過程檢測儀表[電子教案]第四章__流量檢測儀

1、第四章第四章 流量檢測儀表流量檢測儀表4.1 4.1 概述概述4.1.1 4.1.1 流量的概念流量的概念流量: 是指流經(jīng)管道或設(shè)備某一截面的流體數(shù)量。1 1瞬時流量瞬時流量: : 單位時間內(nèi)流經(jīng)某一截面的流體數(shù)量稱為瞬時流量?？梢苑謩e用體積流量和質(zhì)量流量來表示。體積流量：單位時間內(nèi)流過某一截面的流體體積，國際單位為m3/s，還常用m3/h、L/h等單位。體積流量可表示為 截面A上的平均流速。Avqvv質(zhì)量流量：是指單位時間內(nèi)流經(jīng)某一截面的流體質(zhì)量，國際單位為kg/s，還常用t/h、kg/h等單位。2 2累計流量累計流量累積流量：是指一段時間內(nèi)流經(jīng)某截面的流體數(shù)量的總和，也稱總量?？捎皿w積和質(zhì)

2、量來表示，即： 4.1.2 4.1.2 流量測量儀表的分類流量測量儀表的分類按流量測量原理分類如下：（1）速度式流量計 以流體在管道內(nèi)的流動速度作為測量依據(jù)，根據(jù) qv=vA 原理測量流量。（2）容積式流量計 以流體在流量計內(nèi)連續(xù)通過的標(biāo)準體積V0的數(shù)目N作為測量依據(jù)，根據(jù)V =NV0 進行累積流量的測量。vAqqvm21vttdtqV21mttdtqM4.2 差壓式流量計差壓式流量計由節(jié)流裝置、引壓管路和差壓變送器（差壓計）組成。節(jié)流裝置用于產(chǎn)生壓力差；導(dǎo)壓管是連接節(jié)流裝置與差壓計的管線，用來傳導(dǎo)差壓信號；差壓計用來測量壓差信號，并把此壓差轉(zhuǎn)換成流量指示記錄下來。（3）質(zhì)量式流量計 直接利用

3、流體的質(zhì)量流量qm為測量依據(jù)。測量精度不受流體的溫度、壓力、粘度等變化的影響。例如：質(zhì)量流量計等。圖4.1 差壓式流量計的組成4.2.1 4.2.1 節(jié)流裝置的流量測量原理節(jié)流裝置的流量測量原理 流體所具有的靜壓能和動壓能，連同克服流動阻力的能量損失，總和不變能量守恒?？梢杂貌匠瘫硎疽虼?，當(dāng)流體流速增加、動壓能增加時，其靜壓能下降，靜壓力降低。2222222222111vvpvp 由于節(jié)流元件造成的流束局部收縮，使管中心流體流速發(fā)生變化，其靜壓力隨之變化。由于流體流經(jīng)孔板時，產(chǎn)生局部渦流損耗和摩擦阻力損失。在流束充分恢復(fù)后，靜壓力不能恢復(fù)到原來的數(shù)值。節(jié)流元件前后的靜壓差大小與流量有關(guān)。

4、流量愈大，流束的收縮和動、靜壓能的轉(zhuǎn)換也愈顯著，則產(chǎn)生的壓差也愈大。只要測得節(jié)流元件前后的靜壓差大小，即可確定流量，這就是節(jié)流裝置測量流量的基本原理。4.2.2 4.2.2 基本流量方程式基本流量方程式 設(shè)在水平管道中作連續(xù)穩(wěn)定流動的理想流體（無粘性，流動時不產(chǎn)生摩擦阻力損失，且不可壓縮），在截面1-1到2-2之間沒有發(fā)生能量損失。流體在節(jié)流元件前后兩截面間的伯努利方程和流動連續(xù)性方程：22222211vpvp2211AvAvpv21142pAqv21124Dd節(jié)流元件開孔直徑與工藝管道之比，p節(jié)流元件前后的壓差，pp1一p2。 對于實際流體，摩擦阻力損失及可壓縮性的影響，用流出系數(shù)C對上式進

5、行修正。對于氣體、蒸汽等可壓縮流體，在經(jīng)過節(jié)流裝置時壓力的變化，使流體膨脹，密度變小，用流速膨脹校正系數(shù)系數(shù)對上式進行修正，則 流速膨脹校正系數(shù)（無量綱）；節(jié)流裝置前的流體密度，kg/m3； 流量系數(shù)（無量綱）。上式各量均用國際單位。pACqv2124pdpACqv242122441C pdqv20039986.04/21036000039986. 06。實用習(xí)慣單位：流量m3/h，開孔直徑mm，其它量單位不變，實用流量公式：4.2.3 4.2.3 標(biāo)準節(jié)流裝置標(biāo)準節(jié)流裝置通常把ISO5167(GBT2624-93)中所列節(jié)流裝置稱為標(biāo)準節(jié)流裝置，其它節(jié)流裝置稱為非標(biāo)準節(jié)流裝置。采用標(biāo)準節(jié)流裝

6、置，按標(biāo)準設(shè)計的差壓式流量計，可直接投入使用，而不必進行實驗標(biāo)定。標(biāo)準規(guī)定：標(biāo)準節(jié)流元件為孔板、噴嘴和文丘里管；取壓方式為角接取壓、法蘭取壓、徑距取壓。適用條件：工藝管道公稱直徑在501000mm之間。1 1標(biāo)準節(jié)流元件標(biāo)準節(jié)流元件（1）標(biāo)準孔板 迎流側(cè)是一具有銳利直角入口邊緣的圓柱部分，接著是一段擴大的圓錐體?？装鍖α黧w造成的壓損較大，一般只適用于潔凈流體的測量。圖4.3 標(biāo)準孔板（2）標(biāo)準噴嘴 是一個以管道喉部開孔軸線為中心線的旋轉(zhuǎn)對稱體。可用于測量溫度和壓力較高的蒸汽、氣體和帶雜質(zhì)的液體流量。測量精度較孔板高，加工難度大，價格高，壓損略小于孔板。要求工藝管徑D不超過500mm。(a)IS

7、A 1932噴嘴 (b)長頸噴嘴圖4.4 標(biāo)準噴嘴（3）標(biāo)準文丘里管 壓損較孔板和噴嘴都小，可測量有懸浮固體顆粒的液體，適合大流量氣體流量測量。但制造困難、價格昂貴，不適用于200mm以下管徑的流量測量，工業(yè)應(yīng)用較少。圖4.5 經(jīng)典文丘利管2 2取壓裝置取壓裝置（a）角接取壓 （b）法蘭取壓 （c）徑距取壓圖4.6 標(biāo)準孔板取壓方式（1）角接取壓 取壓點分別位于節(jié)流元件前后端面處。適用于孔板和噴嘴兩種節(jié)流裝置。它又分為環(huán)室取壓和單獨鉆孔取壓兩種方法。（2）法蘭取壓 在距節(jié)流元件前后端面各1英寸（25.4mm）的位置上垂直鉆孔取壓，僅適用于孔板。（3）徑距取壓（D-D/2取壓）在距節(jié)流元件前端面

8、1D、后端面D/2處的管道上鉆孔取壓。適用于孔板和噴嘴。（a）角接取壓 （c）徑距取壓圖4.7 標(biāo)準噴嘴取壓方式 3. 3.測量管測量管 安裝節(jié)流元件的管道應(yīng)該是直的，截面為圓形；管道內(nèi)壁應(yīng)潔凈；節(jié)流元件前后要有足夠長直管段長度，以使流體穩(wěn)定流動，一般上游側(cè)直管段在10D50D之間，下游側(cè)直管段在5D8D之間。4.2.5 4.2.5 差壓計差壓計生產(chǎn)中多采用差壓變送器作為差壓式流量計中的差壓計使用，它可將壓差轉(zhuǎn)換為標(biāo)準信號。一體式差壓流量計，將節(jié)流裝置、引壓管、三閥組、差壓變送器直接組裝成一體，現(xiàn)場安裝方便。4.2.4 4.2.4 非標(biāo)準節(jié)流裝置非標(biāo)準節(jié)流裝置非標(biāo)準節(jié)流裝置常用于特殊環(huán)境和介質(zhì)

