流量測(cè)量?jī)x表2

1、3. 容積式流量計(jì)日常生活中，要用固定容積的容器去測(cè)量流體的體積，例如用升、斗去測(cè)量。在工業(yè)生產(chǎn)中也有一種流量計(jì)的測(cè)量原理與其相似，即針對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中流體是在密閉管道中連續(xù)流動(dòng)的特點(diǎn)，利用機(jī)械測(cè)量元件把流體連續(xù)不斷地分割（隔離）成單個(gè)的體積部分，然后計(jì)量出流體的總體積。這種形式的流量計(jì)稱(chēng)為容積式流量計(jì)，也稱(chēng)為正排量流量計(jì)。容積式流量計(jì)有許多品種，常用的有橢圓齒輪流量計(jì)、腰輪流量計(jì)、刮板流量計(jì)及濕式氣體流量計(jì)、膜式家用煤氣表等。容積式流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是，一般的測(cè)量準(zhǔn)確度比較高，對(duì)上游的流動(dòng)狀態(tài)不太敏感，因而在工業(yè)生產(chǎn)中和商品交換中得到廣泛應(yīng)用。其缺點(diǎn)是一般容積式流量計(jì)比較笨重。3.1 測(cè)量原理容積式流

2、量計(jì)的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，但就其測(cè)量原理而言，都是通過(guò)測(cè)量元件把流體連續(xù)不斷地分割成固定體積的單元流體，然后根據(jù)測(cè)量元件的動(dòng)作次數(shù)給出流體的總量。即采取所謂容積分界法測(cè)量出流體的流量。把流體分割成單元流體的固定體積空間，也就是計(jì)量室，是由流量計(jì)殼體的內(nèi)壁和作為測(cè)量元件的活動(dòng)壁形成的。當(dāng)被測(cè)流體進(jìn)入流量計(jì)并充滿(mǎn)計(jì)量室后，在流體壓力的作用下推動(dòng)測(cè)量元件運(yùn)動(dòng)，將一份一份的流體排送到流量計(jì)的出口。同時(shí)，測(cè)量元件還把它的動(dòng)作次數(shù)通過(guò)齒輪等機(jī)構(gòu)傳遞到流量計(jì)的顯示部分，指示出流量值。也就是說(shuō)，知道計(jì)量室的體積和測(cè)量元件的排送次數(shù)，便可以由計(jì)數(shù)裝置給出流量。3.1.1轉(zhuǎn)子式容積流量計(jì)轉(zhuǎn)子式容積流量計(jì)儀表殼體內(nèi)有

3、兩個(gè)轉(zhuǎn)子，直接或間接地嚙合，通過(guò)流體的壓力推動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，并將轉(zhuǎn)子與殼體之間的流體排至出口，然后由轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)求出流體的數(shù)量。屬于這種類(lèi)型的有橢圓齒輪流量計(jì)、腰輪流量計(jì)、雙轉(zhuǎn)子流量計(jì)、螺桿流量計(jì)等。3.1.1.1橢圓齒輪流量計(jì)橢圓齒輪流量計(jì)又稱(chēng)為奧巴爾流量計(jì)，它的測(cè)量部分是由殼體和兩個(gè)相互嚙合的橢圓形齒輪等3個(gè)部分組成。流體流過(guò)儀表時(shí)，因克服阻力而在儀表的入、出口之間形成壓力差，在此壓差的作用下推動(dòng)橢圓齒輪旋轉(zhuǎn)，不斷地將充滿(mǎn)在齒輪與殼體之間所形成的半月形計(jì)量室中的流體排出，由齒輪的轉(zhuǎn)數(shù)表示流體的體積總量，其動(dòng)作過(guò)程如圖2-3-56所示。由于流體在儀表的入、出口的壓力p1p2，當(dāng)兩個(gè)橢圓齒輪處于

4、圖2-3-56（a）位置時(shí)，在p1p2作用下所產(chǎn)生的合力矩推動(dòng)輪A向逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，把計(jì)量室內(nèi)的流體排至出口，并同時(shí)帶動(dòng)輪B作順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。這時(shí)輪A為主動(dòng)輪，輪B為從動(dòng)輪。同樣可以看出：在圖2-3-56（b）位置時(shí)，A、B輪均為主動(dòng)輪；在圖2-3-56（c）位置時(shí)，B為主動(dòng)輪，A為從動(dòng)輪。由于輪A和輪B交替為主動(dòng)輪或者均為主動(dòng)輪保持兩個(gè)橢圓齒輪不斷地旋轉(zhuǎn)，以致把流體連續(xù)地排至出口。橢圓齒輪每循環(huán)一次（轉(zhuǎn)動(dòng)一周），就排出四個(gè)半月形體積的流體如圖3-1-1（d），因而從齒輪的轉(zhuǎn)數(shù)便可以求出排出流體的總量V=NV04Nv02N（R2） （2-3-75）式中N橢圓齒輪的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)數(shù)；a、 b橢圓齒輪的長(zhǎng)

5、、短半軸的長(zhǎng)度；R計(jì)量室的半徑；橢圓齒輪的厚度；V0橢圓齒輪每循環(huán)一次排出的流體體積； v0半月形容積，v0=（R2）。橢圓齒輪流量計(jì)適用于石油及各種燃料油的流量計(jì)量，因?yàn)闇y(cè)量元件是齒輪的嚙合轉(zhuǎn)動(dòng)，被測(cè)介質(zhì)必須清潔。測(cè)量準(zhǔn)確度較高，一般為10.2級(jí)。3.3.1.2 腰輪流量計(jì)腰輪流量計(jì)又稱(chēng)為羅茨流量計(jì)，其測(cè)量原理、動(dòng)作過(guò)程與橢圓齒輪流量計(jì)基本相同，只是作為轉(zhuǎn)子的腰輪形狀不同（如圖2-3-57），腰輪上也沒(méi)有齒，且腰輪是靠套在伸出殼體的兩根軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪嚙合傳動(dòng)的。腰輪的組成有兩種：一種是只有一對(duì)腰輪；另一種是由兩對(duì)互呈45角的組合腰輪構(gòu)成，稱(chēng)為45角組合式腰輪流量計(jì)。普通腰輪流量計(jì)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的

6、振動(dòng)較大，組合式腰輪流量計(jì)振動(dòng)小，適合用于大流量測(cè)量。腰輪流量計(jì)可用于各種清潔液體的流量測(cè)量，也可制成測(cè)量氣體的流量計(jì)。計(jì)量準(zhǔn)確度高，可達(dá)0.50.1級(jí)，主要缺點(diǎn)是體積大、笨重、進(jìn)行周期檢定比較困難；壓損較大；運(yùn)作中有振動(dòng)等。3.1.1.3 雙轉(zhuǎn)子流量計(jì)雙轉(zhuǎn)子流量計(jì)的轉(zhuǎn)子是由兩個(gè)斷面形狀不同的螺旋轉(zhuǎn)子構(gòu)成（圖2-3-58），也是靠流量計(jì)進(jìn)出口間的流體壓差推動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。互不接觸的螺旋轉(zhuǎn)子軸上固定有同步齒輪，以實(shí)現(xiàn)互相趨動(dòng)。由于轉(zhuǎn)子軸向呈螺旋形，并且安裝于兩個(gè)轉(zhuǎn)子軸上的機(jī)構(gòu)使轉(zhuǎn)子之間始終保持適當(dāng)?shù)拈g隙，所以運(yùn)行平穩(wěn)。雙轉(zhuǎn)子流量計(jì)是采用雙殼體（如圖2-3-59）。流體經(jīng)入口法蘭直接進(jìn)入腔體，計(jì)量后的

7、流體介質(zhì)通過(guò)內(nèi)殼體的端蓋孔進(jìn)入外殼體內(nèi)腔，然后經(jīng)出口法蘭流出。雙殼體構(gòu)造的優(yōu)點(diǎn)是：管道應(yīng)力不會(huì)傳給測(cè)量元件；測(cè)量元件易于拆卸，便于維修和沖洗管道；通過(guò)測(cè)量元件壁產(chǎn)生的差壓小，消除了因系統(tǒng)壓力變化引起測(cè)量元件尺寸的變化。當(dāng)然它的構(gòu)造復(fù)雜，成本較高。雙轉(zhuǎn)子流量計(jì)適用于石油、化工及各種工業(yè)液體的測(cè)量，被測(cè)介質(zhì)的溫度范圍可達(dá)29232，被測(cè)介質(zhì)的粘度可在1000mPaS以上。準(zhǔn)確度等級(jí)有0.1、0.2、0.5級(jí)。3.1.1.4 螺桿流量計(jì)螺桿流量計(jì)的動(dòng)作過(guò)程如圖2-3-60（a）、（b）、（c）、（d）所示。是由一對(duì)螺旋轉(zhuǎn)子與殼體之間構(gòu)成計(jì)量室 ，在液體壓力差的作用下產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，使螺旋轉(zhuǎn)子以勻速旋轉(zhuǎn)

