第四章 流量测量 及仪表

1. 第四章 流量测量及仪表 p90

2. 第一节 流量测量概述 • 一、流量的概念及单位 • 1．流量测量的意义：安全性、经济性 • 2．流量的概念 • 瞬时流量 • 累积流量 • 平均流量 • 质量流量 • 体积流量

3. 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。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：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：是单位时间内通过的流体体积，用qV表示，单位为m3/s。

4. 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 =ρqv

5. 流量有瞬时流量和累积流量之分。 • 所谓瞬时流量，是指在单位时间内流过管道或明渠某一截面的流体的量。 • 所谓累积流量，是指在某一时间间隔内流体通过的总量。该总量可以用在该段时间间隔内的瞬时流量对时间的积分而得到，所以也叫积分流量。 • 累积流量除以流体流过的时间间隔，即为平均流量。

6. 二、 流量测量的方法及流量计的分类 • 流量测量方法： 1．速度式流量计——直接测出管道内流体的流速v，以此作为流量测量的依据。 2.容积式流量计——通过测量单位时间内经过流量仪表排出的流体的固定容积V的数目来实现。 3.质量式流量计——通过直接或间接的方法测量单位时间内流过管道截面的流体质量m。

7. 流量测量仪表分类： 工业上常用的流量计，按其测量原理分为以下四类： 1．差压式流量计：主要利用管内流体通过节流装置时，其流量与节流装置前后的压差有一定的关系。属于这类流量计的有标准节流装置等。 2．速度式流量计：主要利用管内流体的速度来推动叶轮旋转，叶轮的转速和流体的流速成正比。属于这类流量计的有叶轮式水表和涡轮式流量计等。

8. 3．容积式流量计：主要利用流体连续通过一定容积之后进行流量累积的原理。属于这类流量计的有椭圆齿轮流量计和腰轮流量计。3．容积式流量计：主要利用流体连续通过一定容积之后进行流量累积的原理。属于这类流量计的有椭圆齿轮流量计和腰轮流量计。 4．其它类型流量计：如电磁流量计、涡街流量计、超声波流量计、质量式流量计等。

10. 第二节 差压式流量计 • 差压式流量测量方法，是根据伯努利方程提供的基本原理，通过测量流体差压信号来反映流体流量的测量方法。 • 差压式流量计

11. 差压式流量计 • 差压式流量计是由将被测流体的流量转换成压差信号的节流装置、压力信号传输管道和用来测量差压的差压计组成。 • 差压式流量计由一次装置和二次装置组成．一次装置称流量测量元件，它安装在被测流体的管道中，产生与流量(流速)成比例的压力差，供二次装置进行流量显示。二次装置称显示仪表。它接收测量元件产生的差压信号，并将其转换为相应的流量进行显示。 • 标准孔板、喷嘴、文丘利喷嘴、文丘利管

12. 1. 差压式流量计工作原理及流量基本公式

13. 损失

14. 临界 • 雷诺数

15. 适用于可压缩流体及不可压缩流体

16. 例题 • 已知某节流装置最大流量100t/h时，产生的差压为40kPa。试求差压计在10、20、30 kPa时，分别流经节流装置的流量为多少t/h？。

17. 解：因为流量与节流装前后的差压成正比，即有节流公式qX=k（△pX）1/2解：因为流量与节流装前后的差压成正比，即有节流公式qX=k（△pX）1/2 设qm=100t/h，△pm=40kPa。则由节流公式得 △pX=10 kPa时， q10=100*（10/40）1/2=50.0(t/h) △pX=20 kPa时，q20=100*（20/40）1/2=70.7(t/h) △pX=30 kPa时， q30=100*（30/40）1/2=86.6(t/h) 答：略。

18. 三、差压式流量计的组成和标准节流装置 • 标准节流装置只适用于测量直径大于50mm的圆形截面管道中的单相、均质流体的流量。要求流体充满管道，在节流件前后一定距离内不发生流体相变或析出杂质现象；流速小于音速；流动属于非脉动流；流体在流过节流件前，其流束与管道轴线平行，不得有旋转流。

19. （一）标准节流件 标准孔板可采用角接取压、法兰取压

20. （一）标准节流件 标准喷嘴采用角接取压

21. (二)取压装置 引压孔 环室 环形间隙

22. （三）测量管段 在节流件前后有一段足够长的直管段 前：标准节流装置要求在节流件上游侧1D长度处的管截面形成流体典型紊流流速分布的状态 后：节流件下游侧的阻力件不影响流束的正常恢复。

