流量检测与变送器PPT学习教案

1、会计学1流量流量(liling)检测与变送器检测与变送器第一页，共81页。瞬时流量瞬时流量(liling)(liling)、累积流、累积流量量(liling)(liling)。 体积流量体积流量(liling)(liling)、质量流量、质量流量(liling)(liling)第1页/共81页第二页，共81页。类别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

2、直接式质量流量计科里奥利流量计、热式流量计、冲量式流量计等流量测量仪表也称为流量计。它通常由一次仪表和二次仪表组成流量测量仪表也称为流量计。它通常由一次仪表和二次仪表组成(z chn)。一次仪表亦称为传感器，二次仪表称为显示装置或变送器。一次仪表亦称为传感器，二次仪表称为显示装置或变送器。流量测量仪表的种类繁多，各适用于不同场合。流量测量仪表的种类繁多，各适用于不同场合。第2页/共81页第三页，共81页。二、差压式流量计二、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节流原理，利用流体流经节流装置动的节流原理，利用流体流经节流装置(zhungzh

3、)时产生的压力差而实现流量测量。时产生的压力差而实现流量测量。显示仪表显示仪表Q差压变送器差压变送器节 流 装节 流 装置置第3页/共81页第四页，共81页。节流现象节流现象流体在流过节流装置时，在节流装置前后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管壁处，流体的静压力产生差异(chy)的现象的现象称为节流现象。称为节流现象。节流装置包括节流件和取压装置。节流装置包括节流件和取压装置。QP1P2第4页/共81页第五页，共81页。节流件是能使管道中的流体产生局部收缩的节流件是能使管道中的流体产生局部收缩的元件，应用最广泛元件，应用最广泛(gungfn)的是孔板，其次是

4、喷嘴、的是孔板，其次是喷嘴、文丘里管等。文丘里管等。节流原理节流原理 具有具有(jyu)一定能量的流体，才可能在管道中一定能量的流体，才可能在管道中流动。流动着的流体含有两种能量流动。流动着的流体含有两种能量静压能和动静压能和动能。能。第5页/共81页第六页，共81页。静压能表现在流体静压能表现在流体(lit)对管壁的压力，动能表现对管壁的压力，动能表现在流体在流体(lit)有流动速度。这两种能量在一定条件下可以有流动速度。这两种能量在一定条件下可以互相转化。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孔板前稳定流动段动段-截面截面流束未收流束未收缩前压力缩前压力平均流速

5、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第6页/共81页第七页，共81页。截面截面(jimin)处能量处能量= 截面截面(jimin)处能量处能量+损耗损耗但是，根据能量守恒定律，在没有再加能量的情但是，根据能量守恒定律，在没有再加能量的情况下，流体况下，流体(lit)所具有的静压能和动能，加上克服流动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：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(dngnng) 静压能静压能 动能动能(dngnng) 损耗损耗根据

6、伯努力方程可列出：根据伯努力方程可列出：损耗损耗第7页/共81页第八页，共81页。式中：式中：为流体为流体(lit)在截面在截面-与与-之间的动之间的动能损失系数；能损失系数；g 为重力加速度；为重力加速度； gvgvgPgvgP2222222222111 1、2 为流体在截面为流体在截面-和和-处的密度。处的密度。如果流体是不可如果流体是不可(bk)压缩的，那么压缩的，那么1= 2= 第8页/共81页第九页，共81页。S1、S2分别分别(fnbi)为为-和和-处的流束截面处的流束截面积。积。 21222112()S1 ()SvPP22211222222PvPvvgggggv1S1 =v2S2

7、又因截面又因截面、处体积处体积(tj)流量应相等，有流量应相等，有联立求解联立求解(qi ji)两式，可得出：两式，可得出：第9页/共81页第十页，共81页。01SSm S0孔板的开孔面积孔板的开孔面积(min j)。另外，取紧挨孔板前后的另外，取紧挨孔板前后的管壁压差（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，引入两个系数：为简化计算，引入两个系数： 截面收缩截面收缩(shu su)系数系数 孔板口对管道的面积孔板口对管道的面积比比m20SS2121PPPP 第10页/共81页第十一页，共81页。2121PPPP 代

8、入代入v2式，得式，得 )(2121222PPmv 因体积因体积(tj)(tj)流量：流量：Q = v2 Q = v2 S0S0012222S()1QPPm 称流量称流量(liling)(liling)系系数数 221m20SS01SSm 将将令令第11页/共81页第十二页，共81页。0122S()QPP体积体积(tj)(tj)流量流量 012S2 ()mQQPP质量质量(zhlin(zhling)g)流量流量 结论：流量与节流件前后压差结论：流量与节流件前后压差(y ch)的平的平方根成正比。只要测得差压（方根成正比。只要测得差压（P1-P2）便可测得流）便可测得流量。量。 则得到（则得到（

