自动检测技术--流量测量(及课后答案)

1、自动检测技术自动检测技术涡轮流量计涡轮流量计6.4概述概述6.1容积式流量计容积式流量计6.2浮子流量计浮子流量计6.3主要内容：主要内容：旋涡流量计旋涡流量计6.5电磁流量计电磁流量计6.6超声流量计超声流量计6.7节流式流量计节流式流量计6.8质量流量计质量流量计6.9自动检测技术自动检测技术流量测量的复杂性表现在：流量测量的复杂性表现在：介质对象的多样性：液体、气体、多相流。介质对象的多样性：液体、气体、多相流。液体：粘性的影响；液体：粘性的影响；气体：压缩性、理想气体与真实气体（蒸汽）；气体：压缩性、理想气体与真实气体（蒸汽）；流动状态：层流、湍流（紊流）、介质温度、压流动状态：层流、

2、湍流（紊流）、介质温度、压力均有很大影响；力均有很大影响；流量测量的复杂性致使流量仪表的流量测量的复杂性致使流量仪表的多样性多样性。6.1 概述概述自动检测技术自动检测技术6.1.1 流量测量中常用的物性参数流量测量中常用的物性参数（1）流量：）流量：体积流量体积流量质量流量质量流量3/vVquA mst/mmquA kg st标准状态下体积流量：标准状态下体积流量：NvNvNTpqqp T标准状态标准状态pN = 0.101MPaT N = 293 K2211V,ttvmttq dtmq dt总量：总量：由于气体具有压缩性，不同压力、温度下同样的体积，由于气体具有压缩性，不同压力、温度下同样

3、的体积，流量是不一样的。流量是不一样的。工况状态：压力P，温度T自动检测技术自动检测技术（2）流体密度）流体密度3=mKg mVNNNTPP T流体密度流体密度表示单位体积内流体的质量表示单位体积内流体的质量工程上，将液体视为不可压缩流体，可以不考虑压力变工程上，将液体视为不可压缩流体，可以不考虑压力变化对密度的影响，但对于化对密度的影响，但对于气体气体，温度、压力对其影响很大，温度、压力对其影响很大，表示密度时必须严格说明气体所处的温度、压力状态。表示密度时必须严格说明气体所处的温度、压力状态。工程上常用的水蒸气分为饱和蒸汽和过热蒸汽，饱和蒸汽工程上常用的水蒸气分为饱和蒸汽和过热蒸汽，饱和蒸

4、汽的密度是压力或温度的一元函数，而过热蒸汽的密度是温的密度是压力或温度的一元函数，而过热蒸汽的密度是温度、压力的二元函数，不遵循理想气体状态方程。度、压力的二元函数，不遵循理想气体状态方程。对于可看作理想气体的普通气体，其密度由理想气体状态对于可看作理想气体的普通气体，其密度由理想气体状态方程计算：方程计算：自动检测技术自动检测技术自动检测技术自动检测技术自动检测技术自动检测技术粘性粘性：所有实际流体在流动时都有阻止其流体质点发生相：所有实际流体在流动时都有阻止其流体质点发生相对滑移的性质，这就是流体的黏性对滑移的性质，这就是流体的黏性粘度粘度：度量流体黏性大小反应：度量流体黏性大小反应流体内

5、摩擦力的一个参数流体内摩擦力的一个参数 。影响粘度的因素影响粘度的因素：流体介质、流体温度、流体压力（通常，：流体介质、流体温度、流体压力（通常，温度上升，液体黏度就下降，而气体黏度上升）温度上升，液体黏度就下降，而气体黏度上升）（ 3 ）流体的粘度）流体的粘度介质不同，粘度不同：介质不同，粘度不同：一般，液体粘度只考虑温度对它的一般，液体粘度只考虑温度对它的影响，只有在压力很高时才考虑压力修正；而气体和水蒸影响，只有在压力很高时才考虑压力修正；而气体和水蒸气的黏度与温度和压力关系十分密切。气的黏度与温度和压力关系十分密切。自动检测技术自动检测技术当流体流动时，层流之间单位面积上的内摩擦力当流

6、体流动时，层流之间单位面积上的内摩擦力与与速度梯度、和流体本身的动力黏度有关速度梯度、和流体本身的动力黏度有关dudh动力粘度，单位动力粘度，单位 Pa s常用常用P（泊）、（泊）、cP(厘泊厘泊)1. 动力黏度动力黏度两种常用粘度两种常用粘度：动力粘度、运动粘度：动力粘度、运动粘度 f t31101cPPa smPa s 自动检测技术自动检测技术2. 运动粘度运动粘度2ms24611010msStcSt62110cStms由于流体的黏度与密度有关，将动力黏度与流体密度由于流体的黏度与密度有关，将动力黏度与流体密度的比值作为黏度的另一参数的比值作为黏度的另一参数运动运动黏度黏度单位常用单位常用

7、St（斯）、（斯）、cSt(厘斯厘斯)自动检测技术自动检测技术（ 4 ）牛顿流体与非牛顿流体）牛顿流体与非牛顿流体牛顿流体：动力黏度牛顿流体：动力黏度为常数，为常数，内摩擦力内摩擦力与速度梯与速度梯度呈线性的流体。度呈线性的流体。dudh非牛顿流体：非牛顿流体： 不符合牛顿黏性定律的流体。不符合牛顿黏性定律的流体。如：高黏滞性流体和高分子溶液（可塑性流体和膨胀性如：高黏滞性流体和高分子溶液（可塑性流体和膨胀性流体）。流体）。常数常数举例：水、空气等低分子流体举例：水、空气等低分子流体自动检测技术自动检测技术5）流体的压缩性和膨胀性）流体的压缩性和膨胀性流体的流体的 压缩性：压缩性：压力增加时，

8、流体所占的体积会减少。压力增加时，流体所占的体积会减少。压缩系数压缩系数：当：当 温度不变温度不变 时，其体积随压力的变化而发生的时，其体积随压力的变化而发生的相对变化率相对变化率1VVp 流体的流体的膨胀性：膨胀性：温度升高时，流体所占的体积会增加。温度升高时，流体所占的体积会增加。膨胀系数膨胀系数：当：当压力不变压力不变 时，其体积随温度的变化而发生的相时，其体积随温度的变化而发生的相对变化率。对变化率。1VVT 1/KKT式中， 流体的体膨胀系数， ；流体的温度变化量， 。压力不高时，液压力不高时，液体的压缩系数非体的压缩系数非常小，可认为是常小，可认为是不可压缩流体不可压缩流体液体的膨

