第三章 流量检测

1、第三章 流量检测内容提要:1. 差压式流量计2. 转子流量计3. 旋涡流量计4. 质量流量计5. 其他流量计8学时基本概念：介质流量是控制生产过程达到优质高产和安全生产以及进行经济核算所必需的一个重要参数。流量大小：单位时间内流过管道某一截面的流体数量的大小，即瞬时流量。 总量：在某一段时间内流过管道的流体流量的总和，即瞬时流量在某一段时间内的累计值。1.差压式流量计差压式（也称节流式）流量计是基于流体流动的节流原理，利用流体流经节流装置时产生的压力差而实现流量测量的。 通常是由能将被测流量转换成压差信号的节流装置和能将此压差转换成对应的流量值显示出来的差压计以及显示仪表所组成。 节流现象与流

2、量基本方程式（1）节流现象流体在有节流装置的管道中流动时，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节流现象。节流装置包括节流件和取压装置。如图3-1孔板装置及压力、流速分布图注意：要准确测量出截面、处的压力有困难，因为产生最低静压力p2的截面的位置随着流速的不同会改变。因此是在孔板前后的管壁上选择两个固定的取压点，来测量流体在节流装置前后的压力变化。因而所测得的压差与流量之间的关系，与测压点及测压方式的选择是紧密相关的。（2）节流基本方程式流量基本方程式是阐明流量与压差之间定量关系的基本流量公式。它是根据流体力学中的伯努利方程和流体连续性方程式推导而得的。 可以看出：要知道流量与

3、压差的确切关系，关键在于的取值。流量与压力差P的平方根成正比。 标准节流装置国内外把最常用的节流装置、孔板、喷嘴、文丘里管等标准化，并称为“标准节流装置”。 标准化的具体内容包括节流装置的结构、尺寸、加工要求、取压方法、使用条件等。 例：如图（孔板断面示意图），标准孔板对尺寸和公差、粗糙度等都有详细规定。 其中dD应在0.20.8之间；最小孔径应不小于12.5mm；直孔部分的厚度h（0.0050.02）D；总厚度H0.05D；锥面的斜角30°45°等等，需要时可参阅设计手册。 我国规定：标准节流装置取压方法分为角接取压法、法兰取压法。例：标准孔板采用角接取压法和法兰取压法，

4、标准喷嘴为角接取压法。 如图：环式取压结构 管道法兰；2环室；3孔板；4夹紧环环室取压法能得到较好的测量精度，但是加工制造和安装要求严格，如果由于加工和现场安装条件的限制，达不到预定的要求时，其测量精度仍难保证。所以，在现场使用时，为了加工和安装方便，有时不用环室而用单独钻孔取压，特别是对大口径管道。 优点缺点标准孔板应用广泛，结构简单，安装方便，适用于大流量的测量流体经过孔板后压力损失大，当工艺管道上不允许有较大的压力损失时，便不宜采用。标准喷嘴和标准文丘里管压力损失较孔板小结构比较复杂，不易加工标准节流装置仅适用于测量管道直径大于50mm，雷诺数在104105以上的流体，而且流体

5、应当清洁，充满全部管道，不发生相变。 节流装置将管道中流体流量的大小转换为相应的差压大小，但这个差压信号还必须由导压管引出，并传递到相应的差压计，以便显示出流量的数值。 差压式流量计的测量误差在现场实际应用时，往往具有比较大的测量误差，有的甚至高达1020。 注意：不仅需要合理的选型、准确的设计计算和加工制造，更要注意正确的安装、维护和符合使用条件等，才能保证差压式流量计有足够的实际测量精度。 误差产生的原因：被测流体工作状态的变动；节流装置安装不正确；孔板入口边缘的磨损；导压管安装不正确，或有堵塞、渗漏现象；差压计安装或使用不正确。导压管要正确地安装，防止堵塞与渗漏，否则会引起较大的测量误差