9、不可压缩的流体）不可压缩的流体）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），则要对公如果流体是可压缩的（如蒸汽），则要对公式进行修正。式进行修正。第12页/共81页第十三页，共81页。故流量系数故流量系数与节流与节流(ji li)装置的结构形式、取压装置的结构形式、取压方式、开孔面积与管道截面积之比方式、开孔面积与管道截面积之比m、管壁粗糙度、流体、管壁粗糙度、流体流动状态等因素有关；很难准确计算，一般通过实验确定。流动状态等因素有关；很难准确计算，一般通过实验确定。因此，节流因此，节流(ji li)装置都是标准化的，由厂家提供装置都是标准化的，由厂家提供数据。数据。 22

10、1m因为因为(yn wi)2121PPPP 20SS01SSm 动能动能损失损失(snsh)系系数数第13页/共81页第十四页，共81页。标准节流装置标准节流装置 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、尺节流装置标准化的具体内容有：节流装置的结构、尺寸、公差寸、公差(gngch)、光洁度、取压孔位置和使用条件、光洁度、取压孔位置和使用条件等。标准节流件有：等。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(pnzu)文丘里管文丘里管第14页/共81页第十五页，共81页。国家规定国家规定(gu

11、dng)(gudng)标准的取压方式有角接取压、法兰取压和标准的取压方式有角接取压、法兰取压和D DD/2D/2取压。取压。 aa环隙取压单独钻孔取压夹持环流体角接取压的两个取压口分别位于孔板上下端面与管壁的夹角处角接取压的两个取压口分别位于孔板上下端面与管壁的夹角处取压口可以是取压口可以是环隙取压环隙取压口和口和单独钻孔取压单独钻孔取压口口环隙取压环隙取压利用左右对称的两个环室把孔板夹在中间，通常利用左右对称的两个环室把孔板夹在中间，通常要求环隙在整个圆周上穿通管道，或者每个夹持环应至少有要求环隙在整个圆周上穿通管道，或者每个夹持环应至少有四个开孔与管道内部连通，再利用导压管把孔板上下游的压

12、四个开孔与管道内部连通，再利用导压管把孔板上下游的压力分别引出力分别引出当采用当采用单独钻孔取压单独钻孔取压时，取压口的轴线应尽可能以时，取压口的轴线应尽可能以90与管道轴线相交与管道轴线相交显然，环隙取压由于环室的均压作用，便于测出孔显然，环隙取压由于环室的均压作用，便于测出孔板两端的平稳差压，能得到较好的测量精度，但是板两端的平稳差压，能得到较好的测量精度，但是夹持环的加工制造和安装要求严格。当管径夹持环的加工制造和安装要求严格。当管径D500mm时，一般采用单独钻孔取压。时，一般采用单独钻孔取压。 第15页/共81页第十六页，共81页。法兰取压装置是由一对带有取压口的法兰组成法兰取压装置

13、是由一对带有取压口的法兰组成取压口轴线取压口轴线(zhu xin)(zhu xin)距离孔板上、下端面均为距离孔板上、下端面均为25.4mm25.4mm（1 1英寸）英寸）l1l2法兰取压法兰取压D DD/2D/2取压装置是设有取压口的管段，上、下游取压口轴线与孔板取压装置是设有取压口的管段，上、下游取压口轴线与孔板上游端面的距离分为上游端面的距离分为D D和和D/2D/2（D D为管道为管道(gundo)(gundo)的直径）的直径） l1(D)l2(D/2)DD/2取压取压第16页/共81页第十七页，共81页。标准节流装置使用条件标准节流装置使用条件流体应当清洁，充满圆管并流体应当清洁，充

14、满圆管并连续稳定地流动。连续稳定地流动。流体的雷诺数在流体的雷诺数在104105以以上，不发生上，不发生(fshng)相变。相变。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。为保证流体在节流装置前后为保证流体在节流装置前后为稳定的流动状态，在节流装置的为稳定的流动状态，在节流装置的上、下游必须配置一定长度的直管上、下游必须配置一定长度的直管段。段。节流装置节流装置导压管导压管差压计差压计第17页/共81页第十八页，共81页。 差压式流量计适合于大于50mm的管道，且要求(yoqi)前后有一段一定长度的直管段。 差压式流量计的安装(nzhung)被测流体工作状态的变