8、。其特點(diǎn)是對(duì)被測(cè)介質(zhì)的粘度變化不敏感，適用于粘度較高（可達(dá)200mPaS）介質(zhì)的流量測(cè)量，準(zhǔn)確度等級(jí)有0.2，0.5級(jí)。3.1.2 刮板式容積流量計(jì)刮板式容積流量計(jì)主要由可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子、刮板及流量計(jì)的殼體組成。在流體的壓力作用下使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)、刮板旋轉(zhuǎn)，把流體連續(xù)不斷地切割成單元體積，并排至出口，由轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)算出流量。刮板流量計(jì)有凸輪式、凹線(xiàn)式和彈性刮板等形式。3.1.2.1 凸輪式刮板流量計(jì)儀表殼體的內(nèi)腔是圓筒形的空筒（圖2-3-61）。轉(zhuǎn)子也是一個(gè)空心的圓筒形物體，在筒邊開(kāi)有4個(gè)槽并相垂直，以便刮板在槽內(nèi)作徑向伸出或收縮。4個(gè)刮板由兩根連桿連接成兩對(duì)，也互為90角，在空間交叉互不干擾。每個(gè)刮板

9、的一端裝有小滾柱，在流體推動(dòng)刮板旋轉(zhuǎn)時(shí)4個(gè)小滾柱分別圍繞著固定的凸輪作滾動(dòng)，從而使刮板時(shí)而伸出，時(shí)而縮進(jìn)。當(dāng)相鄰的兩個(gè)刮板都伸出到殼體內(nèi)壁時(shí)，便形成一個(gè)計(jì)量空間（計(jì)量室）。刮板在計(jì)量室內(nèi)運(yùn)行期間，只隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而不滑動(dòng)。當(dāng)前面的刮板離開(kāi)計(jì)量室后，就慢慢縮進(jìn)旋轉(zhuǎn)的圓筒內(nèi)，流體排至出口，同時(shí)，相應(yīng)的刮板伸出并與后邊的刮板形成新的計(jì)量空間，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，周而復(fù)始，轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周，便有4個(gè)計(jì)量空間的流體排出。3.1.2.2 凹線(xiàn)式刮板流量計(jì)凹線(xiàn)式刮板流量計(jì)殼體的內(nèi)腔是曲線(xiàn)形的，由大、小兩個(gè)圓及兩條對(duì)稱(chēng)的凹線(xiàn)所組成。轉(zhuǎn)子是實(shí)心的，中間有槽，刮板在槽中隨著內(nèi)腔的曲率不同伸出或縮進(jìn)（如圖3-1-7）凹線(xiàn)式刮板流量

10、計(jì)的動(dòng)作過(guò)程與凸輪式刮板流量計(jì)基本相同，只是凸輪式刮板的滑動(dòng)是靠凸輪控制轉(zhuǎn)子按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，凹線(xiàn)式刮板的滑動(dòng)是靠?jī)?nèi)腔形線(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。刮板流量計(jì)適用于液體流量計(jì)量，準(zhǔn)確度較高，可達(dá)0.2級(jí)。振動(dòng)和噪音小。3.1.2.3彈性刮板流量計(jì)為適應(yīng)流體含有顆粒雜質(zhì)的臟污流體的流量測(cè)量，有一種彈性刮板流量計(jì)（如圖2-3-63）。它是由殼體、彈性刮板、葉片形成計(jì)量室。其轉(zhuǎn)子形成三葉狀，并與軸結(jié)成一體，刮板葉片通過(guò)扭矩彈簧與轉(zhuǎn)子連接。當(dāng)被測(cè)流體經(jīng)入口進(jìn)入流量計(jì)時(shí)，液體遇擋塊后，使之傾斜向下流動(dòng)，推動(dòng)第一片刮板使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子又帶動(dòng)第二片刮板同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)刮板遇到擋塊時(shí)，刮板上緣沿著擋塊滑動(dòng)，由于

11、彈簧的作用，刮板彈出，在繼續(xù)旋轉(zhuǎn)中，刮板與殼體間形成計(jì)量室，被計(jì)量的液體由出口排出。由于轉(zhuǎn)子與擋塊間有橡膠條密封，則刮板滑動(dòng)時(shí)無(wú)漏失。由于刮板與殼體間是彈性密封的，所以被測(cè)介質(zhì)中含有少量的顆?；蛭畚?，也不會(huì)損壞儀表。彈性刮板流量計(jì)的準(zhǔn)確度等級(jí)有1、1.5級(jí)。被測(cè)介質(zhì)粘度范圍為5250mPas。3.1.3 活塞式容積流量計(jì)3.1.3.1往復(fù)活塞流量計(jì)活塞在流體壓力的作用下在氣缸內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，可以通過(guò)活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)測(cè)量流體的流量。如圖2-3-64（a）所示，從流體入口流入的流體經(jīng)換向閥進(jìn)入氣缸并推動(dòng)活塞移動(dòng)，同時(shí)把活塞另一側(cè)的流體出口流出，當(dāng)活塞移動(dòng)到某一個(gè)規(guī)定的位置時(shí)，發(fā)出轉(zhuǎn)換信號(hào)使換向閥旋動(dòng)1

12、80，改變流體的流入和流出方向，使原來(lái)的流出端相反地與流入口相連接，推動(dòng)活塞向相反方向移動(dòng)，把原來(lái)流入的流體推出。通過(guò)換向閥的反復(fù)切換，使活塞交替進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)。由于活塞一次往復(fù)運(yùn)動(dòng)經(jīng)流出口流出的流體體積是一定的，因此由活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)次數(shù)可以知道流過(guò)流體的總量。往復(fù)活塞流量計(jì)有單活塞和多活塞兩種形式。圖2-3-64（b）是較為常見(jiàn)的四活塞流量計(jì)的工作原理圖，流量計(jì)有p1、p2、p3、p4四個(gè)活塞和氣缸，四個(gè)活塞桿通過(guò)連接點(diǎn)O進(jìn)行聯(lián)動(dòng)。由圖2-3-64可以看出，流體流入與流入口相連的p1、p2氣缸后，推動(dòng)活塞移動(dòng)，并在此推力的作用下，使O點(diǎn)向箭頭所指方向旋轉(zhuǎn)，同時(shí)反向地把p3、p4缸內(nèi)流體推到流出

13、口流出。連接點(diǎn)O繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，p1、 p3的活塞移到某個(gè)規(guī)定位置時(shí)，p1、 p3的換向閥旋轉(zhuǎn)180，p1缸內(nèi)的流體開(kāi)始流出，p3氣缸開(kāi)始流入流體。連接點(diǎn)O 繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，則各氣缸依次流入和排出流體，連接點(diǎn)O 每旋轉(zhuǎn)一周，就有四個(gè)氣缸體積的流體從流入口送到流出口，從而可以由活塞的往復(fù)次數(shù)指示出總流量值。這種流量計(jì)目前作為加油站的汽油流量計(jì)使用，適于測(cè)量較低粘度的油品流量。由于在活塞和氣缸之間使用泄漏小的襯墊等，因而可以用于測(cè)量很小的流量，測(cè)量準(zhǔn)確度等級(jí)為0.150.3級(jí)。3.1.3.2 旋轉(zhuǎn)活塞流量計(jì)旋轉(zhuǎn)活塞流量計(jì)又稱(chēng)為擺動(dòng)活塞或環(huán)形活塞流量計(jì)。其工作原理如圖2-3-65所示。儀表的內(nèi)腔是圓環(huán)形的，由圓