9、的流量測量。4.2.6 4.2.6 差壓式流量計的安裝及應(yīng)用差壓式流量計的安裝及應(yīng)用1差壓式流量計的安裝應(yīng)保證節(jié)流元件前端面與管道軸線垂直。應(yīng)保證節(jié)流元件的開孔與管道同心。密封墊片，在夾緊后不得突入管道內(nèi)壁。節(jié)流元件的安裝方向不得裝反。節(jié)流裝置前后應(yīng)保證足夠長的直管段。引壓管路應(yīng)按最短距離敷設(shè)，一般總長度不超過50m,管徑1018 mm。取壓位置：測量液體時取壓點在下方；測量氣體時取壓點在上方；測量蒸汽時，取壓點在中心水平位置。引壓管沿水平方向敷設(shè)時，應(yīng)有大于1:10的傾斜度，以便排出氣體（對液體介質(zhì)）或凝液（對氣體介質(zhì)）。引壓管應(yīng)帶有切斷閥、排污閥、集氣器、集液器、凝液器等必要附件，以備與被

10、測管路隔離維修和沖洗排污用。圖4.11 測量液體流量1節(jié)流裝置；2引壓管路；3放空閥；4三閥組；5差壓變送器；6儲氣器；7切斷閥圖4.12 測量氣體流量時1節(jié)流裝置；2引壓管路；3差壓變送器；4儲液器；5排放閥；6三閥組；7切斷閥2差壓式流量計的應(yīng)用差壓式流量計具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、使用壽命長、測量范圍廣的特點。不足之處是測量精度不高，測量范圍較窄（量程比3：14：1），要求直管段長，壓力損失較大，刻度為非線性。使用時應(yīng)注意的問題：應(yīng)考慮流量計使用范圍。被測流體的實際工作狀態(tài)（溫度、壓力）和流體性質(zhì)（重度、粘度、雷諾數(shù)等）應(yīng)與設(shè)計時一致，否則會造成實際流量值與指示流量值間的誤差。使用中要保持

11、節(jié)流裝置的清潔。節(jié)流裝置尤其是孔板，其入口邊緣會由于磨損和腐蝕而變鈍，引起儀表示值偏低。故應(yīng)及時檢查。引壓管路接至差壓計之前，必須安裝三閥組，以便差壓計的回零檢查及引壓管路沖洗排污用。4.3 轉(zhuǎn)子流量計轉(zhuǎn)子流量計則特別適合于測量管徑50mm以下管道的小流量測量。轉(zhuǎn)子流量計因結(jié)構(gòu)簡單、工作直觀可靠、壓力損失小、維修方便等特點，成為工業(yè)上和實驗室常用的一種流量計。 4.3.14.3.1轉(zhuǎn)子流量計的工作原理轉(zhuǎn)子流量計的工作原理 1 1測量原理測量原理轉(zhuǎn)子流量計由垂直錐形玻璃管、可上下自由移動的轉(zhuǎn)子所組成。圖4.15 轉(zhuǎn)子流量計的原理示意圖1錐形管；2轉(zhuǎn)子被測流體由錐管下部進入上部流出。當(dāng)流體穩(wěn)定地流

12、過轉(zhuǎn)子與錐形管之間的環(huán)隙時，轉(zhuǎn)子受重力G；流體對轉(zhuǎn)子的浮力F1、粘滯摩擦力；由于轉(zhuǎn)子的節(jié)流作用產(chǎn)生的靜壓差的作用力和流體對轉(zhuǎn)子的沖擊力（動壓力): 阻力系數(shù)； 被測流體密度；v流體在轉(zhuǎn)子與錐管間的環(huán)形截面上的平均流速；Ar轉(zhuǎn)子迎流面的最大橫截面積。轉(zhuǎn)子自身的重力及流體對轉(zhuǎn)子的浮力分別為 Vr轉(zhuǎn)子體積； 轉(zhuǎn)子材料的密度；rAvF2221gVGrrgVFr1r若忽略流體對轉(zhuǎn)子的粘滯摩擦力，則轉(zhuǎn)子在穩(wěn)定流量下受力平衡： 如果被測流體的流量增大，即流速v 增大時，流體作用力 F2 隨之增大，轉(zhuǎn)子受力失去平衡。轉(zhuǎn)子在向上的合力作用下上升。隨著轉(zhuǎn)子位置的升高，環(huán)形流通面積增大， v 逐漸減小，F(xiàn)2 減小。

13、當(dāng)轉(zhuǎn)子升高到某一高度，使作用在轉(zhuǎn)子上的作用力再次平衡時，轉(zhuǎn)子會在新的位置上穩(wěn)定下來。流量減小時情況相反，轉(zhuǎn)子位置降低。當(dāng)流量發(fā)生變化時，轉(zhuǎn)子進行位置調(diào)整，使流體的流通面積改變，維持流速不變，其轉(zhuǎn)子高度隨之變化。因此由轉(zhuǎn)子位置高度即可確定流量。2 2流量方程流量方程轉(zhuǎn)子穩(wěn)定地懸浮在某一高度h時，轉(zhuǎn)子有如下受力平衡關(guān)系： 可求得rrrrAvgVgV221rrrAgVv)(2121FFG環(huán)形流通面積與轉(zhuǎn)子的高度h有關(guān)。當(dāng)錐形管半錐角（錐管母線與軸線夾角）為時R轉(zhuǎn)子所在位置處錐管的內(nèi)側(cè)半徑；r轉(zhuǎn)子的最大外半徑；當(dāng)錐管的半錐角很小時，體積流量可近似表示為 式中流量系數(shù)一般由實驗確定。實際應(yīng)用在允許流量范

14、圍內(nèi)基本不變。對于選定的流量計和一定的被測流體，流量大小就與轉(zhuǎn)子在錐形管中的平衡位置高度成線性正比關(guān)系。如果在錐形管外表面沿其高度刻上對應(yīng)的流量值，那么根據(jù)轉(zhuǎn)子所處平衡位置就可以直接讀出流量值大小。rhtgtghrRA2)(22220hAgVKhAgVrtgqrrrzrrrv)(2)(2213 3轉(zhuǎn)子形狀與流量系數(shù)轉(zhuǎn)子形狀與流量系數(shù)實驗表明，轉(zhuǎn)子流量計的流量系數(shù) 與轉(zhuǎn)子的幾何形狀和流體雷諾數(shù)Re有關(guān)。對于一定的轉(zhuǎn)子形狀，當(dāng)雷諾數(shù)Re大于其臨界值后，流量系數(shù)接近于常數(shù)。因此，實際被測流量不能太小，以保證雷諾數(shù)大于臨界雷諾數(shù)。圖4.16 流量系數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系曲線圖4.3.24.3.2轉(zhuǎn)子流量計的

15、結(jié)構(gòu)類型與特點轉(zhuǎn)子流量計的結(jié)構(gòu)類型與特點 1 1轉(zhuǎn)子流量計的結(jié)構(gòu)與分類轉(zhuǎn)子流量計的結(jié)構(gòu)與分類 按錐管材料可分為透明錐管轉(zhuǎn)子流量計和金屬轉(zhuǎn)子流量計兩種。（1）透明錐管轉(zhuǎn)子流量計圖4.18 玻璃轉(zhuǎn)子流量計玻璃管轉(zhuǎn)子流量計結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，使用方便，但玻璃強度低、耐壓低，玻璃管易碎，多用于常溫、常壓、透明流體的就地指示，不宜制成電遠傳式，電遠傳式一般采用金屬錐形管。（2）金屬管轉(zhuǎn)子流量計圖4.20 金屬管轉(zhuǎn)子流量計的外形結(jié)構(gòu)圖 金屬管轉(zhuǎn)子流量計大體都由傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成。傳感器由錐形管和轉(zhuǎn)子組成。轉(zhuǎn)換器有就地指示和遠傳信號輸出兩大類型。傳感器和轉(zhuǎn)換器之間采用的是磁耦合的方式，將轉(zhuǎn)子位置傳送到

