傳感器與檢測技術

1、 流量檢測流量檢測6.1 6.1 流量檢測基本概念流量檢測基本概念6.2 6.2 體積流量檢測方法體積流量檢測方法6.3 6.3 質(zhì)量流量檢測方法質(zhì)量流量檢測方法6.4 6.4 流量標準裝置流量標準裝置6.1 6.1 流量檢測基本概念流量檢測基本概念6.1.1 6.1.1 流量的概念和單位流量的概念和單位l 定義：短暫時間內(nèi)流過某一流通截面的流體數(shù)量定義：短暫時間內(nèi)流過某一流通截面的流體數(shù)量與通過時間之比。與通過時間之比。3(/ )VdVqvA msdt體積流量體積流量用流體的體積來表示（用流體的體積來表示（q qv v） 瞬時質(zhì)量流量瞬時質(zhì)量流量用流量的質(zhì)量來表示（用流量的質(zhì)量來表示（q q

2、m m），簡稱質(zhì)），簡稱質(zhì)量流量量流量(/ )mdMqvA kg sdtl 累積流量累積流量：一段時間內(nèi)流體體積流量或質(zhì)量：一段時間內(nèi)流體體積流量或質(zhì)量流量的累積值。流量的累積值。累積體積流量累積體積流量dtqmtm0dtqVtv0累積質(zhì)量流量累積質(zhì)量流量6.1.2 6.1.2 流量檢測方法及流量計分類流量檢測方法及流量計分類6.1.2.1 6.1.2.1 流量檢測方法及流量計分類流量檢測方法及流量計分類檢測方法：體積流量檢測，質(zhì)量流量檢測。檢測方法：體積流量檢測，質(zhì)量流量檢測。流量計：由流量傳感器和二次儀表構成。流量計：由流量傳感器和二次儀表構成。類別類別儀表名稱儀表名稱體積流量計容積式流量

3、計橢圓齒輪流量計、腰輪流量計、皮膜式流量計等差壓式流量計節(jié)流式流量計、均速管流量計、彎管流量計、靶式流量計、浮子流量計等速度式流量計渦輪流量計、渦街流量計、電磁流量計、超聲波流量計等質(zhì)量流量計推導式質(zhì)量流量計體積流量經(jīng)密度補償或溫度、壓力補償求得質(zhì)量流量等直接式質(zhì)量流量計科里奧利流量計、熱式流量計、沖量式流量計等6.1.2.2 6.1.2.2 流體特性和流量計的測量特性流體特性和流量計的測量特性流體特性流體特性1 1）黏滯）黏滯性性衡量流體黏滯性大小的物理量稱為動力黏度。衡量流體黏滯性大小的物理量稱為動力黏度。(:)FuAyFyp sAudddd單位,/ s2稱為運動粘度，單位是：m2 2）層

4、流和紊流層流和紊流l 層流：流體在細管中流動的流線平行于管軸時的流層流：流體在細管中流動的流線平行于管軸時的流動。動。l 紊流：流體在細管中流動的流線相對混亂的流動。紊流：流體在細管中流動的流線相對混亂的流動。 利用雷諾數(shù)可以判斷流動利用雷諾數(shù)可以判斷流動的形式。的形式。在層流流動狀態(tài)時，流量與壓力降成正比；在層流流動狀態(tài)時，流量與壓力降成正比；在紊流流動狀態(tài)時，流量與壓力降的平方根成正比。在紊流流動狀態(tài)時，流量與壓力降的平方根成正比。雷諾數(shù)雷諾數(shù) 雷諾數(shù)是表征流體流動時慣性力與粘性力之雷諾數(shù)是表征流體流動時慣性力與粘性力之比。比。 利用細管直徑利用細管直徑d d，可求出雷諾數(shù)，可求出雷諾數(shù)R

5、 Rd d： R Rd d23202320時為層流，時為層流，R Rd d23202320時為紊流。時為紊流。dvdvdR3 3）流體連續(xù)性方程）流體連續(xù)性方程 l流體在管道內(nèi)作穩(wěn)定流動的情況：流體在管道內(nèi)作穩(wěn)定流動的情況：1 1122211v Sv Sv S12常數(shù)， 若： 則：=常數(shù) 即即流體在穩(wěn)定流動，且不可壓縮時，流過各截面流流體在穩(wěn)定流動，且不可壓縮時，流過各截面流體的體積為常量。體的體積為常量。因此利用上式，很方便的求出流體流因此利用上式，很方便的求出流體流過管道不同截面時的流速。過管道不同截面時的流速。 揭示流體在運動時壓強、流速等運動要素隨空間位揭示流體在運動時壓強、流速等運動