15、动。节流装置安装不正确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差压计安装或使用不正确 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。 第18页/共81页第十九页，共81页。（1）导压管的安装）导压管的安装(nzhung) 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。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。 对于不同的被测介质对于不同的被测介质( (液体、气体），导压管的安装亦有不同的要求，下面分类液体、气体），导压管的安装亦有不同的要求，下面分类(fn li)(

16、fn li)讨讨论。论。 第19页/共81页第二十页，共81页。a) 取压点应该位于节流装置(zhungzh)的下半部，与水平线夹角为045。 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(ydng)坡度（至少120110），使气泡易于排出。 c) 在引压导管(dogun)的管路中，应有排气的装置。 l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。泡，以使两根导压管内的液体密度相等。（1 1）导压管的安装）导压管的安装第20页/共81页第二十一页，共81页。测量(cling

17、)液体流量时的连接图1节流装置；2引压导管(dogun)；3放空阀；4平衡阀；5差压变送器；6贮气罐；7切断阀（1）导压管的安装(nzhung)第21页/共81页第二十二页，共81页。l 测量气体流量测量气体流量(liling)(liling)时，上述的这些基本原则仍然适用。时，上述的这些基本原则仍然适用。 a) 取压点应在节流(ji li)装置的上半部。 b) 引压导管(dogun)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(dogun)中不滞留液体。 c) 如果差压计必须装在节流装置之下，则需加装贮液罐贮液罐和排放阀。1节流装置；2引压导管；3差压变送器；4贮液罐；5排放阀（1

18、）导压管的安装第22页/共81页第二十三页，共81页。 测量(cling)蒸汽流量的连接图1节流装置；2凝液罐；3引压导管(dogun)；4排放阀；5差压变送器；6平衡阀l测量蒸汽的流量时，要测量蒸汽的流量时，要实现上述的基本原则，实现上述的基本原则，必须解决蒸汽冷凝必须解决蒸汽冷凝(lngnng)(lngnng)液的液位问液的液位问题，以消除冷凝题，以消除冷凝(lngnng)(lngnng)液液位的高液液位的高低对测量精度的影响。低对测量精度的影响。（1）导压管的安装第23页/共81页第二十四页，共81页。 由引压导管接至差压计或变送器前，必须由引压导管接至差压计或变送器前，必须(bx)(b

19、x)安装切断阀安装切断阀1 1、2 2和平衡阀和平衡阀3 3，构成三阀组。，构成三阀组。 测量腐蚀性（或因易凝固不适宜直接进入测量腐蚀性（或因易凝固不适宜直接进入(jnr)(jnr)差压计）的介质流量时，必须采取隔离措差压计）的介质流量时，必须采取隔离措施。施。 （2 2）差压变送器安装）差压变送器安装(nzhung)(nzhung)隔离罐的两种形式1，2切断阀；3平衡阀第24页/共81页第二十五页，共81页。三、三、 转子流量计转子流量计在工业生产中经常遇到小流量的测量，因流体在工业生产中经常遇到小流量的测量，因流体的流速低，要求测量仪表有较高的灵敏度，才能保证的流速低，要求测量仪表有较高的

20、灵敏度，才能保证(bozhng)一定的精度。一定的精度。差压式流量计对管径小于差压式流量计对管径小于50mm、低雷诺数的流体的测量、低雷诺数的流体的测量精度精度(jn d)是不高的。而转子是不高的。而转子流量计则特别适宜于测量管径流量计则特别适宜于测量管径50mm以下管道的流量，测量的以下管道的流量，测量的流量可小到每小时几升。流量可小到每小时几升。第25页/共81页第二十六页，共81页。工作工作(gngzu)原理原理第26页/共81页第二十七页，共81页。故：转子故：转子(zhun z)流量计是以定流量计是以定压降、变节流面积法测量流量的。压降、变节流面积法测量流量的。由于由于(yuy)锥形

21、管由下往上逐渐扩大，所以锥形管由下往上逐渐扩大，所以S0是是转子浮起的高度的函数。转子浮起的高度的函数。h根据转子根据转子(zhun z)浮起的高浮起的高度度h就可以得出被测介质的流量大小。就可以得出被测介质的流量大小。Q=kgVS)2(z -fhf第27页/共81页第二十八页，共81页。1、锥形管是玻璃、锥形管是玻璃(b l)的，直接目视的，直接目视转子的位置。转子的位置。2、在转子内安装磁、在转子内安装磁铁，锥形管外安装铁，锥形管外安装磁环随转子上下移磁环随转子上下移动，触发显示。动，触发显示。转子位置信号转子位置信号(xnho)的引出：的引出：12第28页/共81页第二十九页，共81页。

