第4章流量检测与仪表

1、刘玉长刘玉长第四章 流量检测与仪表流量是指单位时间内流过管道或特定通道横截面的流体数量，称为瞬时(平均)流量。流量分体积流量(Q或qv表示)与质量流量(M或qm表示)，体积流量是流体平均流速V与流经管道横截面积A乘积，即Q=AV；而M=Q。流量计类型很多，常分为以下两类： 速度式流量计：速度式流量计：通过测量流体在管道内的流速来计算流量。 容积式流量计：容积式流量计：以单位时间内根据所推出流体固定容积数作为测量依据来计算流量。刘玉长刘玉长第四章 流量检测与仪表第一节 节流式流量计第二节 均速管流量计第三节 电磁流量计第四节 容积式流量计第五节 质量流量计第六节 其它流量计刘玉长刘玉长第一节 节

2、流式流量计流体流经节流件时，流束收缩引起压头转换而在节流件前后产生静压力差，该压差与流过的流量之间存在一定的关系，通过测量压差而求出流量的一种流量计通称节流装置，也称为差压装置。节流装置结构简单，性能稳定，使用维护方便，且有一部分已标准化，是目前应用最多的一种流量计。常用标准节流装置有孔板、喷嘴及文丘里管，如下图所示。刘玉长刘玉长一、节流装置测量原理当流体连续流过节流孔时，在节流件前后由于压头转换而产生压差。对于不可压缩流体例如水，节流前后流体的密度保持不变。当忽略压头损失p时，由柏努里方程可得：流体流经节流孔前后的流态变化221212 (1)22VVPP式中 P1、P2为流束在截面I、处相应

3、的静压力，Pa；V1、V2为流束在截面I、处的流速，m/s； 为流体的密度，kg/m3。刘玉长刘玉长若流体的流速均匀一致，则由式(1)可得：2221122() / (2)VVPP 由流体流动连续性方程： A1V1= A2V2 (3) 式中 A1 、 A2 截面I、 处流束的断面积，A1等于管道的断面积，m2。设流束收缩系数为= A2/Ad，即A2=Ad (Ad为节流件的开孔面积)，又设管道直径为D和节流体开孔直径为d，则有Ad/A1=d2/D2=2，其中称为直径比，由式(2)和式(3)整理后得： 242(1/ 1)2/ (4)VP 刘玉长刘玉长实际流体流动时有压头损失，流速也不是均匀一致的，并

4、且在节流件前后两侧管壁测量的压差P=P1-P2，并非图中所示的P=P1-P2，考虑到这些因素，在上式中应引入修正系数，则不可压缩流体的体积流量Q与质量流量M为:d2dd24d22= (5)12PPQAVAAMQAP 24/ 1 其中称为流量系数，它是一个综合性系数，其值与节流件的类型、取压方式、直径比及雷诺数等因素有关，由实验确定。刘玉长刘玉长式(5)与式(6)本质上一致。但因为流出系数不包括渐近速度系数的因素，它的计算公式和图表较流量系数的简单，故国家标准GB/T 2624-2006采纳C值。 44dd 1/ 1152 (6)2ECPQCEAMCEAP设为渐近速度系数，为流出系数，则由式(

5、)可得：不可压缩流体差压-流量方程刘玉长刘玉长可压缩流体差压-流量方程对于空气、煤气、水蒸汽等可压缩流体，流体流经节流装置前后的流体密度会发生变化，故应引入一个可膨胀系数，则可压缩流体的流量基本方程为：3dd2 , m /s2 , kg/sPQCE AMCE AP刘玉长刘玉长实用流量方程(1)流量Q以m3/h 表示，在流体工作温度下节流件开孔直径dt以mm表示，压差P以Pa表示，流体工作密度仍以kg/m3表示时的流量方程为：23t2t0.003996 , m /h0.003996 , kg/hPQCE dMCE dP(2) 压差P以kPa表示，其它单位不变，则上式改写为： 23t2t0.126

6、45 , m /h0.12645 , kg/hPQCE dMCE dP刘玉长刘玉长实用流量方程(3)如果P以 mmH2O (水柱)表示，水的密度(20时)998.2kg/m3 ，其它单位不变时，则流量实用方程为： 23t2t0.01251 , m /h0.003996 , kg/hPQCEdMCE dP刘玉长刘玉长二、标准节流装置在国家标准【GB/T 2624-2006用安装在圆形截面管道中的差压装置测量满管流体流量，等同于国际标准ISO 5167(2003) 】规定的使用极限范围内，根据该标准所提供的数据和要求进行设计、制造和安装使用的节流件， 称为标准节流装置。标准孔板、标准喷嘴与标准文丘