6、要素隨空間位置的變化關系置的變化關系伯努利方程式：伯努利方程式：1 22211 122 21222pvpvzzhggggz ：單位體積液體位能，位置水頭 ：單位體積液體壓能，壓強水頭 ：單位體積液體動能，流速水頭 ：動能修正系數(shù)，一般為1.051.1，常取1.0 ：單位體積液體通過流段的平均能量損失，水頭損失pg22vg1 2h4 4）流體的能量方程）流體的能量方程 qqCmm 2.2.流量計的測量特性流量計的測量特性各種類型的流量計的共性各種類型的流量計的共性式中：式中：q qm m為質(zhì)量流量，為質(zhì)量流量，x x為流量計輸出信號。理想的流量方程為流量計輸出信號。理想的流量方程式為線性方程式。

7、式為線性方程式。流量計的儀表系數(shù)與流出系數(shù)流量計的儀表系數(shù)與流出系數(shù)：儀表系數(shù)儀表系數(shù)K K：頻率型流量計流量特性的主要參數(shù)頻率型流量計流量特性的主要參數(shù)。定定義為單位流體流過流量計時流量計發(fā)出的脈沖數(shù)：義為單位流體流過流量計時流量計發(fā)出的脈沖數(shù)：流出系數(shù)流出系數(shù)C C：定義為實際流量與理想流量的比值：定義為實際流量與理想流量的比值：流量方程式流量方程式：流量與流量計輸出信號之間關系的數(shù)學表達流量與流量計輸出信號之間關系的數(shù)學表達式：式：式中：式中：K K為儀表系數(shù)，為儀表系數(shù)，m m-3-3；N N為脈沖數(shù)，次；為脈沖數(shù)，次；V V為流體體積，為流體體積，m m3 3。流量范圍及范圍度流量范

8、圍及范圍度流量范圍流量范圍：指可測最大流量和最小流量所限定的范圍指可測最大流量和最小流量所限定的范圍。范圍度范圍度：最大流量與最小流量的比值最大流量與最小流量的比值。流量計范圍度流量計范圍度的大小受儀表的原理與結構所限制。的大小受儀表的原理與結構所限制。測量精確度和誤差測量精確度和誤差 流量計標出的精確度為基本誤差。而現(xiàn)場使用中由于偏流量計標出的精確度為基本誤差。而現(xiàn)場使用中由于偏離標定條件會產(chǎn)生附加誤差，所以要按有關規(guī)定計算附加離標定條件會產(chǎn)生附加誤差，所以要按有關規(guī)定計算附加誤差。誤差。壓力損失壓力損失 流量計通常是一個阻力件，會給流體造成能量消耗。所流量計通常是一個阻力件，會給流體造成能

9、量消耗。所以，壓力損失大小是流量計選型的一個重要指標。以，壓力損失大小是流量計選型的一個重要指標。一、一、容積容積(volumn)式流量計式流量計原理原理：使被測流體充滿具有一定容積的空間，然后把這部分流體從口使被測流體充滿具有一定容積的空間，然后把這部分流體從口排出，利用運動元件的往復次數(shù)或轉(zhuǎn)速與流體的連續(xù)排出量成比例對被測排出，利用運動元件的往復次數(shù)或轉(zhuǎn)速與流體的連續(xù)排出量成比例對被測流體進行連續(xù)的檢測，故叫做容積式流量計。用來測量液體和氣體的體積流體進行連續(xù)的檢測，故叫做容積式流量計。用來測量液體和氣體的體積流量，流量，主要用于測量累積流量主要用于測量累積流量。1.1.容積式流量計的測量

10、機構與流量公式容積式流量計的測量機構與流量公式組成組成：由測量室、運動部件、傳動和顯示部件構成由測量室、運動部件、傳動和顯示部件構成。它的它的測量主體為具有固定標準容積的測量室，測量室由流量計內(nèi)部的運動部件測量主體為具有固定標準容積的測量室，測量室由流量計內(nèi)部的運動部件與殼體構成。在流體進、出口壓力差的作用下，運動部件不斷地將充滿在與殼體構成。在流體進、出口壓力差的作用下，運動部件不斷地將充滿在測量室中的流體從入口排向出口測量室中的流體從入口排向出口。6.2 體積流量檢測方法體積流量檢測方法流量方程式：流量方程式： Q=Q=nVnV 其中：其中：V V測量室的固定容積測量室的固定容積， n n