22、3、在转子内安装磁铁，锥、在转子内安装磁铁，锥形管外安装双霍尔磁场传形管外安装双霍尔磁场传感器，测出磁场的水平分感器，测出磁场的水平分量量(fn ling)和垂直分量和垂直分量(fn ling)，可确定转子位，可确定转子位置。置。4、在转子上方安装一导、在转子上方安装一导磁棒，使差动变压器输出磁棒，使差动变压器输出随转子位置随转子位置(wi zhi)变化。变化。第29页/共81页第三十页，共81页。从流量公式从流量公式(gngsh)可知，流量值与被测流体可知，流量值与被测流体密度有关。为了便于成批生产，生产厂是在工业标准密度有关。为了便于成批生产，生产厂是在工业标准状态下（状态下（20，0.1

23、0133MPa），用水或空气进行标），用水或空气进行标度。度。q对液体测量，仪表示值对液体测量，仪表示值代表代表(dibio)20时水的流量时水的流量值。值。q对气体测量，则是代表对气体测量，则是代表(dibio)20，0.10133MPa压力压力 下空气的流量值。下空气的流量值。q实际使用时，须对指示实际使用时，须对指示值进行修正。值进行修正。第30页/共81页第三十一页，共81页。液体流量液体流量(liling)(liling)测量时的修正测量时的修正 如果某转子流量如果某转子流量(liling)(liling)计的转子高度为计的转子高度为h h，如果介质为，如果介质为2020的的水，则流

24、量水，则流量(liling)qv0(liling)qv0与与h h的关系满足：的关系满足：02 ()twvwVgqhA式中：式中：qv0qv0为用水标定时的流量刻度为用水标定时的流量刻度(kd)(kd) w w为水的密度为水的密度 如果介质不是如果介质不是2020的的水，则流量水，则流量q qvfvf与与h h的关系满足：的关系满足：2 ()tfvffVgqhAq qvfvf和和f f分别为被测介质的实际流量和密度分别为被测介质的实际流量和密度 如果被测介质的粘度和水的粘度相差不大，可以近似认为如果被测介质的粘度和水的粘度相差不大，可以近似认为是常数，则有是常数，则有 0()()tfwvfvf

25、twqq刻度流量刻度流量实际流量实际流量修正系数修正系数第31页/共81页第三十二页，共81页。0()()tfwvfvftwqq(7.90.83)*1*3.60.83*(7.9 1)vfq4( / )L s0()*()tfwfvmvffvtwqqq 第32页/共81页第三十三页，共81页。第33页/共81页第三十四页，共81页。四、四、 靶式流量计靶式流量计使用悬在管道中央的靶作为节流使用悬在管道中央的靶作为节流(ji li)元元件，流体作用于靶上的推力与流速有定值关系。件，流体作用于靶上的推力与流速有定值关系。推力推力F 经杠杆引出，由力平衡变送器测出。经杠杆引出，由力平衡变送器测出。第34

26、页/共81页第三十五页，共81页。理论分析理论分析(fnx)及实验及实验证明，流体作用于靶上的推证明，流体作用于靶上的推力力F 与流体流速与流体流速 v 的平方成正的平方成正比比2kS2dFvg式中式中: k靶的推力系数靶的推力系数(xsh)；Sd 靶的受力面积；靶的受力面积； 流体比重；流体比重； g 重力加速度；重力加速度； v 靶与管璧间环形间隙靶与管璧间环形间隙中流体平均流速中流体平均流速 第35页/共81页第三十六页，共81页。00022SSSk SSddgFgFQv式中，式中，1k流量流量(liling)系系数数v和差压式流量计相似，流量和力是开方关系。和差压式流量计相似，流量和力

27、是开方关系。v可用于较小的雷诺数状态，特别是于高粘度的流可用于较小的雷诺数状态，特别是于高粘度的流体，如重油体，如重油(zhn yu)、沥青等的流量测量。、沥青等的流量测量。v精度为精度为23%。则则而通过管道的体积而通过管道的体积(tj)流量流量 Q=S0vS0Sd第36页/共81页第三十七页，共81页。五、五、 容积式流量计容积式流量计直接直接(zhji)测测量量“一碗一碗一碗一碗”计量计量(jling)4vqVn第37页/共81页第三十八页，共81页。椭圆齿轮椭圆齿轮(chln)流量计流量计椭圆齿轮椭圆齿轮(chln)流量计是利用两个相互啮合的流量计是利用两个相互啮合的椭圆形齿轮椭圆形齿

