武漢理工大學(xué)過(guò)程控制第2章4

1、過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章2.4 流量檢測(cè)及儀表流量檢測(cè)及儀表 流量檢測(cè)是控制生產(chǎn)以及經(jīng)濟(jì)核算的一個(gè)重要流量檢測(cè)是控制生產(chǎn)以及經(jīng)濟(jì)核算的一個(gè)重要檢測(cè)參數(shù)。檢測(cè)參數(shù)。 2.4.1流量的基本概念流量的基本概念 流量流量指單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)某一截面的流體數(shù)量。指單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)某一截面的流體數(shù)量。即即瞬時(shí)流量瞬時(shí)流量。表示方法有：表示方法有：q 質(zhì)量流量質(zhì)量流量M （t/h、 kg/h 、 kg/s ）q 體積流量體積流量Q （m3/h、 L/h、 L/min ）二者的關(guān)系：二者的關(guān)系：流體的密度流體的密度M = Q 過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章總量總量指一定時(shí)間

2、內(nèi)流過(guò)某截面的流體流量的總指一定時(shí)間內(nèi)流過(guò)某截面的流體流量的總和。和。 即即累計(jì)流量累計(jì)流量。以以 t 表示時(shí)間，則流量和總量之間的關(guān)系是：表示時(shí)間，則流量和總量之間的關(guān)系是：=tQdtQ0總總=tMdtM0總總 流量計(jì)的種類(lèi)繁多，若按測(cè)量原理分，流量流量計(jì)的種類(lèi)繁多，若按測(cè)量原理分，流量計(jì)可分為：計(jì)可分為： 節(jié)流式流量計(jì)節(jié)流式流量計(jì) 速度式流量計(jì)速度式流量計(jì) 容積式流量計(jì)容積式流量計(jì) 電磁式流量計(jì)電磁式流量計(jì) 過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章2.4.2 差壓式流量計(jì)差壓式流量計(jì)差壓式（也稱(chēng)節(jié)流式）流量計(jì)是基于流體流差壓式（也稱(chēng)節(jié)流式）流量計(jì)是基于流體流動(dòng)的節(jié)流原理，利用流體流

3、經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)產(chǎn)生的壓動(dòng)的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)產(chǎn)生的壓力差而實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量。力差而實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量。顯示儀表顯示儀表Q差壓變送器差壓變送器節(jié) 流 裝節(jié) 流 裝置置過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章節(jié)流現(xiàn)象節(jié)流現(xiàn)象流體在流過(guò)節(jié)流裝置時(shí)，在節(jié)流裝置前后的流體在流過(guò)節(jié)流裝置時(shí)，在節(jié)流裝置前后的管壁處，流體的靜壓力產(chǎn)生差異的現(xiàn)象稱(chēng)為管壁處，流體的靜壓力產(chǎn)生差異的現(xiàn)象稱(chēng)為節(jié)流節(jié)流現(xiàn)象現(xiàn)象。節(jié)流裝置包括節(jié)流裝置包括節(jié)流件節(jié)流件和和取壓裝置取壓裝置。QP1P2過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章節(jié)流件節(jié)流件是能使管道中的流體產(chǎn)生局部收縮的是能使管道中的流體產(chǎn)生局部收縮的元件，應(yīng)

4、用最廣泛的是孔板，其次是噴嘴、文丘元件，應(yīng)用最廣泛的是孔板，其次是噴嘴、文丘里管等。里管等。節(jié)流原理節(jié)流原理 具有一定能量的流體，才可能在管道中流動(dòng)。具有一定能量的流體，才可能在管道中流動(dòng)。流動(dòng)著的流體含有兩種能量流動(dòng)著的流體含有兩種能量靜壓能和動(dòng)能靜壓能和動(dòng)能。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章0122S()QPP體積流量體積流量 012S2()mQQPP質(zhì)量流量質(zhì)量流量 結(jié)論：結(jié)論：流量與節(jié)流件前后壓差的平方根成正流量與節(jié)流件前后壓差的平方根成正比。只要測(cè)得差壓比。只要測(cè)得差壓（P1-P2）便可測(cè)得流量。便可測(cè)得流量。 則得到（則得到（不可壓縮的流體）不可壓縮的流體）流量基本

5、方程式：流量基本方程式： 如果流體是可壓縮的（如蒸汽），則要對(duì)公式如果流體是可壓縮的（如蒸汽），則要對(duì)公式進(jìn)行修正。進(jìn)行修正。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章故流量系數(shù)故流量系數(shù)與節(jié)流裝置的結(jié)構(gòu)形式、取壓方與節(jié)流裝置的結(jié)構(gòu)形式、取壓方式、開(kāi)孔面積與管道截面積之比式、開(kāi)孔面積與管道截面積之比m、管壁粗糙度、管壁粗糙度、流體流動(dòng)狀態(tài)等因素有關(guān)；很難準(zhǔn)確計(jì)算，一般流體流動(dòng)狀態(tài)等因素有關(guān)；很難準(zhǔn)確計(jì)算，一般通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定。因此，節(jié)流裝置都是標(biāo)準(zhǔn)化的，通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定。因此，節(jié)流裝置都是標(biāo)準(zhǔn)化的，由廠家提供由廠家提供數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)。 221m因?yàn)橐驗(yàn)?121PPPP 20SS01SSm 動(dòng)能動(dòng)能損