7、里管(简称孔板、喷嘴、文丘里管)等，毋须经过实液标定即可使用，测量准确度一般为l%2%，能满足工业生产上的一般要求。 刘玉长刘玉长(一)标准孔板 1、结构形式 主要参数：开孔直径d ： 满足d12.5mm 0.100.75孔板的厚度E ：e E 0.05D节流孔厚度 e：0.005D e0.02D刘玉长刘玉长2、取压装置每个取压装置至少有一个上游取压孔和一个下游取压孔，不同取压方式的上、下游取压孔位置都必需符合国家标准的规定。取压口的位置表征标准孔板的取压方式，一般分为角接取压、法兰取压、径距取压、缩流取压和管接取压五种，标准孔板常用角接取压法和法兰取压法。取压方式不同的标准孔板，其取压装置的

8、结构，孔板的适用范围，流出系数的实验数据以及有关技术要求均有所不同。刘玉长刘玉长节流装置的取压方式1-1角接取压；2-2法兰取压；3-3径距取压；4-4缩流取压；5-5管接取压刘玉长刘玉长(1)角接取压装置：角接取压装置：从节流件上下游断面与管壁的夹角处取出待测的压力，称为角接取压，角接取压包括单独钻孔和环室取压两种。单独钻孔取压环室取压刘玉长刘玉长(2)法兰取压装置：法兰取压装置： 标准孔板的上下游两侧均用法兰连接。 法兰取压装置上下游侧取压孔的轴线至孔板上、下游侧端面之间的距离均为25.40.8mm(1inch)。取压孔开在孔板上下游侧的法兰上。刘玉长刘玉长(3)径距取压径距取压(或称或称

9、D与与D/2取压取压)装置装置： 上游取压口中心与孔板上游端面距离名义上等于D，但在0.9D与1.1D之间时，无须对流出系数进行修正。下游取压口中心与孔板上游端面距离为D/2，但当0.60，在0.480.52D之间时，或当0.60，在0.490.51D之间时，都不必对流出系数进行修正。 刘玉长刘玉长 国家标准规定的孔板应用条件国家标准规定的孔板应用条件 角接取压或径距取压(D与D/2取压)法兰取压d 12.5 mm50 mm D1000 mm0.10 0.75对于0.100.56，ReD5000；对于 0.56，ReD160002ReD 5000且ReD 1702D(D以毫米表示)不同取压方式

10、的标准孔板必须满足国家标准规定的条件，才能正常使用。表中规定了管径D和直径比的范围，最小雷诺数ReD(或称界限雷诺数)。流出系数C值只有在最小雷诺数以上使用时才是稳定的。刘玉长刘玉长3、角接取压标准孔板的流出系数C GB/T2624.2-2006规定，用里德-哈利斯/加拉赫(Reader-Harris/Gallagh)公式计算C值： 110.76280.363.5410741.11.322100.5961 0.02610.2160.00052110 (0.0188 0.0063 ) (0.043 0.080.123) (1 0.11 )1 0.031(0.8)DDLLCReAReeeAMM 刘

11、玉长刘玉长若管道直径D(2/3)D刘玉长刘玉长标准喷嘴的流出系数C标准喷嘴的流出系数C按下式计算 ：4.124.1561.150.9900 0.2262(0.001750.0033)(10 /)DCRe刘玉长刘玉长(三) 文丘里管 标准文丘里管有两种形式: 古典文丘里管(简称文丘里管，见图)与文丘里喷嘴。文丘里管是由入口圆筒段A，圆锥收缩段B，圆柱形喉部C以及圆锥形扩散段E组成。文丘里管内壁是对称于轴线的旋转表面，该轴线与管道同轴。刘玉长刘玉长三、标准节流装置的使用条件 节流装置只适于测量圆形截面管道内的流体，流体必须充满圆管，连续地流过管道。 在紧邻节流装置的上游管道内流体的流动状态接近典型

12、的充分发展的紊流状态。 流束应与管轴平行，不得有旋转流或旋涡。在进行流量测量时，管道内流体的流动应是稳定的。 流体流量基本上不随时间而变化，或者变化是非常缓慢的。 流体可以是可压缩的气体或不可压缩的流体；但不适于脉动流与临界流。 流体必须是牛顿流体，在物理学和热力学上是单相的，均匀的或者可认为是单相的，且流经节流装置时不发生相变。具有高分散程度的胶质溶液例如牛奶，可以认为是单相流体。节流装置的制造和使用条件超出国家标准的极限时，必须标定后才能安装使用。刘玉长刘玉长四、节流装置的安装 节流装置安装在一定长度的直管道上，上下游难免有影响流体流动的拐弯、扩张、缩小、分岔及阀门等阻力件如图所示。节流装