28、轮(chln)在流体的推动下，连续转动来测流在流体的推动下，连续转动来测流量的。量的。当流体要流过椭圆当流体要流过椭圆(tuyun)齿轮时，进口侧压力齿轮时，进口侧压力p1大于出口侧压力大于出口侧压力p2，在此压力差的作用下，产生作用力，在此压力差的作用下，产生作用力矩使椭圆矩使椭圆(tuyun)齿轮转动。齿轮转动。第38页/共81页第三十九页，共81页。 图（图（a）位置时，由于）位置时，由于(yuy)p1 p2，所产生，所产生的合力矩使的合力矩使A轮顺时针方向转动。轮顺时针方向转动。A带动带动B转动。转动。 转至（转至（b）位置，）位置，A轮与轮与B轮均为主动轮。轮均为主动轮。 转至（转至

29、（c）位置，合力矩使）位置，合力矩使B轮带动轮带动A轮转动。轮转动。 A 、B轮转动时，连续将半月形容积内的流体轮转动时，连续将半月形容积内的流体排出。排出。第39页/共81页第四十页，共81页。 此图表示椭圆齿轮转动了此图表示椭圆齿轮转动了1/4周的情况，其排出周的情况，其排出的流体为一个半月形容积的流体为一个半月形容积V0。所以，椭圆齿轮每转。所以，椭圆齿轮每转一周一周(y zhu)所排出的被测介质量为半月形容积的所排出的被测介质量为半月形容积的4倍。故通过椭圆齿轮流量计的体积流量倍。故通过椭圆齿轮流量计的体积流量Q为：为： Q = 4nV0 n齿轮转速齿轮转速 如果累计如果累计(li j

30、)齿轮转速，则得到体积总量。齿轮转速，则得到体积总量。V0第40页/共81页第四十一页，共81页。q特点特点q由于椭圆齿轮流量计是基于容积式原理测量的，与流由于椭圆齿轮流量计是基于容积式原理测量的，与流体的粘度、密度、雷诺数等参数无关。因此，安装时不体的粘度、密度、雷诺数等参数无关。因此，安装时不需要有直管段，对流体的流动状态无要求需要有直管段，对流体的流动状态无要求(yoqi)，特别，特别适用于高粘度介质的流量测量。测量精度高，最高可达适用于高粘度介质的流量测量。测量精度高，最高可达0.1%。椭圆齿轮流量计的使用温度不能椭圆齿轮流量计的使用温度不能过高，否则过高，否则(fuz)可能使齿轮膨胀

31、可能使齿轮膨胀卡死。另外被测流体中不能含有固卡死。另外被测流体中不能含有固体颗粒，否则体颗粒，否则(fuz)会引起齿轮磨会引起齿轮磨损以至损坏。损以至损坏。第41页/共81页第四十二页，共81页。1 1、涡轮流量计、涡轮流量计在测量管道内，安装一个可以自由转动的涡轮，在测量管道内，安装一个可以自由转动的涡轮，当流体通过时，流体的动能使涡轮旋转当流体通过时，流体的动能使涡轮旋转(xunzhun)(xunzhun)。流。流体的流速越大，涡轮转速也就越高。体的流速越大，涡轮转速也就越高。因此，测出涡轮的转速或因此，测出涡轮的转速或转数，就可确定流过管道的流体流转数，就可确定流过管道的流体流量或总量。

32、日常生活中使用的某些量或总量。日常生活中使用的某些自来水表、油量计等，都是利用这自来水表、油量计等，都是利用这种原理制成的，都属于速度种原理制成的，都属于速度(sd)式仪表。式仪表。六、速度六、速度(sd)式流量计式流量计第42页/共81页第四十三页，共81页。涡轮上的螺旋形叶片涡轮上的螺旋形叶片(ypin)用高导磁系数的不锈钢材料制用高导磁系数的不锈钢材料制成。成。导流器用导流器用以 稳 定以 稳 定(wndng)流体的流流体的流向向外 壳外 壳 ( w i k)由非导由非导磁 的 不 锈磁 的 不 锈钢制成钢制成第43页/共81页第四十四页，共81页。涡轮流量计的工作过程涡轮流量计的工作过

33、程(guchng) 当流体通过涡轮叶片与管道之间的间隙时，叶当流体通过涡轮叶片与管道之间的间隙时，叶片前后的压差力推动叶片旋转。高导磁性的涡轮叶片前后的压差力推动叶片旋转。高导磁性的涡轮叶片就周期性地扫过磁钢底部，片就周期性地扫过磁钢底部，使磁路使磁路(c l)的磁阻发生周期性的磁阻发生周期性的变化，线圈中的磁通量也跟着的变化，线圈中的磁通量也跟着发生周期性的变化，线圈中便感发生周期性的变化，线圈中便感应出脉冲电信号。其频率与涡轮应出脉冲电信号。其频率与涡轮的转速成正比，即与流量成正比。的转速成正比，即与流量成正比。NS第44页/共81页第四十五页，共81页。输出输出(shch)脉冲频率脉冲频