16、轉(zhuǎn)換器上。電遠傳型金屬管轉(zhuǎn)子流量計普遍采用差動變壓器結(jié)構(gòu)。當(dāng)被測流體自下向上流過錐形管時，轉(zhuǎn)子2的高度通過內(nèi)外磁鋼4、5的磁性耦合方式，將轉(zhuǎn)子的位移傳給轉(zhuǎn)換部分，使杠桿7偏轉(zhuǎn)，經(jīng)四連桿機構(gòu)9、10、11帶動指針12偏轉(zhuǎn)相應(yīng)角度，在流量刻度盤上現(xiàn)場指示流量大小。同時，轉(zhuǎn)子位移通過第二套四連桿機構(gòu)13、14、15帶動鐵芯16相對差動變壓器17產(chǎn)生位移，差動變壓器所感應(yīng)的差動電勢 送至電轉(zhuǎn)換器18轉(zhuǎn)換為標(biāo)準電流信號輸出，由配套儀表進一步實現(xiàn)流量的顯示、記錄、累積。 21eee2轉(zhuǎn)子流量計的特點適用于小管徑和低雷諾數(shù)低流速流體測量；對上游直管段長度要求較低；流量范圍度較寬，一般為10：1；壓損較低；測

17、量精度受被測流體密度和粘度影響，精度不高；一旦實際被測流體的密度和粘度與廠家標(biāo)定介質(zhì)的情況不同，就應(yīng)對流量指示值進行修正。 4.3.3 轉(zhuǎn)子流量計指示值的修正轉(zhuǎn)子流量計指示流量與被測流體的密度及流量系數(shù)有關(guān)。流量計生產(chǎn)廠家為了方便成批生產(chǎn)，其所提供的液體轉(zhuǎn)子流量計的流量刻度值是在標(biāo)準狀態(tài)（20，101.325kPa）下用水進行標(biāo)定的，而氣體轉(zhuǎn)子流量計的流量刻度是在標(biāo)準狀態(tài)下用空氣標(biāo)定的。因此，如果被測介質(zhì)不是水或空氣，或工作狀態(tài)不是在標(biāo)準狀態(tài)下，則必須對轉(zhuǎn)子流量計的流量指示值進行修正。整理可得液體流量的修正公式 被測液體在工作狀態(tài)下的實際流量值； 被測液體在工作狀態(tài)下的實際密度。 2 2氣體流

18、量的修正氣體流量的修正考慮到氣體介質(zhì)密度遠小于轉(zhuǎn)子材料密度，可近似認為氣體流量的修正公式為 標(biāo)準狀態(tài)下用空氣標(biāo)定時流量（轉(zhuǎn)子流量計的指示流量）； 標(biāo)準狀態(tài)下空氣的密度，=1.2046 kg/m3； 、 被測氣體在工作狀態(tài)下的實際流量、實際密度。vq)()(000wrwrvvqq00avvqq 0vq0avq角標(biāo)為0者被測氣體在標(biāo)準狀態(tài)下的參數(shù)； 無角標(biāo)者被測氣體在標(biāo)準狀態(tài)下的參數(shù)；其中， =101.325kPa， =293.15K。由于氣體的體積受溫度和壓力影響很大，在不同的溫度和壓力下，氣體的體積流量根本不具有可比性，因此通常將工作狀態(tài)下氣體的實際流量換算成標(biāo)準狀態(tài)下的氣體流量（單位為Nm3

19、h）。 將被測氣體換算到標(biāo)準狀態(tài)下的流量值。0000TzPzPT =000000avvzPTTzPqq0P0Tvnq000000avvnTzPzPTqq4.3.44.3.4轉(zhuǎn)子流量計的安裝與應(yīng)用轉(zhuǎn)子流量計的安裝與應(yīng)用1轉(zhuǎn)子流量計的安裝若介質(zhì)中含有固體雜質(zhì)，應(yīng)在表前加裝過濾器；若介質(zhì)中含鐵磁性物質(zhì)，應(yīng)在表前入口處安裝磁過濾器。若流體為不穩(wěn)定的脈動流，為防止轉(zhuǎn)子慣性造成指示振蕩，可選用轉(zhuǎn)子導(dǎo)桿上帶阻尼器的轉(zhuǎn)子流量計。若工藝上不允許流量中斷，安裝流量計時應(yīng)加設(shè)截止閥和旁通管路以便儀表維護。 管路中有調(diào)節(jié)閥時，調(diào)節(jié)閥一般應(yīng)安裝在轉(zhuǎn)子流量計的下游。另外，調(diào)節(jié)流量時不宜采用電磁閥等速開閥門，否則閥門迅速開

20、啟時，轉(zhuǎn)子就會因驟然失去平衡而沖到頂部，損壞轉(zhuǎn)子或錐管。轉(zhuǎn)子流量計要求垂直安裝，流量計中心線與鉛垂線的夾角最多不應(yīng)超過5，否則會帶來測量誤差。轉(zhuǎn)子流量計對直管段長度要求不高。一般上游側(cè)5D，下游側(cè)250mm。2轉(zhuǎn)子流量計的應(yīng)用為保證測量精度，被測流體的正常流量值最好選在流量計上限刻度的1/32/3范圍內(nèi)。搬動儀表時，應(yīng)將轉(zhuǎn)子頂住，以免轉(zhuǎn)子將玻璃管打碎。轉(zhuǎn)子流量計開啟時，應(yīng)緩慢地打開流量計前后的截止閥，防止急開急關(guān)造成水擊而損壞玻璃錐管。當(dāng)錐管和轉(zhuǎn)子受到污染時，應(yīng)及時清洗，以免影響測量精度。被測流體溫度若高于70時，應(yīng)在流量計外側(cè)安裝保護套，以防玻璃管驟冷破裂濺液傷人。被測流體的狀態(tài)參數(shù)與流量計

21、標(biāo)定時的狀態(tài)不同時，必須對示值進行修正。4.4.14.4.1橢圓齒輪流量計橢圓齒輪流量計 1 1橢圓齒輪流量計的結(jié)構(gòu)橢圓齒輪流量計的結(jié)構(gòu)橢圓齒輪流量計由測量主體、聯(lián)軸耦合器、表頭三部分組成。測量部分由殼體及兩個相互嚙合的橢圓截面的齒輪構(gòu)成。在橢圓齒輪與殼體內(nèi)壁、上下蓋板間圍成的“月牙”形固定容積的空間 “計量室”。圖4.24 橢圓齒輪流量計1-表頭；2-聯(lián)軸耦合器；3-上蓋；4-測量主體；5-橢圓齒輪；6-軸 4.4 容積式流量計容積式流量計多用來計量累積流量。有橢圓齒輪式、腰輪式、刮板式、活塞式等多種。圖4.25 橢圓齒輪流量計的原理示意圖隨著橢圓齒輪不斷旋轉(zhuǎn)，流體就一次次被計量室分割、并以

22、計量室為單位從入口排到出口。從（a）到（d）再到（a），橢圓齒輪轉(zhuǎn)動12圓周，剛好排出2個計量室體積的被測流體，所以，橢圓齒輪轉(zhuǎn)一周將排出4個計量室體積的被測流體。即通過橢圓齒輪流量計的累積流量V和體積流量qv為)(2)2121(4422abRNabRNNVVo)(242abRnnVqov2 2橢圓齒輪流量計的工作原理橢圓齒輪流量計的工作原理 3 3橢圓齒輪流量計的流量指示橢圓齒輪流量計的流量指示 N、n橢圓齒輪的轉(zhuǎn)數(shù)、橢圓齒輪的旋轉(zhuǎn)速度；V0計量室容積；R殼體容室的半徑；a、b、橢圓齒輪的長半軸、短半軸和橢圓齒輪的厚度。橢圓齒輪流量計的流量顯示裝置有就地顯示和遠傳顯示兩種。就地顯示是將橢圓齒