9、胀系数液体的膨胀系数很小，对于碳氢很小，对于碳氢化合物的精确计化合物的精确计算需才考虑算需才考虑自动检测技术自动检测技术（ 6 ） 气体的等熵指数气体的等熵指数绝热过程绝热过程：工程实际中，如果流体工质在状态变化的某一：工程实际中，如果流体工质在状态变化的某一过程中不与外界发生热量交换，则该过程就称为绝热过程。过程中不与外界发生热量交换，则该过程就称为绝热过程。绝热过程状态方程：绝热过程状态方程：p常数注：当被测流体服从理想气体定律时，其等熵指数注：当被测流体服从理想气体定律时，其等熵指数 可可用质量定压热容用质量定压热容Cp和质量定容热容和质量定容热容Cv 之比（比热比）之比（比热比）来表示

10、，即来表示，即=PVcc等熵指数与气体种类，及温度、压力有关。等熵指数与气体种类，及温度、压力有关。单原子单原子 / 双双 原原 子子 / 多原子的等熵指数为：多原子的等熵指数为： 1.67/1.4/1.29自动检测技术自动检测技术6.1.2 管内流动基本知识管内流动基本知识（1）层流和湍流）层流和湍流层流：管内流体分层流动，各流层之间互不混杂而平层流：管内流体分层流动，各流层之间互不混杂而平行于管道轴线流动。行于管道轴线流动。湍流：管内流体不再分层流动，流体质点除沿管道轴湍流：管内流体不再分层流动，流体质点除沿管道轴线方向运动外，还有剧烈的径向运动。线方向运动外，还有剧烈的径向运动。判断管内

11、流动是层流还是湍流的依据是判断管内流动是层流还是湍流的依据是雷诺数雷诺数Re（无量纲）（无量纲）对于圆管雷诺数为对于圆管雷诺数为euDR临界雷诺数：临界雷诺数： ReD = 2320ReReD 时为层流时为层流,否则为湍流否则为湍流.u流体平均流速，流体平均流速，D管道直径，管道直径，v流体运动黏度流体运动黏度自动检测技术自动检测技术（2）速度分布）速度分布 越靠近管壁，流速越小，管壁上流速为零；越靠近管壁，流速越小，管壁上流速为零； 越靠近管中心，流速越大，管道中心流速达最大值；越靠近管中心，流速越大，管道中心流速达最大值； 在管道横截面积上流体速度轴向分量的分布模式称为在管道横截面积上流体

12、速度轴向分量的分布模式称为速度分布。速度分布。层流状态层流状态湍流状态湍流状态规律：规律：自动检测技术自动检测技术（3）流动基本方程）流动基本方程 连续性方程：连续性方程：质量守恒定律在运动流体中的应用质量守恒定律在运动流体中的应用对于可压缩流体定常流动对于可压缩流体定常流动 ： 1 11222mu Au Aqt 常数对于不可压缩流体定常流动对于不可压缩流体定常流动 ：1122u Au A 常数自动检测技术自动检测技术 伯努力方程：能量守恒定律在运动流体中的应用伯努力方程：能量守恒定律在运动流体中的应用对于可压缩流体伯努力方程表达式为：对于可压缩流体伯努力方程表达式为：22pugz 常数位置势

13、能位置势能压力能压力能流体动能流体动能此式表明单位质量流体的总能量沿流线守恒。此式表明单位质量流体的总能量沿流线守恒。实际测量中位置高度变化很小，则实际测量中位置高度变化很小，则伯努力方程简化为伯努力方程简化为22pu常数此式表明不可压缩流体流动时，速度增加必然导致压力此式表明不可压缩流体流动时，速度增加必然导致压力减少；相反，流速减少也必然导致压力增加。减少；相反，流速减少也必然导致压力增加。自动检测技术自动检测技术6.1.3 流量测量仪表的分类流量测量仪表的分类按测量原理分类：容积式、速度式、差压式、质量式。按测量原理分类：容积式、速度式、差压式、质量式。按应用领域分类：计量仪表、过程控制

14、仪表。按应用领域分类：计量仪表、过程控制仪表。以测量流体流过的质量以测量流体流过的质量M为依据的流量计。为依据的流量计。质量流量计分直接式和间接式两种。质量流量计分直接式和间接式两种。 以测量流体在管道内的流速作为测量以测量流体在管道内的流速作为测量依据来计算流量的仪表依据来计算流量的仪表以单位时间内所排出的流体的固定容以单位时间内所排出的流体的固定容积的数目作为测量依据来计算流量的仪表。（椭圆齿积的数目作为测量依据来计算流量的仪表。（椭圆齿轮式、活塞式）轮式、活塞式）是基于流体流动的节流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原理，利用流体流经节流装置时产生的压力

15、差而实现流量测量的。它是目前工业生产过程中流量测量最成熟、量测量的。它是目前工业生产过程中流量测量最成熟、最常用的方法之一。最常用的方法之一。 自动检测技术自动检测技术6.2 容积式流量计容积式流量计工作过程：流体不断充满工作过程：流体不断充满“计量空间计量空间”，然后再排出，然后再排出，不断累加充满的次数，乘上不断累加充满的次数，乘上“计量空间计量空间”的体积，就是的体积，就是流体总量了。流体总量了。容积式流量测量是采用固定的小容积来反复计量通容积式流量测量是采用固定的小容积来反复计量通过流量计的流体体积所以，在容积式流量计内部必须过流量计的流体体积所以，在容积式流量计内部必须具有构成一个标