11、某一時間間隔內(nèi)經(jīng)過流量計排出流體的固定容積某一時間間隔內(nèi)經(jīng)過流量計排出流體的固定容積數(shù)數(shù)，可由計數(shù)器通過傳動部件測出，可由計數(shù)器通過傳動部件測出， Q Q被測流體的體積總量。被測流體的體積總量。在測量較小流量時，要考在測量較小流量時，要考慮泄漏量的影響，通常儀表有最小流量的測量限度。慮泄漏量的影響，通常儀表有最小流量的測量限度。2.2.幾種容積式流量計幾種容積式流量計(flowmeter)(1)(1)橢圓齒輪流量計橢圓齒輪流量計 橢圓齒輪流量計的測量本體由一對相互嚙合的橢圓齒輪和橢圓齒輪流量計的測量本體由一對相互嚙合的橢圓齒輪和殼體構成，其工作原理如圖所示。殼體構成，其工作原理如圖所示。運動部

12、件的形式：往復運動（活塞式油量表）和旋轉(zhuǎn)運動運動部件的形式：往復運動（活塞式油量表）和旋轉(zhuǎn)運動（腰輪流量計）。（腰輪流量計）。 齒輪的轉(zhuǎn)數(shù)通過變速機構驅(qū)動機械計數(shù)器來顯示總流量，還可齒輪的轉(zhuǎn)數(shù)通過變速機構驅(qū)動機械計數(shù)器來顯示總流量，還可以通過電磁轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換成脈動信號，對其計數(shù)就可得到總流以通過電磁轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換成脈動信號，對其計數(shù)就可得到總流量。量。兩個齒輪每轉(zhuǎn)動一圈，流量計將排出兩個齒輪每轉(zhuǎn)動一圈，流量計將排出4 4個半月形容積的流體。個半月形容積的流體。通過橢圓齒輪流量計的總量可表示為：通過橢圓齒輪流量計的總量可表示為：特點：適用于特點：適用于高粘度液體的測量高粘度液體的測量。流量計基本誤

13、差。流量計基本誤差0.20.2% %0.50.5% %。范圍度為。范圍度為1010：1 1；工作溫度要低于；工作溫度要低于120120，以防止齒輪卡，以防止齒輪卡死。在使用時要注意防止齒輪的磨損與腐蝕，以延長儀表壽命。死。在使用時要注意防止齒輪的磨損與腐蝕，以延長儀表壽命。(2)(2)腰輪流量計腰輪流量計原理與橢圓齒輪流量計相同。為減小兩轉(zhuǎn)子的磨損，在殼體外原理與橢圓齒輪流量計相同。為減小兩轉(zhuǎn)子的磨損，在殼體外與腰輪同軸的齒輪作為傳遞轉(zhuǎn)動力矩之用，因此比橢圓齒輪能保與腰輪同軸的齒輪作為傳遞轉(zhuǎn)動力矩之用，因此比橢圓齒輪能保持長期穩(wěn)定性。持長期穩(wěn)定性。特點：可以測量液體和氣體，也可以測高粘度流體。

14、基本誤差特點：可以測量液體和氣體，也可以測高粘度流體。基本誤差為為0.20.2% % 0.50.5% %，范圍度為，范圍度為1010：1 1；工作溫度要低于；工作溫度要低于120120，壓力，壓力損失小于損失小于0.02MPa0.02MPa。(3) (3) 皮膜式家用煤氣表皮膜式家用煤氣表安裝注意事項：安裝注意事項：l選型時要考慮被測介質(zhì)的物性參數(shù)和工作狀態(tài)選型時要考慮被測介質(zhì)的物性參數(shù)和工作狀態(tài)( (如溫度、粘度、壓如溫度、粘度、壓力、密度和流量范圍等）力、密度和流量范圍等）。l流量計的安裝地點應滿足技術性能規(guī)定的條件，安裝前必須進行檢流量計的安裝地點應滿足技術性能規(guī)定的條件，安裝前必須進行

