本结构,圆柱旋涡发生器1-导压孔；2-空腔；3-隔墙；4-铂丝,三角柱旋涡发生体,6.3.3电磁流量计,（1）基本原理法拉第电磁感应定律：,流体体积流量：,平均流速,导体在磁场内的长度,感应电势,磁感应强度,管道直径,上式须在下述条件的前提下方成立：磁场是均匀分布的恒定磁场；被测流体的流速轴对称分布；被测液体是非磁性的；被测液体的电导率均匀且各向同性。,6.3.3.2电磁流量计的结构与抗干扰措施（自学）,