自动化检测仪表第6讲

1、 自动检测技术及仪表控制系统第二编过程参数检测技术第二编过程参数检测技术4.温度检测5.压力检测6.流量检测7.物位检测8.机械量检测9.成分分析仪表6 流量检测6.1 流量检测基本概念6.2 体积流量检测方法6.3 质量流量检测方法6.4 流量标准装置6.1.1 流量的概念和单位 流量：短暂时间内流过某一流通截面的流体数量与通过时间之比，该时间足够短以至可认为在此期间的流动是稳定的。 体积流量： 质量流量： 流体平均流速 累积流量VdVqvAdtmdMqvAdt vVAdAqvAAVtVq dtmtMq dt6 流量检测6.1.2 流量检测方法及流量计分类 6.1.2.1 流量检测方法及流量

2、计分类 检测方法：体积流量检测，质量流量检测 流量计：由流量传感器和二次仪表构成类别类别仪表名称仪表名称体积流量计容积式流量计椭圆齿轮流量计、腰轮流量计、皮膜式流量计等差压式流量计节流式流量计、均速管流量计、弯管流量计、靶式流量计、浮子流量计等速度式流量计涡轮流量计、涡街流量计、电磁流量计、超声波流量计等质量流量计推导式质量流量计体积流量经密度补偿或温度、压力补偿求得质量流量等直接式质量流量计科里奥利流量计、热式流量计、冲量式流量计等6 流量检测6.1.2 流量检测方法及流量计分类 6.1.2.2 流量计的测量特性 1）流量方程式：流量与流量计输出信号之间的关系 2）仪表系数：单位流体流过流量

3、计时流量计发出的脉冲数流出系数：实际流量与理想流量的比值 3）流量范围及范围度 4）测量精确度和误差 5）压力损失/KN V/mmCqq6 流量检测6.2.1 容积式流量计 6.2.1.1 容积式流量计的测量机构与流量公式 构成：测量室、运动部件、传动和显示部件 流量方程式： 体积总量=固定容积某时间间隔内经过流量计排出流体的固定容积数QnV6 流量检测6.2.1 容积式流量计 6.2.1.2 几种容积式流量计 1）椭圆齿轮流量计 进出口液体压力差驱动齿轮，两个齿轮每转动一圈，流量计将排出4个半月形容积的流体。6 流量检测6.2.1 容积式流量计 2）腰轮流量计：原理与椭圆齿轮流量计相同，只是

4、一对测量转子是两个不带齿的腰形轮腰轮流量计工作原理腰轮流量计工作原理6 流量检测6.2.1 容积式流量计 3）皮膜式家用煤气表家用煤气表结构示意家用煤气表结构示意6 流量检测6.2.1 容积式流量计 6.2.1.3 容积式流量计的安装与使用 被测介质的物性参数和工作状态 安装地点应满足技术性能规定的条件 流量计上游要加装过滤器 定期清洗和检定6 流量检测6.2.2 差压式流量计在流通管道上设置流动阻力件，流体通过阻力件时将产生压力差，此压力差与流体流量之间有确定的数值关系，通过测量差压值可以求得流体流量。产生差压的装置： 孔板、喷嘴、文丘利管 动压管、均速管、弯管其它型式： 靶式流量计、浮子流

5、量计6 流量检测6.2.2 差压式流量计 6.2.2.1 节流式流量计 节流装置：产生差压，主体是一个局部收缩阻力件，改变流体流通截面，从而在节流元件前后形成压力差 节流装置分为标准和非标准节流装置。 主要缺点是安装要求严格，流量计前后要求较长直管段。6 流量检测6.2.2 差压式流量计 1）节流式流量计测量原理及流量方程式 水平管道的能量方程式 连续方程式 流体流经节流件时压力和流速流体流经节流件时压力和流速变化情况变化情况2211221222pvpv1 112 22AvA v111222vpvp节流件入口处：流速 ，静压 ，密度最小收缩截面处：流速 ，静压 ，密度6 流量检测6.2.2 差

