流量測量-第二部分-改

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1、1 油氣儲運自動化 流量測量 2 渦街流量計 流體振動流量測量 : 在特定的流動條件下 , 一部分流體動能轉化 為流體振動 , 其振動頻率與流速 ( 流量 ) 有 確定的比例關系 渦街流量計 旋進 ( 旋渦進動 ) 流量計 射流流量計 3 流體振動流量計特點: (1)輸出為脈沖頻率,其頻率與被測流體的實際 體積流量成正比,它不受流體組分、密度、 壓力、溫度的影響; (2)測量范圍寬,一般范圍度可達 10:1以上; (3)精確度為中上水平; (4)無可動部件,可靠性高; (5)結構簡單牢固,安裝方便,維護費較低; (6)應用范圍廣泛,可適用液體、氣體和蒸氣。 4 1. 渦街流量計工作原理 卡 曼

2、 渦 街 5 旋渦的發生頻率 mdUSdUSf rr 1 式中, U1 旋渦發生體兩側平均流速( m/s); Sr 斯特勞哈爾數; d 旋渦發生體迎面寬度; m 旋渦發生體兩側弓形面積與管道橫截面面積之比。 DdDdDdm 12 s i n)/(1/21 管道內體積流量 fSmdDUDq r v 22 44 流量計的儀表系數 12 4 rv S dmD q fK (脈沖數 /m3) 渦街流量計輸出的脈沖頻率信號不受流體物性和組分變化的影響 6 K與旋渦發生體、管道的幾何尺寸、斯特勞哈爾數 Sr有關, Sr 為無量綱參數,它與旋渦發生體形狀及雷諾數有關 K在一定雷諾數范圍內僅與旋渦發生體及管道的

3、形狀尺寸等 有關。 斯特勞哈爾數與雷諾數關系曲線 7 2. 渦街流量計結構 渦街流量計傳感器轉換 器 傳感器 旋渦發生體(阻流體)、 檢測元件、 儀表表體; 轉換器 前置放大器、 濾波整形電路、 D A轉換電路、 輸出接口電路、端子、支架和 防護罩 8 ( 1)旋渦發生體 與儀表的流量特性 ( 儀表系數 、 線性度 、 范圍度等 ) 和 阻力特性 ( 壓力損失 ) 密切相關 , 要求如下: 能控制旋渦在旋渦發生體軸線方向上同步分離; 在較寬的雷諾數范圍內 , 有穩定的旋渦分離點 , 保持 恒定的斯特勞哈爾數; 能產生強烈的渦街 , 信號的信噪比高; 形狀和結構簡單 , 便于加工 、 安裝和組合

4、; 材質應滿足流體性質的要求 , 耐腐蝕 , 耐磨蝕 , 耐溫變; 固有頻率在渦街信號的頻帶外 。 9 旋渦發生體 10 三角柱旋渦發生體 11 ( 2)檢測元件 檢測旋渦信號方式 : 用設置在旋渦發生體內的檢測元件直接檢測發生體兩 側差壓; 旋渦發生體上開設導壓孔 , 在導壓孔中安裝檢測元件 檢測發生體兩側差壓; 檢測旋渦發生體周圍交變環流; 檢測旋渦發生體背面交變差壓; 檢測尾流中旋渦列 。 12 旋渦發生體和檢測方式一覽表 13 ( 3)轉換器 檢測方式與前置放大器 檢測方法 熱敏式 超聲式 應變式 應力式 電容式 光電式 電磁式 前置放大器 恒流放大器 選頻放大器 恒流放大器 電荷放大

5、器 調諧 -振動 放大器 光電放大器 低頻放大器 轉換器原理框圖 14 ( 4)儀表表體 15 1. 安裝注意事項 渦街流量計對管道流速分布畸變、旋轉流和流動脈動等敏感, 對現場管道安裝條件應充分重視,遵照生產廠使用說明書的 要求執行。 渦街流量計可安裝在室內或室外。 如果安裝在地井里,有水淹的可能,要選用涎水型傳感器。 傳感器在管道上可以水平、垂直或傾斜安裝,但測量液體和 氣體時為防止氣泡和液滴的干擾,安裝位置要注意 16 混 相 流 體 的 安 裝 17 渦街流量計對上、下游直管段長度的要求 18 2. 使用注意事項 ( 1) 現場安裝完畢通電和通流前的檢查 主管和旁通管上各法蘭 、 閥門