13、置前后直管段及阻力件位置等均需满足国家标准。节流装置的安装管段1，2，5-局部阻力件，3-节流件， 4-引压管刘玉长刘玉长五、节流流量计的不确定度 节流流量测量是由所测差压值按流量方程计算出来的，属于间接测量法，完全按国家标准设计、制造、安装的节流流量计，其不确定度由各有关参数的不确定度合成： 流出系数的不确定度； 可膨胀系数的不确定度； 管道直径比与开孔直径的不确定度 ； 差压的不确定度； 流体密度的不确定度 。刘玉长刘玉长六、非标准节流装置 (一一) V锥流量计锥流量计因为锥体有“整流”作用，即使在极为恶劣的情况下(如紧邻仪表上游有单弯管，双弯管等阻力件)，经过锥体后的流体分布也比较均匀，

14、可保证仪表在恶劣的条件下获得较高的测量精度。因此对上下游直管段的要求小，安装时在上游留0-3D的直管段，在下游留0-1D的直段管即可。1-上游端开孔(总压管)；2-下游端开孔(静压管)；3-节流件刘玉长刘玉长(二)内文丘里管 内文丘里管与经典文丘里管的测量原理相同，流体流经内文丘里管的流动与节流过程同流经经典文丘里管时相似，通过测量差压，便可得知流体流过内文丘里管流量的大小。 它对传统文丘里管结构作了质的变革而集经典文丘里管、环形孔板、耐磨孔板和锥形入口孔板优点为一体的新一代异型文丘里管，其特性与使用性能优于标准节流装置，适于测量各种液体、气体和蒸汽，特别适用于测量各种煤气、非洁净天然气、高含

15、湿气体以及其它各种脏污流体，大多可取代传统孔板、喷嘴、经典文丘里管的理想换代产品。刘玉长刘玉长内文丘里管流量计(a) 结构示意图；(b)芯体结构I ；(c) 芯体结构II1-圆形测量管；2-文丘里型芯体；3,4-支撑环；5-取压孔；6-前段圆锥(图b)或圆锥台(图c)；7-中段圆柱；8-后段圆锥台；9,10-支撑轴刘玉长刘玉长(三)小管道流量测量 标准节流装置只能用在直径大于50mm管道上，直径小于 50mm的管道采用非标准节流装置。1、小管径孔板 刘玉长刘玉长2、内藏孔板 v把小孔板装在与差压变送器的正、负压室相连的小管中，这种小孔板和小管就成为构成差压变送器整体的构件，故称为内藏孔板(或称

16、整体孔板)。v内藏孔板适用于测量清洁气体和液体的小流量，工艺管道直径范围825mm，孔板孔径范围通常为0.5-6mm，测量精度(13)%，流量系数与雷诺数和孔径等因素有关，通常由仪表厂标定。 刘玉长刘玉长(四)含悬浮物和高粘度流体的流量测量 含悬浮物和高粘度流体的流量时，在标准孔板前后会积存沉淀物，使管道实际面积减小，测量不准确，甚至管道被堵塞，因而，必需采用特殊节流装置来测量。 (1)楔形孔板。(2)圆缺孔板。(3)偏心孔板。 刘玉长刘玉长 楔形流量计1楔形流量计；2，3取压管段；4差压变送器适用管径范围8600mm(或达1200mm)，雷诺数3001106，流体温度300，流体压力6 MP

17、a，测量范围度1:5,目前已达1:10；测量精度：经标定为0.5%，未标定的约为3%。刘玉长刘玉长圆缺孔板圆缺孔板形状似扇形，它的开孔是一个圆的一部分(圆缺部分)，这个圆的直径是管道直径的98%，如图所示。主要用于脏污介质含有固体微粒的液体和气体的流量测量，圆缺开孔一般位于下方，但对于含气泡的液体，其开孔位于上方。测量时管道应水平安装。刘玉长刘玉长圆缺孔板适用范围：管径50mmD350mm(可达500mm)，0.350.75，雷诺数：104ReD106。取压方式采用法兰取压和缩流取压。 圆缺孔板的流出系数刘玉长刘玉长偏心孔板这种孔板的孔是偏心的，它与一个和管道同心的圆相切，这个圆的直径等于管道

18、直径的98%，如图所示。其取压方式也有两种：法兰取压和缩径取压。适用范围：管径100mmD1000mm，直径比0.460.84，雷诺数105ReD106。 刘玉长刘玉长(五) 低雷诺数情况下的流量测量 管道雷诺数(ReD)与管径、流体粘度、密度和流量大小等有关，某些介质的粘度大、密度小或流量小，则雷诺数低，达不到标准节流装置要求的界限雷诺数(或最小雷诺数)，因而流出系数不稳定，造成较大的测量误差。以下介绍两种低雷诺数使用的非标准孔板：1/4圆孔板与锥形入口孔板。刘玉长刘玉长1、1/4圆孔板1/4圆孔板(又称1/4圆喷嘴)与标准孔板相似，只是节流孔的入口边缘形状不同，上游入口边缘是以半径为r的1