15、檢定。定。l可以水平安裝也可以垂直安裝?？梢运桨惭b也可以垂直安裝。l流量計上游要加過濾器，調(diào)節(jié)流量的閥門應位于流量計下游。為維流量計上游要加過濾器，調(diào)節(jié)流量的閥門應位于流量計下游。為維護方便需設置旁通管路。護方便需設置旁通管路。l安裝時注意流量計外殼上的流向標志應與被測流體的流動方向一致。安裝時注意流量計外殼上的流向標志應與被測流體的流動方向一致。使用過程中，被測流體應該充滿管道，并工作在儀表規(guī)定使用過程中，被測流體應該充滿管道，并工作在儀表規(guī)定的流量范圍內(nèi)；當環(huán)境改變時，應對儀表進行修正；儀表要的流量范圍內(nèi)；當環(huán)境改變時，應對儀表進行修正；儀表要定期清洗和檢定。定期清洗和檢定。3.3.容積

16、式流量計的安裝與使用容積式流量計的安裝與使用6.2.2 6.2.2 差壓式流量計差壓式流量計二、組成二、組成一、基本原理一、基本原理 在流通管道上設置在流通管道上設置流動阻力件流動阻力件，流體通過阻力件時將，流體通過阻力件時將產(chǎn)生壓力差，此壓力差與流體流量之間有確定的數(shù)值關系，產(chǎn)生壓力差，此壓力差與流體流量之間有確定的數(shù)值關系，通過測量差壓值可以求得流體流量。通過測量差壓值可以求得流體流量。產(chǎn)生差壓的裝置：產(chǎn)生差壓的裝置：節(jié)流件（孔板、噴嘴、文丘利管等）；動壓管、均速管、彎管等；節(jié)流件（孔板、噴嘴、文丘利管等）；動壓管、均速管、彎管等；靶和浮子等。靶和浮子等。6.2.2.1 6.2.2.1 節(jié)

17、流式流量計節(jié)流式流量計 節(jié)流裝置：產(chǎn)生差壓，主體是一個局部收縮阻力件，改節(jié)流裝置：產(chǎn)生差壓，主體是一個局部收縮阻力件，改變流體流通截面，從而在節(jié)流元件前后形成壓力差。變流體流通截面，從而在節(jié)流元件前后形成壓力差。根據(jù)伯努利方程，根據(jù)伯努利方程，對截面對截面I II I、處沿管中心的處沿管中心的流體有以下能量關系：流體有以下能量關系： 2211221222pvpv1 11222AvA v根據(jù)流體的連續(xù)性方程得：根據(jù)流體的連續(xù)性方程得：111222vpvp節(jié)流件入口處：流速 ，靜壓 ，密度最小收縮截面處：流速 ，靜壓 ，密度20201/4Ad DAAAd用節(jié)流件開孔面積代替最小收縮截面面積 ；節(jié)流

18、裝置的直徑比12由于節(jié)流件很短，假定流體密度在流經(jīng)節(jié)流件時沒有變化即；2124121vpp流體流經(jīng)孔板時的平均流速002421VAqA vp體積流量002421mAqA vp質(zhì)量流量可以根據(jù)流量的定義，計算流體的體積流量和質(zhì)量流量。在實可以根據(jù)流量的定義，計算流體的體積流量和質(zhì)量流量。在實際計算過程中，應際計算過程中，應考慮幾個因素考慮幾個因素：p流量系數(shù)流量系數(shù)：由于用節(jié)流件的開孔面積代替最小收縮截面，由于用節(jié)流件的開孔面積代替最小收縮截面，p有不同有不同取壓位置等因素的影響，必然造成測量偏差，為此引入流量系數(shù)取壓位置等因素的影響，必然造成測量偏差，為此引入流量系數(shù)，則，則流量方程式為：流量

19、方程式為：流量系數(shù)是一個影響因素復雜的實驗系數(shù)，對于節(jié)流法測量流量具有重流量系數(shù)是一個影響因素復雜的實驗系數(shù)，對于節(jié)流法測量流量具有重要的意義。實驗證明，在管道直徑、節(jié)流件型式、開孔尺寸和取壓位置確要的意義。實驗證明，在管道直徑、節(jié)流件型式、開孔尺寸和取壓位置確定的情況下，定的情況下，只與流體的雷諾數(shù)只與流體的雷諾數(shù)ReRe有關有關。當。當ReRe大于臨界值時，流量系數(shù)大于臨界值時，流量系數(shù)可以認為是一個常數(shù)。因此節(jié)流式流量計應工作在臨界雷諾數(shù)以上。（通可以認為是一個常數(shù)。因此節(jié)流式流量計應工作在臨界雷諾數(shù)以上。（通常要求流速不低于一定值）。常要求流速不低于一定值）。 與與ReRe及及的關系對