6、压式流量计 122021242220100240024/41212121VmAd DAAdvppAqA vpAqA vAp由于节流件很短，假定流体密度在流经节流件时没有变化即；用节流件开孔面积代替最小收缩截面面积 ；节流装置的直径比-流体流经孔板时的平均流速体积流量质量流量6 流量检测6.2.2 差压式流量计 14ReRe1/1C1ppEECE流量系数 ：与节流件形式、直径比、取压方式、流动雷诺数及管道粗糙度等多种因素有关界限雷诺数时， 可以认为是一个常数可膨胀系数 ：因流体密度改变引起流量系数变化的修正，与节流件形式、 值、及气体熵指数有关渐进速度系数 ：；流出系数 ：则流量方程式的普遍形式

7、为：22VmpqKCE dqKCE dp；6 流量检测6.2.2 差压式流量计 2）节流式流量计的组成和标准节流装置节流式流量计的组成节流式流量计的组成11节流元件；节流元件；22引压管路；引压管路；33三阀组；三阀组；44差压计差压计6 流量检测6.2.2 差压式流量计标准节流装置示意标准节流装置示意节流装置取压方式节流装置取压方式6 流量检测6.2.2 差压式流量计 3）节流装置的设计和计算：以节流装置的流量方程式为依据 4）节流式流量计的安装与使用条件差压计的安装示意差压计的安装示意6 流量检测6.2.2 差压式流量计 5）非标准节流装置(a)1/4(a)1/4圆喷嘴圆喷嘴(b)(b)锥

8、形入口孔板锥形入口孔板(c)(c)圆缺孔板圆缺孔板(d)V(d)V内锥流量计内锥流量计6 流量检测6.2.2 差压式流量计 6.2.2.2 均速管流量计 流体流经均速管产生与流量有确定关系的差压信号。 均速管的实用流量方程式： D为管道内径 k为均速管流量系数，由实验确定均速管流量计结构图均速管流量计结构图22V244qD vD k6 流量检测6.2.2 差压式流量计 6.2.2.3 弯管流量计 流体通过管道弯头时，受到角加速的作用而产生的离心力会在弯头的外半径侧与内半径侧之间形成差压，此差压的平方根与流体流量成正比。 弯管流量计的流量方程式：弯管流量计示意弯管流量计示意2V24qD k6 流

9、量检测6.2.2 差压式流量计 6.2.2.4 靶式流量计 靶：管流中垂直于流动方向安装的圆盘形阻挡件 流体经过时对靶产生作用力，此作用力与流速有一定关系 以直径比 表示流量公式：靶式流量计结构原理靶式流量计结构原理11力平衡转换器；力平衡转换器；22密封膜片；密封膜片；33杠杆；杠杆；44靶；靶；55测量导管测量导管/d DV12aFqk D6 流量检测6.2.2 差压式流量计 6.2.2.5 浮子流量计1）测量原理及结构浮子的力平衡公式： 代入节流流量方程式得：浮子流量计测量原理浮子流量计测量原理fffp AVg fffA：浮子截面积；V ：浮子体积：浮子密度V02fffgVqAA6 流量

10、检测6.2.2 差压式流量计 A0为环隙面积，与浮子高度h对应 对于小锥度锥形管，近似有 ，则 浮子流量计的类型：直读式，远传式0AchV2fffgVqchA电远传浮子流量计电远传浮子流量计工作原理工作原理11浮子；浮子；22锥形管；锥形管；33连动杆；连动杆；44铁心；铁心；55差动线圈差动线圈6 流量检测6.2.2 差压式流量计 2）浮子流量计的使用和安装 使用时需要进行密度校正 被测介质的物性参数和状态参数与流量计标定介质不同时，必须对流量计指示值进行修正。浮子流量计的安装浮子流量计的安装11浮子流量计；浮子流量计；22截止截止阀；阀；33旁通阀旁通阀6 流量检测6.2.3 速度式流量计

11、 原理：均基于与流体流速有关的各种物理现象 6.2.3.1 涡轮流量计 利用安装在管道中可以自由转动的叶轮感受流体的速度变化 流量方程式 f：信号脉冲频率； ：仪表常数Vfq涡轮流量计结构示意涡轮流量计结构示意11紧固环；紧固环；22壳体；壳体；33前导流件；前导流件；44止推片；止推片；55叶轮；叶轮；66磁电转换器；磁电转换器；77轴承；轴承；88后导流件；后导流件；6 流量检测6.2.3 速度式流量计 6.2.3.2 涡街流量计 原理：流体流过非流线型阻挡体时会产生稳定的漩涡列，漩涡的产生频率与流体流速有着确定的关系 构成：漩涡发生体 漩涡产生频率d：漩涡发生体的特征尺寸；St：斯特罗哈