16、准体积的空间，通常称其为容积式流量具有构成一个标准体积的空间，通常称其为容积式流量计的计的“计量空间计量空间”或或“计量室计量室”这个空间由仪表壳的这个空间由仪表壳的内壁和流量计转动部件一起构成内壁和流量计转动部件一起构成容积式流量计对上游流动状态变化不敏感，测量准容积式流量计对上游流动状态变化不敏感，测量准确度高，可用于高粘度液体的测量。确度高，可用于高粘度液体的测量。自动检测技术自动检测技术6.2.1 容积式流量计的测量原理与结构容积式流量计的测量原理与结构（1）容积式流量计的测量原理容积式流量计的测量原理VNvIVvIN流体通过流量计，就会在流量计进出口之间产生一定流体通过流量计，就会在

17、流量计进出口之间产生一定的压力差流量计的转动部件的压力差流量计的转动部件(简称转子简称转子)在这个压力差作在这个压力差作用下产生旋转，并将流体由入口排向出口在这个过程中，用下产生旋转，并将流体由入口排向出口在这个过程中，流体一次次地充满流量计的流体一次次地充满流量计的“计量空间计量空间”，然后又不断地，然后又不断地被送往出口在给定流量计条件下，该计量空间的体积是被送往出口在给定流量计条件下，该计量空间的体积是确定的，只要测得转子的转动次数就可以得到通过流量确定的，只要测得转子的转动次数就可以得到通过流量计的流体体积的累积值计的流体体积的累积值设流量计计量空间体积为设流量计计量空间体积为v(m3

18、)，一定时间内转子转动，一定时间内转子转动次数为次数为N，仪表的齿轮比常数为，仪表的齿轮比常数为 a，仪表指示值为，仪表指示值为I，则在，则在该时间内流过的流体体积该时间内流过的流体体积V为为 自动检测技术自动检测技术（2）容积式流量计的结构容积式流量计的结构通过椭圆齿轮流量计的体积流量通过椭圆齿轮流量计的体积流量NvV N为椭圆齿轮的转速为椭圆齿轮的转速v 为计量空间体积为计量空间体积V = 4nv = 2n(R 2 ab)n：圈数：圈数椭圆齿轮流量计椭圆齿轮流量计由于椭圆齿轮容积流量计直接依靠测量轮啮合，因此对介由于椭圆齿轮容积流量计直接依靠测量轮啮合，因此对介质的清洁要求较高，不允许有固

19、体颗粒杂质通过流量计质的清洁要求较高，不允许有固体颗粒杂质通过流量计 自动检测技术自动检测技术化工生产自动化化工生产自动化2.3 容积式流量计容积式流量计 流量流量齿轮转速齿轮转速04nVQ n n ：椭圆齿轮的转速：椭圆齿轮的转速V V0 0：测量室容积：测量室容积精度高精度高只适用于洁净单相流体只适用于洁净单相流体自动检测技术自动检测技术腰轮流量计腰轮流量计腰轮容积流量计，也称罗茨型容积流量计，与椭圆齿轮腰轮容积流量计，也称罗茨型容积流量计，与椭圆齿轮流量计原理相似，同样是依靠进、出口压差产生运动，流量计原理相似，同样是依靠进、出口压差产生运动，每旋转一周排出四份每旋转一周排出四份“计量空

20、间计量空间”的流体体积量，所不的流体体积量，所不同的是腰轮上没有齿，它们不是直接相互啮合运动，而同的是腰轮上没有齿，它们不是直接相互啮合运动，而是通过安装在壳体外的传动齿轮组进行转动的。是通过安装在壳体外的传动齿轮组进行转动的。自动检测技术自动检测技术刮板式容积流量计刮板式容积流量计 凸轮式刮板流量计结构如图所示图中壳体的内腔是一圆凸轮式刮板流量计结构如图所示图中壳体的内腔是一圆形空筒，转子也是一个空心圆筒形物体，径向有一定宽度，形空筒，转子也是一个空心圆筒形物体，径向有一定宽度，径向在各为径向在各为90的位置开四个槽，刮板可以在槽内自由滑的位置开四个槽，刮板可以在槽内自由滑动四块刮板由两根连

21、杆连结，相互垂直，在空间交叉在动四块刮板由两根连杆连结，相互垂直，在空间交叉在每一刮板的一端装有一小滚珠，四个滚珠均在一固定的凸轮每一刮板的一端装有一小滚珠，四个滚珠均在一固定的凸轮上滚动使刮板时伸时缩当相邻两刮板均伸出至壳体内壁时，上滚动使刮板时伸时缩当相邻两刮板均伸出至壳体内壁时，就形成就形成计量空间的标准体积刮板在计量区段运动时，只计量空间的标准体积刮板在计量区段运动时，只随转子旋转而不滑动，以保证其标准容积恒定当离开计量随转子旋转而不滑动，以保证其标准容积恒定当离开计量区段时，刮板缩入槽内，流体从出口排出同时，后一刮板区段时，刮板缩入槽内，流体从出口排出同时，后一刮板又与其另一相邻刮板

22、形成第二个又与其另一相邻刮板形成第二个“计量空间计量空间”，同样动，同样动作转子运动一周，排出四份作转子运动一周，排出四份“计量空间计量空间”体积的流体体积的流体刮板式流量计的转子在流量计进、出口差压作用下转动，每刮板式流量计的转子在流量计进、出口差压作用下转动，每转动一周排出四份转动一周排出四份“计量空间计量空间”的流体体的流体体积，只要测出转动次数，就可以计算出排积，只要测出转动次数，就可以计算出排出流体的体积量出流体的体积量 自动检测技术自动检测技术自动检测技术自动检测技术旋转活塞式容积流量计旋转活塞式容积流量计 旋转活塞式旋转活塞式(摆动活塞式摆动活塞式)容积流量容积流量计的结构与工作

23、原理如图所示计的结构与工作原理如图所示旋转活塞式容积流量计具有通流能力较大的优点它的旋转活塞式容积流量计具有通流能力较大的优点它的不足是在工作过程会有一定的泄漏，所以准确度较低不足是在工作过程会有一定的泄漏，所以准确度较低旋转活塞位于固定的内外圈旋转活塞位于固定的内外圈3，4之之间，活塞的轴间，活塞的轴6靠着导辊靠着导辊5滚动，中滚动，中间隔板间隔板1将计量空间分成两部分，活将计量空间分成两部分，活塞塞2的上缺口和隔板的上缺口和隔板1咬合，当活塞咬合，当活塞依箭头方向运动时与隔板依箭头方向运动时与隔板1成直线运成直线运动活塞在进出口流体压力差的作动活塞在进出口流体压力差的作用下，始终与内外圆桶