23、輪的轉(zhuǎn)動通過磁性密封聯(lián)軸器和一套傳動減速機構(gòu)傳遞給機械計數(shù)器直接指示出流經(jīng)流量計的總量。遠傳顯示是附加發(fā)信裝置后，再配以電顯示儀表就可實現(xiàn)遠傳指示瞬時流量或累積流量。圖4.27 流量指示原理4.4.24.4.2腰輪流量計腰輪流量計1 1腰輪流量計的組成與原理腰輪流量計的組成與原理其測量部分由殼體及一對表面光滑無齒的腰輪構(gòu)成，在腰輪與殼體、上下蓋板內(nèi)壁之間形成“計量室”。由于腰輪的縮腰形狀與橢圓齒輪鼓腰形狀相反，相同直徑下，腰輪流量計圍成的計量室空間比橢圓齒輪流量計的要大，其儀表體積相對較小。圖4.29 腰輪流量計測量主體結(jié)構(gòu)示意圖1殼體；2計量室；3腰輪；6上隔板；7輸出軸；8腰輪；9入口；1

24、0下隔板；12驅(qū)動齒輪；13出口；15表頭； 17計數(shù)器與橢圓齒輪流量計的原理基本相同，一對腰輪同樣是在進、出口流體的壓力差作用下，交替產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩而連續(xù)轉(zhuǎn)動的。不同處是兩個腰輪表面光滑無齒，因此它們之間不是直接相互嚙合驅(qū)動旋轉(zhuǎn)的，通過固定在腰輪軸上的一對驅(qū)動齒輪實現(xiàn)兩個腰輪相互驅(qū)動的。腰輪每轉(zhuǎn)一周，流量計輸出四倍計量室體積的流體，被測流體的流量與腰輪轉(zhuǎn)數(shù)成正比，腰輪的轉(zhuǎn)數(shù)通過一定傳動比的變速機構(gòu)傳給計數(shù)器，并通過計數(shù)器的累計值顯示某段時間內(nèi)被測流體的累積體積流量。圖4.30 腰輪流量計工作過程示意圖1殼體；2轉(zhuǎn)軸；3驅(qū)動齒輪；4腰輪；5計量室2 2腰輪流量計的結(jié)構(gòu)類型腰輪流量計的結(jié)構(gòu)類型腰輪

25、流量計主要由殼體、腰輪、驅(qū)動齒輪、磁性耦合聯(lián)軸器、精度修正器、計數(shù)器等組成。其流量信號的顯示以機械計數(shù)器就地顯示累積流量為主，可另配光電式脈沖轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電脈沖信號輸出。從結(jié)構(gòu)形式上來看，腰輪式流量計有立式和臥式兩種。立式腰輪流量計腰輪主軸垂直安裝，下端有硬質(zhì)耐磨合金制成的平面滑動止推軸承，承受腰輪重量。中間隔板將腔體計量室分隔成兩段，使之相互隔離。圖4.32 LL型立式腰輪流量計5-磁性耦合聯(lián)軸器；6-徑向軸承；7-腰輪軸；8-中間隔板；9-止推軸承；11-機械計數(shù)器；12-傳動齒輪箱；15-驅(qū)動齒輪；16-腰輪 3 3腰輪流量計的特點腰輪流量計的特點腰輪流量計與橢圓齒輪流量計相比，體積小、

26、流量范圍大、測量精度高。兩個腰輪間有微小間隙，對介質(zhì)清潔度要求低，允許流體含有微小顆粒。腰輪流量計精度可達0.2級，口徑為15300mm，測量范圍為2.51000m3/h。圖4.33 臥式腰輪流量計結(jié)構(gòu)1指示部分；3磁性耦合聯(lián)軸器；4、6腰輪；5中間隔板；7隔板；8驅(qū)動齒輪；17發(fā)訊器 臥式腰輪流量計，如圖4.33所示。主軸按水平工作狀態(tài)設(shè)計，不用止推軸承，占地面積較大。4.4.3 4.4.3 刮板流量計刮板流量計刮板流量計也是一種常見的容積式流量計，適于測量含機械雜質(zhì)的流體。按結(jié)構(gòu)特點分凸輪式和凹線式兩種 1 1凸輪式刮板流量計凸輪式刮板流量計凸輪式刮板流量計主要由轉(zhuǎn)子、凸輪、刮板、滾柱及殼

27、體組成，見圖4.34。殼體內(nèi)腔為圓形，轉(zhuǎn)子也是一個空心圓筒體，在筒壁上徑向互為90的位置開了四個槽，兩對刮板A、C以及B、D分別由兩根連桿連接，相互垂直，在空間交叉，互不干擾。每塊刮板的內(nèi)側(cè)各裝有一個小滾柱，這四個小滾柱都緊靠在一個固定不動的凸輪上并沿凸輪邊緣滾動，從而使刮板可以在槽內(nèi)沿徑向伸出或縮進。圖4.35 凸輪式刮板流量計1刮板；2滾柱；3凸輪（固定）；4筒型轉(zhuǎn)子（轉(zhuǎn)筒）；5殼體當(dāng)流體通過時，在流量計進、出口壓差的作用下，刮板被流體推動帶動轉(zhuǎn)子筒一起轉(zhuǎn)動。圖4.35（a）位置時，與凸輪90大圓弧相對應(yīng)處。刮板A和D在滾子導(dǎo)引下，伸出轉(zhuǎn)筒，并壓向殼體內(nèi)壁。這樣由殼體、刮板、轉(zhuǎn)子筒形成一密

28、封的空間，即計量室。此時刮板C和B則全部收縮到與轉(zhuǎn)子筒齊平。當(dāng)刮板和轉(zhuǎn)子筒到圖（b）位置時，由于刮板A沿著凸輪的大圓弧轉(zhuǎn)動，因此刮板A并不滑動收縮，但刮板D卻在刮板B的引導(dǎo)下，開始逐漸縮入槽內(nèi)，流體排出。當(dāng)刮板和轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)到圖（c）位置時，刮板D收縮到與轉(zhuǎn)子筒齊平，刮板B由凸輪控制全部伸出轉(zhuǎn)子筒并壓向殼體內(nèi)壁。刮板A和轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)了90，正好排出一個計量室的液體。此時在刮板A和后一相鄰刮板B之間又封住一個計量室的流體體積?？梢?，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周將排出四份計量室體積的流體。只要測出轉(zhuǎn)動次數(shù)，就可算出排出流體的體積。將轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動傳給表頭，就可以進行指示、累計或遠傳。2 2凹線式刮板流量計凹線式刮板流量計由轉(zhuǎn)子、

29、刮板、連桿和殼體組成。其殼體內(nèi)腔是特殊曲線形狀的，由大圓弧、小圓弧和兩條互相對稱的凹線組成。轉(zhuǎn)子實心，中間有互成90的四個槽。兩對刮板分別由兩根連桿連接，在空間交叉。其動作原理和凸輪式類似，區(qū)別是凸輪式刮板的徑向滑動受凸輪控制，而凹線式刮板的徑向滑動完全由具有凹線的殼體決定。兩對刮板在凹線的控制下，在轉(zhuǎn)子的“十”字形槽內(nèi)滑動。每當(dāng)相鄰兩刮板轉(zhuǎn)至大圓弧位置時，正好封住一個計量室體積的流體。對于具有四個刮板的凹線式刮板流量計，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周也是排出四個計量室體積的流體。圖4.36 凹線式刮板流量計的原理示意圖1導(dǎo)管；2殼體；3轉(zhuǎn)子；4刮板；5計量室3刮板流量計的特點由于結(jié)構(gòu)特點，不易發(fā)生轉(zhuǎn)子卡住現(xiàn)象