6、。对于不同的被测介质，导压管的安装亦有不同的要求，下面分类讨论。 如图3-3测量液体流量时的取压点位置 如图3-4测量液体流量时的连接图1节流装置；2引压导管；3放空阀；4平衡阀；5差压变送器；6贮气罐；7切断阀 测量液体的流量时，应该使两根导压管内都充满同样的液体而无气泡，以使两根导压管内的液体密度相等。a) 取压点应该位于节流装置的下半部，与水平线夹角为0°45°。b) 引压导管最好垂直向下，如条件不许可，导压管亦应下倾一定坡度（至少120110），使气泡易于排出。 c) 在引压导管的管路中，应有排气的装置。 测量气体流量时，上述的这些基本原则仍然适用。 a) 取压点应

7、在节流装置的上半部。 b) 引压导管最好垂直向上，至少亦应向上倾斜一定的坡度，以使引压导管中不滞留液体。 c) 如果差压计必须装在节流装置之下，则需加装贮液罐和排放阀，如图3-5。 测量蒸汽的流量时，要实现上述的基本原则，必须解决蒸汽冷凝液的等液位问题，以消除冷凝液液位的高低对测量精度的影响。常见的接法见图3-6所示。差压计或差压变送器安装或使用不正确也会引起测量误差。 由引压导管接至差压计或变送器前，必须安装切断阀1、2和平衡阀3，构成三阀组，如图3-7所示。测量腐蚀性（或因易凝固不适宜直接进入差压计）的介质流量时，必须采取隔离措施。常用的两种隔离罐形式如图3-8所示。 2.转子流量计工作原

8、理：以压降不变，利用节流面积的变化来测量流量的大小，即转子流量计采用的是恒压降、变节流面积的流量测量方法。如图3-9所示。转子流量计中转子的平衡条件是根据转子浮起的高度就可以判断被测介质的流量大小或将代入以上两式：或电远传式转子流量计它可以将反映流量大小的转子高度h转换为电信号，适合于远传，进行显示或记录。 LZD系列电远传式转子流量计主要由流量变送及电动显示两部分组成。 流量变送部分如图所示：差动变压器结构转换原理：若将转子流量计的转子与差动变压器的铁芯连接起来，使转子随流量变化的运动带动铁芯一起运动，那么，就可以将流量的大小转换成输出感应电势的大小。电动显示部分（如图：LTD系列电远传转子

9、流量计）转子流量计的指示值修正（教材中不涉及，选学）转子流量计的流量标尺上的刻度值，对用于测量液体来讲是代表20时水的流量值，对用于测量气体来讲则是代表20，0.10133MPa压力下空气的流量值。所以，在实际使用时，要根据具体体情况进行修正。 （1）液体流量测量时的修正如果被测介质的黏度与水的黏度相差不大，可近似认为是常数，则有 整理后得同理可导得质量流量的修正公式为当采用耐酸不锈钢作为转子材料时，t7.9g/cm3，水的密度w1g/cm3，代入（3-34）与式（3-36）得 当介质密度f变化时，密度修正系数KQ、KM的数值见下表。密度修正系数表 tKQKMtKQKMtKQKM0.400.6

10、701.5160.950.9711.0221.501.2720.8470.450.6461.4351.001.0001.0001.551.2970.8370.500.6831.3651.051.0280.9791.600.3230.8270.550.7191.3071.101.0560.9601.651.3510.8180.600.7541.2561.151.0840.9431.701.3760.8090.650.7871.2111.201.1110.9271.751.4010.8000.700.8191.1701.251.1390.9111.801.4270.7920.750.8511.13

11、41.301.1650.8971.851.4530.7850.800.8821.1021.351.1930.8841.901.4770.7780.850.9121.0731.401.2200.8721.951.5040.7710.900.9441.0461.451.2450.8592.001.5290.764例：现用一只以水标定的转子流量计来测量苯的流量，已知转子材料为不锈钢，t7.9g/cm3，苯的密度为f0.83g/cm3。试问流量计读数为3.6L/s时，苯的实际流量是多少？ 解：由式：或查上表：将此值代入式，得 即苯的实际流量为4L/s。（2）气体流量测定时的修正对被测介质的密度、工作压