24、壁紧密接触用下，始终与内外圆桶壁紧密接触旋转，交替不断地将活塞与内外圆旋转，交替不断地将活塞与内外圆筒之间的流体排出，通过计算活塞筒之间的流体排出，通过计算活塞旋转次数可得到流过的流体量旋转次数可得到流过的流体量自动检测技术自动检测技术自动检测技术自动检测技术 湿式气体流量计主要由圆鼓形壳湿式气体流量计主要由圆鼓形壳体、转鼓及传动记数机构所组成，体、转鼓及传动记数机构所组成，如图所示。湿式气体流量计转鼓如图所示。湿式气体流量计转鼓是由圆筒及四个弯曲形状的叶片是由圆筒及四个弯曲形状的叶片所构成。四个叶片构成四个体积所构成。四个叶片构成四个体积相等的小室。鼓的下半部浸没在相等的小室。鼓的下半部浸没

25、在水中。充水量由水位器指示。气水中。充水量由水位器指示。气体从背部中间的进气管处依次进体从背部中间的进气管处依次进入各室，并相继由顶部排出时，入各室，并相继由顶部排出时，迫使转鼓转动。转动的次数通过迫使转鼓转动。转动的次数通过齿轮机构由指针或机械计数器计齿轮机构由指针或机械计数器计数也可以将转鼓的转动次数转换数也可以将转鼓的转动次数转换为电信号作远传显示。为电信号作远传显示。 湿式气体流量计湿式气体流量计工作原理工作原理自动检测技术自动检测技术6.2.2容积式流量计的特性分析容积式流量计的特性分析(1) 容积式流量计的误差特性容积式流量计的误差特性误差特性，就是流量计的误差值与流量测量值之间的

26、关系。误差特性，就是流量计的误差值与流量测量值之间的关系。误差的来源？误差的来源？存在漏流存在漏流漏流越大，流量计的误差就越大。误差随流量变化。漏流越大，流量计的误差就越大。误差随流量变化。(2) 容积式流量计的压力损失特性容积式流量计的压力损失特性产生压力损失的原因？产生压力损失的原因？由机械阻力引起的压力损失由机械阻力引起的压力损失由流体黏性造成流动阻力引起的压力损失由流体黏性造成流动阻力引起的压力损失压力损失随流量的增加而增加，对于液体流量计，黏度越压力损失随流量的增加而增加，对于液体流量计，黏度越大压力损失越大，对于气体流量计，压力越高压力损失就大压力损失越大，对于气体流量计，压力越高

27、压力损失就越大。越大。自动检测技术自动检测技术6.2.3 容积式流量计的特点及安装使用容积式流量计的特点及安装使用（1）特点）特点精度高，精度高，0.2% 1% ，压力损失较小（压力损失较小（0.1MPa ），安装），安装使用也较方便。使用也较方便。一般用于计量仪表；一般用于计量仪表；量程宽，量程宽，使用温度有一定范围（普通型使用温度有一定范围（普通型120，高压型，高压型200 加工成本较高加工成本较高 ；无需前后直管段，在流速场畸变时对计量精度没有影响；无需前后直管段，在流速场畸变时对计量精度没有影响；是直读式仪表，无需外部能源，可直接获得累计总量，清是直读式仪表，无需外部能源，可直接获得

28、累计总量，清晰明了，操作简便；晰明了，操作简便；适用于高黏度介质的流量测量。适用于高黏度介质的流量测量。 椭圆齿轮流量计的入口端必须加装过滤器，防止变送器因椭圆齿轮流量计的入口端必须加装过滤器，防止变送器因杂物阻塞管道。过滤器应定期清洗。杂物阻塞管道。过滤器应定期清洗。变送器周围不应有影响仪表工作的强磁场存在。变送器周围不应有影响仪表工作的强磁场存在。变送器在使用时，应使表内充满液体。被测液体内不应混变送器在使用时，应使表内充满液体。被测液体内不应混有气体，否则应安装气体分离器。有气体，否则应安装气体分离器。 自动检测技术自动检测技术（2）适用范围）适用范围自动检测技术自动检测技术（3）安装）

29、安装自动检测技术自动检测技术6.3 浮子流量计浮子流量计浮子流量计又称为转子流量计，或面积流量计。在流量测浮子流量计又称为转子流量计，或面积流量计。在流量测量过程中前后压降不变，故又称为量过程中前后压降不变，故又称为恒压降流量计恒压降流量计。玻璃浮子流量计玻璃浮子流量计金属管浮子流量计金属管浮子流量计自动检测技术自动检测技术克罗尼克罗尼H250浮子流量计结构浮子流量计结构自动检测技术自动检测技术6.3.1 浮子流量计的结构原理与流量方程浮子流量计的结构原理与流量方程浮子流量计本体由一个锥形管和一个置于锥形管中可浮子流量计本体由一个锥形管和一个置于锥形管中可以上下自由移动的浮子以上下自由移动的浮

30、子(或称转子或称转子)构成。浮子流量计本体用构成。浮子流量计本体用两端法兰、螺纹或软管与测量管道连接，并且垂直安装在两端法兰、螺纹或软管与测量管道连接，并且垂直安装在测量管道上。测量管道上。（1）结构与原理）结构与原理自动检测技术自动检测技术原理：原理：浮子流量计的测量本体由一根自下向浮子流量计的测量本体由一根自下向上扩大的垂直锥管和一只可以沿着锥管的上扩大的垂直锥管和一只可以沿着锥管的轴向自由移动的浮子组成，当被测流体自轴向自由移动的浮子组成，当被测流体自锥管下端流入流量计时，由于流体的作用，锥管下端流入流量计时，由于流体的作用，浮子上下端面产生一差压，该差压即为浮浮子上下端面产生一差压，该