30、。適于各種不同粘度和帶有少量固體雜質(zhì)的液體。精度可達0.2級。由于刮板的特殊運動軌跡，使被測流體在通過流量計時不產(chǎn)生渦流，不改變流動狀態(tài)，這有利于提高精度、減小壓力損失。刮板流量計的壓損較小，小于橢圓齒輪流量計和腰輪流量計的壓力損失。刮板流量計的振動及噪音總體來說均很小，適于中等或大流量的流量測量。4.4.4 4.4.4 容積式流量計的安裝容積式流量計的安裝容積法測量流量受流體物性影響較小，故檢測精度較高。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工制造較困難，成本較高。安裝時應(yīng)遠離熱源，避免高溫環(huán)境；避開有腐蝕性氣體、多灰塵和潮濕的場所；使流體滿管流動；表前安裝過濾器和消氣器；加設(shè)旁通管路。圖4.39 容積式流量計安裝

31、示意圖4.5 漩渦流量計漩渦流量計基于流體振蕩原理工作，即在一定的流動條件下，部分流體產(chǎn)生振動，且振動頻率與流體流量成正比關(guān)系。將該振動頻率信號輸出，經(jīng)轉(zhuǎn)換就可得到被測流量。該流量計無機械可動部件，安裝維護方便、運行費用低。按工作原理分流體自然振蕩型和流體強迫振蕩型兩種。前者稱渦街流量計；后者稱旋進漩渦流量計。4.5.14.5.1渦街流量計渦街流量計1渦街流量計的測量原理 圖4.40 卡門渦街 基于流體力學(xué)中 “卡門渦街”原理。在流體中垂直于流向放置一根非流線型柱狀物體（如圓柱、三角柱或T形柱等）作為漩渦發(fā)生體。當(dāng)流體流速足夠大時，流體會在漩渦發(fā)生體的下游兩側(cè)交替產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)方向相反的漩渦，像這樣

32、兩列平行的不對稱的交替漩渦列稱為卡門渦街。由于漩渦之間相互影響，漩渦列一般是不穩(wěn)定的。實驗證明，當(dāng)兩列漩渦之間的距離h與同列的兩個漩渦之間的距離l滿足的關(guān)系時，卡門渦街才是穩(wěn)定的。此時所產(chǎn)生的單列漩渦的頻率f和旋渦發(fā)生體兩側(cè)流體的平均速度v1及漩渦發(fā)生體的寬度d之間存在如下關(guān)系v1漩渦發(fā)生體兩側(cè)流體的平均流速，ms；d漩渦發(fā)生體迎流面最大寬度，m；f單列漩渦的頻率，即單位時間內(nèi)產(chǎn)生的單列漩渦的個數(shù)，Hz；St斯特羅哈爾數(shù)，無量綱。當(dāng)漩渦發(fā)生體幾何形狀確定時，St只與雷諾數(shù)有關(guān)。若管道內(nèi)流體的雷諾數(shù)Re能保持在2104至7106范圍內(nèi)，St便近似一個常數(shù)，三角柱St=0.16，圓柱體St=0.2

33、0 dvSft1K流量系數(shù)。流體雷諾數(shù)Re在一定范圍內(nèi)時， K為一常數(shù),不受流體的壓力、溫度、粘度、密度、成分的影響，用水標(biāo)定的儀表用于空氣，儀表系數(shù)僅相差0.5，誤差不是很明顯。2 2渦街流量計的結(jié)構(gòu)渦街流量計的結(jié)構(gòu)渦街流量計通常由檢測器和轉(zhuǎn)換器組成。KfSfdDdDqtv)25. 11 (4212)25. 11 (4tSdDdDK若管道內(nèi)徑為D，流體在管道內(nèi)的平均流速為v，對直徑為d 的圓柱形漩渦發(fā)生體，當(dāng)時，近似有檢測器包括漩渦發(fā)生體、檢測元件、殼體等。漩渦發(fā)生體一般采用不銹鋼材料制成，按柱形可分為圓柱、三角柱、梯形柱、T形柱、矩形柱等；單體三角柱形漩渦發(fā)生體應(yīng)用最廣泛。 3 3渦街流量

34、計的轉(zhuǎn)換器渦街流量計的轉(zhuǎn)換器(a)單體漩渦發(fā)生體 (b)多體漩渦發(fā)生體圖4.44 漩渦發(fā)生體基本形狀 由于檢測元件檢測到的電信號既微弱又含有不同成分的噪聲，所以必須經(jīng)過轉(zhuǎn)換器把該信號進行放大、濾波、整形等處理，才能輸出與流量成比例的脈沖信號。對于流量顯示儀，還需轉(zhuǎn)換成420mA的標(biāo)準電信號。圖4.47 轉(zhuǎn)換器的原理框圖 4.5.2 4.5.2 旋進漩渦流量計旋進漩渦流量計1 1旋進漩渦流量計工作原理旋進漩渦流量計工作原理 旋進漩渦流量計是利用流體強迫振蕩原理制成。流體首先通過一組由固定螺旋形葉片組成的起旋器后被強迫旋轉(zhuǎn)，形成一股具有漩進中心的渦流。在收縮段由于節(jié)流作用，渦流的前進速度和渦旋速度

35、都逐漸加強。當(dāng)漩渦流體進入到擴張段時，因管內(nèi)腔突然擴大，流速急劇減少，流體的中心改為貼近擴散段的壁面、圍繞著流量計的軸線作螺旋狀進動漩進。漩進頻率與流速成正比，因而測得漩渦流的漩渦進動頻率即可得知被測體積流量值。圖4.48 旋進漩渦流量計的結(jié)構(gòu)原理圖實驗證明，在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)： qv流體體積流量；f漩渦進動頻率。K旋進漩渦流量計的儀表系數(shù)。在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)，K僅與漩渦發(fā)生體結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)，與流體的物性和組分無關(guān)。2 2旋進漩渦流量計結(jié)構(gòu)組成旋進漩渦流量計結(jié)構(gòu)組成旋進漩渦流量計由傳感器和轉(zhuǎn)換器組成。傳感器包括表體、起旋器、消旋器和檢測元件等。（1）表體 通常由不銹鋼或鑄鋁合金制成。（2）起

36、旋器 具有特定角度的螺旋葉片，用以強迫流體產(chǎn)生漩渦流，由不銹鋼或合金鋼等耐磨材料制成。（3）檢測元件 由檢測元件一般采取接觸式檢測，貼近壁面安裝在靠近擴張段的喉部。Kfqv4.5.34.5.3漩渦流量計的特點及應(yīng)用漩渦流量計的特點及應(yīng)用（4）消旋器 用直葉片制成，固定在出口段，用于使流體平順地流出去，減少漩渦流對下游儀表性能的影響。3 3轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器把檢測元件輸出信號經(jīng)過電路處理轉(zhuǎn)換為脈沖方波信號或420mA標(biāo)準信號輸出。1 1漩渦流量計的特點漩渦流量計的特點渦街流量計多用于150mm管道中的氣體或液體的流量測量，其壓力損失不大。測量精度相對低些，并且對儀表前后直管段的安裝要求較高。旋進

37、漩渦流量計通過強制制造漩流，測量精度較高，抗干擾能力強，對儀表前后直管段的長度要求低，但壓力損失較大，是渦街的35倍，一般僅用于150mm以下管道的氣體流量測量。漩渦流量計的主要特點：直接輸出與流量成正比的脈沖頻率信號，適用于總量計量。管道內(nèi)無運動部件，無機械磨損，壓力損失較?。s為孔板流量計1/41/2）。結(jié)構(gòu)簡單牢固，安裝維護方便、費用較低。在一定雷諾數(shù)范圍內(nèi)，輸出頻率信號不受流體物性和成分變化的影響。儀表系數(shù)僅與漩渦發(fā)生體及管道的形狀尺寸有關(guān)，用一種典型介質(zhì)校驗就能用于多種介質(zhì)。漩渦的穩(wěn)定性受流速分布畸變及旋轉(zhuǎn)流的影響，上游側(cè)必須有足夠長的直管段，為保證測量精度必要時還應(yīng)在上游側(cè)加裝整流