6、 、 測壓 、 測溫 孔及接頭應無滲漏現象; 管道振動情況是否符合說明書規定; 傳感器安裝是否正確 , 各部分電氣連接是否 良好 。 19 ( 2) 接通電源靜態調試 在通電不通流時轉換器應無輸出 , 瞬時流量指示為零 , 累積流量無變 化 , 否則首先檢查是否因信號線屏蔽或接地不良 , 或管道震動強烈而 引入干擾信號 。 如確認不是上述原因時 , 可調整轉換器內電位器 , 降 低放大器增益或提高整形電路觸發電平 , 直至輸出為零 。 ( 3) 通流動態調試 關旁通閥 , 打開上下游閥門 , 流動穩定后轉換器輸出連續的脈寬均勻 的脈沖 , 流量指示穩定無跳變 , 調閥門開度 , 輸出隨之改變

7、。 否則應 細致檢查并調整電位器直至儀表輸出既無誤觸發又無漏脈沖為止 。 20 質量流量計 直接式:檢測裝置的輸出信號可以直接表示質量 流量的大小 。 間接式:通過檢測兩個以上有關質量流量的物理 量 , 然后通過計算得出質量流量 。 21 直接式質量流量計 直接式質量流量常用檢測方法: 差壓式質量流量計、 渦輪式質量流量計、 動量式質量流量計、 熱式質量流量計、 科里奧利式質量流量計等 22 1. 熱式質量流量計 利用傳熱原理 , 即流動中的流體與熱源之間熱量交換關 系來測量流量 , 當前主要用于測量氣體 。 熱式流量儀表用得最多有兩類: 熱分布式流量計 ( thenmaI prohIe fI

8、owmeter) 利用流動流體傳遞 熱量改變測量管壁溫度分布的熱傳導分布效應 。 曾稱量熱式質量 流量計; 熱式質量流量計利用熱消散 ( 冷卻 ) 效應的金氏定律 ( King s Iaw) , 又由于結構上檢測元件伸入測量管內 , 也稱浸入型 ( immersion type ) 或侵入型 ( intrusion type) 。 23 ( 1)熱分布式熱式質量流量計 熱分布式質量流量計工作原理 1 流量傳感器 2 繞組 3 測量管 4 轉換器 5 恒流電原 4 放大器 24 質量流量 cp 被測氣體的定壓比熱容; A 測量管繞組(即加熱系統)與周圍環境熱交換系統 之間的熱傳導系數; K 儀表

9、常數; T 兩組線圈平均溫度差。 質量流量與繞組溫度關系 25 測量管加熱方式大部分產品采用兩繞組或三繞組線繞 電阻;除管外電阻絲繞組加熱方式外還有利用管材本 身電阻加熱方式 。 測量管形狀有直管形 , 還有 字形結構 , 為了獲得良好的線形輸出 , 必須保持層流流動 , 測量 管內徑 D設計得很小而長度 L很長 , 即有很大 L/D比值 , 流速低 , 流量小 。 熱分布式質量流量計按測量管內徑分: 細管型 ( 也有稱毛細管型 ) :測量管內徑僅 0.20.5mm, 極易堵塞 , 適用于凈化無塵氣體 。 小型 :只有直管型 , 內徑為 4mm; 26 ( 2)浸入式熱式質量流量計 金氏定律的