14、筒形的外壁和圓筒形的內(nèi)壁及底部構(gòu)成，在其底部的中心處安裝有導(dǎo)軸B，圓筒形內(nèi)外壁之間有一個(gè)徑向隔板A，在底部，隔板A兩側(cè)的特殊形狀的面積D和E分別為流體的入口和出口。插入儀表內(nèi)腔的活塞是空心的圓筒，在其側(cè)壁有一個(gè)合適寬度切口，以便活塞能夠沿隔板A 做線(xiàn)性運(yùn)動(dòng)并防止活塞轉(zhuǎn)動(dòng)，活塞上蓋的中心處安裝有中心軸C，工作時(shí)此軸沿著腔體內(nèi)壁的內(nèi)表面滾動(dòng)。 活塞和腔體圓筒的長(zhǎng)度是相同的（只有很小的工作間隙），但活塞的直徑比腔體外壁的內(nèi)徑小得多。在活塞的內(nèi)徑和外徑、環(huán)形腔體的大直徑和小直徑、腔體內(nèi)壁的內(nèi)徑以及軸軸的配合上，能夠使活塞的外表面始終與腔體外壁的內(nèi)表面相接觸，活塞的內(nèi)表面始終與腔體內(nèi)壁的外表面相接觸。計(jì)

15、量室的密封是靠腔體底面與活塞下部開(kāi)放端的滑動(dòng)接觸，以及腔內(nèi)外壁與活塞內(nèi)外壁之間滾動(dòng)配合的滑動(dòng)線(xiàn)接觸。通過(guò)圖2-3-65可以看出，活塞的運(yùn)動(dòng)和它的功能很像閥門(mén)，也和一般活塞運(yùn)動(dòng)一樣，由于流體的入口壓力大于出口壓力，流體要推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，活塞的中心軸則沿著箭頭所指方向旋轉(zhuǎn)，這樣，流體就會(huì)不斷地流入和流出。活塞每循環(huán)一周，排出充滿(mǎn)如圖2-3-65（）中的1、2和圖2-3-65（）中3、4空間的流體。由于每個(gè)循環(huán)排出的流體體積是固定的，可以通過(guò)軸的轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)算出流量。旋轉(zhuǎn)活塞流量計(jì)適用于水和各種油品的流量計(jì)量，也可以用于牛奶的流量計(jì)量。準(zhǔn)確度等級(jí)有0.2、0.5、1.0、2.0等。3.2 容積式流量計(jì)的選型

16、、安裝和使用容積式流量計(jì)的特點(diǎn)是準(zhǔn)確度高，一般為0.50.2級(jí)，量程范圍寬，一般在1：10以上，并可以測(cè)量小流量。雖然各種容積式流量計(jì)都對(duì)被測(cè)介質(zhì)的粘度有要求，但與其他類(lèi)型的流量計(jì)相比較，還是要求較低的。其不足之處是對(duì)于大流量測(cè)量來(lái)說(shuō)成本高、重量大、維護(hù)不便，容積式流量計(jì)也不適于測(cè)量溫度較高的介質(zhì)和臟污介質(zhì)的。在石油、化工等大型連續(xù)性生產(chǎn)裝置中，常常要安裝許多臺(tái)的流量?jī)x表，但是能否保證各個(gè)流量?jī)x表都能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，給出可靠的流量值，并不是件容易的事情，也是生產(chǎn)管理中必須解決的問(wèn)題，這里除與工藝運(yùn)行狀況可能有關(guān)外，常常是與流量?jī)x表的選型、安裝和使用維護(hù)不當(dāng)有關(guān)。3.2.1 流量計(jì)的選型在生產(chǎn)過(guò)程中需

17、要測(cè)量流量的被測(cè)介質(zhì)的情況是多種多樣的，例如被測(cè)介質(zhì)的物理性質(zhì)（密度、粘度等），介質(zhì)類(lèi)別（氣體、液體等）及化學(xué)性質(zhì)（有無(wú)腐蝕、腐蝕性、毒性），工作條件（溫度、壓力），所處環(huán)境（溫度變化、管道直徑及鋪設(shè)、振動(dòng)、周?chē)臻g情況），測(cè)量范圍（最大流量、最小流量、常用流量），要求的測(cè)量準(zhǔn)確度等等。而容積式流量計(jì)的品種、性能和應(yīng)用條件、壽命、價(jià)格等也各有不同。因此，要認(rèn)真收集工藝方面和現(xiàn)場(chǎng)的各種確節(jié)數(shù)據(jù)，認(rèn)真收集有關(guān)流量?jī)x表方面的資料，綜合研究分析，確定出所用儀表的品種、規(guī)格型號(hào)以及制造廠(chǎng)。儀表的選型，稍有不當(dāng)，將可能給生產(chǎn)裝置的投產(chǎn)和運(yùn)行帶來(lái)一時(shí)難以克服的困難和損失，或者形同虛設(shè)。應(yīng)該說(shuō)這種情況的現(xiàn)場(chǎng)、

18、特別是在大裝置中是屢見(jiàn)不鮮的。對(duì)于流量計(jì)的準(zhǔn)確度，能夠滿(mǎn)足被測(cè)量的實(shí)際需要即可，而不宜過(guò)分地提高等級(jí)。3.2.2 流量計(jì)的安裝一臺(tái)流量?jī)x表如果安裝不當(dāng)，可能使流量測(cè)量達(dá)不到準(zhǔn)確度要求，甚至無(wú)法用于測(cè)量，或者維護(hù)困難、降低使用效果，甚至儀表的運(yùn)動(dòng)部件遭到損壞。所以要根據(jù)流量計(jì)的特點(diǎn)，被測(cè)介質(zhì)情況和現(xiàn)場(chǎng)情況，以最佳的方式安裝儀表。容積式流量計(jì)只能測(cè)量單相潔凈的流體，被測(cè)介質(zhì)為液體時(shí)，則不應(yīng)含有氣泡或固體顆粒，否則會(huì)使測(cè)量不準(zhǔn)或使運(yùn)動(dòng)部件磨損、卡死甚至被損壞。為此必須在流量計(jì)上游設(shè)置合適的過(guò)濾器（圖2-3-76）及消氣裝置（圖2-3-77），一般小型流量計(jì)過(guò)濾器的金屬網(wǎng)為20050目，大型的為502

19、0目，有效過(guò)濾面積應(yīng)為連接管線(xiàn)截面積的1020倍。消氣器中的斜板是用來(lái)使流體分散，便于液氣分離，浮球閥的作用是控制氣體排出保持一定的液位。容積式流量計(jì)的運(yùn)動(dòng)部件和測(cè)量室是經(jīng)過(guò)精細(xì)加工、間隙很小的精密配合，安裝場(chǎng)所應(yīng)該是振動(dòng)很小，溫度合適的地方，避免強(qiáng)磁場(chǎng)干擾。容積式流量計(jì)一般都是體積較大，比較笨重，安裝在水平管線(xiàn)上，少數(shù)口徑較小的也允許安裝在垂直管線(xiàn)上。為便于檢修和維護(hù)在安裝管路上要設(shè)有副線(xiàn)和必須的閥門(mén)等。圖2-3-78是容積式流量計(jì)的配管方式，安裝在水平管道時(shí)，流量計(jì)要安裝在主管道上。在垂直管道上安裝時(shí)，一般安裝在旁路上，為減少雜質(zhì)沉淀，流量計(jì)上部的豎管要盡量短。根據(jù)容積式流量計(jì)的測(cè)量原理，

20、流量計(jì)前后沒(méi)有直管段要求。流量計(jì)的安裝一定要考慮到日常的維護(hù)和檢修、校驗(yàn)的方便。并且要考慮到周?chē)h(huán)境的情況。3.2.3 使用與維護(hù)對(duì)于新投產(chǎn)或檢修后開(kāi)工生產(chǎn)的裝置，一定要在清掃管線(xiàn)后才能裝上流量計(jì)，試運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)流體應(yīng)走旁路，待到正常狀態(tài)后再進(jìn)行流量測(cè)量，確保沒(méi)有顆粒和雜質(zhì)進(jìn)入流量計(jì)。要經(jīng)常清洗或更換過(guò)濾網(wǎng)，防止有雜質(zhì)流入流量計(jì)。在運(yùn)行中要注意運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)轉(zhuǎn)聲音，判斷其工作是否正常。容積式流量計(jì)應(yīng)定期進(jìn)行檢定與校驗(yàn)。一般情況下，使用一定時(shí)間后流量計(jì)的誤差曲線(xiàn)與新流量計(jì)開(kāi)始使用時(shí)相比，將向正的誤差方向稍做移動(dòng)，而且小流量范圍的誤差特性較好。但連續(xù)使用后，如果是液體流量計(jì)，則誤差曲線(xiàn)反而向負(fù)值傾斜。這是