19、/4圆，其圆心在下游端面上，如图所示，这种孔板结构简单，又具有喷嘴的一些优良性能，如不受磨蚀、腐蚀和孔板表面固体沉积物的影响，适用范围：管径D25mm，直径比0.2450.6，雷诺数500ReD6104，孔径d15mm。 1/4圆孔板1-上游端面A；2-下游端面；3-流向刘玉长刘玉长2、锥形入口孔板锥形入口孔板的形状与标准孔板相似，相当于一块进出口反装的标准孔板，其入口与中心线夹角为451o，如图所示。它要求的雷诺数下限比1/4圆孔板还要小，适用范围：管径D25mm，直径比0.10.316，孔径d6mm。 锥形入口孔板1-环隙；2-夹持环；3-上游端面A；4-下游端面B；5-轴线；6-流向；7

20、-取压口；8-孔板刘玉长刘玉长七、节流式流量计的选用 (一)节流装置的选择 节流式流量计的主要优点是结构简单，使用方便，寿命长，适应性广。不足之处是量程比较窄，一般为 (34):1，压力损失较大，需消耗一定的动力；对安装要求严格，需要足够长的直管段。选用时需注意以下问题： 允许的压力损失 ； 加工； 被测介质的侵蚀性 ； 现场安装条件。刘玉长刘玉长(二) 使用节流装置应注意的问题 节流式流量计不仅需要合理选型，精确设计计算和加工制造，更应注意正确安装、使用和维护，方能获得足够的实际测量准确度。 使用应注意问题主要包括以下四个方面，以免产生额外误差：(1)被测流体参数与设计条件不符；(2)原始数

21、据不正确；(3)节流装置安装不正确； (4)维护工作疏忽。 具体对策如下。刘玉长刘玉长1、被测流体参数的变化(流量修正)当实际使用时的流体参数(密度、温度、压力等)偏离设计的参数时，流量计的显示值与实际值之间产生偏差，此时须对显示值进行修正。当流体参数偏离不大时，对流量方程式中系数C(或)、d的影响小，可只考虑密度的变化。在相同的压差P下，密度变化的修正公式为： 11221221122121 / /QMQMQQMM式中设计条件下的流体体积和质量流量，即流量计示值；、使用条件下的流体体积流量和质量流量；、设计和实际使用条件下的流体密度。或、刘玉长刘玉长(1)一般气体流量测量：对于一般气体，修正公

22、式为：211 22 1212 112/QQPTPTMMPTPT式中P1、T1设计条件下的气体绝对压力与绝对温度； P2、T2使用条件下的气体绝对压力与绝对温度。当流体密度直接测量有困难时，可根据流体密度与温度、压力的关系，通过测量其温度、压力的变化代替密度的变化进行修正。具体是： 刘玉长刘玉长(2)水蒸汽测量：1)饱和水蒸汽：在压力不超过1.96 MPa，对蒸汽密度与压力P关系的经验公式有：=P15/16/1.72352)过热水蒸气：在压力在2.9416.66 MPa及温度t在400540 C范围内蒸汽密度的经验公式有： =1.82P/(t-0.55P+166)刘玉长刘玉长(3)液体测量：对于

23、液体，在工作状态下液体的密度与标准状态(20，101.325 kPa)下液体的密度20、液体在20至温度t范围内的平均膨胀系数关系如下： =201-(t-20)带温压自动补偿的节流式流量计人工计算烦琐不便，且补偿精度低、不及时、不直观，因此，在生产过程中常采用自动补偿方法，如图所示。 刘玉长刘玉长2、原始数据不正确在节流装置设计计算时，必须按被测对象的实际情况提出原始数据，例如被测流体最大流量、常用流量、最小流量、流体的物理参数(温度、压力、密度与成分等)、管道实际内径、允许压头损失等。这些原始数据提供得正确与否，将影响设计出来的节流装置的测量准确度，甚至决定能否使用的问题。刘玉长刘玉长3、节