23. 四、节流装置的设计和计算 （1）设计命题 已知管道内径及现场布置情况，已知流体的性质和工作参数，给出流量测量范围，标准节流装置。为此要进行以下几个方面的工作：选择节流件型式，选择差压计型式及量程范围；计算确定节流件开孔尺寸，提出加工要求；建议节流件在管道上的安装位置；估算流量测量误差。

24. （2）校核计算 已知管道内径及节流件开孔尺寸d、取压方式、被测流体参数等必要条件，要求根据差压值计算流量。

25. 五、差压式流量计的安装 1．节流件上下游侧直管段长度的要求 l1和l2取决于上下游阻力件的形式和β值。

27. 本规程提供的α0值是在节流件前有很长直管段条件下得到的．但是，当保证括号外数值的直管段时不必附加任何误差．若实际的直管段长度有一个大于括号内的数值而小于括号外的数值时，需按“附加极限相对误差为±0.5％”处理。本规程提供的α0值是在节流件前有很长直管段条件下得到的．但是，当保证括号外数值的直管段时不必附加任何误差．若实际的直管段长度有一个大于括号内的数值而小于括号外的数值时，需按“附加极限相对误差为±0.5％”处理。

28. 2．节流件的安装要求 安装节流件时必须注意它的方向性，不能装反。例如孔板，安装时必须使孔板的直角入口侧迎向流体的流向。 节流件安装在管道中时，要保证其前端面与管道轴线垂直，偏差不超过10；还要保证其孔中心轴与管道同轴，不同心度不应超过0.015D(1/β-1)。

29. 标准节流装置的配套仪表 • 双波纹管差压计 • 膜盒式差压计 • 差压变送器

30. 差压计一般都装有五只阀门，其中两只作隔离阀，一只作平衡阀，打开平衡阀可检查差压计的零点，另两只是用于冲洗信号管路和现场校验差压计

31. 3．差压计信号管路的安装 (1)测量液体流量的信号管路 气体收集器 (2)测量蒸汽流量时的信号管路 凝结容器 (3)测量气体流量时的信号管路 集水器

32. 六、差压式流量计的使用 • 1．概述 • 2．差压式流量计使用注意事项

33. 补充：一体化节流式流量计

34. 第三节 超声波流量计 • 一、超声波及其在检测中的工作原理 • 超声波是指振动频率大于20kHz以上的,其每秒的振动次数（频率）甚高，超出了人耳听觉的上限（20000Hz），人们将这种听不见的声波叫做超声波。

35. 二、超声波检测技术在流量测量中的应用 • 优点： • 大管径流量测量仪表 • 一台仪表可适应多种管径测量和多种流量范围测量 • 测量准确度几乎不受被测流体温度、压力、粘度、密度等参数的影响

36. 超声波流量计的测量原理 • 超声波在流动介质中传播时，其传播速度与在静止介质中传播速度不同，其变化量与介质流速有关。测得这一变化量就能求得介质的流速，进而求出流量。

37. 顺流：c+u • 逆流：c- u

39. 顺流：1-2，3-4 逆流：2-3，1-4

40. 四、相位差法

41. 五、频率差法

42. 第四节 智能流量计 • 差压 • 压力 • 温度

43. 第五节 其他流量计 一、电磁流量计 电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律研制出的一种测量导电液体体积流量的仪表。

44. p107

45. E＝C1BDv • 式中 E-----感应电动势， V • B-----磁感应强度,T • D----测量管内径，m • v--- 平均流速，m/s。 • C1-----系数； • E即流量信号，; • 设液体的体积流量为qv，则E=Kqv • 式中 K 为仪表常数， • K= 4 C1B/πD 。

46. 测量条件满足： • ①磁场是均匀分布的恒定磁场； • ②被测流体的流速轴对称分布； • ③被测液体是非磁性的； • ④被测液体的电导率均匀且各向同性。

48. 2．基本结构

49. 3．基本特点 • 无可动部件和插入管道的阻流件，所以压力损失极小，直管段要求低。 • 可用于测量脉动流、双相流以及灰浆等含固体颗粒的液体流量 • 电磁流量计不受温度、压力、粘度等外界因素的影响 • 准确度高 • 电磁流量计的口径范围比其他品种流量仪表宽

50. 被测流体必须是导电的，不能用于测量气体、蒸汽、石油制品等 • 被测介质温度： • 普通橡胶衬里：-20—+60℃； • 高温橡胶衬里：-20—+90℃ • 聚四氟乙稀衬里：-30—+100℃； • 高温型四氟乙稀衬里：-30—+180℃；