21、由于使用到某種程度時(shí)，運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)轉(zhuǎn)變圓滑，機(jī)械阻力有所減少，漏流量也變小，則誤差曲線(xiàn)向正值傾斜。再繼續(xù)使用，運(yùn)動(dòng)件的端部被磨損、間隙變寬，漏流量增大，則曲線(xiàn)移向負(fù)值。這種變化隨流量計(jì)的形式不同而有所不同，但都在0.5以?xún)?nèi)。這也是需要精確測(cè)量時(shí)應(yīng)該再次校準(zhǔn)的原因。此外，如果流量計(jì)幾天不使用，再進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)，其誤差可能與原來(lái)不太一樣，特別是測(cè)量水或溫水的容積式流量計(jì)有這種現(xiàn)象，可認(rèn)為是由于運(yùn)動(dòng)件放置一段時(shí)間不運(yùn)轉(zhuǎn)，其機(jī)械阻力有所變化造成的。實(shí)際測(cè)量的流體可能與流量計(jì)檢定時(shí)所用的流體不同，對(duì)于液體。如果粘度相差較大時(shí)流量計(jì)會(huì)產(chǎn)生附加誤差，必須進(jìn)行相應(yīng)的修正。一般是選擇與被測(cè)液體粘度相近（且被測(cè)流體的

22、粘度介于兩者之間）的流量計(jì)誤差進(jìn)行修正。修正公式為E=E2+（E1-E2） （2-3-85）式中流量計(jì)實(shí)際使用時(shí)的誤差；流量計(jì)用比實(shí)際粘度大的實(shí)驗(yàn)液時(shí)的誤差；流量計(jì)用比實(shí)際粘度小的實(shí)驗(yàn)液時(shí)的誤差；實(shí)用時(shí)液體的粘度；1比實(shí)驗(yàn)液粘度大的試驗(yàn)液粘度；2比實(shí)驗(yàn)液粘度小的試驗(yàn)液粘度。4. 流體振動(dòng)式流量計(jì)在20世紀(jì)60年代末期，相繼出現(xiàn)了應(yīng)用流體振動(dòng)原理測(cè)量流量的新型流量?jī)x表，即所謂漩渦式流量計(jì)。目前已經(jīng)應(yīng)用的有兩種：一種是應(yīng)用自然振動(dòng)的卡曼漩渦列原理：另一種是應(yīng)用強(qiáng)迫振動(dòng)的漩渦旋進(jìn)原理。應(yīng)用振動(dòng)原理的流量?jī)x表，前者稱(chēng)為卡曼渦街流量計(jì)（或渦街流量計(jì)），后者稱(chēng)為旋進(jìn)（或進(jìn)動(dòng)）式漩渦流量計(jì)。這種測(cè)量方法的特

23、點(diǎn)是管道內(nèi)無(wú)可動(dòng)部件，使用壽命長(zhǎng)，線(xiàn)性測(cè)量范圍寬（約100：1），幾乎不受溫度、壓力、密度、粘度等變化的影響，壓力損失小，準(zhǔn)確度等級(jí)為0.51級(jí)。儀表的輸出是與體積流量成比例的脈沖信號(hào)，即數(shù)字顯示。這種儀表對(duì)氣體、液體均適用。4.1應(yīng)用卡曼漩渦測(cè)量流量在流體前進(jìn)的路徑上放置一個(gè)非流線(xiàn)型的物體（見(jiàn)圖2-3-79），有時(shí)會(huì)在物體后面發(fā)生一個(gè)規(guī)則的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)，即在物體兩側(cè)交替地形成漩渦，并隨著流體流動(dòng)。其結(jié)果是在物體后面形成兩列非對(duì)稱(chēng)的漩渦列，稱(chēng)為卡曼渦列（渦街）。但是漩渦的配列或多或少地都是不穩(wěn)定的，實(shí)驗(yàn)表明，只有滿(mǎn)足一定條件時(shí)，此兩列漩渦才是穩(wěn)定的。即當(dāng)兩列漩渦的間距為h，同列中相鄰漩渦的間距為l

24、，對(duì)于圓柱體滿(mǎn)足h/l=0.281條件時(shí)，漩渦才是穩(wěn)定的。物體后面放出漩渦的頻率與物體的形狀和流速有關(guān)。圖2-3-80是均勻流體中圓柱體表面上壓力分布情況。從圖2-3-80中可以看出，在滯點(diǎn)=0時(shí)的總壓為最高。在向下游方向增大時(shí)，隨增大，流速增大、壓力降低。在=70附近壓力最低。在8085處邊界層從表面剝離，這樣，在這以后出現(xiàn)逆流區(qū)，逆流和剝離下來(lái)的邊界層的不連續(xù)面就成長(zhǎng)為漩渦，從圓柱后側(cè)交替而有規(guī)律地被放出。在=85處出現(xiàn)的壓力拐點(diǎn)就意味著剝離是在這一點(diǎn)發(fā)生的。實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明，每一列漩渦產(chǎn)生的頻率與流速u(mài)、圓柱直徑d的關(guān)系為 （2-3-85）式中St=fd/u稱(chēng)為斯特羅哈爾系數(shù)，是一個(gè)無(wú)量綱的

25、系數(shù)。從圖2-3-81可看出，這個(gè)系數(shù)是隨以d為特征長(zhǎng)度的雷諾數(shù)變化的，但在雷諾數(shù)為500150000的區(qū)域內(nèi)，基本上為一個(gè)常數(shù)，對(duì)于圓柱體St=0.20，三角柱St=0.16。而在工業(yè)上測(cè)量的流速，實(shí)際上幾乎都不超過(guò)這個(gè)范圍，所以可認(rèn)為頻率f只受流速u(mài)和物體的特征長(zhǎng)度所支配，而不受流體的溫度、壓力、密度、粘度及組成成分的影響。與其他流量測(cè)量方法相比較，這是應(yīng)用卡曼漩渦列測(cè)量流量方法的特點(diǎn)。在管道中插入漩渦發(fā)生體時(shí)，假設(shè)在漩渦發(fā)生體處，流通截面積為A，流體的平均流速為u，管道內(nèi)徑為D，圓柱體直徑為d，由于漩渦發(fā)生體處的流通截面積 （2-3-86）當(dāng)d/D0.3時(shí)，可近似為 （2-3-87）則可

26、得到流量與漩渦產(chǎn)生的頻率f的關(guān)系為 （2-3-88）由于在一定雷諾數(shù)區(qū)域內(nèi)，St為一個(gè)常數(shù)，所以從流量方程式可知，體積流量與頻率間成線(xiàn)性關(guān)系。為便于了解檢測(cè)漩渦頻率的方法，首先分析一下漩渦的成長(zhǎng)過(guò)程。流體在漩渦發(fā)生體圓柱周?chē)那闆r見(jiàn)圖2-3-79所示。假設(shè)流動(dòng)是均勻的，則在圓柱體上游的環(huán)量為零。在圓柱體右下方有漩渦的場(chǎng)合，作為漩渦回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的反作用，在流體的其他部分，就有與漩渦方向相反的旋轉(zhuǎn)，這個(gè)旋轉(zhuǎn)就是圓柱周?chē)沫h(huán)流（圖2-3-79中的虛線(xiàn)箭頭），即圓柱周?chē)沫h(huán)量不為零。由于環(huán)量的速度成分加在原來(lái)的流動(dòng)上，所以在圓柱體上側(cè)有增加流速的作用，在圓柱的下側(cè)有減少流速的作用。結(jié)果，有個(gè)正向升力從下到

27、上地作用到圓柱體上。在圓柱右上方有順時(shí)針?lè)较蚧剞D(zhuǎn)的漩渦時(shí)，環(huán)量成反方向，結(jié)果有個(gè)向下的負(fù)向升力作用到圓柱體上。由此可知，可以由漩渦發(fā)生體本身通過(guò)一定方式，檢測(cè)由于漩渦剝離產(chǎn)生的周期性的流動(dòng)運(yùn)動(dòng)的變化頻率和交變的升力變化頻率，也可以在尾流中設(shè)置檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)。采用的方法如圖2-3-82所示。導(dǎo)壓孔（或開(kāi)的槽孔）與檢測(cè)器內(nèi)部的空腔相通，空腔由隔墻分成兩個(gè)部分。在隔墻中央部分有小孔，在小孔中裝置有檢測(cè)流體位移的鉑電阻絲等。因而在漩渦發(fā)生時(shí)，由于環(huán)量的緣故，漩渦對(duì)檢測(cè)器施加一個(gè)從下到上的升力。這個(gè)情況，就如同在檢測(cè)器下方的壓力比上方的壓力高一樣。結(jié)果，流體被從下方導(dǎo)壓孔吸入，從上方的導(dǎo)壓孔吹出。如果把