6、失系數(shù)損失系數(shù)過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置包括標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件和標(biāo)準(zhǔn)取壓裝置。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置包括標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件和標(biāo)準(zhǔn)取壓裝置。節(jié)流裝置標(biāo)準(zhǔn)化的具體內(nèi)容有：節(jié)流裝置的結(jié)構(gòu)、節(jié)流裝置標(biāo)準(zhǔn)化的具體內(nèi)容有：節(jié)流裝置的結(jié)構(gòu)、尺寸、公差、光潔度、取壓孔位置和使用條件等。尺寸、公差、光潔度、取壓孔位置和使用條件等。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件有：標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件有： 節(jié)流裝置節(jié)流裝置導(dǎo)壓管導(dǎo)壓管孔板孔板噴嘴噴嘴文丘里管文丘里管過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置安裝好后，只有流體流動(dòng)狀態(tài)當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置安裝好后，只有流體流動(dòng)狀態(tài)是影響流量系數(shù)的可變因素。是影響流

7、量系數(shù)的可變因素。因?yàn)?，基本流量公式是在管道?nèi)流體均勻流動(dòng)因?yàn)椋玖髁抗绞窃诠艿纼?nèi)流體均勻流動(dòng)的前提下導(dǎo)出的，因此要求被測(cè)流體為湍流狀態(tài)。的前提下導(dǎo)出的，因此要求被測(cè)流體為湍流狀態(tài)。湍流湍流v層流層流v可以用雷諾數(shù)可以用雷諾數(shù)Re反映流體的流動(dòng)狀態(tài)。雷諾反映流體的流動(dòng)狀態(tài)。雷諾數(shù)數(shù)Re是無(wú)量綱系數(shù)。是無(wú)量綱系數(shù)。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置使用條件標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置使用條件q流體應(yīng)當(dāng)清潔，充滿(mǎn)圓管并流體應(yīng)當(dāng)清潔，充滿(mǎn)圓管并連續(xù)穩(wěn)定地流動(dòng)。連續(xù)穩(wěn)定地流動(dòng)。q流體的雷諾數(shù)在流體的雷諾數(shù)在104105以以上，不發(fā)生相變。上，不發(fā)生相變。q管道必須是直的圓形截面，管道必須

8、是直的圓形截面，直徑大于直徑大于50mm。q為保證流體在節(jié)流裝置前后為保證流體在節(jié)流裝置前后為穩(wěn)定的流動(dòng)狀態(tài)，在節(jié)流裝置為穩(wěn)定的流動(dòng)狀態(tài)，在節(jié)流裝置的上、下游必須配置一定長(zhǎng)度的的上、下游必須配置一定長(zhǎng)度的直管段。直管段。節(jié)流裝置節(jié)流裝置導(dǎo)壓管導(dǎo)壓管差壓計(jì)差壓計(jì)過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章2.4.3 轉(zhuǎn)子流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)在工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常遇到小流量的測(cè)量，因流在工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常遇到小流量的測(cè)量，因流體的流速低，要求測(cè)量?jī)x表有較高的靈敏度，才能體的流速低，要求測(cè)量?jī)x表有較高的靈敏度，才能保證一定的精度。保證一定的精度。差壓式流量計(jì)對(duì)管徑小于差壓式流量計(jì)對(duì)管徑小于50mm、低雷諾數(shù)的

9、流體的測(cè)低雷諾數(shù)的流體的測(cè)量精度是不高的。而轉(zhuǎn)子流量量精度是不高的。而轉(zhuǎn)子流量計(jì) 則 特 別 適 宜 于 測(cè) 量 管 徑計(jì) 則 特 別 適 宜 于 測(cè) 量 管 徑50mm以下管道的流量，測(cè)量以下管道的流量，測(cè)量的流量可小到每小時(shí)幾升。的流量可小到每小時(shí)幾升。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章工作原理工作原理轉(zhuǎn)子流量計(jì)與前面所講的差轉(zhuǎn)子流量計(jì)與前面所講的差壓式流量計(jì)在工作原理上是不相壓式流量計(jì)在工作原理上是不相同的。差壓式流量計(jì)是在節(jié)流面同的。差壓式流量計(jì)是在節(jié)流面積（如孔板流通面積）不變的條積（如孔板流通面積）不變的條件下，以差壓變化來(lái)反映流量的件下，以差壓變化來(lái)反映流量的大小。