31、差压即为浮子的上升力。当差压值大于浸在流体中浮子的上升力。当差压值大于浸在流体中浮子的重量时，浮子开始上升。随着浮子的子的重量时，浮子开始上升。随着浮子的上升，浮子最大外径与锥管之间的环形面上升，浮子最大外径与锥管之间的环形面积逐渐增大，流体的流速则相应下降，作积逐渐增大，流体的流速则相应下降，作用在浮子上的上升力逐渐减小，直至上升用在浮子上的上升力逐渐减小，直至上升力等于浸在流体中的浮子的重量时，浮子力等于浸在流体中的浮子的重量时，浮子便稳定在某一高度上。这时浮子在锥管中便稳定在某一高度上。这时浮子在锥管中的高度的高度h与所通过的流量有对应的关系。与所通过的流量有对应的关系。自动检测技术自动

32、检测技术（2）流量方程）流量方程在图中截面在图中截面1与截面与截面2处列伯努力方程处列伯努力方程连续性方程连续性方程可得可得迎面压差阻力：迎面压差阻力：22112222pupu1 122AuA u222121112211122Apppuc uA 2112ffFpAc u A c为阻力系数为阻力系数自动检测技术自动检测技术迎面压差阻力：迎面压差阻力：2112fFc u A浮子受到的浮力：浮子受到的浮力：浮子自重：浮子自重：当浮子在流体中处于平衡状态时，有当浮子在流体中处于平衡状态时，有2fFgVffWgV12WFF即即所以所以212fffgVc u A21fffV guAc可知，无论浮子停留在什

33、么位置，流体流过环形面积可知，无论浮子停留在什么位置，流体流过环形面积的平均流速的平均流速u是一个常数。是一个常数。自动检测技术自动检测技术21fffV guAc224fADDvqAu，其中，其中A是环隙面积是环隙面积体积流量体积流量D浮子所在处锥管的内径；浮子所在处锥管的内径；Df浮子的最大直径浮子的最大直径=+2 tanfD Dh设椎管的锥角为设椎管的锥角为 ，零刻度处椎管内径为，零刻度处椎管内径为 ，则在浮子，则在浮子高度高度h h处处fD有有222+2 tan2 tan44tan +tanffffADDDDDhhD hh自动检测技术自动检测技术2222tantan4ffADDD hh2

34、2tantanffvffV gqD hhA如果锥半角足够小，则忽略二次项得到：如果锥半角足够小，则忽略二次项得到：2tanffvffV gqD hA vqf h因此，根据转子浮起的高度就可以判断被测介质的流量大小。因此，根据转子浮起的高度就可以判断被测介质的流量大小。vqAu，其中，其中A是环隙面积是环隙面积体积流量体积流量21fffV guAc1c为流量系数自动检测技术自动检测技术定量分析流量公式中二次项的影响定量分析流量公式中二次项的影响22tantanffvffV gqD hhA写成写成2tan,tanffvffV gqDhAAhA其中例：某例：某DN80浮子流量计，浮子直径浮子流量计，

35、浮子直径Df=68mm，行程，行程60mm，锥管大端直径锥管大端直径94mm，小端直径，小端直径68mm， tan? =13/ 60212816816.05%81qqAAqA21368608160qAA168qA目前，各口径的浮子流量计已统一制作成目前，各口径的浮子流量计已统一制作成250mm长度。长度。自动检测技术自动检测技术6.3.2 浮子流量计的刻度换算浮子流量计的刻度换算流量公式流量公式22tantanffvffV gqD hhA 液体流量的刻度换算：液体流量的刻度换算：刻度状态：刻度状态：工作状态：工作状态：0002ffvfV gqkA下标下标 “0”无下标无下标2ffvfV gqk

36、A 可得到：可得到：000fvvfqq对于液体浮子流量计，一般是用标准状态下的水对流量进行标定的，对于液体浮子流量计，一般是用标准状态下的水对流量进行标定的，所以称刻度状态。所以称刻度状态。自动检测技术自动检测技术 气体流量的刻度换算：气体流量的刻度换算：000fvvfqq气体：气体：故：故：0ff00vvqq0 刻度状态气体密度，刻度状态气体密度，工作状态气体密度工作状态气体密度由理想气体状态方程：由理想气体状态方程：000000pTppTTT p00000vvvTpqqqT pp0 , T0 刻度状态压力、温度刻度状态压力、温度 p , T 工作状态压力、温度工作状态压力、温度自动检测技术

37、自动检测技术6.3.3 智能式金属管浮子流量计智能式金属管浮子流量计可设定：可设定： 工作流体密度工作流体密度 工作压力、温度工作压力、温度 输出信号量程输出信号量程自动检测技术自动检测技术自动检测技术自动检测技术6.3.4 浮子流量计的安装和使用浮子流量计的安装和使用可靠性高，用于过程控制系统，适合于中小流量的可靠性高，用于过程控制系统，适合于中小流量的测量，量程比测量，量程比10:1，准确度，准确度1.5%2.5%，前，前5D后后3D直直管段，一般应竖直安装，介质自下而上，必要时需加装管段，一般应竖直安装，介质自下而上，必要时需加装旁通管路。旁通管路。对玻璃管浮子流量计：结构简单，成本低，

38、直观，对玻璃管浮子流量计：结构简单，成本低，直观，但是被测介质需透明，可靠性差，不能测高温高压介质。但是被测介质需透明，可靠性差，不能测高温高压介质。对于脏污流体，应在上游安装过滤器。对于脏污流体，应在上游安装过滤器。对于带有磁性耦合的金属浮子流量计，用于测量含对于带有磁性耦合的金属浮子流量计，用于测量含铁性杂质流体时，应在流量计前安装磁过滤器。铁性杂质流体时，应在流量计前安装磁过滤器。常见故障：浮子卡死，可用敲击的办法。常见故障：浮子卡死，可用敲击的办法。自动检测技术自动检测技术6.4 涡轮流量计涡轮流量计6.4.1 涡轮流量计的结构及原理涡轮流量计的结构及原理涡轮流量计是叶轮式涡轮流量计是

