流量测量仪表1.docVIP

第三节 流量测量仪表 1．概述 一般把流体移动的量称为流量。单位时间内流过管道横截面或明渠横截面的流体量，称为瞬时流量。流体量以质量表示时称为质量流量，以体积表示时称为体积流量。有时也需要知道在一段时间内流过的流体量，称为总量或累积流量。在工业生产过程中，流量是指导操作、监视设备运行情况和进行核算的一个重要参数和依据。 体积流量 如果流体通过管道某横截面的一个微小面积dA上的流速为u，则通过此微小面积的体积流量为 dqv=udA （2-3-1） 通过管道全截面积的体积流量为 qv=udA （2-3-2） 如果整个截面积上各点流速相同，则由式（2-3-2）可以导出 qv=uA （2-3-3） 式中A为管道面积。实际上，流体在管道上流动时，同一截面积上的各点的流速并不相同，所以式（2-3-3）中的流速u是指平均流速u（在本篇中，如无特殊说明，均指平均流速）。体积流量单位一般用m3/h表示。 （2）质量流量 如果流量密度为ρ，由（2-3-3）可以导出 qm=ρqv=ρuA （2-3-4） 质量流量单位一般用kg/h表示。 流体的密度是随工况参数变化的。对于液体，由于压力的变化对密度的影响非常小，一般可以忽略不计，但是因为温度变化所产生的影响应引起注意，不过一般温度变化10℃时，液体密度变化约在1%以内，所以除温度变化较大，测量准确度要求较高的场合外，往往也可以忽略不计。对于气体，由于密度受温度、压力变化影响较大，例如，在常温附近，温度每变化10℃，；密度变化约在3%；在常压附近，压力每变化10kPa时，密度变化约在3%。因此在测量气体流量时，必须同时测量流体的温度和压力，并将不同工况下的体积流量换算或标准体积流量qvN（Nm3/h）。所谓标准体积流量，在工业上是指压力为101325Pa，温度为20℃时的体积流量。 总量的单位为千克（kg）或吨（t）。 用来测量流体流量的仪表称为流量计。随着工业生产和科学技术的发展，对流量的要求也越来越高，条件也更加复杂。例如：在工艺条件上从低温低压到高温高压；在流体状态方面有层流、紊流和脉动流；流体本身也有低粘度、高粘度和强腐蚀等；流量对象方面有气、液、固相和两相流体；测量范围从每秒数滴到每小时数吨，等等。面对着这么复杂的情况的要求，测量流量的方法，仪表得到很快的发展，使测量中的难题正在逐步得到解决。当然随着生产和科学技术的发展，新的测量问题也在不断的出现。本篇只能介绍一些基本内容。 关于流量测量方法和流量仪表的分类，是比较错综复杂的问题，目前还没有统一的分类。为便于叙述和思考，本篇进行一定的归纳，按测量原理进行分类如图2-3-1和图2-3-2。 2． 节流式流量计 流体在流动过程中，在一定条件下，流体的动能和静压能（压力能）可以互相转换，并可以利用这种转换关系来测量流体的流量。例如，在管道中安装阻力件，流体通过阻力件所在截面时，由于流通面积忽然缩小，促使流速产生局部收缩，流速加快，静压力降低，因而在阻力件前后出现压力差（简称压差）。可以通过测量此压差的大小按一定的函数关系来计算出流量值。在流量仪表中，一般称此阻力件为节流件，并称节流件与取出压差信号的整个装置为节流装置。这种类型的流量计称为节流式流量计。 节流式流量计有三部分组成（图2-3-3）：①将被测流体的流量值变换成差压信号的节流装置，其中包括节流件、取压装置和测量所要求的直管段；②传送差压信号的差压管路；③检测差压信号的差压计或差压变送器。 节流件的类型较多。严格的说，在管道中装入任意形状的节流件都能产生节流作用，并且节流件前后两侧的差压与流过流体的流量都会有相应的关系。但是，它们并不都是可以找到差压与流量之间存在适合需要的关系，只有差压与流量之间存在稳定的关系，并且重复性好，适合应用的节流件才有实用价值。目前已经应用的节流件种类有同心圆孔板、偏心孔板、圆缺孔板、锥形入口孔板、1/4圆孔板、文丘里管、喷嘴、道尔管、契形节流件等等。 节流式流量计应用广泛，油田、炼油厂及化工厂中所使用的流量计中，一般有70%~80%是节流式流量计，在整个工业生产领域中，节流式流量计约占流量计的一半以上。 节流式流量计的历史悠久，积累了丰富的经验和大量的可靠数据。一些国家进行了不断的研究和制定标准，力求使某些节流装置用于流量测量时能够标准化，以便应用。国际标准组织（ISO）在汇总各国研究成果的基础上，分别于1967年和1968年制定出ISO/R 541和ISO/R 781，在国际上将几种类型的节流装置标准化。1980