28、鉑電阻絲用電流加熱到比流體溫度高出某個(gè)溫度，流體通過(guò)鉑電阻絲時(shí)，帶走它的熱量，從而改變它的電阻值，此電阻值的變化與放出漩渦的頻率相對(duì)應(yīng)，即由此便可檢測(cè)出與流速變化成比例的頻率。也可以在空腔間采用貼有應(yīng)變片的膜片或檢測(cè)位移的元件。除圓柱形檢測(cè)器外，還有采用三角柱檢測(cè)器的，如圖2-3-83所示，可以得到更穩(wěn)定更強(qiáng)烈的漩渦。它的流速和頻率的關(guān)系為 （2-3-89）埋在三角柱正面的兩只熱敏電阻組成橋路的兩臂，并以恒流電源供給微弱電流進(jìn)行加熱，產(chǎn)生漩渦一側(cè)的熱敏電阻處流速較大，使熱敏電阻溫度降低，阻值升高，并由橋路輸出信號(hào)。隨著漩渦交替產(chǎn)生，電橋就輸出與漩渦頻率完全相同的信號(hào)。只要準(zhǔn)確掌握三角柱扁平面的

29、寬度d和管道直徑D，頻率f和流速之間關(guān)系就可以知道。由于這種測(cè)量方法實(shí)質(zhì)是測(cè)量流速，則管道里流速分布的不均勻程度將給測(cè)量帶來(lái)誤差，因此適用于紊流流速分布變化小的情況，其雷諾數(shù)范圍，氣體為21031.2105,水為51031.5105, 并要求檢測(cè)器前后有足夠的直管段長(zhǎng)度。渦街流量計(jì)也可用于大口徑管道的流量測(cè)量。4.2 應(yīng)用旋進(jìn)漩渦測(cè)量流量旋進(jìn)漩渦與卡曼漩渦是完全不同類(lèi)型的漩渦。如圖2-3-84所示，流體通過(guò)漩渦發(fā)生器后，出現(xiàn)一股繞流動(dòng)軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)的漩渦流向前流動(dòng)，這股漩渦流中心的軸向前進(jìn)速度幾乎與流體的流動(dòng)速度相同。當(dāng)流體流動(dòng)截面進(jìn)一步擴(kuò)大時(shí)，則漩渦流的中心就要產(chǎn)生一種旋進(jìn)運(yùn)動(dòng)，即一方面它旋轉(zhuǎn)著前

30、進(jìn)，另一方面又逐漸擴(kuò)大它的旋轉(zhuǎn)半徑，形成類(lèi)似錐形螺旋線(xiàn)的前進(jìn)運(yùn)動(dòng)，叫做旋進(jìn)漩渦。所以旋進(jìn)漩渦是一種繞流動(dòng)軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)的漩渦流。 圖2-3-84是應(yīng)用旋進(jìn)型漩渦測(cè)量流量的示意圖。在變送器入口處為一個(gè)螺旋導(dǎo)流架，它是由一組扭曲葉片組成，強(qiáng)迫流體旋轉(zhuǎn)并產(chǎn)生漩渦流。流體通過(guò)漩渦發(fā)生器后，經(jīng)過(guò)一段收縮管加速，在此區(qū)域內(nèi)，漩渦中心是在儀表內(nèi)腔的中心軸線(xiàn)上。當(dāng)漩渦流到達(dá)內(nèi)腔的擴(kuò)大部分時(shí)，其前進(jìn)方向發(fā)生變化，即漩渦流的中心軌跡開(kāi)始繞著內(nèi)腔的中心軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)，開(kāi)始旋進(jìn)。后部是一個(gè)除旋導(dǎo)流架，它的作用是減弱流體的漩渦狀況，使其比較平順地流過(guò)去。 變送器的敏感元件（如熱敏電阻）安裝在收縮管的出口邊緣，當(dāng)漩渦產(chǎn)生旋進(jìn)時(shí)，漩渦

31、中心周期地經(jīng)過(guò)敏感元件，從而使變送器發(fā)出與漩渦旋進(jìn)頻率相同的脈沖信號(hào)，以求出流量。 從理論上講應(yīng)用旋進(jìn)型漩渦對(duì)于氣體和液體的流量都能測(cè)量，但目前只實(shí)現(xiàn)了對(duì)氣體流量的測(cè)量。 這種測(cè)量方法的特點(diǎn)與卡曼型漩渦的方法相似。它比適用于中小口徑的管道。旋進(jìn)漩渦流量計(jì)的準(zhǔn)確度等級(jí)為1.50.5級(jí)。5 電磁流量計(jì)在煉油、化工生產(chǎn)中，有些液體介質(zhì)是具有導(dǎo)電性的，因而可以應(yīng)用電磁感應(yīng)的方法去測(cè)量流量。電磁流量計(jì)的特點(diǎn)是能夠測(cè)量酸、堿、鹽溶液以及含有固體顆粒（例如泥漿）或纖維液體的流量。電磁流量計(jì)通常由傳感器、轉(zhuǎn)換器和顯示儀組成。電磁流量變送器由傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成。被測(cè)流體的流量經(jīng)傳感器變換成感應(yīng)電勢(shì)，然后再

32、由轉(zhuǎn)換器將感應(yīng)電勢(shì)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的直流標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)作為輸出，以便進(jìn)行指示、記錄或與計(jì)算機(jī)配套使用。電磁流量計(jì)的準(zhǔn)確度等級(jí)為12.5級(jí)。5.1測(cè)量原理和變送器的結(jié)構(gòu) 由電磁感應(yīng)定律可以知道，導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)而切割磁力線(xiàn)時(shí)，在導(dǎo)體中便會(huì)有感應(yīng)電勢(shì)產(chǎn)生，這就是發(fā)電機(jī)原理。同理，如圖2-3-85所示，導(dǎo)電的流體介質(zhì)在磁場(chǎng)中作垂直方向流動(dòng)而切割磁力線(xiàn)時(shí)，也會(huì)在兩電極上產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，感應(yīng)電勢(shì)的方向可以由右手定則判斷，并存在如下關(guān)系Ex=BDu10-8 （2-3-90）式中Ex感應(yīng)電勢(shì)，V；B磁感應(yīng)強(qiáng)度，10-4T；D管道直徑，即導(dǎo)體垂直切割磁力線(xiàn)的長(zhǎng)度cm；U垂直于磁力線(xiàn)方向的液體速度，cm/s。體積流量qv（c

33、m3/s）與流速u(mài)的關(guān)系為 （2-3-91）將上式代入式（2-3-90），便得 （2-3-92）式中稱(chēng)為儀表常數(shù)，在管道直徑D已確定并維持感應(yīng)強(qiáng)度B不變時(shí)，K就是一個(gè)常數(shù)。這時(shí)感應(yīng)電勢(shì)則與體積流量具有線(xiàn)性關(guān)系。因此，在管道兩側(cè)各插入一根電極，便可以引出感應(yīng)電勢(shì)，由儀表指出流量的大小。電磁流量計(jì)變送器的結(jié)構(gòu)如圖2-3-86所示。為了避免磁力線(xiàn)被測(cè)量導(dǎo)管的管壁短路，并使測(cè)量導(dǎo)管在較強(qiáng)的交變磁場(chǎng)中盡可能地降低渦流損耗，測(cè)量導(dǎo)管由非導(dǎo)磁的高阻材料制成。一般為不銹鋼、玻璃鋼或某些具有高電阻率的鋁合金。用不銹鋼等導(dǎo)電材料做導(dǎo)管時(shí)，在測(cè)量度導(dǎo)管內(nèi)壁與電極之間必須有絕緣襯里，以防止感應(yīng)電勢(shì)被短路。為了防止導(dǎo)管