39、叶轮式速度流量计速度流量计的一种。的一种。涡轮流量计是目前流量仪表中比较涡轮流量计是目前流量仪表中比较成熟的高精度仪表。适用于轻质成成熟的高精度仪表。适用于轻质成品油、天然气等低粘度流体，常用品油、天然气等低粘度流体，常用于流体总量的测量。于流体总量的测量。(1) 涡轮流量传感器的结构涡轮流量传感器的结构由外壳、导流器、叶轮由外壳、导流器、叶轮（直叶片、螺旋叶片）、（直叶片、螺旋叶片）、轴承（滑动、滚动）、放轴承（滑动、滚动）、放大器组成。大器组成。自动检测技术自动检测技术(2) 涡轮流量计的工作原理涡轮流量计的工作原理涡轮流量计的测量原理：以动量矩守恒涡轮流量计的测量原理：以动量矩守恒原理为

40、基础的，流体通过导流器冲击涡原理为基础的，流体通过导流器冲击涡轮叶片，冲击力对涡轮产生转动力矩，轮叶片，冲击力对涡轮产生转动力矩，使涡轮克服机械摩擦阻力矩和流动阻力使涡轮克服机械摩擦阻力矩和流动阻力矩而转动，利用置于流体中的叶轮的旋矩而转动，利用置于流体中的叶轮的旋转角速度与流体流速成比例的关系，通转角速度与流体流速成比例的关系，通过涡轮外的磁电装置可将叶轮的转速转过涡轮外的磁电装置可将叶轮的转速转换成电脉冲。换成电脉冲。当涡轮转动时，涡轮上由导磁不锈钢制当涡轮转动时，涡轮上由导磁不锈钢制成的螺旋形叶片依次接近和离开处于管成的螺旋形叶片依次接近和离开处于管壁外的磁电感应线圈，周期性地改变感壁外

41、的磁电感应线圈，周期性地改变感应线圈回路磁阻，使通过线圈的磁通量应线圈回路磁阻，使通过线圈的磁通量发生变化而产生与流量成正比的脉冲信发生变化而产生与流量成正比的脉冲信号，经放大整形后显示流量。号，经放大整形后显示流量。自动检测技术自动检测技术切割磁力线，在叶片上产生感应电势，耦合到线切割磁力线，在叶片上产生感应电势，耦合到线圈上产生信号，经放大后输出。圈上产生信号，经放大后输出。放大器工作原理：放大器工作原理：信号脉冲频率：信号脉冲频率：vfKq流量：流量：vfqK式中：式中：K为涡轮流量计的仪表系数，为涡轮流量计的仪表系数，1/L或或1/m3。理想情况下理想情况下K应为一常数。应为一常数。自

42、动检测技术自动检测技术6.4.2 涡轮流量计特性分析涡轮流量计特性分析流体对叶轮的推动力矩流体对叶轮的推动力矩Tr；轴与轴承之间的机械摩擦阻力矩轴与轴承之间的机械摩擦阻力矩Trm；流体对涡轮的粘性阻力矩流体对涡轮的粘性阻力矩Trf；电磁阻力矩电磁阻力矩Tre； 对叶轮作受力分析：对叶轮作受力分析：rrmrfredJTTTTdt叶轮的转动惯量为叶轮的转动惯量为J，运动速度为，运动速度为根据牛顿第二运动定律可写出涡轮的运动方程为：根据牛顿第二运动定律可写出涡轮的运动方程为：类比：类比：dumFdt自动检测技术自动检测技术在涡轮正常运动之后：在涡轮正常运动之后：,0dCdtrrmrfredJTTTT

43、dtTre较小，始动时并不小。较小，始动时并不小。有有0rrmrfTTT以下分析推动力矩以下分析推动力矩Tr：rrTfr式中：式中：r为平均半径。故分析为平均半径。故分析f，而且仅分析圆周上的，而且仅分析圆周上的ft的变化量，考虑涡轮进、出口的周向动量变量。进口绝对的变化量，考虑涡轮进、出口的周向动量变量。进口绝对速度仅沿轴向，为速度仅沿轴向，为u1，无周向分量，即，无周向分量，即u1 cos1 = 0出口绝对速度出口绝对速度自动检测技术自动检测技术6.4.3 涡轮流量计的特点和安装使用涡轮流量计的特点和安装使用涡轮流量计的特点：涡轮流量计的特点： 精度高：液体精度高：液体0.15%0.5%，

44、气体，气体1%1.5%； 重复性好：重复性好：0.05%0.2%； 量程比宽：量程比宽：1050:1； 脉冲信号输出，抗干扰能力强；脉冲信号输出，抗干扰能力强； 耐压高、压力损失小、反应速度快；耐压高、压力损失小、反应速度快； 有可动部件，易磨损；有可动部件，易磨损； 对介质有一定的清洁度要求；对介质有一定的清洁度要求； 需要一定长度的前、后直管段；需要一定长度的前、后直管段； 耐腐蚀，采用耐腐蚀性材料。耐腐蚀，采用耐腐蚀性材料。自动检测技术自动检测技术涡轮流量计的安装：涡轮流量计的安装： 除特殊设计，涡轮流量传感器应水平安装；除特殊设计，涡轮流量传感器应水平安装； 涡轮上游和下游直管段长度应

45、分别大于涡轮上游和下游直管段长度应分别大于10d和和5d； 流体流动方向应和传感器上的箭头指向一致；流体流动方向应和传感器上的箭头指向一致； 在传感器上游安装过滤器避免流体中杂质的影响；在传感器上游安装过滤器避免流体中杂质的影响； 测量易气化液体，应安装消气器；测量易气化液体，应安装消气器； 流体不能完全充满管路时，应安装背压管；流体不能完全充满管路时，应安装背压管； 调节阀、温度计、压力计等应安装在涡轮下游；调节阀、温度计、压力计等应安装在涡轮下游； 为检修方便，应设置旁路管道。为检修方便，应设置旁路管道。自动检测技术自动检测技术 根据被测流体的粘度，选择不同设计的涡轮传感器；根据被测流体的