12、力和温度均需进行修正。 当已知仪表显示刻度Q0，要计算实际的工作介质流量时，可按下式修正。注意：上式计算得到的Q是被测介质在单位时间（小时）内流过转子流量计的标准状态下的容积数（标准立方米），而不是被测介质在实际工作状态下的容积流量。 例：某厂用转子流量计来测量温度为27，表压为0.16MPa的空气流量，问转子流量计读数为38Nm3/h时，空气的实际流量是多少？ 解已知Q038Nm3/h，p10.160.101330.26133MPa，T127273300K，T0293K，p00.10133MPa， 101.293Kg/Nm3。 将上列数据代入上式，便可得 即这时空气的流量为60.3Nm3/h

13、。 （3）蒸汽流量测量时的换算转子流量计用来测量水蒸气流量时，若将蒸汽流量换算为水流量，可按式计算。 若转子材料为不锈钢，t 7.9g/cm3，则有 当时，可以看出：若已知某饱和蒸汽（温度不超过200）流量值时，可从上式换算成相应的水流量值，然后按转子流量计规格选择合适口径的仪表。 3.漩涡流量计特点：精度高、测量范围宽、没有运动部件、无机械磨损、维护方便、压力损失小、节能效果明显。 卡曼涡街：漩涡流量计是利用有规则的漩涡剥离现象来测量流体流量的仪表。满足hL0.281时，则所产生的涡街是稳定的。由圆柱体形成的卡曼漩涡，其单侧漩涡产生的频率为漩涡频率的检测方法：热敏检测法、电容检测法、应力检测

14、法、超声检测法如图：圆柱检出器原理图 空腔；2圆柱棒；3导压孔；4铂电阻丝；5隔墙4.质量流量计直接式质量流量计科氏力流量计的测量原理是基于流体在振动管中流动时，将产生与质量流量成正比的科里奥利力。 如图：科氏力流量计测量原理质量流量优点：能够直接测量质量流量，不受流体物性（密度、黏度等）的影响，测量精度高； 测量值不受管道内流场影响，没有上、下游直管段长度的要求；可测各种非牛顿流体以及黏滞和含微粒的浆液。 缺点：它的阻力损失较大；零点不稳定；管路振动会影响测量精度。间接式质量流量计（1）测量体积流量Q的仪表与密度计配合（如图）质量流量：（2）测量Q2的仪表与密度计配合质量流量：（3）测量Q2

15、的仪表与测量Q的仪表配合质量流量：5.其他流量计椭圆齿轮流量计工作原理：通过椭圆齿轮流量计的体积流量使用特点：² 适用于高黏度介质的流量测量。² 测量精度较高，压力损失较小，安装使用也较方便。² 椭圆齿轮流量计的入口端必须加装过滤器。² 椭圆齿轮流量计的使用温度有一定范围。² 椭圆齿轮流量计的结构复杂，加工成本较高。 涡轮流量计1涡轮；2导流器；3磁电感应转换器；4外壳；5前置放大器优点：安装方便； 测量精度高，可耐高压；反应快，可测脉动流量；输出信号为电频率信号，便于远传，不受干扰。 缺点：一般应加过滤器； 安装时，前后要有一定的直管段。 电

16、磁流量计电磁流量计原理图：能够测量酸、碱、盐溶液以及含有固体颗粒（例如泥浆）或纤维液体的流量。 感应电势的方向由右手定则判断，大小由下式决定 而 将其代入上式，得注意：只能用来测量导电液体的流量，且导电率要求不小于水的导电率，不能测量气体、蒸汽及石油制品等的流量。要引入高放大倍数的放大器，会造成测量系统很复杂、成本高，并且易受外界电磁场的干扰。使用中要注意维护，防止电极与管道间绝缘的破坏。安装时要远离一切磁源。不能有振动。 第四章 物位检测内容提要:1. 物位检测意义及主要类型2. 差压式液位计3. 其他物位计4学时1.物位检测意义及主要类型本节掌握三个内容；a.几个概念：液位、料位、液位计、