24、流装置安装不正确例如节流件上下游直管段长度不够，孔板的方向倒装，节流件开孔与管道轴线不同心，垫圈凸出等都可能造成难以估计的测量误差。刘玉长刘玉长4、维护工作疏忽节流装置使用日久，由于受到流体的冲击、磨损和腐蚀，致使开孔边缘变钝，几何形状变化，从而引起测量误差。例如孔板入口边缘变钝，会使仪表示值偏低。此外，导压管路泄漏或阻塞，节流件附近积垢等，也会造成测量不准确。因此，应该定期维护检查，检定周期一般不超过二年，对超过国家标准规定误差的节流装置应予更换。 刘玉长刘玉长八、标准节流装置计算 四种命题：在给定节流件上游流体黏度1、节流件上游密度1、节流件前后压差p、管道直径D和节流件开孔直径d的条件下

25、，计算qm和qv；已知1、1、D、p和qm，求d和；已知1、1、D、d、qm，求p；已知1、1、p、qm ，求D和d。标准孔板计算流程刘玉长刘玉长第二节均速管流量计 均速管又称为均速流量传感器或均速探头，它通过测量管道内流动流体的速度压力流速来测量流量。均速管流量探头主要有阿牛巴(Annubar)、威力巴(Vrabar)、威尔巴(Wellbar)、德尔塔巴(Deltaflow)、托巴(Torbar)、双D巴等几种。它们的共同特点都是结构简单的插入式探头，适于测量气体、蒸汽和液体的流量，管道内径从十几毫米到几米，使用范围很广。一般要求雷诺数104ReD107，测量准确度通常为(13)。 刘玉长刘

26、玉长一、阿牛巴(Annubar)流量计 阿牛巴是一种均速流量探头，配以差压变送器和流量积算器而组成阿牛巴流量计，也属于差压式流量测量仪表，用来测量一般气体、液体和蒸汽的流量，适用范围：管径D=252500mm(特殊达5000mm)，工作压力5MPa，工作温度400，雷诺数ReD104，流速要求气体5m/s，液体为0.5m/s，蒸汽为9m/s以上。刘玉长刘玉长总压管面对气流方向开有四个取压孔，所测量的是该四个环形截面的流体总压头(包括静压头和动压头)，在总压管内另插入一根引压管，由它引出四个总压头的平均值P1，静压管装在背着流动方向上，取压孔在管道轴线位置上，引出流体的静压头P2。阿牛巴流量计原

27、理1-总压管， 2-静压管刘玉长刘玉长将P1、P2分别引入差压变送器，测出两者的压差P，P便是流体的平均速度头。根据柏努力方程式从平均速度头可求出流体平均速度和流量，实用流量方程式如下：2320.12645/ , m / h0.12645 , kg / hrrrrrrQK Y F DPMK Y F DP式中：D 管道内径mm；P压差，kPa； 流体体密度，kg/m3。刘玉长刘玉长二、热线均速管流量计 热线均速管类似阿牛巴流量计，把管道截面分成几个等面积圆环，每一个热丝感测元件对应测量一个圆环中的流体速度，通过几个圆环流体速度的平均值推算出其质量流量M。刘玉长刘玉长三、威尔巴(Wellbar)流

28、量计 威尔巴(Wellbar)流量计由威尔巴探头，差压变送器和流量积算仪等组成(下图)。 低压取压孔威尔巴探头高压取压孔刘玉长刘玉长威尔巴流量计主要特点(1)子弹头形探头，符合流体动力学原理，一体化双腔结构，强度高，耐高温，可用于高温高压的场合。(2)探头前部金属表面，进行了粗糙化处理，后部低压取压孔进行防堵设计，产生的差压信号稳定，防堵性能好，基本免维护。(3)流量系数不受管道雷诺数的影响，流量系数稳定，测量精度高。(4)适用范围广泛，可用于测量气体、液体、蒸汽、腐蚀性介质和高温高压介质等流体，可适应在各种尺寸的圆形管道和方形管道上安装使用。(5)安装方便，可在线带压安装和检修(不断流装卸)

29、，对直管段的长度，要求较短。刘玉长刘玉长威尔巴流量计的流量方程威尔巴流量计作为一种差压式流量测量仪表，流体流量与差压的平方根成比例关系，与节流式流量计类似，其实用流量方程式如下：(3) 流体流体(气体气体)温度、压力变化的补偿方程：温度、压力变化的补偿方程：(4) 气体标准体积流量方程：气体标准体积流量方程：210.12645MKYDP (1) 质量流量方程式：质量流量方程式：(2)体积流量方程式：体积流量方程式：210.12645/QKYDP1221121/12645. 0TPTPPDKYQ2201110.12645/QKYFDP刘玉长刘玉长威尔巴流量计的技术参数：威尔巴流量计的技术参数：适