34、率 f 与被测流量与被测流量 Q 之间的关系：之间的关系： f = NQ N仪表仪表(ybio)常数常数NS第45页/共81页第四十六页，共81页。插入式插入式q特点特点q涡轮转速不用轴输出，没有齿涡轮转速不用轴输出，没有齿轮传动误差和密封问题轮传动误差和密封问题(wnt)，因而，因而涡轮流量计测量精度高（可达涡轮流量计测量精度高（可达0.2级），级），耐高压（静压可达耐高压（静压可达50MPa）。）。q输出信号为频率信号，不易受输出信号为频率信号，不易受干扰，便于远传干扰，便于远传 。q要求流体清洁，安装时，应加要求流体清洁，安装时，应加装过滤器，且前后要有一定的直管段。装过滤器，且前后要有

35、一定的直管段。第46页/共81页第四十七页，共81页。2、电磁流量计、电磁流量计在流量测量中，当被测介质在流量测量中，当被测介质(jizh)是具是具有导电性的液体介质有导电性的液体介质(jizh)时，可以应用电时，可以应用电磁感应的方法来测量流量。磁感应的方法来测量流量。第47页/共81页第四十八页，共81页。工作原理工作原理在管道两侧安放磁铁，流动的液体当作切割在管道两侧安放磁铁，流动的液体当作切割磁力线的导体，产生的感应电动势与流体的流速成磁力线的导体，产生的感应电动势与流体的流速成正比关系。当磁感应强度正比关系。当磁感应强度B不变、管道直径一定时，不变、管道直径一定时，流体切割磁力线而产

36、生的感应电势流体切割磁力线而产生的感应电势E的大小的大小(dxio)仅与流体的流仅与流体的流 v 速有关。速有关。第48页/共81页第四十九页，共81页。式中：式中： Ex 感应电势；感应电势； B 磁感应强度；磁感应强度； D 管道直径管道直径(zhjng)； v 流体速度。流体速度。当当BD一定时，感应电势一定时，感应电势(dinsh)E与流速与流速v成正比。成正比。v= BDE 感应电势的方向感应电势的方向(fngxing)由右手定则判断，其大小由右手定则判断，其大小为：为： E= BDv第49页/共81页第五十页，共81页。体积流量体积流量Q与流速与流速(li s)v的关系为：的关系为

37、：214QD v将将 v= BDE代入可得：代入可得：式中式中称为仪表称为仪表(ybio)常数常数感应电势感应电势E与被测流与被测流量量(liling)Q成正比关系。成正比关系。221DEkE44BQD v2Dk4BQvD第50页/共81页第五十一页，共81页。变送器结构变送器结构 变送器由测量管和转换器变送器由测量管和转换器两部分组成。两部分组成。 测量管两侧分别绕有马鞍测量管两侧分别绕有马鞍形的励磁线圈。形的励磁线圈。 为了避免直流磁场产生的为了避免直流磁场产生的直流感应电势使电极周围导电直流感应电势使电极周围导电液体电解，导致电极表面极化液体电解，导致电极表面极化(j hu)，而减小感应

38、电势，一，而减小感应电势，一般采用交流励磁。般采用交流励磁。第51页/共81页第五十二页，共81页。为了避免磁力线被测量管的管壁短路，并使测量导为了避免磁力线被测量管的管壁短路，并使测量导管在磁场管在磁场(cchng)中尽可能地降低涡流损耗，测量导管应中尽可能地降低涡流损耗，测量导管应由非导磁的高阻材料制成，如不锈钢。但内壁必须涂一层由非导磁的高阻材料制成，如不锈钢。但内壁必须涂一层绝缘衬里，如环氧树脂。以防止感应电势被短路。绝缘衬里，如环氧树脂。以防止感应电势被短路。第52页/共81页第五十三页，共81页。优点：优点：测量导管内无任何阻碍物，因而被测流体的压力损测量导管内无任何阻碍物，因而被