10、而轉(zhuǎn)子流量計(jì)，卻是以壓大小。而轉(zhuǎn)子流量計(jì)，卻是以壓降不變，利用節(jié)流面積的變化來(lái)降不變，利用節(jié)流面積的變化來(lái)測(cè)量流量的大小，即轉(zhuǎn)子流量計(jì)測(cè)量流量的大小，即轉(zhuǎn)子流量計(jì)采用的是恒壓降、變節(jié)流面積的采用的是恒壓降、變節(jié)流面積的流量測(cè)量方法。流量測(cè)量方法。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章當(dāng)流體自下而上流過(guò)錐形管當(dāng)流體自下而上流過(guò)錐形管時(shí)，位于錐形管中的轉(zhuǎn)子受到向上時(shí)，位于錐形管中的轉(zhuǎn)子受到向上的浮力和推力，使轉(zhuǎn)子浮起。當(dāng)此的浮力和推力，使轉(zhuǎn)子浮起。當(dāng)此力正好等于轉(zhuǎn)子重力時(shí)，則作用在力正好等于轉(zhuǎn)子重力時(shí)，則作用在轉(zhuǎn)子上的上下兩個(gè)力達(dá)到平衡，此轉(zhuǎn)子上的上下兩個(gè)力達(dá)到平衡，此時(shí)轉(zhuǎn)子就停浮在一定

11、的高度上。時(shí)轉(zhuǎn)子就停浮在一定的高度上。當(dāng)被測(cè)流體的流量增大時(shí)，當(dāng)被測(cè)流體的流量增大時(shí)，作用在轉(zhuǎn)子上的向上的推力就加大，作用在轉(zhuǎn)子上的向上的推力就加大，轉(zhuǎn)子上移。而隨著轉(zhuǎn)子上移，流體轉(zhuǎn)子上移。而隨著轉(zhuǎn)子上移，流體的流通面積增大，流過(guò)此環(huán)隙的流的流通面積增大，流過(guò)此環(huán)隙的流體流速變慢，推力減小。體流速變慢，推力減小。 過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章當(dāng)流體作用在轉(zhuǎn)子上的力再當(dāng)流體作用在轉(zhuǎn)子上的力再次等于轉(zhuǎn)子在流體中的重力時(shí)，轉(zhuǎn)次等于轉(zhuǎn)子在流體中的重力時(shí)，轉(zhuǎn)子又穩(wěn)定在一個(gè)新的高度上。這樣，子又穩(wěn)定在一個(gè)新的高度上。這樣，轉(zhuǎn)子在錐形管中的平衡位置的高低轉(zhuǎn)子在錐形管中的平衡位置的高低與被

12、測(cè)介質(zhì)的流量大小相對(duì)應(yīng)。如與被測(cè)介質(zhì)的流量大小相對(duì)應(yīng)。如果在錐形管外沿其高度刻上對(duì)應(yīng)的果在錐形管外沿其高度刻上對(duì)應(yīng)的流量值，那么根據(jù)轉(zhuǎn)子平衡位置的流量值，那么根據(jù)轉(zhuǎn)子平衡位置的高低就可以直接讀出流量的大小。高低就可以直接讀出流量的大小。這就是轉(zhuǎn)子流量計(jì)測(cè)量流量的基本這就是轉(zhuǎn)子流量計(jì)測(cè)量流量的基本原理。原理。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章流量測(cè)量中轉(zhuǎn)子的平衡條件是：壓差力流量測(cè)量中轉(zhuǎn)子的平衡條件是：壓差力 =重力重力 SP = （ z - f ） g V式中式中 ： S 轉(zhuǎn)子的最大橫截面積；轉(zhuǎn)子的最大橫截面積； P 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子前后流體的壓力差；前后流體的壓力差； V轉(zhuǎn)子的體積；轉(zhuǎn)

13、子的體積；z 轉(zhuǎn)子材料的密度；轉(zhuǎn)子材料的密度； f 被測(cè)流體的被測(cè)流體的密度；密度； g 重力加速度。重力加速度。 由于在測(cè)量過(guò)程中，由于在測(cè)量過(guò)程中，V 、 S 、 z、f 、g均為常數(shù)，由上式可知，均為常數(shù)，由上式可知，P也應(yīng)為常數(shù)。也應(yīng)為常數(shù)。 過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章將平衡式變?yōu)椋簩⑵胶馐阶優(yōu)椋杭戳鬟^(guò)轉(zhuǎn)子流量計(jì)的流量是轉(zhuǎn)子即流過(guò)轉(zhuǎn)子流量計(jì)的流量是轉(zhuǎn)子與錐形管間環(huán)隙面積與錐形管間環(huán)隙面積S0的函數(shù)。的函數(shù)。而流量基本公式為：而流量基本公式為：S02pf=QSgVPz)-(=fS0過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章故：故：轉(zhuǎn)子流量計(jì)是以定壓降、變節(jié)轉(zhuǎn)子