30、用于空气、煤气、天然气、烟气，自来水、工业用水、适用于空气、煤气、天然气、烟气，自来水、工业用水、锅炉给水、含腐溶液，饱和蒸气、过热蒸汽等。锅炉给水、含腐溶液，饱和蒸气、过热蒸汽等。适于圆管直径适于圆管直径D=1250mm、 502000mm、 20005000mm或长方形管道。或长方形管道。压力范围通常压力范围通常025MPa，特殊，特殊40Mpa。温度范围：通常温度范围：通常-80450，特殊，特殊700。量程比大于量程比大于10:1。最小流速：气体最小流速：气体5m/s、液体、液体5m/s、蒸汽、蒸汽9m/s。测量精度为测量精度为1%，重复性为，重复性为0.1%。直管段长度：通常上游侧直

31、管段长度：通常上游侧7D，下游侧，下游侧3D。 刘玉长刘玉长第三节电磁流量计 一、工作原理当被测流体垂直于磁力线方向流动而切割磁力线时，在与流体流向和磁力线垂直方向上产生感应电势Ex(伏)，Ex与体积流量Q的关系为: Ex=4B/(D)Q10-8=KQ 式中 K为仪表常数，决定于仪表几何尺寸及磁场强度。利用传感器测量管上对称配置的电极引出感应电势，经放大和转换处理后，仪表指示出流量值。刘玉长刘玉长二、电磁流量传感器 (一)电磁流量传感器结构电磁流量传感器结构 电磁流量传感器由测量管，励磁系统(励磁线圈、磁轭等)、电极，内衬和外壳等组成,如图所示。1-外壳；2-励磁线图；3-磁轭；4-内衬；5-

32、电极；6-绕组支持件刘玉长刘玉长(二) 电磁流量传感器的励磁与干扰 电磁流量计的励磁，原则上采用交流励磁和直流励磁都可以。直流励磁不会造成干扰，仪表性能稳定，工作可靠。但直流磁场在电极上产生直流电势，可能引起被测液体电解，在电极上产生极化现象，从而破坏了原来的测量条件。因此电磁流量计通常采用交流励磁系统。 (a)交流励磁 (b)矩形波(2值)励磁 (c)矩形波(3值)励磁 (d)双频矩形波励磁刘玉长刘玉长交流励磁与正交干扰交流磁场虽然可以有效地消除极化现象，但由于传感器测量导管内充满的是导电液体，交变磁通穿过电极引线、被测液体和转换器的输入阻抗而构成闭合回路，在此回路内产生干扰电势et为： d

33、(sin)dsin(90 )ddmtBBBBtBeKKKttt 干扰电势et与信号电势Ex频率相同，而相位差90，故称其为90干扰或正交干扰。严重时et可与Ex相当，甚至大于Ex。因此消除正交干扰，是正常使用交流励磁的电磁流量计的关键问题。 刘玉长刘玉长正交干扰消除方法【理想】 ：使电极引出线所构成的平面与磁力线平行，避免磁力线穿过引出线。在此条件下干扰电压不会产生，但这样作相当困难。【实用方法】：从一根电极上引出两根接线，分别绕过磁极形成两个回路，并接入一个调零电位器W，如图。消除正交干扰的调零回路刘玉长刘玉长三、电磁流量转换器 将传感器输出的电势信号Ex经转换器信号处理和放大后转换为正比于

34、流量的420mADC电流信号或脉冲信号，输出给显示记录仪表，因励磁波形的不同，电磁流量转换器的电路有多种形式。 刘玉长刘玉长四、电磁流量计的选用 (一)流量计的特点流量计的特点 优点：测量导管内无可动部件，几乎没有压力损失，也不会发生堵塞理象；无机械惯性，反应灵敏，可以测量脉动流量；测量范围很宽，精度较高。不足：被测介质温度有限制(一般为-40130)；要求被测介质必须具有导电性能。 刘玉长刘玉长(二) 电磁流量计的安装维护 (1)电磁流量计要求传感器的测量管内必须充满液体，不允许有气泡产生(最好垂直安装)；(2)应有足够长的直管段，一般要求5D；(3)应远离大功率电气设备安装，并应妥善地单独

35、接地；(4)电磁流量传感器及转换器应用同相电源；(5)传感器必须定期维护清洗，保持测量管内部清洁，电极光亮平整。 刘玉长刘玉长第四节容积式流量计 应用容积法测量流体流量的仪表，称为容积式流量计。它有一个已标定容积的计量室，容积是在仪表壳体与旋转体之间形成的。当流体经过仪表时，利用仪表入口和出口之间产生的压力差，推动旋转体转动，将流体从计量室中容积V0一份一份地推送出去。所推送出的流体流量为 Q=nV0式中n 转动的次数，r/s(转秒)。因为计量室的容积是已知的，故只要测出旋转体的转动次数，根据计量室的容积和旋转体的转动频率，求出流体的瞬时流量和累计流量。 刘玉长刘玉长一、椭圆齿轮流量计 在流体