34、被腐蝕并使內(nèi)壁光滑，常常在整個(gè)測(cè)量導(dǎo)管內(nèi)壁涂上絕緣襯里，襯里材料視工作溫度不同而不同，一般常用搪瓷或?qū)ｉT(mén)的橡膠、環(huán)氧樹(shù)脂等材料。 用不銹鋼等導(dǎo)電材料做測(cè)量導(dǎo)管時(shí)，在導(dǎo)管內(nèi)壁與電極之間必須有絕緣襯里，以防止感應(yīng)電勢(shì)被短路，襯里一般采用聚四氟乙烯或?qū)Ｓ玫南鹉z等。 電極（圖2-3-86）一般由非導(dǎo)磁的不銹鋼材料制成。而用于測(cè)量腐蝕性流體時(shí)，電極材料多用鉑銥合金、耐酸鎢基合金或鎳基合金等。要求電極與內(nèi)襯齊平，以便流體通過(guò)時(shí)不受阻礙。電極安裝的位置宜在管道水平方向，以防止沉淀物堆積在電極上而影響測(cè)量準(zhǔn)確度。 變送器的磁場(chǎng)有3種勵(lì)磁方式，即直流勵(lì)磁，交流正弦波勵(lì)磁和非正弦波交流勵(lì)磁。直流勵(lì)磁方式能產(chǎn)生一個(gè)

35、恒定的均勻磁場(chǎng)，其優(yōu)點(diǎn)是受交流磁場(chǎng)干擾較小，可以忽略液體中的自感的影響，其缺點(diǎn)是電極上產(chǎn)生的直勢(shì)將引起被測(cè)液體的電解，因而產(chǎn)生極化現(xiàn)象，破壞了原來(lái)的測(cè)量條件。所以直流勵(lì)磁只用于非電解質(zhì)液體的測(cè)量，例如液態(tài)金屬鈉或汞等的流量測(cè)量。交流正弦波勵(lì)磁一般采用工業(yè)頻率的交流電源，可以克服直流勵(lì)磁的極化現(xiàn)象，但又引來(lái)嚴(yán)重的90干擾，必須設(shè)法去克服。非正弦波交流勵(lì)磁方式是采用低于工業(yè)頻率的方波或三角波勵(lì)磁，因?yàn)檫@種勵(lì)磁電源穩(wěn)定，干擾較小。 電磁流量計(jì)變送器的結(jié)構(gòu)因?qū)Ч艿目趶讲煌兴煌?，圖2-3-87（a）為大口徑的形式，圖2-3-87（b）為小口徑的形式。大口徑的是將勵(lì)磁線(xiàn)圈扎成卷并彎成馬鞍形，夾持在測(cè)

36、量導(dǎo)管上下兩邊，在導(dǎo)管和線(xiàn)圈外邊再放一個(gè)磁軛，以便得到較大的磁通量和在測(cè)量導(dǎo)管中形成均勻磁場(chǎng)。5.2 變送器的構(gòu)成原理電磁流量變送器的任務(wù)是通過(guò)傳感器將流量轉(zhuǎn)變換成電信號(hào)，再通過(guò)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成0-10mA或4-20mA的統(tǒng)一直流標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。5.2.1 交流正弦波勵(lì)磁采用交變磁場(chǎng)時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=Bmsint，則感應(yīng)電勢(shì)的方程式為 Ex=BmDuSint10-8 （2-3-93）式中Bm磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大幅值，10-4T；交變磁場(chǎng)的角頻率。采用交變磁場(chǎng)可以有效地消除極化現(xiàn)象，但是，也出現(xiàn)了新的矛盾。在電磁流量計(jì)工作時(shí)，管道內(nèi)充滿(mǎn)導(dǎo)電液體，因而交變磁通，不可避免地也要穿過(guò)由電極引線(xiàn)、被測(cè)液體和轉(zhuǎn)換部分的

37、輸入阻抗Z入構(gòu)成的閉合回路，從而在該回路內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)干擾電勢(shì)，干擾電勢(shì)的大小為 （2-3-94）代入交變磁場(chǎng)B=Bmsint，便得 （2-3-95）比較式（2-3-93）和式（2-3-95）可以看出，信號(hào)電勢(shì)Ex與干擾電勢(shì)et的頻率相同，而相位上相差90，所以習(xí)慣上稱(chēng)此項(xiàng)干擾為正交干擾（或90干擾）。嚴(yán)重時(shí)，正交干擾et可能與信號(hào)電勢(shì)Ex相當(dāng)，甚至超過(guò)Ex。所以，必須設(shè)法消除此項(xiàng)影響，否則，必然會(huì)引起測(cè)量誤差，甚至造成電磁流量計(jì)根本無(wú)法工作。為此，一般在檢測(cè)部分的結(jié)構(gòu)上注意使電極引線(xiàn)所形成的平面保持與磁力線(xiàn)平行，避免磁力線(xiàn)穿過(guò)此閉合回路，并設(shè)有機(jī)械調(diào)整裝置，以減小干擾電勢(shì)et。此外還設(shè)有調(diào)零電位

38、器，如圖3-8-4所示。從一根電極上引出二根導(dǎo)線(xiàn)，并分別繞過(guò)磁極形成兩個(gè)回路，當(dāng)有磁力線(xiàn)穿過(guò)此閉合回路，必然要在兩個(gè)回路內(nèi)產(chǎn)生方向相反的感應(yīng)電勢(shì)，通過(guò)調(diào)整調(diào)零電位器，使進(jìn)入儀表的干擾電勢(shì)相互抵消，以減小正交干擾電勢(shì)。為便于對(duì)轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的理解，首先討論一下傳感器輸出信號(hào)的特點(diǎn)，以及針對(duì)此特點(diǎn)可以采取的措施。（1） 電磁流量計(jì)檢測(cè)部分的內(nèi)阻很高。由于感應(yīng)電勢(shì)的通道是兩個(gè)電極間的液體，被測(cè)液體的導(dǎo)電性能往往很低，因此變送器的內(nèi)阻很高，例如100mm管徑，被測(cè)介質(zhì)是蒸餾水時(shí)，內(nèi)阻約20K左右。設(shè)電極間液體的電阻為R；電極對(duì)地的絕緣電阻為Rg，放大器的輸入電阻為R入；傳輸線(xiàn)的分布電容為C，則由電磁流量計(jì)

39、信號(hào)傳輸?shù)刃щ娐罚▓D3-8-5）可看出，轉(zhuǎn)換部分的輸入信號(hào)U入與感應(yīng)電勢(shì)Ex有如下關(guān)系 （2-3-96）式中Z為Rg、R入和容抗Xc的并聯(lián)阻抗，從式（2-3-96）可以看出，要想增大U入，除盡量提高Rg及減小纜的分布電容外，還必須設(shè)置供阻抗轉(zhuǎn)換用的前置放大器，以盡可能地提高轉(zhuǎn)換器的輸入阻抗。（2） 感應(yīng)電勢(shì)Ex比較微弱（一般只有幾毫伏），并且伴有各種干擾信號(hào)。為此，除對(duì)有用信號(hào)進(jìn)行放大外，還必須設(shè)法消除各種干擾。 對(duì)于正交干擾電勢(shì)，雖然在檢測(cè)部分采取了一定的補(bǔ)償措施，但是，由于正交于擾電勢(shì)在工作中是變化的，因而在轉(zhuǎn)換部分還必須進(jìn)一步降低它的影響。一般采用的方法有：利用可逆電機(jī)的相位鑒別特性；相

40、敏整流；利用正交干擾電壓自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償。、方法只能在放大器不飽和的工作范圍內(nèi)可以減少測(cè)量誤差，而方法與、法相比效果更好。利用90正交干擾電壓自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)脑砣鐖D2-3-90所示。在轉(zhuǎn)換部分的放大通道中，附加有消除正交干擾影響的負(fù)反饋線(xiàn)路，取出放大器輸出信號(hào)中的正交干擾電壓，深度負(fù)反饋到放大器的輸入端，與輸入信號(hào)中的正交干擾電壓相減，這樣，便可以將正交干擾電壓的輸出值降低到倍，即，放大器也不會(huì)由于干擾信號(hào)的影響而造成飽和，可以有效地消除正交干擾的影響。 除上述正交干擾影響外，傳感器輸出信號(hào)中還會(huì)混雜有與感應(yīng)電勢(shì)Ex相位相同的干擾電壓，并且這個(gè)干擾信號(hào)是同時(shí)出現(xiàn)在傳感器的兩個(gè)電極上，即所謂共變干擾