38、器。渦街流量計不適用于低雷諾數(shù)的流量測量，在高粘度、低流速、大口徑情況下應(yīng)用受到限制。儀表口徑越大儀表系數(shù)越小，頻率分辨率越低，所以口徑不能過大。不適用于管內(nèi)有較嚴重的旋轉(zhuǎn)流以及管道產(chǎn)生振動的場所。4.6 4.6 質(zhì)量流量計質(zhì)量流量計 大多流量儀表所能直接測得的均為體積流量。但生產(chǎn)中進行產(chǎn)量計量交接、經(jīng)濟核算和產(chǎn)品儲存時希望直接測量介質(zhì)的質(zhì)量，而不是體積，因此能夠用來直接測量質(zhì)量流量的流量計在近些年得到了很快發(fā)展。4.6.1 4.6.1 質(zhì)量流量計的類型質(zhì)量流量計的類型 1 1直接式質(zhì)量流量計直接式質(zhì)量流量計 直接式質(zhì)量流量計的輸出信號能直接反映流體的質(zhì)量流量。直接式質(zhì)量 流量計又分差壓式、科

39、里奧利式和熱式幾種，具有高準確度、高重復(fù)性和高穩(wěn)定性特點。 2 2間接式質(zhì)量流量計間接式質(zhì)量流量計 （1）組合式 可同時檢測流體的體積流量和密度，或與密度有關(guān)的參數(shù)，然后通過運算單元計算出介質(zhì)的質(zhì)量流量信號輸出。（2）溫度壓力補償式 可同時檢測流體的體積流量和溫度、壓力值，再根據(jù)介質(zhì)密度與溫度、壓力的關(guān)系，由運算單元計算得到該狀態(tài)下介質(zhì)的密度值，最后計算得到介質(zhì)的質(zhì)量流量值輸出。4.6.2 4.6.2 科氏力質(zhì)量流量計科氏力質(zhì)量流量計 科里奧利質(zhì)量流量計是利用與質(zhì)量流量成正比的科里奧利力這一原理制成的一種直接式質(zhì)量流量儀表。1 1科里奧利力科里奧利力 一根直管以角速度繞旋轉(zhuǎn)軸勻速旋轉(zhuǎn)，管內(nèi)通有

40、以勻速v沿直管向外流動的流體。相對轉(zhuǎn)動參照系做勻速直線運動。受到慣性離心力和科里奧利慣性力的共同作用，科里奧利慣性力是一種切向力，方向垂直于v向上。圖4.56 科里奧利力2 2科氏力流量計的測量原理科氏力流量計的測量原理在旋轉(zhuǎn)管道中以勻速v流動的流體密度為，則管道受到流體所施加的科氏力的大小為 A管道的流通截面積；L管道長度；qm質(zhì)量流量，qmvA。因此測量旋轉(zhuǎn)管道中流體產(chǎn)生的科氏力就能測出流體的質(zhì)量流量。LmccqLALvAdLvdFF0222 (a) 振動中的U型管 (b) U型管振動時受力 (c)U型管受力扭曲（端面圖）圖4.57 U形管科里奧利力作用原理U形管在外力驅(qū)動下以固有振動頻率

41、繞固定梁上下振動，振幅接近1mm。流體流過U型管時，可認為管內(nèi)流體一邊沿管子軸向流動，一邊隨測量管繞固定梁正反交替“轉(zhuǎn)動”，對管子產(chǎn)生科里奧利力。當(dāng)流體按圖示方向流入、U形管繞固定梁向上“轉(zhuǎn)動”時，對管段A來說，質(zhì)點是由轉(zhuǎn)軸向外流動，質(zhì)點的切向速度由零逐漸加大，表明流體質(zhì)點受到了管子施加的與轉(zhuǎn)動趨勢一致的切向力，流體能量增加，其反作用力（科氏力Fc）必與管段轉(zhuǎn)動趨勢相反。對管段B來說，流體是從外端流向轉(zhuǎn)軸，質(zhì)點的切向速度逐漸減小至零，表明流體受到了管子施加的與轉(zhuǎn)動趨勢相反的切向力，流體則將能量釋放給管子，科氏力Fc與管B轉(zhuǎn)動趨勢相同。U型管上A 、B段方向相反的科氏力使U型管扭轉(zhuǎn)變形。 振動的

42、另半個周期，U形管向下“轉(zhuǎn)動”，扭曲方向則相反。隨周期性振動，U形管受到一方向和大小都隨時間變化的扭矩Mc，使測量管繞O-O軸作周期性扭曲變形。扭轉(zhuǎn)角與扭矩Mc及剛度k有關(guān)。故流體的質(zhì)量流量qm與扭轉(zhuǎn)角成正比。若U形管振動頻率一定，則恒定不變。即只要在振動中心位置O-O安裝兩個光電檢測器，測出振動過程中U形管通過兩側(cè)光電探頭的時間差，就能間接確定，求得qm值。3 3科氏力質(zhì)量流量計的結(jié)構(gòu)類型科氏力質(zhì)量流量計的結(jié)構(gòu)類型科氏力質(zhì)量流量計由檢測器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成。檢測器用以激勵檢測元件（測量管）振動，并將測量管的變形轉(zhuǎn)換為電信號輸出。檢測器內(nèi)安裝兩端固定的測量管，測量管中部設(shè)置電磁驅(qū)動線圈，驅(qū)動測

43、量管反復(fù)振動，使測量管產(chǎn)生扭曲變形，通過光電或電磁傳感器將測量管的變形量（或相位差）轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，轉(zhuǎn)換器把來自傳感器的電信號進行處理后輸出與質(zhì)量流量成正比的420mA標(biāo)準信號、頻率/脈沖信號或數(shù)字信號，以顯示質(zhì)量流量。kqLrrFMmcc42Lrkqm4 4 4質(zhì)量流量計的特點質(zhì)量流量計的特點能夠直接測量質(zhì)量流量，儀表精度高，可達0.2級。理論上講，精度只與測量管的幾何形狀和測量系統(tǒng)的振蕩特性有關(guān)，與被測介質(zhì)的物性等無關(guān)。可測含固形物的漿液以及含有微量氣體的液體、中高壓氣體，尤其適合測高粘度甚至難流動液體的流量。不受管內(nèi)流動狀態(tài)的影響，對上游側(cè)流體的流速分布也不敏感，安裝時對上下游直管段無要求

44、。 該流量計的主要不足是：容易發(fā)生零點漂移；對振動干擾敏感；不能用于測量低密度介質(zhì)；體積和重量大，壓損也較大；價格昂貴。5 5質(zhì)量流量計的安裝質(zhì)量流量計的安裝應(yīng)使管道內(nèi)流體始終為滿管狀態(tài)；遠離能引起管道振動的設(shè)備（如泵等）；遠離變壓器、大功率電動機等磁場較強的設(shè)備；并且不能安裝在工藝管線的膨脹節(jié)附近。4.7 靶式流量計靶式流量計 石油化工生產(chǎn)中，常常會遇到某些粘度較高的介質(zhì)或含有懸浮物及顆粒介質(zhì)的流量測量，如原油、渣油、瀝青等。靶式流量計部分地解決了高粘度、低雷諾數(shù)流體的流量測量問題。4.7.14.7.1流量測量原理流量測量原理1 1測量原理測量原理 圖4.61 靶式流量計的原理示意圖1測量管