20、于不同的節(jié)流件形式的關系對于不同的節(jié)流件形式各有相應的經(jīng)驗公式計算，并列有圖表可查。各有相應的經(jīng)驗公式計算，并列有圖表可查。pdapaAqpdapaAqmv 2422422020p可膨脹系數(shù)可膨脹系數(shù)：對于可壓縮流體，考慮流體通過節(jié)流件時的膨脹效應，：對于可壓縮流體，考慮流體通過節(jié)流件時的膨脹效應，再引入可膨脹系數(shù)作為因流體密度改變引起流量系數(shù)改變的修正?？蓧涸僖肟膳蛎浵禂?shù)作為因流體密度改變引起流量系數(shù)改變的修正。可壓縮流體的流量方程式：縮流體的流量方程式：pdapAaqpdapAaqmv 2422422020；p流出系數(shù)流出系數(shù)C：用流出系數(shù)：用流出系數(shù)C代替流量系數(shù)代替流量系數(shù)進行修正。

21、兩個系數(shù)的關系是進行修正。兩個系數(shù)的關系是:，稱稱為為漸漸進進速速度度系系數(shù)數(shù)。其其中中：411 ECEa利用流出系數(shù)來分析各種因素對流量的影響顯得更加方便，在不同利用流出系數(shù)來分析各種因素對流量的影響顯得更加方便，在不同和不和不同的同的Re下，下，C的變化范圍要比的變化范圍要比的變化范圍小許多，尤其是對各種文丘里管，的變化范圍小許多，尤其是對各種文丘里管，在一定條件下，在一定條件下，C是一個不隨管徑、直徑比和雷諾數(shù)變化的常數(shù)，這就簡化是一個不隨管徑、直徑比和雷諾數(shù)變化的常數(shù)，這就簡化了節(jié)流裝置的計算：了節(jié)流裝置的計算：(節(jié)流式流量計的流量方程式普遍形式：節(jié)流式流量計的流量方程式普遍形式：20

22、2022vmpqCEApKCEdqCEApKCEdp如圖節(jié)流裝置產(chǎn)生的差壓信號，如圖節(jié)流裝置產(chǎn)生的差壓信號，通過壓力傳輸管道引至差壓計，通過壓力傳輸管道引至差壓計，經(jīng)差壓計轉(zhuǎn)換成電信號或氣信號經(jīng)差壓計轉(zhuǎn)換成電信號或氣信號送至顯示儀表。送至顯示儀表。節(jié)流式流量計的組成節(jié)流式流量計的組成組成組成：由節(jié)流元件、引壓管路、：由節(jié)流元件、引壓管路、三閥組和差壓計四部分構成。三閥組和差壓計四部分構成。標準節(jié)流裝置示意標準節(jié)流裝置示意p三種標準節(jié)流件比較：三種標準節(jié)流件比較：壓力損失：壓力損失： 孔板孔板 噴嘴噴嘴 文丘里管文丘里管成本：成本：孔板孔板 噴嘴噴嘴 文丘里管文丘里管精度：精度：孔板孔板 噴嘴噴

23、嘴 或或0 0，上式可簡化為：，上式可簡化為：例：某浮子流量計測二氧化碳氣的流量，測量時被測氣體的溫度是40，壓力是49.03kPa（表壓力），若流量計的讀數(shù)為120m3/h，問實際流量是多少？ 已知標定時絕對壓力已知標定時絕對壓力P=98.06kPa,t=20P=98.06kPa,t=20，此時二氧化碳的重，此時二氧化碳的重度為度為18.07N/m18.07N/m3 3, , 空氣的重度為空氣的重度為11.82N/m11.82N/m3 3。kPapkPapTT09.14703.4906.98 06.9831340273 2932027300 解：解：hmTpTpqqVV/9 .818 . 9

24、/07.1829309.1478 . 9/82.1131306.98120 30000 b.b.浮子流量計的安裝與使用浮子流量計的安裝與使用安裝使用前必須核對所須安裝使用前必須核對所須測量范圍測量范圍、工作壓力工作壓力和和介質(zhì)溫度介質(zhì)溫度是是否與被選流量計相符。否與被選流量計相符。圖圖：儀表應垂直安裝在管道上，儀表應垂直安裝在管道上，流體必須自下而上通過流量計，流體必須自下而上通過流量計，不應有明顯的傾斜。不應有明顯的傾斜。流量計前后有截斷閥，并安流量計前后有截斷閥，并安裝有旁路管道。儀表投入時前裝有旁路管道。儀表投入時前后閥門要緩慢開啟，投入運行后閥門要緩慢開啟，投入運行后關閉旁路閥。最佳測