10、熱絲熱散失率表述各參量間關系 式中, H/L單位長度熱散失率( J/mh); T熱絲高于自由流束的平均升高溫度( K); 流體的熱導率( J/hmK); cV 定容比熱容( J/kgk); 密度( kg/m3); U 流體的流速( m/h); d 熱絲直徑( m.)。 27 浸 入 式 質 量 流 量 計 28 溫度差測量法 溫度測量法 兩溫度傳感器(熱電阻)分別置于氣流中兩金屬細管 內,一熱電阻測得氣流溫度 T;另一細管經功率恒定 的電熱加熱,其溫度 Tv高于氣流溫度,氣體靜止時 Tv 最高,隨著質量流速 U增加,氣流帶走更多熱量,溫 度下降,測得溫度差 T=Tv-T 29 消耗功率 P和溫

11、度差 T如式( 7.7.3)所示比列關系 E與所測氣體物性如熱導率、比熱容、粘度等有關的系數, 如果氣體成分和物性恒定則視為常數。 D與實際流動有關的常數。 若保持 T恒定,控制加熱功率隨著流量增加而增加功率, 這種方法也稱作“功率消耗測量法”。 上式變換成 30 ( 3)安裝注意事項 熱分布式: 大部分可為任何姿勢 ( 水平 、 垂直或傾斜 ) 安裝 , 有些儀表只要安 裝好后在工作條件壓力 、 溫度下作電氣零點調整 。 大部分制造廠會對此就安裝姿勢影響和安裝要求作出說明 。 應用于 高壓氣體時傳感器則選擇水平安裝 , 便于做到調零的零偏置 。 浸入式: 大部分流量計性能不受安裝姿勢影響 。

12、 在低流速測量時因受管道內氣體對流的熱流影響 , 使安裝姿勢顯得 重要 。 因此在低和非常低流速流動時要獲得精確測量 , 必須遵循制 造廠依據儀表設計結構而定的安裝建議 。 31 2. 科里奧利質量流量計 利用流體在直線運動的同時處于一旋轉系中 , 產生與 質量流量成正比的科里奧利力原理制成的一種直接式 質量流量儀表 。 科里奧利質量流量計的特點: 精度高 、 量程比大 、 動態特性好 、 無直管段要求 、 壓力損失大等 。 32 科氏力流量計測量原 理 科氏力流量計的測量原理是基于流 體在振動管中流動時,將產生與質 量流量成正比的科里奧利力 。 質量流量 工作原理 33 科里奧利質量流量計

13、組成:流量傳感器轉換器(或流量計算機) 科里奧利質量流量傳感器 34 ( 2)安裝使用注意事項 流量傳感器安裝一般要求 按照制造廠規定的安裝方法和趨避禁止事項 。 安裝設計時盡可能使其有長的使用壽命 流量傳感器安裝姿勢和位置 一般裝于自下而上流動的垂直管道較為理想; 安裝位置必須使測量管內充滿液體 。 截止閥和控制閥的安裝 為使調零時沒有流動 , 科里奧利質量流量計上下游設置截止 閥 , 并保證無泄漏 。 控制閥應裝在科里奧利質量流量計下游 , 科里奧利質量流量 計保持盡可能高的靜壓 , 以防止發生氣蝕和閃蒸 。 35 間接式質量流量計 原理: 在管道上串聯多個檢測元件,建立各自的輸出信號與流

14、體的 體積流量和密度等之間的關系,通過聯立求解方程間接推導 出流體的質量流量。 間接式質量流量常用檢測方法: 差壓式流量計與密度計的組合; 體積流量計和密度計的組合; 差壓流量計或靶式流量計與體積流量計的組合 36 ( 1)差壓式流量計與密度計的組合 差壓式流量計的差壓輸出值與 qv2成正比,配 合密度計進行乘法運算后開方可得到質量流量, 37 ( 2)差壓式流量計與體積流量計的組合 差壓式流量計差壓輸出值與 qv2成正比,而體積流量 計輸出信號與成正比,將這兩個信號進行除法運算得 到質量流量 38 差壓式流量計與體積流量計組合的質量流量計框圖 39 ( 3)體積流量計和密度計的組合 體積流量計輸出信號與 qv成正比,配合密度計進行乘 法運算后得到質量量流公式為:

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