流量检测与变送器

Q
1 2m2 S0
2
(P1
P2
)
令
1 2m2
称流量系数
则得到（不可压缩的流体）流量基本方程式：
体积流量
Q S0
2
( P1
P2 )
质量流量 Qm Q S0 2(P1 P2 )
如果流体是可压缩的（如蒸汽），则要对公式 进行修正。
结论：流量与节流件前后压差的平方根成正
比。只要测得差压（P1-P2）便可测得流量。
P1
P2
Q
节流件是能使管道中的流体产生局部收缩的 元件，应用最广泛的是孔板，其次是喷嘴、文丘 里管等。
节流原理 具有一定能量的流体，才可能在管道中流动。
流动着的流体含有两种能量——静压能和动能。
静压能表现在流体对管壁的压力，动能表现 在流体有流动速度。这两种能量在一定条件下可 以互相转化。
孔板前后流体 对管壁压力
静压能 动能 静压能 动能 损耗
P1' v12 P2' v22 v22 1g 2g 2g 2g 2g
式中： ——为流体在截面Ⅰ-Ⅰ与Ⅱ-Ⅱ之间的
动能损失系数； g ——为重力加速度；
ρ1、ρ2 ——为流体在截面Ⅰ-Ⅰ和Ⅱ-Ⅱ处的密度。
如果流体是不可压缩的，那么ρ1= ρ2= ρ
又因截面Ⅰ、Ⅱ处体积流量应相等，有
环隙取压
环隙取压利用左右对称的两个环室把孔板夹在中间， 通常要求环隙在整个圆周上穿通管道，或者每个夹持 环应至少有四个开孔与管道内部连通，再利用导压管 夹持环 把孔板上下游的压力分别引出
a 流体
当采用单独钻孔取压时，取压口的轴线应尽可能以 90°与管道轴线相交
a 单独钻孔取压
显然，环隙取压由于环室的均压作用，便于测出孔 板两端的平稳差压，能得到较好的测量精度，但是 夹持环的加工制造和安装要求严格。当管径D＞ 500mm时，一般采用单独钻孔取压。
节流装置标准化的具体内容有：节流装置的结构、 尺寸、公差、光洁度、取压孔位置和使用条件等。 标准节流件有：
导压管
孔板
喷嘴
文丘里管 节流装置
——标准取压方式
国家规定标准的取压方式有角接取压、法兰取压和D－D/2取压。
角接取压 角接取压的两个取压口分别位于孔板上下端面与管壁的夹角处
取压口可以是环隙取压口和单独钻孔取压口
S0——孔板的开孔面积。
另外，取紧挨孔板前后
的管壁压差（P1- P2）代替
（P’1- P’2），为此引用
系数ψ
加以修正：
P1' P2'
P1 P2
将 S2
S0
m S0 S1
P1' P2'
P1 P2
代入v2式，得
2
v2 1 2m2 (P1 P2 )
因体积流量：Q = v2 S0
因为
1 2m2
——动能 损失系数
S2
S0
m S0 S1
P1' P2'
P1 P2
故流量系数α与节流装置的结构形式、取压方 式、开孔面积与管道截面积之比m、管壁粗糙度、 流体流动状态等因素有关；很难准确计算，一般 通过实验确定。因此，节流装置都是标准化的， 由厂家提供α数据。
标准节流装置 标准节流装置包括标准节流件和标准取压装置。
v1S1 =v2S2
P1' v12 P2' v22 v22 g 2g g 2g 2g
S1、S2分别为Ⅰ-Ⅰ和Ⅱ-Ⅱ 处的流束截面积。
联立求解两式，可得出：
v2
1
1 (S2 )2
2
(P1'
Pቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ'
)
S1
为简化计算，引入两个系数：
截面收缩系数μ 孔板口对管道的面积比m
S2
S0
m S0 S1
类别
体 容积式流量计
积 流
差压式流量计
量 计 速度式流量计
质 量
推导式质量流量计
流
量 直接式质量流量计
计
仪表名称
椭圆齿轮流量计、腰轮流量计、皮膜式流量计等 节流式流量计、均速管流量计、弯管流量计、靶 式流量计、浮子流量计等 涡轮流量计、涡街流量计、电磁流量计、超声波 流量计等 体积流量经密度补偿或温度、压力补偿求得质量 流量等
第四讲 流量检测与变送器
教学目的与要求：了解流量的概念,流量检测仪表的 分类，理解其工作原理;掌握各种流量计的特点及应 用范围。
教学重点：节流式流量计、速度式流量计、容积式流量计。 教学难点：节流式流量计、速度式流量计
一、基本概念
瞬时流量、累积流量。 体积流量、质量流量
➢流量测量仪表也称为流量计。它通常由一次仪表和二次仪表组 成。一次仪表亦称为传感器，二次仪表称为显示装置或变送器。 ➢流量测量仪表的种类繁多，各适用于不同场合。
法兰取压和D－D/2取压
D－D/2取压装置是设有取压口的管段，上、下游取压口轴线 与孔板上游端面的距离分为D和D/2（D为管道的直径）
D－D/2取压
l1(D)
l2(D/2)
法兰取压
l2 l1
法兰取压装置是由一对带有取压口的法兰组成 取压口轴线距离孔板上、下端面均为25.4mm（1英寸）
标准节流装置使用条件 流体应当清洁，充满圆管并 连续稳定地流动。 流体的雷诺数在104～105以 上，不发生相变。 管道必须是直的圆形截面， 直径大于50mm。 为保证流体在节流装置前后 为稳定的流动状态，在节流装置 的上、下游必须配置一定长度的 直管段。
科里奥利流量计、热式流量计、冲量式流量计等
二、差压式流量计
差压式（也称节流式）流量计是基于流体流 动的节流原理，利用流体流经节流装置时产生的压 力差而实现流量测量。
差压变送器 ＋
显示仪表
Q 节流装
节流现象 流体在流过节流装置时，在节流装置前后的 管壁处，流体的静压力产生差异的现象称为节流 现象。 节流装置包括节流件和取压装置。
流束未收 缩前压力
平均流速v1
孔板前稳定流动 段Ⅰ-Ⅰ截面
流束最小 处压力
平均流速v2
流束最小处 Ⅱ-Ⅱ截面
但是，根据能量守恒定律，在没有再加能量 的情况下，流体所具有的静压能和动能，加上克 服流动阻力的能量损失，其总和是不变的。即：
截面Ⅰ处能量= 截面Ⅱ处能量+损耗
根据伯努力方程可列出：
损耗
P1' v12 P2' v22 v22 1g 2g 2g 2g 2g
差压计
导压管 节流装置
差压式流量计的安装
差压式流量计适合于大于50mm的管道，且要求前 后有一段一定长度的直管段。
在现场实际应用时，往往具有比较大的测量误差， 有的甚至高达10％～20％。
被测流体工作状态的变动。 节流装置安装不正确。
误差产生的原因 孔板入口边缘的磨损。