36、差压 (p1-p2)作用下，推动椭圆齿轮A和B反方向旋转，不断地将充满半月形固定容积中的流体推出去，其转动与充液排液过程如图。齿轮每转一周就推出四个半月形容积的流体，从齿轮的转数可计算出排出流体的总流量。椭圆齿轮的转动通过减速传动机构带动指针与机械计数器，仪表盘中间的大指针指示流体的瞬时流量，经过齿轮计数器显示体积总流量。 刘玉长刘玉长椭圆齿轮转动与充液排液过程 (1) t=0,=0，流体进入计量室；(2) t=T/8,=45，流体排出计量室；(3) t=T/4,=90，流体全部排出，开始下一个循环，每次周期完成4次计量。刘玉长刘玉长二、腰轮流量计(罗茨流量计) 椭圆齿轮换为无齿的腰轮：由于腰

37、轮没有齿，不易被流体中尘灰夹杂卡死，同时腰轮的磨损也较椭圆齿轮轻一些，因此使用寿命较长，准确度较高，可作标准表使用。 刘玉长刘玉长三、容积式流量计的选用 优点：测量准确度高，被测介质的粘度，温度及密度等的变化对测量准确度影响小，测量过程与雷诺数无关，尤其适用于高粘度流体的流量测量(因泄漏误差随粘度增大而减小)。流量计的量程比较宽，一般为10:1。安装仪表的直管段长度要求不严格。缺点：结构较复杂，运动部件易磨损，对于大口径管道的流量测量，流量计的体积大而笨重，维护不够方便，成本也较高。 刘玉长刘玉长选用注意事项(1)选择这种流量计时，不能简单地按连接管道的直径大小去确定仪表规格；应注意实际应用时

38、的测量范围，保持在所选仪表的量程范围以内。(2)为了避免液体中的固体颗粒进入流量计，磨损运动部件，流量计前应装配筛网过滤器，并注意定期清洗和更换过滤网。(3) 如被测液体含有气体或可能析出气体时，在流量计前方应装气液分离器，以免气体进入流量计形成气泡而影响测量准确度。(4) 在精密测量中应考虑被测介质的温度变化对流量测量的影响，过去都采用人工修正，现在已有温度与压力自动补偿并自动显示记录的容积流量计。刘玉长刘玉长第五节 质量流量计质量流量计大致分为三大类：(1) 直接式直接式：即直接检测与质量流量成比例的量，检测元件直接反映出质量流量。(2) 推导式推导式：即用体积流量计和密度计组合的仪表来测

39、量质量流量，同时检测出体积流量和流体密度，通过运算得出与质量流量有关的输出信号。(3) 补偿式补偿式：同时检测流体的体积流量和流体的温度、压力值，再根据流体密度与温度、压力的关系，由计算单元计算得到该状态下流体的密度值，最后再计算得到流体的质量流量值。刘玉长刘玉长一、科里奥利质量流量计 科里奥利质量流量计(简称CMF)是利用流体流体在振动管中流动时，产生与质量流量成正比的科在振动管中流动时，产生与质量流量成正比的科里奥利力里奥利力而制成的一种直接式质量流量仪表。(一)基本结构和工作原理 双U形科里奥利流量传感器的结构如下图：刘玉长刘玉长工作原理 如图，被测流体从U形管流过，其流动方向与振动方向

40、垂直，由理论力学可知，当某一质量为m的物体在旋转(在此为振动)参考系中以速度u运动时，将受到一个力的作用(m)，从而在直管段产生扭矩 ，在该力矩作用下，U形管产生扭矩转角 (qm)。通过测量U形管两端管通过振动中心N-N所需的时间差即可测量得到qm。刘玉长刘玉长二、热式质量流量计 利用流体热交换原理构成的流量计称为热式流量计。它有两种形式，即量热式与冷却式，前者为分布式仪表，测量范围有限；后者为插入式仪表，测量范围较大。 刘玉长刘玉长三、推导式质量流量计用测量体积流量的流量计配合密度计，利用qm=qv计算得出质量流量(如右图)。密度计可采用同位素、超声波、振动管等连续测量密度的仪表。刘玉长刘玉

41、长第六节 其它流量计一、转子流量计在一个向上略为扩大的均匀锥形管内，放一个较被测流体密度稍大的浮子(也叫转子)，当流体自下而上流动时，浮子受到流体的作用力而上升，流体的流量愈大，浮子上升愈高。浮子上升的高度就代表一定的流量。从而可从管壁上的流量刻度标尺直接读出流量数值。刘玉长刘玉长忽略压力损失，在平衡状态即浮子稳定在一定高度时，向上的浮力ASV2/2，等于浮子在流体中向下的力为CS(S-)g。SSS2()CgVA式中AS、CS分别为浮力的最大截面积(m2)和其体积(m3)； S、分别为浮子与被测流体的密度kg/m3； V浮子与锥形管之间环形通道处的流速m/s。在浮子稳定位置处，流体通过的体积流