14、流量計(jì)是以定壓降、變節(jié)流面積法測(cè)量流量的。流面積法測(cè)量流量的。由于錐形管由下往上逐漸擴(kuò)大，所以由于錐形管由下往上逐漸擴(kuò)大，所以S0是轉(zhuǎn)子是轉(zhuǎn)子浮起的高度的函數(shù)。浮起的高度的函數(shù)。hS0 = k h根據(jù)轉(zhuǎn)子浮起的高度根據(jù)轉(zhuǎn)子浮起的高度h就可以得就可以得出被測(cè)介質(zhì)的流量大小。出被測(cè)介質(zhì)的流量大小。Q=kgVS)2(z -fhf過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章1、錐形管是玻璃、錐形管是玻璃的，直接目視轉(zhuǎn)子的，直接目視轉(zhuǎn)子的位置。的位置。2、在轉(zhuǎn)子內(nèi)安裝、在轉(zhuǎn)子內(nèi)安裝磁鐵，錐形管外安磁鐵，錐形管外安裝磁環(huán)隨轉(zhuǎn)子上下裝磁環(huán)隨轉(zhuǎn)子上下移動(dòng)，觸發(fā)顯示。移動(dòng)，觸發(fā)顯示。轉(zhuǎn)子位置信號(hào)的引出：轉(zhuǎn)子

15、位置信號(hào)的引出：12過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章3、在轉(zhuǎn)子內(nèi)安裝磁鐵，、在轉(zhuǎn)子內(nèi)安裝磁鐵，錐形管外安裝雙霍爾磁錐形管外安裝雙霍爾磁場(chǎng)傳感器，測(cè)出磁場(chǎng)的場(chǎng)傳感器，測(cè)出磁場(chǎng)的水平分量和垂直分量，水平分量和垂直分量，可確定轉(zhuǎn)子位置。可確定轉(zhuǎn)子位置。4、在轉(zhuǎn)子上方安裝一導(dǎo)、在轉(zhuǎn)子上方安裝一導(dǎo)磁棒，使差動(dòng)變壓器輸磁棒，使差動(dòng)變壓器輸出隨轉(zhuǎn)子位置變化。出隨轉(zhuǎn)子位置變化。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章 2.4.4 靶式流量計(jì)靶式流量計(jì)使用懸在管道中央的靶作為節(jié)流元件，流體使用懸在管道中央的靶作為節(jié)流元件，流體作用于靶上的推力與流速有定值關(guān)系。推力作用于靶上的推力與流速有

16、定值關(guān)系。推力F 經(jīng)杠經(jīng)杠桿引出，由力平衡變送器測(cè)出。桿引出，由力平衡變送器測(cè)出。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章理論分析及實(shí)驗(yàn)證明，理論分析及實(shí)驗(yàn)證明，流體作用于靶上的推力流體作用于靶上的推力F 與與流體流速流體流速 v 的平方成正比的平方成正比2kS2dFvg式中式中: k靶的推力系數(shù)；靶的推力系數(shù)；Sd 靶的受力面積；靶的受力面積； 流體比重；流體比重； g 重力加速度；重力加速度； v 靶與管璧間環(huán)形間隙靶與管璧間環(huán)形間隙中流體平均流速中流體平均流速 過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章00022SSSk SSddgFgFQv式中，式中，1k流量系數(shù)流量系數(shù)

17、v和差壓式流量計(jì)相似，流量和力是開(kāi)方關(guān)系。和差壓式流量計(jì)相似，流量和力是開(kāi)方關(guān)系。v可用于較小的雷諾數(shù)狀態(tài)，特別是于高粘度的可用于較小的雷諾數(shù)狀態(tài)，特別是于高粘度的流體，如重油、瀝青等的流量測(cè)量。流體，如重油、瀝青等的流量測(cè)量。v精度為精度為23%。則則而通過(guò)管道的體積流量而通過(guò)管道的體積流量 Q=S0vS0Sd過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章2.4.5 橢圓齒輪流量計(jì)橢圓齒輪流量計(jì)橢圓齒輪流量計(jì)是利用兩個(gè)相互嚙合的橢圓橢圓齒輪流量計(jì)是利用兩個(gè)相互嚙合的橢圓形齒輪在流體的推動(dòng)下，連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)測(cè)流量的。形齒輪在流體的推動(dòng)下，連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)測(cè)流量的。當(dāng)流體要流過(guò)橢圓齒輪時(shí)，進(jìn)口側(cè)壓力當(dāng)流