39、测流体的压力损失很小。失很小。可以测量各种可以测量各种( zhn)导电液体的流量，如酸、导电液体的流量，如酸、碱、盐溶液，流体可以含有固体颗粒、悬浮物或纤维等。碱、盐溶液，流体可以含有固体颗粒、悬浮物或纤维等。输出信号与流量之间的关系不受流体的物理性质输出信号与流量之间的关系不受流体的物理性质（例温度、压力、粘度等）变化和流动状态的影响。（例温度、压力、粘度等）变化和流动状态的影响。测量响应速度快，可用来测量脉动流量。测量响应速度快，可用来测量脉动流量。第53页/共81页第五十四页，共81页。由 于 感 应 电 势由 于 感 应 电 势(dinsh)数值很小，后数值很小，后级采用高放大倍数的放

40、级采用高放大倍数的放大器，很容易受外界电大器，很容易受外界电磁场干扰的影响。磁场干扰的影响。缺点缺点只能用来测量只能用来测量(cling)导电液体的流量，要导电液体的流量，要求导电率不小于水的导电率。不能测量求导电率不小于水的导电率。不能测量(cling)气气体、蒸汽及石油制品等的流量。体、蒸汽及石油制品等的流量。第54页/共81页第五十五页，共81页。3、 旋涡式流量计旋涡式流量计利用流体遇到利用流体遇到(y do)阻碍物后产生的旋涡来阻碍物后产生的旋涡来测量流量。可以用来测量管道中的液体、气体和蒸测量流量。可以用来测量管道中的液体、气体和蒸汽的流量。旋涡式流量计有两类：旋进型旋涡流量汽的流

41、量。旋涡式流量计有两类：旋进型旋涡流量计和卡曼型旋涡流量计（常称涡街流量计）。计和卡曼型旋涡流量计（常称涡街流量计）。旋进型旋进型卡曼型卡曼型第55页/共81页第五十六页，共81页。涡街流量计测量原理涡街流量计测量原理在测量管道中垂直插入一个非流线形的柱在测量管道中垂直插入一个非流线形的柱状物（圆柱或三角柱）作为阻流体。当流体受到状物（圆柱或三角柱）作为阻流体。当流体受到阻碍物阻挡时，会在阻碍物的下游处产生两列平阻碍物阻挡时，会在阻碍物的下游处产生两列平行、且上下交替出现的旋涡。因为这些旋涡有如行、且上下交替出现的旋涡。因为这些旋涡有如街道旁的路灯，故有街道旁的路灯，故有“涡街涡街”之称，又因

42、此之称，又因此(ync)现象首先被卡曼（现象首先被卡曼（Karman）发现，也称作）发现，也称作“卡卡曼涡街曼涡街”。第56页/共81页第五十七页，共81页。实验表明实验表明(biomng)，当两列旋涡的间距，当两列旋涡的间距h和同和同列相邻两个旋涡之间的距离列相邻两个旋涡之间的距离 l 之比能满足之比能满足hl0.218时，所产生的涡街是稳定的。满足如下关系：时，所产生的涡街是稳定的。满足如下关系：dvSft= f 单侧旋涡发生频率单侧旋涡发生频率St 斯特劳哈尔系数斯特劳哈尔系数(xsh)v 流体平均流速流体平均流速d 圆柱体直径圆柱体直径 式中：式中：v公式表明，公式表明， St 为常数

43、时，单侧旋涡的发生频率为常数时，单侧旋涡的发生频率 f 与流体与流体(lit)平均流速平均流速v成正比。成正比。第57页/共81页第五十八页，共81页。v测得测得 f 便可算出体积便可算出体积(tj)流量流量QQ = A1v = A1Stfd A1管道中旋涡管道中旋涡(xunw)发生体处流发生体处流通截面积。通截面积。 A1 A1q旋涡流量计的特点是精旋涡流量计的特点是精确度高、测量范围宽、没有确度高、测量范围宽、没有(mi yu)运动部件、压力损失运动部件、压力损失小。小。第58页/共81页第五十九页，共81页。旋涡频率的检测旋涡频率的检测 旋涡频率的检测方法很多。如：热敏检测法旋涡频率的检

44、测方法很多。如：热敏检测法 、超声、超声波检测法、电容检测法、应力检测法等。波检测法、电容检测法、应力检测法等。 这些方法都是利用旋涡的局部压力、密度、流速等这些方法都是利用旋涡的局部压力、密度、流速等的变化作用于敏感元件，产生电信号，再经放大整形，的变化作用于敏感元件，产生电信号，再经放大整形，得到得到(d do)脉冲信号输出。例脉冲信号输出。例1：热敏检测法：热敏检测法第59页/共81页第六十页，共81页。如图所示，圆柱形内腔的中心位置上安装一如图所示，圆柱形内腔的中心位置上安装一个铂电阻，通以电流时产生热量个铂电阻，通以电流时产生热量(rling)(rling)，使内，使内腔温度高于腔外