25、量范圍后關閉旁路閥。最佳測量范圍為上限的三分之一到三分之二為上限的三分之一到三分之二刻度內(nèi)。刻度內(nèi)。當被測介質(zhì)的物性常數(shù)（密度、粘度）和狀態(tài)常數(shù)（溫度、當被測介質(zhì)的物性常數(shù)（密度、粘度）和狀態(tài)常數(shù)（溫度、壓力）與流量計標定時不同時，必須要對指示值進行修正。壓力）與流量計標定時不同時，必須要對指示值進行修正。玻璃轉(zhuǎn)子流量計流體入口流體入口流體出口流體出口轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子6.2.3 6.2.3 速度式流量計速度式流量計原理：均基于與流體流速有關的各種物理現(xiàn)象。原理：均基于與流體流速有關的各種物理現(xiàn)象。6.2.3.1 6.2.3.1 渦輪流量計渦輪流量計利用安裝在管道中可以自由轉(zhuǎn)動的葉輪感受流體的速度變化利

26、用安裝在管道中可以自由轉(zhuǎn)動的葉輪感受流體的速度變化核心部件：殼體、導流器、支承、渦輪和核心部件：殼體、導流器、支承、渦輪和磁電轉(zhuǎn)換器磁電轉(zhuǎn)換器流量方程式流量方程式 f：信號脈沖頻率；：信號脈沖頻率；：儀表常數(shù)：儀表常數(shù)Vfq渦輪流量計結構示意渦輪流量計結構示意1-1-導流體；導流體；2-2-軸承；軸承；3-3-渦輪；渦輪； 4-4-殼體；殼體；5-5-信號放大器信號放大器特點特點：可測液體、氣體，但要求被測可測液體、氣體，但要求被測介質(zhì)潔凈，且液體的粘度不能太大。測介質(zhì)潔凈，且液體的粘度不能太大。測量精度較高（量精度較高（0.50.5級）；刻度為線性；級）；刻度為線性；輸出頻率信號便于遠傳及與

27、計算機相連；輸出頻率信號便于遠傳及與計算機相連；儀表的工作范圍較寬和較高的耐壓能力；儀表的工作范圍較寬和較高的耐壓能力；壓力損失小。壓力損失小。葉輪式風流量計 （參考北京北方大河儀器儀表 有限公司資料）安裝安裝：一般應水平安裝，并保證其前一般應水平安裝，并保證其前后有一定的直管段。為保證介質(zhì)潔凈，后有一定的直管段。為保證介質(zhì)潔凈，表前應裝過濾裝置。如果被測液體易氣表前應裝過濾裝置。如果被測液體易氣化或含有氣體時，要在儀表前裝消氣器化或含有氣體時，要在儀表前裝消氣器缺點：缺點：制造困難，成本高。由于渦輪制造困難，成本高。由于渦輪高速轉(zhuǎn)動，軸承易磨損，降低了長時期高速轉(zhuǎn)動，軸承易磨損，降低了長時期

28、運行的穩(wěn)定性，影響使用壽命。運行的穩(wěn)定性，影響使用壽命。通常渦輪流量計主要用于測量精度要通常渦輪流量計主要用于測量精度要求高、流量變化快的場合，還用作標定求高、流量變化快的場合，還用作標定其他流量的標準儀表。其他流量的標準儀表。6.2.3.2 6.2.3.2 渦街流量計渦街流量計 原理：流體流過非流線型阻擋體時會產(chǎn)生穩(wěn)定的漩渦列，原理：流體流過非流線型阻擋體時會產(chǎn)生穩(wěn)定的漩渦列，漩渦的產(chǎn)生頻率與流體流速有著確定的關系。漩渦的產(chǎn)生頻率與流體流速有著確定的關系。 構成：漩渦發(fā)生體構成：漩渦發(fā)生體(圓柱體，三角柱體圓柱體，三角柱體)卡門渦街卡門渦街 dvSft漩渦產(chǎn)生頻率漩渦產(chǎn)生頻率: :St：斯特