45、；2靶；3杠桿；4軸封膜片；5連接管；6轉(zhuǎn)換指示部分在測量管道的中心處安裝一塊圓形“靶”片，將其作為靶式流量計的測量元件。當(dāng)流體流動時垂直沖擊到靶上，使靶面受力，并產(chǎn)生相應(yīng)的微小位移，這個力就反映了流體的流量大小。流體對靶的作用力：一是流體對靶的沖擊力（動壓力）以及靶前后靜壓差作用力，二是流體在流經(jīng)靶時對靶周邊的粘滯摩擦力，可忽略。理論分析和實驗研究表明，流體對靶面的作用力F與圓靶的迎流面積、流體密度以及流體流經(jīng)靶和管道間環(huán)形截面處平均流速v的平方成正比，表示為 阻力系數(shù)；Ad靶的迎流面積，因此，流體在環(huán)形截面處的平均流速為 則靶式流量計的基本流量方程式可表示為dAvF22142dAdddAF

46、AFv22112)1(22220FDFddDAFAqdvDd工程應(yīng)用中習(xí)慣于以mm作為D和d的單位，以m3/h作為流量的單位，換算后得靶式流量計的實用公式為 可見當(dāng)靶式流量計D和已定后，若被測流體密度和流量系數(shù)也為常數(shù)，作用力F的開平方就與流量成正比關(guān)系。測得靶所受流體作用力F的大小，便可知流體的流量大小。2 2流量系數(shù)流量系數(shù)實驗表明流量系數(shù)與靶徑比及雷諾數(shù)ReD等因素有關(guān)。當(dāng)管道雷諾數(shù)值大于某臨界值后，流量系數(shù)將趨于不變。靶式流量計的臨界雷諾數(shù)比標(biāo)準節(jié)流裝置的要低很多，通常在11035103之間，所以對于高粘度、低流速流體的流量測量更具優(yōu)越性。FDqv)1(512. 44.7.24.7.2

47、靶式流量變送器的類型及結(jié)構(gòu)靶式流量變送器的類型及結(jié)構(gòu)圖4.62 靶式流量計的流量系數(shù)實驗曲線 1 1靶式流量計的結(jié)構(gòu)靶式流量計的結(jié)構(gòu)（1）檢測器 通常下部為檢測器，檢測器包括測量管、靶板、主杠桿和軸封膜片，其作用是將流體作用在靶面上的力（反映了被測流量）轉(zhuǎn)換成為主杠桿上的力或位移。（2）轉(zhuǎn)換器 通常上部為轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器由力轉(zhuǎn)換器、信號處理和顯示儀幾部分組成。力轉(zhuǎn)換器將電阻應(yīng)變片R1、R3粘貼在懸臂塊7的正面，R2和R4粘貼在懸臂塊7的背面，兩對應(yīng)變電阻構(gòu)成電橋的四個臂。靶板受到流體的作用力，以軸封膜片2為支點產(chǎn)生23mm位移，經(jīng)杠桿3、推桿6使懸臂塊產(chǎn)生微彎曲的彈性變形。R1和R3受拉伸阻值增

48、大，R2和R4受壓縮阻值減小，電橋失去平衡，輸出一電信號反映流體流量。Uab經(jīng)放大轉(zhuǎn)換為標(biāo)準電信號輸出，也可由毫安表就地顯示流量。但因,，故信號處理電路中一般采取開方器運算，使輸出信號直接與被測流量成正比。圖4.63 應(yīng)變式力傳感器的靶式流量計1測量管；2軸封膜片；3杠桿；4轉(zhuǎn)換指示部分；5信號處理電路；6推桿；7-懸臂塊；8-靶2 2靶式流量計的類型靶式流量計的類型靶式流量計有一體式和分體式兩種類型。有法蘭式連接、夾裝式連接和插入式連接等幾種。一體式為現(xiàn)場就地顯示。分體式則把顯示儀表與檢測器部分分離（一般不超過100m），并通過屏蔽多芯電纜進行遠距標(biāo)準信號的傳輸。插入式流量計不用專門安裝測量

49、管，只需在管道上開孔即可安裝。使用過程中，便于隨時抽出檢修靶板。 (a) 夾裝式 (b)法蘭式 (c)插入式 圖4.65 靶式流量計的外形圖4.7.34.7.3流量計的安裝應(yīng)用流量計的安裝應(yīng)用1 1靶式流量計的特點：靶式流量計的特點：適合高粘度、低雷諾數(shù)流體的流量測量，以及帶有懸浮顆粒雜質(zhì)的流體流量測量。結(jié)構(gòu)簡單牢固，無可動部件，使用安全可靠，并且壓力損失較小。儀表流量系數(shù)由儀表廠用水或空氣標(biāo)定得到，應(yīng)用時必須用被測介質(zhì)進行實際標(biāo)定，并且要求標(biāo)定時的流體溫度和壓力要和實際工作狀況保持一致。2 2靶式流量計的安裝靶式流量計的安裝保證測量時為滿管狀態(tài)；避免安裝在振動強烈的管道上；加裝旁通管路以實現(xiàn)

50、不斷流調(diào)零；靶心與工藝管道軸線同心，保證靶面與管道軸線垂直；直管段長度前15D、后5D。4.8 電磁流量計電磁流量計根據(jù)電磁感應(yīng)原理制成，用于測量導(dǎo)電液體（如工業(yè)污水、酸、堿、鹽等腐蝕性介質(zhì)）與漿液的體積流量。4.8.14.8.1流量測量原理流量測量原理1 1測量原理測量原理在磁感應(yīng)強度為B的均勻磁場中，垂直于磁場方向放一個內(nèi)徑為D的不導(dǎo)磁管道，當(dāng)導(dǎo)電液體在管道中以平均流速v流動時，導(dǎo)電流體就切割磁力線。B、D、v三者互相垂直，在兩電極之間產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為 BDvE 圖4.66 電磁流量計的原理示意圖1磁極；2檢測電極；3測量管EBDqv44.8.24.8.2結(jié)構(gòu)類型與特點結(jié)構(gòu)類型與特點穩(wěn)恒

51、磁場條件下， e與qv 成正比，而與流體的物性和工作狀態(tài)無關(guān)。2 2流量電勢信號的處理流量電勢信號的處理流量轉(zhuǎn)換器用于將傳感器輸出的毫伏級電勢信號進行處理與放大，并轉(zhuǎn)換成與被測流體體積流量成正比的標(biāo)準模擬電流信號、電壓或頻率信號輸出。 1 1電磁流量計的類型電磁流量計的類型 電磁流量計按結(jié)構(gòu)形式可分一體式和分體式兩種，均由傳感器和轉(zhuǎn)換器兩大部分組成。傳感器安裝在工藝管道上感受流量信號。轉(zhuǎn)換器將傳感器送來的感應(yīng)電勢信號進行放大，并轉(zhuǎn)換成標(biāo)準電信號輸出。 分體式流量計的傳感器和轉(zhuǎn)換器分開安裝，轉(zhuǎn)換器可遠離惡劣的現(xiàn)場環(huán)境。一體式電磁流量計，可就地顯示、信號遠傳、無勵磁電纜和信號電纜布線，接線簡單、價

52、格便宜?，F(xiàn)場環(huán)境條件較好時可選用一體式電磁流量計。2.電磁流量傳感器的結(jié)構(gòu)(a) 一體式 (夾裝) (b) 分體式（法蘭安裝）圖4.68 電磁流量計外形圖 電磁流量傳感器由測量管組件、磁路系統(tǒng)、電極等部分組成，如圖4.69所示，測量管上下裝有勵磁線圈，通以勵磁電流后產(chǎn)生磁場穿過測量管。一對電極裝在測量管內(nèi)壁與液體相接觸，引出感應(yīng)電勢。圖4.69 電磁流量傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖1下蓋；2內(nèi)襯管；3連接法蘭；4勵磁線圈；5上蓋；6測量管；7磁軛；8電極3 3電磁流量計的特點電磁流量計的特點 結(jié)構(gòu)簡單，無活動部件及阻流部件，幾乎無附加壓損，對要求低阻力損失的大管徑供水管道最為適合。適于導(dǎo)電液體流量的測量