41、電勢(shì)。如圖2-3-91所示。共變干擾電勢(shì)eN是通過(guò)接地電阻（電極對(duì)地有絕緣電阻）Rg、信號(hào)源內(nèi)阻R，分別加在電極A、B上的，并且是加在兩電極上的信號(hào)相位相同。對(duì)此，除將電極系統(tǒng)進(jìn)行很好的屏蔽盡量減少寄生電容外，轉(zhuǎn)換部分的前置放大器可采用差動(dòng)放大形式，利用差動(dòng)放大的抑制作用，消除共變干擾的影響。（3） 在測(cè)量過(guò)程中，如果電源電壓和頻率有波動(dòng)，必然要引起磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化。從電磁流量計(jì)的原理可知，只有維持磁場(chǎng)強(qiáng)度不變時(shí)，感應(yīng)電勢(shì)Ex才與被測(cè)液體的流速成正比關(guān)系。實(shí)際工作中，電源電壓和頻率的波動(dòng)是難免的，為此必須在轉(zhuǎn)換部分采取補(bǔ)償措施。目前較好的辦法是采用霍爾乘法器構(gòu)成負(fù)反饋系統(tǒng)，以消除電源波動(dòng)的影響。

42、圖2-3-92是正弦波勵(lì)磁變送器構(gòu)成原理圖。整個(gè)轉(zhuǎn)換部分是一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。感應(yīng)電勢(shì)Ex與反饋電壓UZ進(jìn)行比較后，得差值信號(hào)x作為前置放大器的輸入信號(hào)，經(jīng)前置放大器、主放大器、相敏整流器和功率放大器后，得到0-10mA的直流輸出電流I0。反饋電壓UZ是通過(guò)量程電位器對(duì)霍爾乘法器的輸出電勢(shì)UH分壓得到的，即UZ=KZUH，KZ為分壓系數(shù)?；魻柍朔ㄆ鞯妮敵鲭妱?shì)UH與霍爾磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度BY、控制電流IY之間的關(guān)系為UH=RH BY IY RH為霍爾常數(shù)，而霍爾磁場(chǎng)是以IO作為勵(lì)磁電流，即BY=K 1IO；控制電流IY是與檢測(cè)部分的勵(lì)磁電流IA取自同一電源，并與IA成比例，即IY=K2B。所以霍爾乘法器

43、可以將輸出電流反饋到轉(zhuǎn)換部分的輸入端，形成閉環(huán)系統(tǒng)。正交干擾抑制器是作為主放大器的反饋網(wǎng)絡(luò)，將正交干擾信號(hào)反饋到主放大器的輸入端以再次削弱正交干擾的影響。為了便于分析，將圖2-3-92簡(jiǎn)化成圖2-3-93的方框圖，并設(shè)前置放大器的放大系數(shù)為A1；主放大器的放大系數(shù)為A2；相敏整流器的傳遞系數(shù)為A3；功率放大器的放大系數(shù)為A4。則由上述討論可知：主通道的傳遞系數(shù)為A= A1 A2 A3 A4 （2-3-97） 反饋通道的傳遞系數(shù)為=RH K 1 K2BKZ （2-3-98）由式（2-3-97）、式（2-3-98）可得電磁流量計(jì)轉(zhuǎn)換部分的傳遞系數(shù)為 （2-3-99）式中，ARH K 1 K2B1，

44、則上式可以改寫(xiě)成如下形式 （2-3-100）將式（2-3-92）的感應(yīng)電勢(shì)Ex與流量qv的關(guān)系代入上式，則得 （2-3-101）式中為一常數(shù)。由式（2-3-101）可以看出，由于在電磁流量計(jì)的轉(zhuǎn)換部分采用了負(fù)反饋系統(tǒng)，不僅提高了轉(zhuǎn)換部分的穩(wěn)定性，而且還可以克服電源波動(dòng)的影響。5.2.2 方波勵(lì)磁鑒于采用交流正弦波勵(lì)磁存在難以完全消除的90干擾電壓，而完全采用直流磁場(chǎng)又有極化的弊端，因此又提出采用介于二者之間的勵(lì)磁方式，即采用低于工業(yè)頻率的方波勵(lì)磁方式。方波勵(lì)磁的頻率通常是工業(yè)頻率的確1/4-1/10，在半個(gè)周期內(nèi)是恒定的直流磁場(chǎng)，即dB/dt=0，不存在交流磁場(chǎng)的90干擾，只有在上升沿和下降沿

45、時(shí)有90干擾，如果在磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到穩(wěn)定時(shí)取出流量信號(hào)，就可以分離并除去這種干擾。是由于是采用低頻間斷方式建立磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)沒(méi)有建立或反向磁場(chǎng)期間，足以將已有電極的極化電位消除，避免了直流磁場(chǎng)的缺點(diǎn)。三角波勵(lì)磁方式是在將達(dá)到而沒(méi)達(dá)到峰值時(shí)信號(hào)電壓，因與dB/dt成正比的干擾為一定值，故可正負(fù)周期內(nèi)相互抵消。方波勵(lì)磁的轉(zhuǎn)換器原理圖如圖2-3-94所示。在方波勵(lì)磁條件下，由于磁場(chǎng)B是恒定的，轉(zhuǎn)換器的回路相對(duì)地說(shuō)比較簡(jiǎn)單，圖2-3-94（a）是電路原理圖，圖2-3-94（b）是波形圖。振蕩回路產(chǎn)生的方波信號(hào)A驅(qū)使勵(lì)磁回路產(chǎn)生勵(lì)磁電流，勵(lì)磁線(xiàn)圈的時(shí)間常數(shù)使其前后沿產(chǎn)生滯后（波形B）。電極信號(hào)和勵(lì)磁電流應(yīng)該有

46、相同的波形，但是由于電極引線(xiàn)、被測(cè)液體和轉(zhuǎn)換器的輸入阻抗構(gòu)成的閉合回路，在磁場(chǎng)變化時(shí)引入了正交干擾，而形成波形C。振蕩回路同時(shí)輸出信號(hào)，控制與流量相關(guān)的信號(hào)的采樣時(shí)間，使得是在磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到穩(wěn)定時(shí)采樣（D和E），以便消除正交干擾。5.3 電磁流量計(jì)的特點(diǎn)和注意事項(xiàng)5.3.1電磁流量計(jì)的特點(diǎn)電磁流量計(jì)有許多優(yōu)點(diǎn)，介紹如下。（1） 測(cè)量導(dǎo)管內(nèi)無(wú)可動(dòng)部件或凸出于管道內(nèi)的部件。因而壓力損失很小，并可測(cè)量含有顆粒、懸浮物等流體的流量，例如紙漿、礦漿和煤粉漿的流量。這是電磁流量計(jì)的突出特點(diǎn)。由于電磁流量計(jì)的襯里和電極是防腐的，可以用來(lái)測(cè)量腐蝕性介質(zhì)的流量。（2） 電磁流量計(jì)輸出電流與流量間具有線(xiàn)性關(guān)系，并且

47、不受液體的物理性質(zhì)（溫度、壓力、粘度）的影響。特別是不受粘度的影響，這是一般流量計(jì)所達(dá)不到的。（3） 電磁流量計(jì)的測(cè)量范圍很寬，對(duì)于同一臺(tái)電磁流量計(jì)，可達(dá)1：100。它的口徑可以從直徑1mm做到2m以上。（4） 電磁流量計(jì)反應(yīng)迅速，可以測(cè)量脈動(dòng)流量。但是，事物都是一分為二的，電磁流量計(jì)也有局限性和不足之處。（1）工作溫度和工作壓力 電磁流量計(jì)的最高工作溫度，取決于管道及襯里的材料發(fā)生膨脹、形變和質(zhì)變的溫度。因具體儀表而有所不同，一般低于120。最高工作壓力取決于管道強(qiáng)度、電極部分的密封情況，以及法蘭的規(guī)格，一般不超過(guò)4Mpa。由于管壁太厚會(huì)增加渦流損失，一般是測(cè)量導(dǎo)管做的較薄。（2）被測(cè)流體導(dǎo)

