第二章 检测仪表2-4.

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1、第2章 检测仪表过程控制及自动化仪表过程控制及自动化仪表电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院 王红一王红一授课专业：自动化授课专业：自动化2.4 流量检测及仪表流量检测及仪表 流量检测是控制生产以及经济核算的一个重要流量检测是控制生产以及经济核算的一个重要检测参数。检测参数。 2.4.1流量的基本概念流量的基本概念 流量流量指单位时间内流过某一截面的流体数量。指单位时间内流过某一截面的流体数量。即即瞬时流量瞬时流量。表示方法有：表示方法有：q 质量流量质量流量M （t/h、 kg/h 、 kg/s ）q 体积流量体积流量Q （m3/h、 L/h、 L/min ）二者的关系：二者的关系：流体

2、的密度流体的密度M = Q 总量总量指指一定时间内流过某截面的流体流量的总一定时间内流过某截面的流体流量的总和。和。 即即累计流量累计流量。以以 t 表示时间，则流量和总量之间的关系是：表示时间，则流量和总量之间的关系是：=tQdtQ0总总=tMdtM0总总 流量计的种类繁多，若按测量原理分，流量流量计的种类繁多，若按测量原理分，流量计可分为：计可分为： 节流式流量计节流式流量计 速度式流量计速度式流量计 容积式流量计容积式流量计 电磁式流量计电磁式流量计 2.4.2 差压式流量计差压式流量计差压式（也称节流式）流量计是基于流体流差压式（也称节流式）流量计是基于流体流动的动的节流原理节流原理，

3、利用流体流经节流装置时产生的，利用流体流经节流装置时产生的压压力差力差而而实现流量测量。实现流量测量。显示仪表显示仪表Q差压变送器差压变送器节 流 装节 流 装置置节流节流现象现象流体在流过节流装置时，在节流装置前后的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管壁处，流体的静压力产生差异的现象称为节流节流现象现象。节流装置包括节流装置包括节流件节流件和和取压装置取压装置。QP1P2节流件节流件是能使管道中的流体产生局部收缩的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、文丘元件，应用最广泛的是孔板，其次是喷嘴、文丘里管等。里管等。节流原

4、理节流原理 具有一定能量的流体，才可能在管道中流动。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流动着的流体含有两种能量静压能和动能静压能和动能。静压能表现在流体对管壁的压力，动能表现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。以互相转化。孔板前后流体孔板前后流体对管壁压力对管壁压力孔板前稳定流动孔板前稳定流动段段-截面截面流束未收流束未收缩前压力缩前压力平均流速平均流速v1流束最小处流束最小处-截面截面流束最小流束最小处压力处压力平均流速平均流速v2截面截面处能量处能量= 截面截面处

5、能量处能量+损耗损耗但是，根据能量守恒定律，在没有再加能量但是，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：服流动阻力的能量损失，其总和是不变的。即：gvgvgPgvgP2222222222111 静压能静压能 动能动能 静压能静压能 动能动能 损耗损耗根据伯努力方程可列出：根据伯努力方程可列出：损耗损耗式中：式中： 为流体在截面为流体在截面-与与-之间的之间的动能损失系数；动能损失系数；g 为重力加速度；为重力加速度； gvgvgPgvgP2222222222111 1、2 为流

6、体在截面为流体在截面-和和-处的密度。处的密度。如果流体是不可压缩的，那么如果流体是不可压缩的，那么1= 2= S1、S2分别为分别为-和和-处的流束截面积。处的流束截面积。 21222112()S1 ()SvPP22211222222PvPvvgggggv1S1 =v2S2又因截面又因截面、处体积流量应相等，有处体积流量应相等，有联立求解两式，可得出：联立求解两式，可得出：01SSm S0孔板的开孔面积。孔板的开孔面积。另外，取紧挨孔板前后另外，取紧挨孔板前后的管壁压差（的管壁压差（P1- P2）代替）代替（P1- P2），为此引用系数），为此引用系数 加以修正：加以修正： 为简化计算，引入

7、两个系数：为简化计算，引入两个系数： 截面收缩系数截面收缩系数 孔板口对管道的面积比孔板口对管道的面积比m20SS2121PPPP2121PPPP 代入代入v2式，得式，得 )(2121222PPmv 因体积流量：因体积流量：Q = v2 S0012222S()1QPPm 称流量系数称流量系数 221m20SS01SSm 将将令令0122S()QPP体积流量体积流量 012S2()mQQPP质量流量质量流量 结论：结论：流量与节流件前后压差的平方根成正流量与节流件前后压差的平方根成正比。只要测得差压比。只要测得差压（P1-P2）便可测得流量。便可测得流量。 则得到（则得到（不可压缩的流体）不可

8、压缩的流体）流量基本方程式：流量基本方程式： 如果流体是可压缩的（如蒸汽），则要对公式如果流体是可压缩的（如蒸汽），则要对公式进行修正。进行修正。故流量系数故流量系数与节流装置的结构形式、取压方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式、开孔面积与管道截面积之比m、管壁粗糙度、管壁粗糙度、流体流动状态等因素有关；很难准确计算，一般流体流动状态等因素有关；很难准确计算，一般通过实验通过实验确定。因此，确定。因此，节流装置都是标准化的，节流装置都是标准化的，由厂家提供由厂家提供数据。数据。 221m因为因为2121PPPP 20SS01SSm 动能动能损失系数损失系数标准节流装置标

9、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。标准节流装置包括标准节流件和标准取压装置。节流装置标准化的具体内容有：节流装置的结构、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。尺寸、公差、光洁度、取压孔位置和使用条件等。标准节流件有：标准节流件有： 节流装置节流装置导压管导压管孔板孔板喷嘴喷嘴文丘里管文丘里管标准节流装置取压方法有角接取压法和法兰标准节流装置取压方法有角接取压法和法兰取压法两类。取压法两类。如角接取压法是在孔板前后端面与管壁的夹如角接取压法是在孔板前后端面与管壁的夹角处取压。角处取压。 1管道法兰管道法兰2环室环室3孔板孔板4

10、夹紧环夹紧环角接取压角接取压当标准节流装置安装好后，只有流体流动状态当标准节流装置安装好后，只有流体流动状态是影响流量系数的可变因素。是影响流量系数的可变因素。因为，基本流量公式是在管道内流体均匀流动因为，基本流量公式是在管道内流体均匀流动的前提下导出的，因此要求被测流体为湍流状态。的前提下导出的，因此要求被测流体为湍流状态。湍流湍流v层流层流v可以用雷诺数可以用雷诺数Re反映流体的流动状态。雷诺反映流体的流动状态。雷诺数数Re是无量纲系数。是无量纲系数。 vDRe 其中，其中，v为流速，为流速，D为为管道内径，管道内径，为流体密度，为流体密度，为流体动力粘度。为流体动力粘度。 流体的雷诺数流

11、体的雷诺数Re越大，流体截面各点的流速越越大，流体截面各点的流速越趋于一致，流量系数趋于一致，流量系数越稳定。实验表明只有在雷越稳定。实验表明只有在雷诺数诺数Re大于某一界限值（约为大于某一界限值（约为105 ）时，流量系数）时，流量系数才保持常数。才保持常数。 105ReRekm=0.5m=0.4m=0.2标准节流装置使用条件标准节流装置使用条件q流体应当清洁，充满圆管并流体应当清洁，充满圆管并连续稳定地流动。连续稳定地流动。q流体的雷诺数在流体的雷诺数在104105以以上，不发生相变。上，不发生相变。q管道必须是直的圆形截面，管道必须是直的圆形截面，直径大于直径大于50mm。q为保证流体在