29、羅哈爾數(shù)：斯特羅哈爾數(shù)0.281hLKffStdAvAqv00流體的體積流量為：流體的體積流量為： K K：儀表系數(shù)：儀表系數(shù)一體式：一體式： 圓柱形旋渦發(fā)生體圓柱形旋渦發(fā)生體: :鉑熱電阻絲檢測頻率鉑熱電阻絲檢測頻率 三棱柱形旋渦發(fā)生體三棱柱形旋渦發(fā)生體: :熱敏電阻或壓電晶體熱敏電阻或壓電晶體旋渦頻率的檢測旋渦頻率的檢測利用旋渦產(chǎn)生時引起的波動進行測量，有一體式和兩體式兩利用旋渦產(chǎn)生時引起的波動進行測量，有一體式和兩體式兩類。一體式的檢測元件放在旋渦發(fā)生體內(nèi)，如熱絲式、熱敏電類。一體式的檢測元件放在旋渦發(fā)生體內(nèi)，如熱絲式、熱敏電阻式和膜片式。兩體式的檢測元件放在旋渦發(fā)生體的下游，如阻式和膜

30、片式。兩體式的檢測元件放在旋渦發(fā)生體的下游，如壓電式、超聲式和擺旗式。壓電式、超聲式和擺旗式。旋渦發(fā)生體和檢測方式一覽表旋渦發(fā)生體和檢測方式一覽表 渦街流量計特點及使用渦街流量計特點及使用 適用于氣體、液體和蒸汽介質(zhì)的檢測，測量幾乎不受適用于氣體、液體和蒸汽介質(zhì)的檢測，測量幾乎不受流體參數(shù)的變化影響。流體參數(shù)的變化影響。 壽命長、壓力損失小，輸出為頻率信號，有較寬的范壽命長、壓力損失小，輸出為頻率信號，有較寬的范圍度圍度30:1,30:1,測量精度較高。測量精度較高。 可以水平安裝，也可以垂直安裝?？梢运桨惭b，也可以垂直安裝。 不足之處是流體流速分布情況和脈動情況將影響測量不足之處是流體流速

31、分布情況和脈動情況將影響測量準確度，漩渦發(fā)生體被玷污也會引起誤差。準確度，漩渦發(fā)生體被玷污也會引起誤差。6.2.3.3 6.2.3.3 電磁流量計電磁流量計 原理：原理：導電流體導電流體在磁場中垂直于磁力線方向流過，在流通管在磁場中垂直于磁力線方向流過，在流通管道兩側(cè)的電極上將產(chǎn)生感應電勢，感應電勢的大小與流體速道兩側(cè)的電極上將產(chǎn)生感應電勢，感應電勢的大小與流體速度有關。度有關。 感應電勢感應電勢: : 流量方程式：流量方程式：ECBDv2V44DDEqvECBK電磁流量計的構成電磁流量計的構成 直流勵磁直流勵磁l直流勵碰方式用直流電產(chǎn)生磁場或采用永久磁鐵，它直流勵碰方式用直流電產(chǎn)生磁場或采用

32、永久磁鐵，它能產(chǎn)生一個恒定的均勻磁場。能產(chǎn)生一個恒定的均勻磁場。 優(yōu)點優(yōu)點: :受交流電磁場干擾影響很小。受交流電磁場干擾影響很小。 缺點：流體極化。電解質(zhì)在電場缺點：流體極化。電解質(zhì)在電場中被電解，正負電極分別校相反中被電解，正負電極分別校相反極性的離子所包圍，嚴重影響儀極性的離子所包圍，嚴重影響儀表的正常工作表的正常工作 。 交流勵磁交流勵磁 l采用工頻采用工頻(50Hz)(50Hz)電源交流勵磁方式電源交流勵磁方式 。l優(yōu)點：消除了電極表面的極化干擾。優(yōu)點：消除了電極表面的極化干擾。l由于磁場是交變的，所以輸出信號也是交變信號。由于磁場是交變的，所以輸出信號也是交變信號。磁感應強度為：磁

33、感應強度為：sinmBBt 感應電動勢為：感應電動勢為：sinmeB Dvt 被測體積流量為：被測體積流量為：4sinvmeqDBt 電磁流量計的測量導管中無阻力件，電磁流量計的測量導管中無阻力件，壓力損失小壓力損失小；其流；其流速測量范圍寬，為速測量范圍寬，為0.50.510m/s10m/s；范圍度可達；范圍度可達1010：1 1；流量計的；流量計的口徑可從幾毫米到幾米以上；流量計的精度口徑可從幾毫米到幾米以上；流量計的精度0.50.51.51.5級；儀級；儀表反映快，流動狀態(tài)對示值影響小，表反映快，流動狀態(tài)對示值影響小，可以測量脈動流和兩相可以測量脈動流和兩相流流，如泥漿和紙漿的流量。利用

