第07章 流量测量2.ppt

第7章 流量测量 7.1 流量测量概述 7.2 节流式流量计 7.3 速度式流量计 7.4 容积式流量计 7.5 质量流量计 7.6 两相流的流量测量 7.3 速度式流量计 涡轮流量计 电磁流量计 靶式流量计 涡街流量计 超声波流量计 7.3.1 涡轮流量计 1、工作原理与结构 水平螺翼式水表机芯 流量方程 设涡轮叶片与涡轮轴线夹角为?，叶轮平均半径为r0，叶栅流通面积为S0，r0处流体的切向速度为vQ，则： 转速n的测量方法有磁电法、光电法、霍尔效应法等。目前我国生产的涡轮流量计通常采用磁电法。 磁电法原理： 当用铁磁材料制成的叶片旋转通过固定在壳体上的永久磁钢时，磁钢磁路中磁阻发生周期性的变化，从而使在永久磁钢外部的线圈感生出交流电脉冲信号，设涡轮叶片数为Z，则脉冲信号的频率f为： 2、流量系数 ? 体积流量的表达式忽略了涡轮转动过程中的机械摩擦和各种阻力。 流体冲击叶片产生旋转力矩时，需要克服流体沿叶轮表面流动时产生的粘滞摩擦力矩M1、涡轮轴与轴承间的摩擦力矩M2以及电磁反作用力矩M3等阻力。因此，Q和n并不是完全的线性关系，流量系数?也不是常数。n、 ?与Q的关系分别如上图所示。 曲线出现峰值主要是由于反作用力矩相对增大。 为使流量计有较宽的线性范围，除在设计流量计时保证结构参数合理以及减小轴与轴承的摩擦阻力外，流体的粘度是一个主要考虑因素。 对于液体，粘度越大，线性范围越小； 对于测量液体的流量计，制造厂给出的?值是在常温下用水进行标定，因此只适用于具有与水相似粘度的流体，如实际流体粘度大于5×10-6m2/s，须重新标定。 涡轮用导磁的不锈钢材料制成，其叶片数量根据口径不同而不同，有3片、4片、6片等。 图7-9所示的导流器的作用是使流体到达涡轮前先进行整流，消除旋涡，以保证仪表精度；图7-9中1~5部分做成一个整体，称为变送器。 3、 涡轮流量计的特点和使用 优点: 测量精度高，刻度线性，复现性和稳定性均好，基本误差为±(0.1~0.2)%； 量程范围宽，量程比可达(10~20):1； 耐高压，压力损失小； 对流量变化反应迅速，可测脉动流量； 抗干扰能力强（频率信号），信号便于远传。 缺点: 制造成本高，对被测流体的清洁度要求高。 使用场合： 涡轮流量计主要用于量精度要求高、流量变化快的场合，还用作标定其他流量的标准仪表。 如何使用？ 安装位置应避免振动，避免强磁场及热辐射，上下游应保证有足够的直管段(上游为20D，下游为5D)，否则需用整流器整流。 流体应严格清洁，必要时加装过滤器。 变送器水平安装。 使用中应保证变送器前一定的流体压力，防止变送器内的气蚀。 温度变化会引起流量计金属材料的热胀冷缩，使转速变化，夏季和冬季可相差0.2％，须考虑其对测量精度的影响。 7.3.2 电磁流量计 1、工作原理和结构 基于法拉第电磁感应原理，如右图。 当被测导电流体在磁场中沿垂直于磁力线方向流动而切割磁力线时，在对称安装在流通管道两侧的电极上将产生感应电势，此电势与流速成正比。 流体流量方程 电磁流量计的结构 2)、交流励磁 工业上使用的电磁流量计，多采用工频电源(50Hz)交流励磁方式，由正弦交变电流产生交变磁场。 交变磁场变送器的优点是消除电极表面的极化干扰； 由于磁场是交变，所以输出信号也是交变信号。 3)、低频方波励磁 直流励磁方式和交流励磁方式各有优缺点，为了充分发挥它们的优点，尽量避免它们的缺点，人们开始采用低频方波励磁方式，它的励磁电流波形如图所示，其频率通常为工频的1/4 ~ 1/10． 3、电磁流量计的特点 优点： 变送器与管道内径相同，测量为无干扰测量，压力损失小； 适用于含有颗粒、悬浮物的流体以及腐蚀性介质； 测得的体积流量不受温度、压力、密度、粘度等的影响； 流量测量范围大，流量计的管径2.5 mm~2.4 m； 反应灵敏，可以测量正反方向的流体流量和脉动流量。 测量精度为0.5 ～1.5级； 缺点： 被测介质必须是导电液体，不能用于气体、蒸汽及石油制品的流量测量； 流速测量下限有一定要求，工作压力受到限制； 结构比较复杂，成本较高。 4、电磁流量计的安装 为保证导管内充满液体面不产生气泡，变送器最好垂直安装，并使流体自下而上通过变送器； 若由于条件限制，只允许水平安装时，则必须保证两电极处于同一水平面上； 安装地点应避免有较强的交直流磁场或有剧烈震动； 上游直管段大于5D，下游无要求； 变送器输出的电势E是以变送器内液体电位为基准，为使液体电位稳定并与变送器等电位，变送器外壳、金属管道两端应有良好的接触并接地，转换器外壳也应接地。 7.3.3 靶式流量计 1、工作原理和流量方程 靶式流量计主要应用于高粘度、低雷诺数、含固体颗粒的浆液及腐蚀介质流量测量。