18、體要流過(guò)橢圓齒輪時(shí)，進(jìn)口側(cè)壓力p1大于大于出口側(cè)壓力出口側(cè)壓力p2，在此壓力差的作用下，產(chǎn)生作用力在此壓力差的作用下，產(chǎn)生作用力矩使橢圓齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)。矩使橢圓齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章 圖（圖（a）位置時(shí)，由于位置時(shí)，由于p1 p2，所產(chǎn)生的合力矩所產(chǎn)生的合力矩使使A輪順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。輪順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。A帶動(dòng)帶動(dòng)B轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)。 轉(zhuǎn)至（轉(zhuǎn)至（b）位置，位置，A輪與輪與B輪均為主動(dòng)輪。輪均為主動(dòng)輪。 轉(zhuǎn)至（轉(zhuǎn)至（c）位置，合力矩使位置，合力矩使B輪帶動(dòng)輪帶動(dòng)A輪轉(zhuǎn)動(dòng)。輪轉(zhuǎn)動(dòng)。 A 、B輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，連續(xù)將半月形容積內(nèi)的流體輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，連續(xù)將半月形容積內(nèi)的流體排出。排出。過(guò)程控

19、制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章 此圖表示橢圓齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)了此圖表示橢圓齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)了1/4周的情況，其排周的情況，其排出的流體為一個(gè)半月形容積出的流體為一個(gè)半月形容積V0。所以，橢圓齒輪。所以，橢圓齒輪每轉(zhuǎn)一周所排出的被測(cè)介質(zhì)量為半月形容積的每轉(zhuǎn)一周所排出的被測(cè)介質(zhì)量為半月形容積的4倍。倍。故通過(guò)橢圓齒輪流量計(jì)的體積流量故通過(guò)橢圓齒輪流量計(jì)的體積流量Q為：為： Q = 4nV0 n齒輪轉(zhuǎn)速齒輪轉(zhuǎn)速 如果累計(jì)齒輪轉(zhuǎn)速，則得到體積總量。如果累計(jì)齒輪轉(zhuǎn)速，則得到體積總量。V0過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章q特點(diǎn)特點(diǎn)由于橢圓齒輪流量計(jì)是基于容積式原理測(cè)量的，由于橢圓齒輪流量計(jì)是基

20、于容積式原理測(cè)量的，與流體的粘度、密度、雷諾數(shù)等參數(shù)無(wú)關(guān)。因此，與流體的粘度、密度、雷諾數(shù)等參數(shù)無(wú)關(guān)。因此，安裝時(shí)不需要有直管段，對(duì)流體的流動(dòng)狀態(tài)無(wú)要求，安裝時(shí)不需要有直管段，對(duì)流體的流動(dòng)狀態(tài)無(wú)要求，特別適用于高粘度介質(zhì)的流量測(cè)量。測(cè)量精度高，特別適用于高粘度介質(zhì)的流量測(cè)量。測(cè)量精度高，最高可達(dá)最高可達(dá)0.1%。橢圓齒輪流量計(jì)的使用溫度不能過(guò)橢圓齒輪流量計(jì)的使用溫度不能過(guò)高，否則可能使齒輪膨脹卡死。另高，否則可能使齒輪膨脹卡死。另外被測(cè)流體中不能含有固體顆粒外被測(cè)流體中不能含有固體顆粒，否則會(huì)引起齒輪磨損以至損壞。否則會(huì)引起齒輪磨損以至損壞。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章2.

21、4.6 2.4.6 渦輪流量計(jì)渦輪流量計(jì)在測(cè)量管道內(nèi)，安裝一個(gè)可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)的渦輪，在測(cè)量管道內(nèi)，安裝一個(gè)可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)的渦輪，當(dāng)流體通過(guò)時(shí)，流體的動(dòng)能使渦輪旋轉(zhuǎn)。流體的流當(dāng)流體通過(guò)時(shí)，流體的動(dòng)能使渦輪旋轉(zhuǎn)。流體的流速越大，渦輪轉(zhuǎn)速也就越高。速越大，渦輪轉(zhuǎn)速也就越高。因此，測(cè)出渦輪的轉(zhuǎn)速或因此，測(cè)出渦輪的轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)數(shù)，就可確定流過(guò)管道的流轉(zhuǎn)數(shù)，就可確定流過(guò)管道的流體流量或總量。日常生活中使體流量或總量。日常生活中使用的某些自來(lái)水表、油量計(jì)等，用的某些自來(lái)水表、油量計(jì)等，都是利用這種原理制成的，都都是利用這種原理制成的，都屬于速度式儀表。屬于速度式儀表。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章

22、渦輪流量計(jì)的工作過(guò)程渦輪流量計(jì)的工作過(guò)程 當(dāng)流體通過(guò)渦輪葉片與管道之間的間隙時(shí)，葉當(dāng)流體通過(guò)渦輪葉片與管道之間的間隙時(shí)，葉片前后的壓差力推動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn)。高導(dǎo)磁性的渦輪葉片前后的壓差力推動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn)。高導(dǎo)磁性的渦輪葉片就周期性地掃過(guò)磁鋼底部，片就周期性地掃過(guò)磁鋼底部，使磁路的磁阻發(fā)生周期性的變使磁路的磁阻發(fā)生周期性的變化，線圈中的磁通量也跟著發(fā)化，線圈中的磁通量也跟著發(fā)生周期性的變化，線圈中便感生周期性的變化，線圈中便感應(yīng)出脈沖電信號(hào)。其頻率與渦應(yīng)出脈沖電信號(hào)。其頻率與渦輪的轉(zhuǎn)速成正比，即與流量成輪的轉(zhuǎn)速成正比，即與流量成正比。正比。NS過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章輸出脈沖頻率輸