12、尔数 流量方程式：K：仪表系数，通过实验测得/fSt v dV/qfK6 流量检测6.2.3 速度式流量计 测量几乎不受流体参数变化的影响 不足：流体流速分布情况和脉动情况将影响测量准确度，漩涡发生体被玷污也会引起误差三角柱涡街检测器原理示意三角柱涡街检测器原理示意6 流量检测6.2.3 速度式流量计 6.2.3.3 电磁流量计 原理：导电流体在磁场中垂直于磁力线方向流过，在流通管道两侧的电极上将产生感应电势，感应电势的大小与流体速度有关 感应电势 流量方程式：ECBDv2V44DDEqvECBK6 流量检测6.2.3 速度式流量计电磁流量计测量原理电磁流量计测量原理电磁流量计结构电磁流量计结

13、构11外壳；外壳；22激磁线圈；激磁线圈；33衬里；衬里；44测量管；测量管；55电极；电极；66铁心铁心6 流量检测6.2.3 速度式流量计 6.2.3.4 超声流量计 原理：超声波在流体中传播，将受到流体速度的影响，检测接收的超声波信号可以测知流速 传播速度差法，多普勒效应法，声束偏移法，相关法 传播速度差法：超声波在流体中顺流传播与逆流传播的速度不同；时间差法，相差法，频差法6 流量检测6.2.3 速度式流量计12LLttcvcv顺流传播时间：；逆流传播时间：cv一般有，则1222Lvtttc 6 流量检测6.2.3 速度式流量计 频差法： 频差法不受声速影响，不必考虑流体温度变化对声速

14、的影响121211cvcvfftLtL；122vfffL 6 流量检测6.3.1 间接式质量流量测量方法 根据质量流量和体积流量的关系，组合多种仪表测量不同参数可实现质量流量测量 体积流量计与密度计组合 体积流量计与体积流量计组合 差压式流量计与涡轮流量计 温度、压力补偿式质量流量计2VmVVqqqq6 流量检测6.3.1 间接式质量流量测量方法几种推导式质量流量计组合示意几种推导式质量流量计组合示意6 流量检测6.3.2 直接式质量流量计 6.3.2.1 科里奥利质量流量计 原理：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 流量方程式sK：扭角；：扭转弹性系数；4smKqrUr

15、：振动角速度； ： 形管跨度半径科氏力流量计测量原理科氏力流量计测量原理6 流量检测6.3.2 直接式质量流量计两种科氏力流量计结构示意两种科氏力流量计结构示意11支承管；支承管；22检测管；检测管；33电磁检测器；电磁检测器；44电磁激励器；电磁激励器；55壳体；壳体；6 流量检测6.3.2 直接式质量流量计 6.3.2.2 热式质量流量计 原理：利用外热源对被测流体加热，测量因流体流动造成的温度场变化，从而测得流体的质量流量。 流量方程式：mpPqcTpPcT：加热功率； ：比定压热容；：加热器前后温度差6 流量检测6.3.2 直接式质量流量计非接触式对称结构的热式流量计示意非接触式对称结

16、构的热式流量计示意11镍管；镍管；22加热线圈；加热线圈；33测温线圈；测温线圈；44调零电阻；调零电阻；55电表电表6 流量检测6.3.2 直接式质量流量计 6.3.2.3 冲量式流量计 原理：冲量传感器感受被测介质的冲力，经转换放大输出与质量流量成比例的标准信号冲量式流量计工作原理冲量式流量计工作原理11冲板；冲板；22冲板轴；冲板轴；33物料；物料；44输送机输送机6 流量检测6.4.1 液体流量标准装置 6.4.1.1 标准容积法标准容积法流量标准装置标准容积法流量标准装置11水池；水池；22水泵；水泵；33高位水槽；高位水槽；44溢流管；溢流管；55稳压容器；稳压容器；66活动管接头；活动管接头；77切换机构；切换机构；88切换挡板；切换挡板；99标准容积计量槽；标准容积计量槽；1010液位标尺；液位标尺；1111游标；游标；1212被校流量计被校流量计6 流量检测6.4.1 液体流量标准装置 6.4.1.2 标准质量法 6.4.1.3 标准流量计法 6.4.1.4 标准体积管的校正法单