48、電率 電磁流量計(jì)不能測(cè)量氣體、蒸汽和石油制品等非導(dǎo)電流體的流量。對(duì)于導(dǎo)電介質(zhì)，從理論上講，凡是相對(duì)于磁場(chǎng)流動(dòng)時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，實(shí)際上，電極間內(nèi)阻的增加，要受到傳輸線(xiàn)的分布電容，放大器輸入阻抗， 以及測(cè)量準(zhǔn)確度的限制。對(duì)此，可以從信號(hào)傳輸回路的等效電路進(jìn)行討論。設(shè)Ex為變送器的感應(yīng)電勢(shì)，R為變送器的等效內(nèi)阻，C為傳輸線(xiàn)的分布電容，R入為轉(zhuǎn)換器的輸入電阻，由圖3-8-5可得 （2-3-102）則與流量信號(hào)Ex同相的電壓為 （2-3-103）根據(jù)儀表精度的要求，限制R入C各自引起的誤差在0.5%以?xún)?nèi)，即R/R入0.5% （2-3-104） （2-3-105）對(duì)于圓盤(pán)形電極，如果它的直徑為Dcm，

49、被測(cè)介質(zhì)的電導(dǎo)率為，則電極間的內(nèi)阻R為 （2-3-106）以自來(lái)水為例，如果電極直徑D=1cm則變送器的內(nèi)阻R=10k。由式（2-3-104）可知，轉(zhuǎn)換器的輸入阻抗必須R入2M。如果單位長(zhǎng)度的傳輸線(xiàn)分布電容已知，根據(jù)式（2-3-105）也可以計(jì)算出傳輸線(xiàn)的可能長(zhǎng)度。由上述討論可知，被測(cè)介質(zhì)的電導(dǎo)率下限，受到放大器輸入阻抗、傳輸線(xiàn)的分布電容等因素限制，所以，實(shí)際的電導(dǎo)率的下限一般為20-50。如果采用特殊的電子線(xiàn)路，有可能電導(dǎo)率下限擴(kuò)大到（3）流速和流速分布 電磁流量計(jì)也是速度式儀表，感應(yīng)電勢(shì)是與平均流速成比例。而這個(gè)平均流速是以各點(diǎn)流速對(duì)稱(chēng)于管道中心的條件下求出的。因此流體在管道中流動(dòng)時(shí)，截面

50、上各點(diǎn)流速分布情況對(duì)儀表示值有很大的影響。對(duì)一般工業(yè)上常用的圓形管道點(diǎn)電極的變送器來(lái)說(shuō)，如果破壞了流速相對(duì)于導(dǎo)管中心軸線(xiàn)的對(duì)稱(chēng)分布，電磁流量計(jì)就不能正常工作。因此在電磁流量計(jì)的前后，必須有足夠的直管段長(zhǎng)度，以消除各種局部阻力對(duì)流速分布對(duì)稱(chēng)性的影響。流速的下限一般為50Cm/S，由于存在零點(diǎn)漂移，在流速為零時(shí)，并不一定沒(méi)有輸出電流，因此在低流速工作時(shí)應(yīng)注意檢查儀表的零點(diǎn)。由于電磁流量的總增益是有一定限度的，因而為了得到一定的輸出信號(hào)，流速下限是有一定限度的。5.3.2 使用電磁流量計(jì)應(yīng)注意的問(wèn)題（1） 變送器的安裝位置，要選擇在任何時(shí)侯測(cè)量導(dǎo)管內(nèi)都能充滿(mǎn)液體，以防止由于測(cè)量導(dǎo)管內(nèi)沒(méi)有液體而指針不

51、在零點(diǎn)所引起的錯(cuò)覺(jué)。最好是垂直安裝，以便減少由于液體流過(guò)在電極上出現(xiàn)氣泡造成誤差（參看圖2-3-95）。（2） 電磁流量計(jì)的信號(hào)比較微弱，在滿(mǎn)量程時(shí)只有2.58mv，流量很小時(shí)，輸出僅有幾微伏，外界略有干擾就能影響測(cè)量的準(zhǔn)確度。因此，變送器的外殼、屏蔽線(xiàn)、測(cè)量導(dǎo)管，以及變送器兩端的管道都要接地。并且要求單獨(dú)設(shè)置接地點(diǎn)，絕對(duì)不要連接在電機(jī)、電器等的公用地線(xiàn)或上下水道上。轉(zhuǎn)換器已通過(guò)電纜線(xiàn)接地，且勿再行接地，以免因地電位的不同而引入干擾。（3） 變送器的安裝地點(diǎn)要遠(yuǎn)離一切磁源（例如大功率電機(jī)、變壓器等），不能有振動(dòng)。（4） 變送器和二次儀表必須使用電源中的同一相線(xiàn)，否則由于檢測(cè)信號(hào)和反饋信號(hào)相位差

52、120，使儀表不能正常工作。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)說(shuō)明，即使變送器接地良好，當(dāng)變送器附近的電力設(shè)備有較強(qiáng)的漏地電流，或在安裝變送器的管道上存在較大的雜散電流，或進(jìn)行電焊，都將引起干擾電勢(shì)的增加，進(jìn)而影響儀表正常運(yùn)行。此外，如果變送器使用日久而在導(dǎo)管內(nèi)壁沉積垢層時(shí)，也會(huì)影響測(cè)量準(zhǔn)確度。尤其是垢層電阻過(guò)小將導(dǎo)致電極短路，表現(xiàn)為流量信號(hào)愈來(lái)愈小，甚至驟然下降。測(cè)量線(xiàn)路中電極短路，除上述導(dǎo)管內(nèi)壁附著垢層造成以外，還可能是導(dǎo)管內(nèi)絕緣襯里被破壞，或是由于變送器長(zhǎng)期在酸、堿、鹽霧較濃的場(chǎng)所工作，使用一段時(shí)期后，訊號(hào)插座被腐蝕，絕緣被破壞而造成的。所以，在使用中必須注意維護(hù)。6.超聲波流量計(jì)利用超聲波測(cè)量流速和流量已有很長(zhǎng)

53、的歷史，在工業(yè)、醫(yī)療、河流和海洋觀測(cè)等的測(cè)量中有著廣泛的應(yīng)用。這里主要介紹工業(yè)生產(chǎn)中的超聲波流量計(jì)。超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)是可以把探頭安裝在管道外邊，做到無(wú)接觸測(cè)量，在測(cè)量流量過(guò)程中不妨礙管道內(nèi)的流體流動(dòng)狀態(tài)。并可以測(cè)量高粘度的液體、非導(dǎo)電介質(zhì)以及氣體的流量。利用超聲波測(cè)量流量的原理有多種，這里著重介紹傳播速度差法和多普勒方法。6.1傳播速度法測(cè)量原理聲波在靜止流體中的傳播速度與在流動(dòng)流體中的傳播速度不同，也就是對(duì)固定坐標(biāo)系來(lái)說(shuō)，聲波的傳播速度與流體的流動(dòng)速度有關(guān)。因而可以通過(guò)測(cè)量聲波在流動(dòng)介質(zhì)中的傳播速度的方法求得流過(guò)管道的流量值。6.1.1時(shí)差法及相應(yīng)差法假設(shè)聲波在靜止流體中的傳播速度為，流體

54、的流速為，傳播距離為，如圖2-3-96所示，當(dāng)超聲波發(fā)生器（發(fā)射探頭）、發(fā)出聲波時(shí)，經(jīng)、的時(shí)間后，超聲 波接收器（接收探頭）、分別接收到聲波信號(hào)，并存在如下關(guān)系/（）（2-3-107）/（）（2-3-108）聲波在液體中的流速在1000/以上，而一般工業(yè)管道中液體流速只有每秒幾米，即，因此可得 （2-3-109）因而，如果知道了、，則得通過(guò)測(cè)量時(shí)間差便可以求得流速。但是，這個(gè)時(shí)間差非常小，一般在10以下，如果要達(dá)到1的準(zhǔn)確度，則要求測(cè)量時(shí)間差達(dá)到0.01的準(zhǔn)確度。這樣不僅對(duì)電子線(xiàn)路要求高，而且限制了測(cè)量流速的下限。因此，早期使用了檢測(cè)靈敏度高的相位差法。所謂相應(yīng)差法，就是測(cè)量順、逆兩個(gè)方向接收聲波信號(hào)的相位差，而時(shí)間差與的關(guān)系為 （2-3-110）式中為超聲波的頻率。所以時(shí)差法與相位差法的測(cè)量原理是相同的。時(shí)差