23、出脈沖頻率 f 與被測(cè)流量與被測(cè)流量 Q 之間的關(guān)系：之間的關(guān)系： f = NQ N儀表常數(shù)儀表常數(shù)NS過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章插入式插入式q特點(diǎn)特點(diǎn)渦輪轉(zhuǎn)速不用軸輸出，沒(méi)有齒渦輪轉(zhuǎn)速不用軸輸出，沒(méi)有齒輪傳動(dòng)誤差和密封問(wèn)題，因而渦輪輪傳動(dòng)誤差和密封問(wèn)題，因而渦輪流量計(jì)測(cè)量精度高（可達(dá)流量計(jì)測(cè)量精度高（可達(dá)0.2級(jí)），級(jí)），耐高壓（靜壓可達(dá)耐高壓（靜壓可達(dá)50MPa）。）。輸出信號(hào)為頻率信號(hào)，不易受輸出信號(hào)為頻率信號(hào)，不易受干擾，便于遠(yuǎn)傳干擾，便于遠(yuǎn)傳 。要求流體清潔，安裝時(shí)，應(yīng)加要求流體清潔，安裝時(shí)，應(yīng)加裝過(guò)濾器，且前后要有一定的直管裝過(guò)濾器，且前后要有一定的直管段。段

24、。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章 2.4.7 2.4.7 電磁流量計(jì)電磁流量計(jì)在流量測(cè)量中，當(dāng)被測(cè)介質(zhì)是具有導(dǎo)電性的液在流量測(cè)量中，當(dāng)被測(cè)介質(zhì)是具有導(dǎo)電性的液體介質(zhì)時(shí)，可以應(yīng)用電磁感應(yīng)的方法來(lái)測(cè)量流量。體介質(zhì)時(shí)，可以應(yīng)用電磁感應(yīng)的方法來(lái)測(cè)量流量。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章工作原理工作原理在管道兩側(cè)安放磁鐵，流動(dòng)的液體當(dāng)作切割磁在管道兩側(cè)安放磁鐵，流動(dòng)的液體當(dāng)作切割磁力線的導(dǎo)體，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與流體的流速成正力線的導(dǎo)體，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與流體的流速成正比關(guān)系。當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度比關(guān)系。當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變、管道直徑一定時(shí)，流不變、管道直徑一定時(shí)，流體切割磁力線而

25、產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)體切割磁力線而產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)E的大小僅與流體的的大小僅與流體的流流 v 速有關(guān)。速有關(guān)。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章式中：式中： Ex 感應(yīng)電勢(shì)；感應(yīng)電勢(shì)； B 磁感應(yīng)強(qiáng)度；磁感應(yīng)強(qiáng)度； D 管道直徑；管道直徑； v 流體速度。流體速度。當(dāng)當(dāng)BD一定時(shí)，一定時(shí)，感應(yīng)電勢(shì)感應(yīng)電勢(shì)E與流速與流速v成正比。成正比。 感應(yīng)電勢(shì)的方向由右手定則判斷，其大小為：感應(yīng)電勢(shì)的方向由右手定則判斷，其大小為： E= BDv過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章體積流量體積流量Q與流速與流速v的關(guān)系為：的關(guān)系為：214QD v式中式中稱(chēng)為儀表常數(shù)稱(chēng)為儀表常數(shù)感應(yīng)電勢(shì)感應(yīng)電

26、勢(shì)E與被測(cè)流與被測(cè)流量量Q成正比關(guān)系。成正比關(guān)系。221DEkE44BQD v2Dk4BQvD過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量導(dǎo)管內(nèi)無(wú)任何阻礙物，因而被測(cè)流體的壓測(cè)量導(dǎo)管內(nèi)無(wú)任何阻礙物，因而被測(cè)流體的壓力損失很小。力損失很小?？梢詼y(cè)量各種導(dǎo)電液體的流量，如酸、堿、鹽可以測(cè)量各種導(dǎo)電液體的流量，如酸、堿、鹽溶液，流體可以含有固體顆粒、懸浮物或纖維等。溶液，流體可以含有固體顆粒、懸浮物或纖維等。輸出信號(hào)與流量之間的關(guān)系不受流體的物理性輸出信號(hào)與流量之間的關(guān)系不受流體的物理性質(zhì)（例溫度、壓力、粘度等）變化和流動(dòng)狀態(tài)的影質(zhì)（例溫度、壓力、粘度等）變化和流動(dòng)狀態(tài)的影響。響

