流量测量.docx

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流量测量

流量测量

一、流量计量的基本概念

二、节流装置

三、流量变送器

1）涡轮流量计

2）涡街流量计

四、玻璃转子流量计

五、流量开关

一、流量计量的基本概念　

流量就是在单位时间内流体通过一定截面积的量。

这个量用流体的体积来表示称为瞬时体积流量（qv），简称体积流量；用流量的质量来表示称为瞬时质量流量（qm），简称质量流量。

它的表达式是：

式中：

qm、qv——在时间间隔?

t内通过的流体质量或体积；ρ——流体密度。

从t1到t2这一段时间内流体体积流量或质量流量的累积值称为累积流量，它们的表达式是：

对在一定通道内流动的流体的流量进行测量统称为流量计量。

流量测量的流体是多样化的，如测量对象有气体、液体、混合流体；流体的温度、压力、流量均有较大的差异，要求的测量准确度也各不相同。

因此，流量测量的任务就是根据测量目的，被测流体的种类、流动状态、测量场所等测量条件，研究各种相应的测量方法，并保证流量量值的正确传递。

二、节流装置

1）用途

节流装置是无刻度的流量测量装置，它与差压变送器配套使用。

在电力工业系统连续测量液体、蒸汽流经节流装置所产生的压差，再经变送器将该压差讯号转换为成比例的输出信号，再有二次仪表或调节器，对被测量流量进行记录，指示或调节。

2）作用原理和结构

基本原理

在管道内部装上孔板或喷咀等节流件，由于节流件的孔径小于管道内径，当流体流经节流件时，流束截面突然收缩，流速加快。

节流件后端流体的静压力降低，于是在节流件前后产生产生静压力差（见图1），该静压力差与流体过的流体流量之间有确定的数值关系符合

Q=K△P

用差压变送器测量节流件前后的差压，实现对流量的测量。

节流装置的结构

节流孔板的结构如图2、3所示：

图2、标准环室孔板节流装置结构示意图

1、法兰2、导管

3、前环室4、节流件

5、后环室6、垫

7、螺栓8、螺母

图3、孔板节流装置图

在管道内垂直于流动方向上插入一片中央开有较小圆孔的薄金属板，板上孔口一般呈45℃倒锐角。

当流体流过孔板的孔口时，流道发生突然收缩，流至一定距离（约等于d/3~2d/3）进达到最小，称为“缩脉”，此处流速最大。

而后，流股再转而逐渐扩大，直至又充满整个管道。

孔板前后动能的变化必引起静压能的变化。

因此，若在也板前后各引出一个取压口，则在孔板结构一定条件下，这两个测压点间的压力差与流速之间必存在一定关系。

也板流量计就是利用这一关系通过压差来测得流速或流量。

流量是在单位时间内流体通过管道某截面流体的体积或质量,前者称为体积流量,后者称为质量流量。

累积流量是指在某一段时间内流量管道流体的总和。

习惯上把测量流量的仪表叫流量计,而把测量累积流量的仪表称为计量表。

三、流量变送器

涡轮、涡街流量计主要用在燃油流量测量，化学水处理、凝结水精处理的流量测量。

2）涡轮流量计

（1）涡轮流量计的工作原理

1．球轴承2．前导向件3．涨圈4．壳体5．前置放大器6．叶轮7．轴承8．轴

LWGY—50～200传感器结构示意图

涡轮流量计由涡轮、轴承、前置放大器、显示仪表组成。

涡轮流量变送器就是把以上部件合成为一体，就地安装，实现流量信号的远传。

传感器：

被测流体冲击涡轮叶片，使涡轮旋转，涡轮的转速随流量的变化而变化，即流量大，涡轮的转速也大，再经磁电转换装置把涡轮的转速转换为相应频率的电脉冲，经前置放大器放大后，送入显示仪表进行计数和显示，根据单位时间内的脉冲数和累计脉冲数即可求出瞬时流量和累积流量。

流体流经传感器壳体，由于叶轮的叶片与流向有一定的角度，流体的冲力使叶片具有转动力矩，克服摩擦力矩和流体阻力之后叶片旋转，在力矩平衡后转速稳定，在一定的条件下，转速与流速成正比，由于叶片有导磁性，它处于信号检测器（由永久磁钢和线圈组成）的磁场中，旋转的叶片切割磁力线，周期性的改变着线圈的磁通量，从而使线圈两端感应出电脉冲信号，此信号经过放大器的放大整形，形成有一定幅度的连续的矩形脉冲波，可远传至显示仪表，显示出流体的瞬时流量或总量。