53、，尤其適用于臟污流體、腐蝕性流體及含固體顆粒和懸浮物的液固兩相流體。測量結(jié)果不受流體物性及工況條件變化的影響，因此只需經(jīng)水標(biāo)定后，就可用來測量其它導(dǎo)電液體的流量。電磁流量計沒有機械慣性，所以反應(yīng)靈敏，可測量正反兩個方向的流量，也可測量瞬時脈動流量。只能用來測量導(dǎo)電液體的流量；受內(nèi)襯和電氣絕緣材料的限制，不能用于測量高溫液體；易受電磁干擾影響。1 1電磁流量計的安裝電磁流量計的安裝 測量管與工藝管道同軸，并保證測量管內(nèi)始終充滿液體；遠離大功率強磁場設(shè)備安裝；加設(shè)旁通管路；對上游直管段長度要求低；傳感器的測量管、外殼、引線的屏蔽線以及傳感器兩端的管道都必須可靠接地，使液體、傳感器和轉(zhuǎn)換器具有相同的

54、零電位；4.9 葉輪流量計 渦輪流量計是葉輪式流量計的一種，適用于成品油、石化產(chǎn)品等液體以及氣體等低粘度流體，通常用于流體總量的流量測量。渦輪流量計由于測量精度很高，有時也作為標(biāo)定其它流量計的標(biāo)準儀表使用。4.9.14.9.1渦輪流量計渦輪流量計渦輪流量計由渦輪流量傳感器和顯示儀表兩部分組成。 1 1渦輪流量變送器的結(jié)構(gòu)渦輪流量變送器的結(jié)構(gòu)渦輪流量變送器主要由殼體、導(dǎo)流器、渦輪、軸承、磁電轉(zhuǎn)換器、放大轉(zhuǎn)換電路等組成。圖4.74 渦輪流量變送器的結(jié)構(gòu)示意圖1-殼體；2-軸承；3-渦輪軸；4后導(dǎo)流器；5-渦輪葉片；6-磁電轉(zhuǎn)換器；7-放大轉(zhuǎn)換電路；8-表頭；9-前導(dǎo)流器；10-感應(yīng)線圈；11-永久

55、磁鋼（1）儀表殼體 由不導(dǎo)磁不銹鋼材料制成，內(nèi)裝有導(dǎo)流器、渦輪和軸承，殼體外安裝有磁電轉(zhuǎn)換器。（2）導(dǎo)流器 前導(dǎo)流器9使流體到達渦輪前先導(dǎo)直流向，避免流體因自旋而改變對渦輪葉片的作用角度，影響測量精度。后導(dǎo)流器4起到支承葉輪作用。（3）渦輪，由高導(dǎo)磁不銹鋼材料制成，由前后導(dǎo)流器上的軸承2支承。渦輪芯上裝有螺旋形葉片5，渦輪質(zhì)量很小。（4）磁電轉(zhuǎn)換器 由永久磁鋼和感應(yīng)線圈組成，用來產(chǎn)生一個頻率與渦輪轉(zhuǎn)速成正比的電信號。2 2渦輪流量計的工作原理渦輪流量計的工作原理當(dāng)被測流體通過渦輪流量傳感器時，流體通過前導(dǎo)流器沿軸線方向沖擊渦輪葉片。流體沖擊力的切向分力對渦輪產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩，使渦輪克服機械摩擦阻力

56、矩和流動阻力矩而轉(zhuǎn)動。實踐表明，在一定流量范圍內(nèi)及一定粘度、密度的流體條件下，渦輪轉(zhuǎn)速與經(jīng)過渦輪的流量成正比。所以，可以通過測量渦輪的轉(zhuǎn)速來測量流量。磁電轉(zhuǎn)換器原理：當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)動時，高導(dǎo)磁的渦輪葉片依次掃過磁鋼11的磁場，從而周期性地改變磁回路的磁阻和感應(yīng)線圈的磁通量。葉片在永久磁鋼正下方時磁阻最小。線圈10中的磁通量周期性變化，使線圈中產(chǎn)生同頻率的感應(yīng)電勢，送入放大轉(zhuǎn)換電路7，經(jīng)放大整形處理后，變成電脈沖信號。此電脈沖信號的頻率與渦輪的轉(zhuǎn)速成正比。 N 一段時間內(nèi)傳感器輸出的脈沖總數(shù)； V被測流體的體積總量，m3。為儀表系數(shù)（單位體積流量下輸出的電脈沖數(shù)，1/m3）。與儀表的結(jié)構(gòu)、被測介質(zhì)的流

57、動狀態(tài)、粘度等因素有關(guān)，一定條件下為常數(shù)。儀表出廠時，所給儀表系數(shù)是在標(biāo)準狀態(tài)下用水、空氣標(biāo)定時的平均值。vqffqvNV 4 4渦輪流量計的特點渦輪流量計的特點渦輪慣性小，反應(yīng)速度快，靈敏性好。測量精度較高，可達0.2級，可作為標(biāo)準計量儀表。量程比寬，一般為10：140：1，適用于流量大幅度變化的場合。輸出脈沖信號與流量成正比，儀表刻度線性。脈沖信號傳輸抗干擾，容易進行累積測量，便于遠傳和計算機數(shù)據(jù)處理。耐高壓、壓力損失小，結(jié)構(gòu)緊湊、安裝維修方便。軸承易磨損、對流體清潔度要求較高。只能用于成品油、潔凈水、液化氣、天然氣等潔凈介質(zhì)。流量計前一般均應(yīng)安裝過濾器。以便濾除固體顆粒和機械雜質(zhì)。對直管

58、段要求較高，上下游直管段一般應(yīng)在20D、5D以上。3 3渦輪流量計的流量特性渦輪流量計的流量特性圖4.75 渦輪流量計的特性曲線 當(dāng)實際流量小于始動流量值時，渦輪不動，無信號輸出。 流量增加達到紊流狀態(tài)后儀表系數(shù)就基本保持不變。4.10 超聲波流量計超聲波流量計4.10.14.10.1超聲波流量計的測量原理超聲波流量計的測量原理 1 1時差式超聲波流量計時差式超聲波流量計聲波在流體中傳播，順流方向聲波的傳播速度會增大，逆流方向聲波的傳播速度則會減小，相同的傳播距離在順流和逆流時會有不同的傳播時間。時差式超聲波流量計正是利用超聲波在流體中順流和逆流傳播的時間差與流體流速成正比這一原理來測量流體流

59、量的。圖4.80 時差式超聲波流量計的原理示意圖在管道中斜裝一對超聲波換能器，超聲波的傳播聲程為A、B換能器之間的距離。換能器A向換能器B順流方向發(fā)射超聲波信號，傳播速度為聲波傳播速度與流體流速水平分量之和，即，則傳播時間為 反之，換能器B向換能器A逆流方向發(fā)射超聲波信號，傳播速度為聲波傳播速度與流體流速水平分量之差，即，則傳播時間為 c超聲波在靜止介質(zhì)中的傳播速度，其值隨介質(zhì)不同而不同；v流體沿超聲波傳播途徑上的線平均流速；超聲波傳播方向與流體流動方向之間的夾角；D管道內(nèi)徑。)cos(sinvcDtu)cos(sinvcDtd流體的線平均流速為k流速分布修正系數(shù)。 由于v為聲道上的流體線平均

60、流速，而不是整個流通截面上的面平均流速u，二者的差值取決于流速分布狀況，故需對線平均流速進行修正。cossinvtDcucossinvtDcdududttttDv2sinududvttttDkDq2sin42uvk 2多普勒式超聲波流量計超聲波zl流體中，隨流體一起運動的顆?；驓馀輰⑵浞瓷涞浇邮掌?，接收到的反射聲波與發(fā)射聲波之間存在頻率差，由聲學(xué)上的多普勒效應(yīng)理論推知該頻率差正比于流體流速，因此測量頻率差即可求得流速和體積流量，這就是多普勒超聲波流量計測量流量的工作原理。因此，被測流體必須是含有一定數(shù)量能夠反射聲波的固體顆?；驓馀莸鹊膬上嘟橘|(zhì)，以便獲得足夠強度的信號使儀表正常工作。 圖4.81