27、。測(cè)量響應(yīng)速度快，可用來(lái)測(cè)量脈動(dòng)流量。測(cè)量響應(yīng)速度快，可用來(lái)測(cè)量脈動(dòng)流量。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章由于感應(yīng)電勢(shì)數(shù)由于感應(yīng)電勢(shì)數(shù)值很小，后級(jí)采用高值很小，后級(jí)采用高放大倍數(shù)的放大器，放大倍數(shù)的放大器，很容易受外界電磁場(chǎng)很容易受外界電磁場(chǎng)干擾的影響。干擾的影響。缺點(diǎn)缺點(diǎn)只能用來(lái)測(cè)量導(dǎo)電液體的流量，要求導(dǎo)電率只能用來(lái)測(cè)量導(dǎo)電液體的流量，要求導(dǎo)電率不小于水的導(dǎo)電率。不能測(cè)量氣體、蒸汽及石油不小于水的導(dǎo)電率。不能測(cè)量氣體、蒸汽及石油制品等的流量。制品等的流量。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章2.4.8 旋渦式流量計(jì)旋渦式流量計(jì)利用流體遇到阻礙物后產(chǎn)生的旋渦來(lái)測(cè)量流

28、利用流體遇到阻礙物后產(chǎn)生的旋渦來(lái)測(cè)量流量?？梢杂脕?lái)測(cè)量管道中的液體、氣體和蒸汽的量?？梢杂脕?lái)測(cè)量管道中的液體、氣體和蒸汽的流量。旋渦式流量計(jì)有兩類(lèi)：旋進(jìn)型旋渦流量計(jì)流量。旋渦式流量計(jì)有兩類(lèi)：旋進(jìn)型旋渦流量計(jì)和卡曼型旋渦流量計(jì)（常稱(chēng)渦街流量計(jì)）。和卡曼型旋渦流量計(jì)（常稱(chēng)渦街流量計(jì)）。旋進(jìn)型旋進(jìn)型卡曼型卡曼型過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章渦街流量計(jì)測(cè)量原理渦街流量計(jì)測(cè)量原理在測(cè)量管道中垂直插入一個(gè)非流線形的柱狀在測(cè)量管道中垂直插入一個(gè)非流線形的柱狀物（圓柱或三角柱）作為阻流體。當(dāng)流體受到阻物（圓柱或三角柱）作為阻流體。當(dāng)流體受到阻礙物阻擋時(shí)，會(huì)在阻礙物的下游處產(chǎn)生兩列平行、礙物阻

29、擋時(shí)，會(huì)在阻礙物的下游處產(chǎn)生兩列平行、且上下交替出現(xiàn)的旋渦。因?yàn)檫@些旋渦有如街道且上下交替出現(xiàn)的旋渦。因?yàn)檫@些旋渦有如街道旁的路燈，故有旁的路燈，故有“渦街渦街”之稱(chēng)，又因此現(xiàn)象首先之稱(chēng)，又因此現(xiàn)象首先被卡曼（被卡曼（Karman）發(fā)現(xiàn)，也稱(chēng)作發(fā)現(xiàn)，也稱(chēng)作“卡曼渦街卡曼渦街”。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)兩列旋渦的間距實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)兩列旋渦的間距h和同列相鄰兩和同列相鄰兩個(gè)旋渦之間的距離個(gè)旋渦之間的距離 l 之比能滿(mǎn)足之比能滿(mǎn)足hl0.218時(shí)，所時(shí)，所產(chǎn)生的渦街是穩(wěn)定的。滿(mǎn)足如下關(guān)系：產(chǎn)生的渦街是穩(wěn)定的。滿(mǎn)足如下關(guān)系：dvSft= f 單側(cè)旋渦發(fā)生頻率單側(cè)旋渦發(fā)

30、生頻率St 斯特勞哈爾系數(shù)斯特勞哈爾系數(shù)v 流體平均流速流體平均流速d 圓柱體直徑圓柱體直徑 式中：式中：v公式表明，公式表明， St 為常數(shù)時(shí)，單側(cè)旋渦的發(fā)生頻為常數(shù)時(shí)，單側(cè)旋渦的發(fā)生頻率率 f 與流體平均流速與流體平均流速v成正比成正比。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章v測(cè)得測(cè)得 f 便可算出體積流量便可算出體積流量QQ = A1v = A1Stfd A1管道中旋渦發(fā)管道中旋渦發(fā)生體處流通截面積。生體處流通截面積。 A1 A1q旋渦流量計(jì)的特點(diǎn)是精旋渦流量計(jì)的特點(diǎn)是精確度高、測(cè)量范圍寬、沒(méi)有運(yùn)確度高、測(cè)量范圍寬、沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件、壓力損失小。動(dòng)部件、壓力損失小。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀

31、表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章旋渦頻率的檢測(cè)旋渦頻率的檢測(cè) 旋渦頻率的檢測(cè)方法很多。如：熱敏檢測(cè)法旋渦頻率的檢測(cè)方法很多。如：熱敏檢測(cè)法 、超聲波檢測(cè)法、電容檢測(cè)法、應(yīng)力檢測(cè)法等。超聲波檢測(cè)法、電容檢測(cè)法、應(yīng)力檢測(cè)法等。 這些方法都是利用旋渦的局部壓力、密度、流這些方法都是利用旋渦的局部壓力、密度、流速等的變化作用于敏感元件，產(chǎn)生電信號(hào)，再經(jīng)放速等的變化作用于敏感元件，產(chǎn)生電信號(hào)，再經(jīng)放大整形，得到脈沖信號(hào)輸出。例大整形，得到脈沖信號(hào)輸出。例1：熱敏檢測(cè)法熱敏檢測(cè)法過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章如圖所示，圓柱形內(nèi)腔的中心位置上安裝一個(gè)如圖所示，圓柱形內(nèi)腔的中心位置上安裝一個(gè)

32、鉑電阻，通以電流時(shí)產(chǎn)生熱量，使內(nèi)腔溫度高于腔鉑電阻，通以電流時(shí)產(chǎn)生熱量，使內(nèi)腔溫度高于腔外。外。當(dāng)流體產(chǎn)生旋渦時(shí)，產(chǎn)生旋渦的一側(cè)流體流速當(dāng)流體產(chǎn)生旋渦時(shí)，產(chǎn)生旋渦的一側(cè)流體流速低，靜壓高，使一部分流體由導(dǎo)壓孔進(jìn)入內(nèi)腔，向低，靜壓高，使一部分流體由導(dǎo)壓孔進(jìn)入內(nèi)腔，向未產(chǎn)生旋渦的一側(cè)流出，帶走一部分熱量，鉑絲溫未產(chǎn)生旋渦的一側(cè)流出，帶走一部分熱量，鉑絲溫度降低，電阻減小。每產(chǎn)生一個(gè)旋渦，鉑電阻就變度降低，電阻減小。每產(chǎn)生一個(gè)旋渦，鉑電阻就變小一次。小一次。 測(cè)量出鉑電阻變化測(cè)量出鉑電阻變化的頻率就測(cè)定了的頻率就測(cè)定了旋旋渦頻渦頻率，也就測(cè)得了流量。率，也就測(cè)得了流量。 過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系

33、統(tǒng)與儀表 第第2章章鉑絲阻值的變化頻率，采鉑絲阻值的變化頻率，采用一個(gè)不平衡電橋進(jìn)行轉(zhuǎn)換，用一個(gè)不平衡電橋進(jìn)行轉(zhuǎn)換，經(jīng)放大和整形，再變換成直流經(jīng)放大和整形，再變換成直流電流信號(hào)輸出，供顯示，累積電流信號(hào)輸出，供顯示，累積流量或進(jìn)行自動(dòng)控制。流量或進(jìn)行自動(dòng)控制。鉑電阻絲鉑電阻絲電橋輸出信號(hào)頻率電橋輸出信號(hào)頻率fv= 2f過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章例例2：超聲波檢測(cè)法超聲波檢測(cè)法如圖所示，如圖所示，A為發(fā)射換能為發(fā)射換能器，發(fā)射出超聲波。器，發(fā)射出超聲波。B為接收為接收換能器，接收換能器，接收A發(fā)射的超聲波。發(fā)射的超聲波。 由于旋渦的旋轉(zhuǎn)方向、壓力和流體密度的周期由于旋渦的旋

34、轉(zhuǎn)方向、壓力和流體密度的周期變化，導(dǎo)致了對(duì)超聲波的折射、反射和吸收等效應(yīng)，變化，導(dǎo)致了對(duì)超聲波的折射、反射和吸收等效應(yīng)，而形成了對(duì)超聲波束的調(diào)制作用，這時(shí)而形成了對(duì)超聲波束的調(diào)制作用，這時(shí)B所接收到的所接收到的不再是一個(gè)等幅波信號(hào)，其幅度變化的次數(shù)與旋渦不再是一個(gè)等幅波信號(hào)，其幅度變化的次數(shù)與旋渦個(gè)數(shù)一致，從而測(cè)得流速的大小。個(gè)數(shù)一致，從而測(cè)得流速的大小。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第2章章2.4.9 超聲波流量計(jì)超聲波流量計(jì) 超聲波流量測(cè)量屬于非接觸式測(cè)量。它通過(guò)發(fā)射超聲波流量測(cè)量屬于非接觸式測(cè)量。它通過(guò)發(fā)射超聲波，穿過(guò)流動(dòng)的流體，被接收后，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理超聲波，穿過(guò)流動(dòng)的流體，被接收后，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理反映出流體的流速。根據(jù)流速便能算出流量。反映出流體的流速。根據(jù)流速便能算出流量。 超聲波的測(cè)量有多種不同的方式。如：傳播時(shí)間超聲波的測(cè)量有多種不同的方式。如：傳播時(shí)間法、旋渦法、多普勒效應(yīng)法等。法、旋渦法、多普勒