在一定的流量范围内，脉冲频率f与流经传感器的流体的瞬时流量Q成正比，流量方程为：

式中：

f——脉冲频率[Hz]

k——传感器的仪表系数[1/m3]，由校验单给出。

若以[1/L]为单位

Q——流体的瞬时流量（工作状态下）[m3/h]

3600——换算系数

每台传感器的仪表系数由制造厂填写在检定证书中，k值设入配套的显示仪表中，便可显示出瞬时流量和累积总量。

显示仪表：

显示仪表的任务是将单位时间输出脉冲数和输出脉冲总数转换成瞬流量和总流量，并显示出来。

由前放大器输出的脉冲信号，其幅值、波形都是不规则的，在进入显示仪表后，先需经整形电路整形成为有规则　的具有一定幅值的矩形电脉冲信号民，再经过频率/电流转换电路，将频率信号变为相应的电流信号（4～20mA）再转换能瞬时流量值，总量由转换及积算电路得到。

有的显示仪表就地显示，有的送DCS显示。

（2）传感器安装

1.过滤器2.前直管段3.叶轮4.前置放大器5.壳体6.后直管段

传感器安装图

变送器应水平安装，避免垂直安装。

如果单独安装传感器，可水平、垂直安装，垂直安装时流体方向必须向上。

液体应充满管道，不得有气泡。

安装时，液体流动方向应与传感器外壳上指示流向的箭头方向一致。

传感器上游端至少应有20倍公称通径长度的直管段，下游端应不少于5倍公称通径的直管段，其内壁应光滑清洁，无凹痕、积垢和起皮等缺陷。

传感器的管道轴心应与相邻管道轴心对准，连接密封用的垫圈不得深入管道内腔。

传感器应远离外界电场、磁场，必要时应采取有效的屏蔽措施，以避免外来干扰。

为了检修时不致影响液体的正常输送，建议在传感器的安装处，安装旁通管道。

传感器露天安装时，请做好放大器及插头的防水处理。

当流体中含有杂质时，应加装过滤器，过滤器网目根据流量杂质情况而定，一般为20～60目。

当流体中混有游离气体时，应加装消气器。

整个管道系统都应良好密封。

用户应充分了解被测介质的腐蚀情况，严防传感器受腐蚀。

（3）使用和调整

◆使用时，应保持被测液体清洁，不含纤维和颗粒等杂质。

◆传感器在开始使用时，应先将传感器内缓慢的充满液体，然后再开启出口阀门，

严禁传感器处于无液体状态时受到高速流体的冲击。

◆传感器的维护周期一般为半年。

检修清洗时，请注意勿损伤测量腔内的零件，特

别是叶轮。

装配时请看好导向件及叶轮的位置关系。

◆传感器不用时，应清洗内部液体，且在传感器两端加上防护套，防止尘垢进入，

然后置于干燥处保存。

◆配用时的过滤器应定期清洗，不用时，应清洗内部的液体，同传感器一样，加防尘套，置于干燥处保存。

◆传感器的传输电缆可架空或埋地敷设（埋地时应套上铁管。

）

◆在传感器安装前，先与显示仪表或示波器接好连线，通电源，用口吹或手拨叶轮，使其快速旋转观察有无显示，当有显示时再安装传感器。

若无显示，应检查有关各部分，排除故障。

（4）维修和常见故障

传感器可能产生的一般故障及消除方法见下表，维护周期不应超过半年。

序号

故障现象

原因

消除方法

1

显示仪对流量信号和检验信号均无显示

1、电源未接通，给定电压不对。

2.显示仪有故障。

1、接通电源，按要求给定电压。

2、检修显示仪表。

2

显示仪表对“校验”信号有显示但对流量信号无显示。

1、传感器与显示仪间接线有误，或有开路，短路，接触不良等故障

2、放大器有故障或损坏。

3、转换器（线圈）开路或短路。

4、叶轮被卡住。

5、管道无流体流动或堵塞。

1、对照附图四，检查接线的正确性和接线质量。

2、维修或更换放大器。

3、维修或更换线圈。

4、清洗传感器及管道。

5、开通阀门或泵，清洗管道。

3

显示仪表工作不稳；计量不正确。

1、实际流量超出仪表的计量范围或不稳定。

2、仪表系数K设置有误。