17、界位计。b.测量物位的两个目的：教材Pg46。c.按其工作原理分为：直读式物位仪表、差压式物位仪表、浮力式物位仪表、电磁式物位仪表、核辐射式物位仪表、声波式物位仪表、光学式物位仪表。2.差压式液位计工作原理如图：差压液位变送器原理图 将差压变送器的一端接液相，另一端接气相因此当被测容器是敞口的，气相压力为大气压时，只需将差压变送器的负压室通大气即可。若不需要远传信号，也可以在容器底部安装压力表，如图：压力表式液位计所示。零点迁移问题如图：负迁移示意图在使用差压变送器测量液位时，一般来说实际应用中，正、负室压力p1、p2分别为则 迁移弹簧的作用：改变变送器的零点。迁移和调零：都是使变送器输出的起

18、始值与被测量起始点相对应，只不过零点调整量通常较小，而零点迁移量则比较大。 迁移：同时改变了测量范围的上、下限，相当于测量范围的平移，它不改变量程的大小。例：某差压变送器的测量范围为05000Pa，当压差由0变化到5000Pa时，变送器的输出将由4mA变化到20mA，这是无迁移的情况，如左图中曲线a所示。负迁移如曲线b所示，正迁移如曲线c所示。 如图：正负迁移示意图如图：正迁移示意图用法兰式差压变送器测量液位为了解决测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及黏度大、易凝固等液体液位时引压管线被腐蚀、被堵塞的问题，应使用在导压管入口处加隔离膜盒的法兰式差压变送器，如下图所示：法兰式差压变送器测量液位示意图

19、。1法兰式测量头；2毛细管；3变送器法兰式差压变送器按其结构形式：单法兰式、双法兰式3.其他物位计电容式物位传感器测量原理：通过测量电容量的变化可以用来检测液位、料位和两种不同液体的分界面。 如图：电容器的组成1内电极；2外电极两圆筒间的电容量C当 D 和 d 一定时，电容量 C 的大小与极板的长度 L 和介质的介电常数的乘积成比例。 液位的检测：对非导电介质液位测量的电容式液位传感器原理如下图所示：非导电介质的液位测量1内电极；2外电极；3绝缘套；4流通小孔当液位为零时，仪表调整零点，其零点的电容为 当液位上升为H时，电容量变为电容量的变化为结论：电容量的变化与液位高度H成正比。该法是利用被

20、测介质的介电系数与空气介电系数0不等的原理进行工作，（-0）值越大，仪表越灵敏。电容器两极间的距离越小，仪表越灵敏。 料位的检测：用电容法可以测量固体块状颗粒体及粉料的料位。由于固体间磨损较大，容易“滞留”，可用电极棒及容器壁组成电容器的两极来测量非导电固体料位。如图所示为用金属电极棒插入容器来测量料位的示意图。 1金属电极棒；2容器壁电容量变化与料位升降的关系为电容物位计优缺点：² 电容物位计的传感部分结构简单、使用方便。 ² 需借助较复杂的电子线路。² 应注意介质浓度、温度变化时，其介电系数也要发生变化这种情况。核辐射物位计（见图4-11）射线的透射强度随着通

21、过介质层厚度的增加而减弱，具体关系如下式。特点：² 适用于高温、高压容器、强腐蚀、剧毒、有爆炸性、黏滞性、易结晶或沸腾状态的介质的物位测量，还可以测量高温融熔金属的液位。² 可在高温、烟雾等环境下工作。² 但由于放射线对人体有害，使用范围受到一些限制。称重式液罐计量仪（见图4-14）该计量仪既能将液位测得很准，又能反映出罐中真实的质量储量。称重仪根据天平原理设计。杠杆平衡时：，由于，代入可得：如果液罐是均匀截面 将此式代入，得：如果液罐的横截面积A为常数，得 式中：第五章 温度检测内容提要:1. 概述2. 热电偶温度计3. 热电阻温度计4. 温度变送器6学时1.概

22、述a.温度检测方法：温度不能直接测量，只能借助于冷热不同物体之间的热交换，以及物体的某些物理性质随冷热程度不同而变化的特性来加以间接测量。 b.了解分类情况。c.常用温度计的种类及优缺点(见表5-1)膨胀式温度计膨胀式温度计是基于物体受热时体积膨胀的性质而制成的。压力式温度计应用压力随温度的变化来测温的仪表叫压力式温度计。 它是根据在封闭系统中的液体、气体或低沸点液体的饱和蒸汽受热后体积膨胀或压力变化这一原理而制成的，并用压力表来测量这种变化，从而测得温度。压力式温度计的构造由以下三部分组成 ² 温包² 毛细管² 弹簧管（或盘簧管） 辐射式温度计辐射式高温计是基于