42、量Q为：SS0S2()CgQAA式中 流量系数，它与锥形管的锥度，浮子的形状和雷诺数等因素有关，由实验确定；A0浮子稳定位置处的环形通道面积，A0=(R+r)htanj。刘玉长刘玉长二、涡轮流量计 (一)电磁感应涡轮流量计涡轮是用高导磁的不锈钢制成的，涡轮体上有数片螺旋形叶片(故也称叶轮流量计)，整个涡轮支承在前后两个摩擦力很小的轴承内。流体流动推动涡轮旋转(涡轮旋转速度与流体速度相当)，通过测量涡轮转速而测定流量。刘玉长刘玉长涡轮流量计结构示意图 1-涡轮；2-轴承；3-永久磁钢；4-线圈；5-外壳；6-导流器刘玉长刘玉长(二)光纤涡轮流量计与传统的内磁式涡轮流量计相比，光纤涡轮流量计克服了

43、内磁式传感器磁性引力带来的影响；还有效地扩大了涡轮流量计的量程比。由于光纤传感器具有本质防爆、无电气信号直接与流量计接触的特点，因而适宜煤气、轻质油料等透明介质的流量测量。其工作原理如下：刘玉长刘玉长结构特点与检测原理两个反射型光纤传感器被并列装配在涡轮流量计上，这两个传感器可检测同一涡轮叶片不同位置的反射信号fo1与fo2，这两个传感器信号与流体流量成正比(fo1=KQ，fo2=KQ)，互不干扰，相位差为j，如图所示。通过检测电路得到流体流量，且可实现双向测量。 双向流量测量原理及输出信号刘玉长刘玉长响应特性传感器输出的fo1和fo2信号经光电转换，通过相位鉴别电路后，可同时输出正向和反向流

44、动计量信号Qo1、Qo2。(1)当流量计正向安装时，检测电路输出：Qo1fo1/K; Qo20；Qo fo1/K; D1。(2)当流量计反向安装时，检测电路输出：Qo10; Qo2fo2/K；Qo fo2/K; D0。刘玉长刘玉长三、涡街流量计 流体在流动过程中，遇到障碍物必然产生回流而形成旋涡。在流体中垂直插入一根圆柱体(或三角柱体、方柱体等)作为旋涡发生体，流体流过柱体，当流速度高于一定值时，在柱体两侧就会产生两排交替出现的的旋涡列，称为卡门涡街，简称涡街。当管道内径和圆柱体的几何尺寸确定后，单列旋涡产生的频率f与流体体积流量成正比。故通过测量旋涡即可测得流量。刘玉长刘玉长卡门涡街流量计原

45、理刘玉长刘玉长根据卡门涡街形成原理，单列旋涡产生的频率f为： 1ttVVfSSdmd式中 V1、V 分别为圆柱体两侧的流体速度和管道流体的平均流速，m/s； d 圆柱体直径，m； m 流速比，mV / V1； St 斯特劳尔数，在ReD510215104范围内，St常数；设管道直径为D，管道截面积为A0，令= d/D，当0.35时，m=(1-1.27)，则流体的体积流量Q为:01 1.27tA dQfS刘玉长刘玉长当管道内径和圆柱体的几何尺寸确定后，体积流量只与涡街产生的频率成正比，而与流体的物理性质(温度、压力、密度、成分等)无关，于是得： Q=Kf如采用三角柱体作为旋涡发生体，其迎流面的边

46、长或宽度为d，流体的体积流量Q为：01 1.5tAdQfS刘玉长刘玉长四、弯管流量计 流体流过弯曲管道(如图所示)时，因流向改变产生惯性离心力，弯管外侧与内侧间形成压差P(P=pg-pd)，流量的大小与该压差的平方根成比例关系:220.12645/0.12645QC DPMC DP刘玉长刘玉长五、超声波流量计 超声波流量计是一种非接触式流量测量仪表。它利用超声波在流体中的传播特性来测量流体的流速和流量，有时差法、速差法、频差法、多普勒法以及相关法等。这里只介绍频差法与超声多普勒法。超声波的发射和接收换能器，一般采用压电陶瓷元件，接收换能器利用其压电效应，发射换能器则利用其逆压电效应。为保证声能损失小、方向性强，必须把压电陶瓷片封装在声楔之中。声楔应有良好的透声性能，常用有机玻璃，橡胶或塑料制成。压