3、传感器内挂上纤维等杂质。

4、液体内有气泡存在。

5、传感器旁有较强的电磁场干扰。

6、传感器轴承及轴严重磨损。

7、传感器电缆屏蔽层或其它接地导线与线路地线断开或接触不良。

8.显示仪表故障。

1、使被测流量与传感器的测量范围相适应，并稳定流量。

2、使系数K设置正确。

3、清洗传感器。

4、采取消气措施，消除气泡。

5、尽量远离干扰源或采取屏蔽措施。

6、更换”导向件“或“叶轮轴”。

7、对照附图四，将线接好。

8、检修显示仪表。

2）涡街流量计

（1）涡街流量计的测量原理

涡街流量计是应用流体振荡原理来测量流量的，流体在管道中经过涡街流量变送器时，在三角柱的旋涡发生体后上下交替产生正比于流速的两列旋涡，旋涡的释放频率与流过旋涡发生体的流体平均速度及旋涡发生体特征宽度有关，可用下式表示：

f＝Stv／d

式中:

f为旋涡的释放频率，Hz；v为流过旋涡发生体的流体平均速度，m/s；d为旋涡发生体特征宽度，m；St为斯特罗哈数，无量纲，它的数值范围为0.14－0.27。

St是雷诺数的函数，St=f（l/Re）。

当雷诺数Re在102~105范围内，St值约为0.2，因此，在测量中，要尽量满足流体的雷诺数在102~105，旋涡频率f＝0.2v/d。

由此可知，通过测量旋涡频率就可以计算出流过旋涡发生体的流体平均速度v，再由式q=vA可以求出流量q，其中A为流体流过旋涡发生体的截面积。

当旋涡在发生体两侧产生时，利用压电传感器测出与流体流向垂直的交变升力变化，将升力的变化转换为电的频率信号，再将频率信号进行放大和整形，输出到二次仪表，进行累积、显示。

（2）涡街流量计的安装

（1）涡街流量计尽量安装在远离振动源和电磁干扰较强的地方，振动存在的地方必须采用减振装置，减少管道受振动的影响。

（2）直管段的配置，前后直管段要满足涡街流量计的要求，所配管道内径也必须和涡街流量变送器内径一致。

（3）涡街流量计使用注意事项

尽量减少管道内汽锤对涡街发生体的冲击。

振动较大而又无法消除时，不宜采用涡街流量计。

四、玻璃转子流量计

原理与结构：

LZB系列玻璃转子流量计流量计主要由一根自下而上扩大的锥形玻管和一只随流体流量大小上下移动的浮子组成（图3）。

流体自下而上流经锥管时，流体动能在浮子上产生的升力S和流体的浮力A使浮子上升，当升力S与浮力A之和等于浮子自身重力G时，浮子处于平衡，稳定在某一高度位置上，锥管上的刻度指示流体的流量值。

流量计中浮子读数位置按图2所示:

五、流量开关

附件:

常用液体的密度

（单位：

103千克/米3，未注明者为常温下）

名称

密度

名称

密度

汽油

0. 70

氨水

0. 93

乙醚

0. 71

海水

1. 03

石油

0. 76

牛奶

1. 03

酒精

0. 79

醋酸

1. 049

木精（0℃）

0. 80

人血

1. 054

煤油

0. 80

盐酸（40％）

1. 20

松节油

0. 855

无水甘油（0℃）

1. 26

苯

0. 88

二硫化碳（0℃）

1. 29

矿物油（润滑油）

0. 9－0. 93

蜂蜜

1. 40

植物油

0. 9－0. 93

硝酸（91％）

1. 50

橄榄油

0. 92

硫酸（87％）

1. 80

鱼肝油

0. 945

溴（0℃）

3. 12

蓖麻油

0. 97

水银

13. 6

水（0℃）

0. 999867

水（20℃）

0. 998229

水（2℃）

0. 999968

水（40℃）

0. 992244

水（4℃）

1. 000000

水（60℃）

0. 983237

水（18℃）

0. 998621

水（100℃）

0. 958375