46、粘度，选择不同设计的涡轮传感器； 根据被测流体的温度、压力、密度确定传感器仪表系数；根据被测流体的温度、压力、密度确定传感器仪表系数； 为防止涡轮发生气蚀，应保证涡轮前压力高于该液体气化为防止涡轮发生气蚀，应保证涡轮前压力高于该液体气化压力。压力。 根据被测流体，为涡轮选用合适的轴承。根据被测流体，为涡轮选用合适的轴承。涡轮流量计的维护：涡轮流量计的维护：定期拆洗，并检查各部件；定期拆洗，并检查各部件；注意轴和轴承磨损情况，并及时更换磨损了的轴和轴注意轴和轴承磨损情况，并及时更换磨损了的轴和轴承；承；注意每运行一年，应进行全面检查、检定仪表系数。注意每运行一年，应进行全面检查、检定仪表系数。传

47、感器拆下不用时，应在清洗后两端加保护套，妥善传感器拆下不用时，应在清洗后两端加保护套，妥善保存。保存。涡轮流量计的使用：涡轮流量计的使用：自动检测技术自动检测技术6.5 旋涡流量计旋涡流量计旋涡流量计利用流体振动原理进行流量测量的。即在旋涡流量计利用流体振动原理进行流量测量的。即在特定流动条件下，流体一部分动能产生流体振动，且振动特定流动条件下，流体一部分动能产生流体振动，且振动频率与流体速度有一定关系，输出与流量成正比的脉冲信频率与流体速度有一定关系，输出与流量成正比的脉冲信号。号。 两种：两种：涡街流量计涡街流量计和和旋进旋涡流量计旋进旋涡流量计旋进旋涡流量计旋进旋涡流量计涡街流量计涡街流

48、量计漩涡发生体漩涡发生体自动检测技术自动检测技术6.5.1 涡街流量计测量原理涡街流量计测量原理 涡街的产生涡街的产生涡街流量计是利用有规则的漩涡剥离现象来测量流涡街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。体流量的仪表。把一个漩涡发生体（非流线型对称物体）垂直插在把一个漩涡发生体（非流线型对称物体）垂直插在管道中，当流体绕过漩涡发生体时会在其左右两侧后方管道中，当流体绕过漩涡发生体时会在其左右两侧后方交替产生旋转方向相反的漩涡，形成涡列，该漩涡列就交替产生旋转方向相反的漩涡，形成涡列，该漩涡列就称为卡门涡街。称为卡门涡街。自动检测技术自动检测技术只有当两列漩涡的间距只有当两列漩涡

49、的间距h与同列中相邻漩涡的间距与同列中相邻漩涡的间距l满满足为足为hl0.281条件时，卡门涡列才是稳定的。且单列漩条件时，卡门涡列才是稳定的。且单列漩涡产生的频率涡产生的频率f与流体流速与流体流速u1成正比，与柱体的特征尺寸成正比，与柱体的特征尺寸d（漩涡发生体的迎流面最大宽度）成反比，即：（漩涡发生体的迎流面最大宽度）成反比，即： 1ufSrdSt称为称为斯特劳哈尔数斯特劳哈尔数（无因次数），（无因次数），Sr主要与漩涡发生体的形状和主要与漩涡发生体的形状和雷诺数有关。在雷诺数为雷诺数有关。在雷诺数为5000150000的范围内，的范围内，St基本上为一常基本上为一常数。数。 根据流动连续

50、性原理根据流动连续性原理1 1AuAuA1漩涡发生体两侧流体面积，漩涡发生体两侧流体面积，A管道流体面积，管道流体面积，u平均流速平均流速定义截面比定义截面比1AmA则则1fdumumSr自动检测技术自动检测技术则通过涡街流量计的体积流量则通过涡街流量计的体积流量2244vvqD ufdqD mfdSrumSr:Ddm管道内径；:漩涡发生体的迎面流面最大宽度；:截面比说明，在斯特劳哈数为常数的基础上，涡街流量计的体说明，在斯特劳哈数为常数的基础上，涡街流量计的体积流量与漩涡频率成正比，这个特性不受流体压力、温积流量与漩涡频率成正比，这个特性不受流体压力、温度、黏度、密度和成分的影响。度、黏度、

51、密度和成分的影响。 涡街流量计可以测量液体流量，也可以测量气体流涡街流量计可以测量液体流量，也可以测量气体流量，以水标定的涡街流量计用于气体，不会引起明显量，以水标定的涡街流量计用于气体，不会引起明显误差。误差。自动检测技术自动检测技术6.5.2 涡街流量计的构造涡街流量计的构造传感器：表体、旋涡发生体、检测元件、安装架等传感器：表体、旋涡发生体、检测元件、安装架等转换器：前置放大器、滤波整形电路等转换器：前置放大器、滤波整形电路等（1）旋涡发生体）旋涡发生体旋涡发生体是涡街流量计的关键部件，旋涡发生体是涡街流量计的关键部件，采用不锈钢材料。为了产生稳定的涡街，必采用不锈钢材料。为了产生稳定的

52、涡街，必须保证漩涡发生体的迎流宽度不变，并力求须保证漩涡发生体的迎流宽度不变，并力求形状简单，以及避免共振。形状简单，以及避免共振。最常见的是梯形柱（三角最常见的是梯形柱（三角柱）漩涡发生体。柱）漩涡发生体。双、多体双、多体旋涡发生体是为了旋涡发生体是为了提高涡街强度和稳定性降低提高涡街强度和稳定性降低阻力系数而采用的。它由辅阻力系数而采用的。它由辅助发生体和主发生体组成。助发生体和主发生体组成。自动检测技术自动检测技术（2）旋涡信号检测）旋涡信号检测检测旋涡检测旋涡分离频率分离频率的方法有两类：的方法有两类：1. 检测检测漩涡发生体上受力的变化频率漩涡发生体上受力的变化频率（有应力式、应变（

53、有应力式、应变式、电容式、电磁式等）式、电容式、电磁式等）2. 检测检测漩涡发生体附近流体的变化频率漩涡发生体附近流体的变化频率（有热敏式、超（有热敏式、超声式、光电式、光纤式等）声式、光电式、光纤式等） 热电阻检测法（早期）热电阻检测法（早期）在漩涡发生体上开一个孔，孔中置一铂丝。将其加热到高在漩涡发生体上开一个孔，孔中置一铂丝。将其加热到高于流体温度于流体温度10左右，同时将其作为电桥的一个桥臂。左右，同时将其作为电桥的一个桥臂。自动检测技术自动检测技术以圆柱形旋涡发生体热线式为例，圆柱体表面开有导以圆柱形旋涡发生体热线式为例，圆柱体表面开有导压孔，与圆柱体内部空腔相通空腔由隔墙分成两部分