45、。当流体产生旋涡时，产生旋涡的腔温度高于腔外。当流体产生旋涡时，产生旋涡的一侧流体流速低，静压高，使一部分流体由导压孔一侧流体流速低，静压高，使一部分流体由导压孔进入内腔，向未产生旋涡的一侧流出，带走一部分进入内腔，向未产生旋涡的一侧流出，带走一部分热量热量(rling)(rling)，铂丝温度降低，电阻减小。每产，铂丝温度降低，电阻减小。每产生一个旋涡，铂电阻就变小一次。生一个旋涡，铂电阻就变小一次。 测量出铂电阻变化的测量出铂电阻变化的频 率 就 测 定 了 旋 涡频 率 就 测 定 了 旋 涡(xunw)(xunw)频率，也就测得频率，也就测得了流量。了流量。 第60页/共81页第六十一

46、页，共81页。铂丝阻值的变化频率，采铂丝阻值的变化频率，采用一个不平衡电桥进行转换，经用一个不平衡电桥进行转换，经放大和整形，再变换成直流电流放大和整形，再变换成直流电流信号输出，供显示，累积信号输出，供显示，累积(lij)流流量或进行自动控制。量或进行自动控制。铂 电 阻铂 电 阻丝丝电桥输出信号频率电桥输出信号频率fv= 2f第61页/共81页第六十二页，共81页。例例2：超声波检测法：超声波检测法如 图 所 示 ，如 图 所 示 ， A 为 发 射为 发 射(fsh)换能器，发射换能器，发射(fsh)出超出超声波。声波。B为接收换能器，接收为接收换能器，接收A发射发射(fsh)的超声波。

47、的超声波。 由于旋涡的旋转方向、压力和流体密度的周期由于旋涡的旋转方向、压力和流体密度的周期变化，导致了对超声波的折射、反射和吸收变化，导致了对超声波的折射、反射和吸收(xshu)等效应，而形成了对超声波束的调制作用，这时等效应，而形成了对超声波束的调制作用，这时B所接收到的不再是一个等幅波信号，其幅度变化的所接收到的不再是一个等幅波信号，其幅度变化的次数与旋涡个数一致，从而测得流速的大小。次数与旋涡个数一致，从而测得流速的大小。第62页/共81页第六十三页，共81页。4、超声波流量计、超声波流量计 超声波流量测量属于非接触式测量。它通过发射超声波流量测量属于非接触式测量。它通过发射超声波，穿

48、过超声波，穿过(chun u)流动的流体，被接收后，经流动的流体，被接收后，经过信号处理反映出流体的流速。根据流速便能算出流过信号处理反映出流体的流速。根据流速便能算出流量。量。 超声波的测量有多种不同的方式。如：传播时间超声波的测量有多种不同的方式。如：传播时间法、旋涡法、多普勒效应法等。法、旋涡法、多普勒效应法等。第63页/共81页第六十四页，共81页。传播时间传播时间(shjin)法法 根据声波在流体中的传播速度顺流时会增大、逆流根据声波在流体中的传播速度顺流时会增大、逆流时会减小的原理测流速。检测方法有：时会减小的原理测流速。检测方法有： 时差法时差法测超声波在顺流、逆流时的传播时间测

49、超声波在顺流、逆流时的传播时间(shjin)差差 相位差法相位差法测超声脉冲在顺流、逆流时的相位差测超声脉冲在顺流、逆流时的相位差 频差法频差法测超声脉冲在顺流、逆流时的重复频率测超声脉冲在顺流、逆流时的重复频率v v 因频差法可以因频差法可以(ky)不受声速变化影响，使用较多。不受声速变化影响，使用较多。v v第64页/共81页第六十五页，共81页。频差法原理频差法原理 根据超声脉冲在顺流、逆流时的重复频率差测量根据超声脉冲在顺流、逆流时的重复频率差测量流速。顺流发射的一组换能器和逆流发射的一组换能流速。顺流发射的一组换能器和逆流发射的一组换能器各自组成发射器各自组成发射接收的闭路循环接收的闭路循环(xnhun)系统。测系统。测量时由发射换能器发射一个脉冲，经过流体传播，被量时由发射换能器发射一个脉冲，经过流体传播，被接收换能器接收放大后，再送至发射换能器发射第二接收换能器接收放大后，再送至发射换能器发射第二个脉冲。如此循环个脉冲。如此循环(xnhun)，两组发射，两组发射接收的循环接收的循环(xnhun)频率分别为频率分别为1cLvf2c-Lvf v v第65页