23、物体热辐射作用来测量温度的仪表。2.热电偶温度计热电偶温度计是以热电效应为基础的测温仪表。热电偶温度计由三部分组成：热电偶；测量仪表；连接热电偶和测量仪表的导线。 热电偶（见图5-3热电偶温度计测温系统示意图；图5-4热电偶示意图）热电现象及测温原理（见图5-57）图5-7闭合回路：注意：如果组成热电偶回路的两种导体材料相同，则无论两接点温度如何，闭合回路的总热电势为零；如果热电偶两接点温度相同，尽管两导体材料不同，闭合回路的总热电势也为零；热电偶产生的热电势除了与两接点处的温度有关外，还与热电极的材料有关。也就是说不同热电极材料制成的热电偶在相同温度下产生的热电势是不同的。 插入第三种导线的

24、问题如图：热电偶测温系统连接图图（a）总的热电势由于将该两式代入前式图（b）总的热电势因此说明：在热电偶回路中接入第三种金属导线对原热电偶所产生的热电势数值并无影响。不过必须保证引入线两端的温度相同。 常用热电偶的种类（见表5-2）工业上对热电极材料的要求² 温度每增加时所能产生的热电势要大，而且热电势与温度应尽可能成线性关系；² 物理稳定性要高；² 化学稳定性要高；² 材料组织要均匀，要有韧性，便于加工成丝；复现性好，便于成批生产，而且在应用上也可保证良好的互换性。热电偶的结构（见图5-10）普通型热电偶：热电极、绝缘管、保护套管、接线盒常用绝缘子材料

25、材 料工作温度/橡皮、绝缘漆珐琅玻璃管石英管瓷管纯氧化铝管80150500120014001700常用保护套管材 料工作温度/无缝钢管不锈钢管石英管瓷管Al2O3陶瓷管6001000120014001900以上补偿导线的选用（见图5-11）采用一种专用导线，将热电偶的冷端延伸出来，这既能保证热电偶冷端温度保持不变，又经济。它也是由两种不同性质的金属材料制成，在一定温度范围内（0100）与所连接的热电偶具有相同的热电特性，其材料又是廉价金属。 在使用热电偶补偿导线时，要注意型号相配。常用热电偶的补偿导线热电偶名称补偿导线工作端为100，冷端为0时的标准热电势/mV正极负极材料颜色材料颜色铂铑10

26、-铂镍铬-镍硅（镍铝）镍铬-铜镍铜-铜镍铜铜镍铬铜红红红红铜镍铜镍铜镍铜镍绿蓝棕白0.645±0.0374.095±0.1056.317±0.1704.277±0.047冷端温度的补偿在应用热电偶测温时，只有将冷端温度保持为，或者是进行一定的修正才能得出准确的测量结果。这样做，就称为热电偶的冷端温度补偿。一般采用下述几种方法。（1）冷端温度保持为的方法（见图5-12）（2）冷端温度修正方法在实际生产中，冷端温度往往不是0，而是某一温度t1，这就引起测量误差。因此，必须对冷端温度进行修正。 （3）校正仪表零点法若采用测温元件为热电偶时，要使测温时指示值不偏低，可预先将仪表指针调整到相当于室温的数值上。 注意：只能在测温要求不太高的场合下应用。（4）补偿电桥法（见图5-13）利用不平衡电桥产生的电势，来补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势变化值。 注意：由于电桥是在20时平衡的，所以采用这种补偿电桥时须把仪表的机械零位预先调到20处。如果补偿电桥是在0时平衡设计的（DDZ-型温度变送器中的补偿电桥），则仪表零位应调在0处。（5）补偿热电偶法（见图5-14）在实际生产中，为了节省补偿导线和投资费用，常用多支热电偶而配用一