54、，压孔，与圆柱体内部空腔相通空腔由隔墙分成两部分，在隔墙的中央部分有一小孔，在小孔中装有检测流体流动在隔墙的中央部分有一小孔，在小孔中装有检测流体流动的铂电阻丝。的铂电阻丝。漩涡发生体两侧交替产生漩涡，产生旋涡的一侧漩涡发生体两侧交替产生漩涡，产生旋涡的一侧up，另一侧另一侧u p，于是在小孔两侧产生静压差。流体从空腔上，于是在小孔两侧产生静压差。流体从空腔上的导压孔进入，向未产生漩涡的一侧流出，将铂丝上的热的导压孔进入，向未产生漩涡的一侧流出，将铂丝上的热量带走，铂丝温度下降，导致其电阻值减小。电桥失恒，量带走，铂丝温度下降，导致其电阻值减小。电桥失恒，产生电压摆动，将其放大整形后，输出一个

55、脉冲信号。产生电压摆动，将其放大整形后，输出一个脉冲信号。特点：灵敏度高，下限低，量程宽，特点：灵敏度高，下限低，量程宽，对振动不敏感。但铂丝易断，对振动不敏感。但铂丝易断，孔易堵。孔易堵。自动检测技术自动检测技术压电式检测法压电式检测法是目前应用最多的一种检测法。是目前应用最多的一种检测法。在漩涡发生体下游安装一检测元件，俗称探头，做在漩涡发生体下游安装一检测元件，俗称探头，做成悬臂梁结构形式，比漩涡发生体小得多，在探头内部成悬臂梁结构形式，比漩涡发生体小得多，在探头内部嵌有压电晶体，利用压电对压力的敏感性，检测所受到嵌有压电晶体，利用压电对压力的敏感性，检测所受到的交变压力来反应漩涡分离频

56、率。的交变压力来反应漩涡分离频率。自动检测技术自动检测技术电容式检测法：电容式检测法： 以三角柱旋涡发生体为例，在三角柱的两侧装有两片以三角柱旋涡发生体为例，在三角柱的两侧装有两片弹性金属薄膜，它们兼为电容器的极扳，里面装有电极板。弹性金属薄膜，它们兼为电容器的极扳，里面装有电极板。电极扳与金属膜之间充满了油，借以传递压力。这样当三电极扳与金属膜之间充满了油，借以传递压力。这样当三角拄下面产生一个旋涡，同时下方的压力就高于上方压力，角拄下面产生一个旋涡，同时下方的压力就高于上方压力，将三角拄下方的金属膜向里压入，而上方的金属膜就向外将三角拄下方的金属膜向里压入，而上方的金属膜就向外弹出，改变了

57、两个电容器各自的电容量这样，对应于交弹出，改变了两个电容器各自的电容量这样，对应于交替产生的升力，两组电容器的电容量就差动地变化。于是，替产生的升力，两组电容器的电容量就差动地变化。于是，电容量变化与升力变化相对应，也就与旋涡的发生频率相电容量变化与升力变化相对应，也就与旋涡的发生频率相对应，这样，就可由电容量变化频率得到旋涡频率，进而对应，这样，就可由电容量变化频率得到旋涡频率，进而得到流量值得到流量值自动检测技术自动检测技术超声式检测法超声式检测法在管壁上安装两对超声探头，探头发射高频、连续在管壁上安装两对超声探头，探头发射高频、连续信号，声波横穿流体传播。当漩涡通过声束时，每一对信号，声

58、波横穿流体传播。当漩涡通过声束时，每一对旋转方向相反的漩涡对声波产生一个周期的调制作用，旋转方向相反的漩涡对声波产生一个周期的调制作用，受调制的声波被接收探头转换成电信号，经放大、检波、受调制的声波被接收探头转换成电信号，经放大、检波、整形后得漩涡信号。整形后得漩涡信号。特点：灵敏度高，下限流速特点：灵敏度高，下限流速较低，但温度对声调制有影较低，但温度对声调制有影响，故适用于温度变化小的响，故适用于温度变化小的气体和含气量微小的液体流气体和含气量微小的液体流量测量。量测量。 仅有日本横河公司成功制造。仅有日本横河公司成功制造。自动检测技术自动检测技术6.5.3 旋进漩涡流量计旋进漩涡流量计其

59、突出优点是具有较短的表前直管段（其突出优点是具有较短的表前直管段（3D）和较低的下）和较低的下限流量，适用于某些涡街流量计不宜使用的场合。限流量，适用于某些涡街流量计不宜使用的场合。（1）工作原理）工作原理旋进漩涡流量计是根据漩涡进动现象为机理的流量计。旋进漩涡流量计是根据漩涡进动现象为机理的流量计。漩涡进动现象：受到周围约束的漩流在通过截面扩大了的漩涡进动现象：受到周围约束的漩流在通过截面扩大了的管道时，旋流的中心轴会做进动的现象。管道时，旋流的中心轴会做进动的现象。自动检测技术自动检测技术流体流入旋进漩涡流量计后，首先经过一组由固定螺流体流入旋进漩涡流量计后，首先经过一组由固定螺旋形叶片组

60、成的起旋器后被强制旋转，使流体形成漩涡流，旋形叶片组成的起旋器后被强制旋转，使流体形成漩涡流，涡流中心速度很高，为涡核，其外围为环流。流体流经收涡流中心速度很高，为涡核，其外围为环流。流体流经收缩段（喉部）时，涡流加速，沿流动方向涡核直径逐渐缩缩段（喉部）时，涡流加速，沿流动方向涡核直径逐渐缩小，而强度逐渐加强。进入扩张段，漩涡急剧减速，压力小，而强度逐渐加强。进入扩张段，漩涡急剧减速，压力上升，于是产生回流，涡核就围绕轴线做螺旋状进动。进上升，于是产生回流，涡核就围绕轴线做螺旋状进动。进动频率动频率f与流体平均流速与流体平均流速u成正比关系。成正比关系。=fk u22v=44vffqD uD