04第03章_检测仪表与传感器3.ppt

* —化工过程控制— 东南大学化学化工学院 * 第一节 概述 第二节 压力检测及仪表 第三节 流量检测及仪表 第四节 物位检测及仪表 第五节 温度检测及仪表 第3章 检测仪表与传感器 第三节 流量检测及仪表 一、流量概念及其检测方法的分类 瞬时流量－单位时间内流过管道某截面的流体数量 体积流量－用流体的体积来表示（Q），单位为 m3/h 质量流量－用流体的质量来表示（M），单位为 kg/h 总量（累积流量） － 在某一段时间内流过管道的流体流量的总和 流速－单位时间内流体在流动方向上所流过的距离 标态下的体积流量－由于气体是可压缩的，其体积会受工况的影响，为了便于比较，工程上常把工作状态（T、P）下测得的 Q 换算成标准状态（20℃，1atm）下的体积流量Q0，单位为Nm3/h 累积体积流量： 累积质量流量： 计量表 流量计 速度式流量计 ——以测量流体在管道内的（平均）流速为依据来计算流量 （差压式流量计、转子流量计、电磁流量计、涡轮流量计等） 容积式流量计 ——用标准固定容积对流体连续不断地进行度量，以单位时间内所排 出流体的固定容积数目为依据来计算流量 （椭圆齿轮流量计、旋转活塞式流量计等） 质量流量计 ——直接式：直接测量流体质量流量（科里奥利力流量计） 间接式：以测量流体密度与体积流量为依据来计算质量流量 流量检测方法的分类：（根据测量原理的不同） 二、差压式（节流式）流量计 —— 基于流体流动的节流原理，利用节流装置将被测流量转换成压差信号来进行测量的（目前工业生产中测量流量最成熟、最常用的方法之一） 孔板 喷嘴 文丘里管 节流件有标准的和特殊的两种： 标准节流件包括标准孔板、标准喷嘴和标准文丘里管。对于标准化的节流件，在设计计算时都有统一标准的规定、要求和计算所需的有关数据及程序，可直接按照标准制造；安装和使用时不必进行标定。特殊节流件主要用于特殊介质或特殊工况条件的流量检测，它必须用实验方法单独标定 标准孔板制作最简单，使用也最广泛（以下只介绍标准孔板） 若在管道中安装一个固定的阻力件，其中间开一个比管道截面小的孔，当流体流过该阻力件时，由于流体流束的局部收缩而使流速加快、静压力降低，结果在阻力件前后产生一个较大的压差（节流现象）。其中的阻力件称为节流件 节流件 节流原理 流动流体的能量有两种形式：静压能和动能。流体由于有压力而具有静压能，又由于有流动速度而具有动能，这两种形式的能量在一定条件下是可以相互转化。 孔板入口端面存在径向压差，使得流体产生局部收缩 节流装置前后压差的大小与流体流量有关，流量愈大，压差也愈大，因此只要测出压差就可以确定流量（差压式流量计测量流量的原理） 1 2 3 流速 静压 压力损失 收缩 扩大 注意：因缩脉位置不定，实际所测?p为紧靠孔板前后两固定取压点间的压差 流量方程 1 2 3 流速 静压 根据流体力学的伯努利方程（能量守恒定律）和流体连续性方程（质量守恒定律） ，可推导出流量与压差之间的定量关系式： 式中 ? —— 流量系数 ? —— 膨胀校正系数 A0 —— 节流装置的开孔截面积 ? —— 流体密度（节流装置前） Δр —— 节流装置前后实际测得的压差 流量与压差的平方根成正比 流量系数?：与节流装置的型式、取压方式、孔口边缘锐度、流体的流动状态（如雷诺数）和管道条件等因素有关。因此，是一个影响因素复杂的综合性参数，也是节流式流量计能否准确测量流量的关键所在，雷诺数大于某一数值（界限雷诺数）时， ? 值可认为是一常数。对于标准节流装置，可以从有关手册中查出；对于非标准节流装置，其值要由实验方法确定。 膨胀校正系数? ：与节流件前后压力的相对变化量、流体的等熵指数等因素有关。对于不可压缩性流体， ? ＝1；对于可压缩性流体，? 1 。应用时可查阅有关手册而得。 标准节流件 节流装置包括节流件、取压装置和符合要求的前后直管段 标准节流装置是指节流件、取压装置都标准化，前后直管段 符合规定要求，无需标定可直接投入使用 标准孔板，要求： d/D = 0.2～0.8 d ? 12.5 mm 直孔厚度 h =（0.005～0.02）D 孔板的总厚度 H = h～0.05 D 圆锥面的斜角 ? = 30～45° ………… 标准喷嘴和标准文丘里管的结构参数的规定也可以查阅相关的设计手册。 有手册可查，不要求记 标准取压