34、電磁流量計測量流量，要求，如泥漿和紙漿的流量。利用電磁流量計測量流量，要求導電體有一定的電導率，因此導電體有一定的電導率，因此不能測量氣體、蒸汽和電導率不能測量氣體、蒸汽和電導率低的石油流量低的石油流量。 電磁流量計對直管段要求不高，前直管段長度為電磁流量計對直管段要求不高，前直管段長度為5D5D10D10D。安裝地點應盡量避免劇烈振動和交直流強磁場。在垂直安裝安裝地點應盡量避免劇烈振動和交直流強磁場。在垂直安裝時，流體要自下而上流過儀表，水平安裝時兩個電極要在同時，流體要自下而上流過儀表，水平安裝時兩個電極要在同一平面上。要確保流體、外殼、管道間的良好接地和良好接一平面上。要確保流體、外殼、

35、管道間的良好接地和良好接觸。觸。電磁流量計的特點及應用電磁流量計的特點及應用6.2.3.4 6.2.3.4 超聲流量計超聲流量計 原理：超聲波在流體中傳播，將受到流體速度的影響，原理：超聲波在流體中傳播，將受到流體速度的影響，檢測接收的超聲波信號可以測知流速。檢測接收的超聲波信號可以測知流速。 傳播速度差法：超聲波在流體中順流傳播與逆流傳播傳播速度差法：超聲波在流體中順流傳播與逆流傳播的速度不同。的速度不同。 包括時間差法，相差法，頻差法。包括時間差法，相差法，頻差法。12LtcvLtcv順流傳播時間：；逆流傳播時間：2122Lvtttc 頻差法不受聲速影響，不必考慮流體溫度變化對聲頻差法不受

36、聲速影響，不必考慮流體溫度變化對聲速的影響。速的影響。121211cvcvfftLtL；122vfffL 頻差法：頻差法： 超聲波換能器又稱超聲波探頭。超聲波換能器的工作原超聲波換能器又稱超聲波探頭。超聲波換能器的工作原理有壓電式、磁致伸縮式、電磁式等數(shù)種，在檢測技術中主理有壓電式、磁致伸縮式、電磁式等數(shù)種，在檢測技術中主要采用壓電式。超聲波探頭又分為直探頭、斜探頭、雙探頭、要采用壓電式。超聲波探頭又分為直探頭、斜探頭、雙探頭、表面波探頭、聚焦探頭、沖水探頭、水浸探頭、高溫探頭、表面波探頭、聚焦探頭、沖水探頭、水浸探頭、高溫探頭、空氣傳導探頭以及其他專用探頭等。空氣傳導探頭以及其他專用探頭等。

37、 各種超聲波探頭常用頻率范圍：常用頻率范圍：0.50.510MHz10MHz，常見晶片直徑：常見晶片直徑：5 530mm30mm接觸式直探頭接觸式直探頭（縱波垂直入射（縱波垂直入射到被檢介質(zhì)）到被檢介質(zhì)） 外殼用金屬制外殼用金屬制作，保護膜用硬度作，保護膜用硬度很高的耐磨材料制很高的耐磨材料制作，防止壓電晶片作，防止壓電晶片磨損。磨損。 保護膜保護膜接插件接插件原因原因：同樣體積的流體在不同的溫度、壓力、和成分的條同樣體積的流體在不同的溫度、壓力、和成分的條件下，其密度是不同的，特別是氣體更是這樣，因此很多件下，其密度是不同的，特別是氣體更是這樣，因此很多場合下要求測量質(zhì)量流量場合下要求測量質(zhì)

38、量流量。如煉鋼時用氧氣降低碳的含量，需如煉鋼時用氧氣降低碳的含量，需吹入一定的氧氣，要求知道的不是吹入多少體積的氧氣，而是多少質(zhì)吹入一定的氧氣，要求知道的不是吹入多少體積的氧氣，而是多少質(zhì)量的氧氣。由于壓力溫度經(jīng)常變化，所以給出的體積流量是不能滿足量的氧氣。由于壓力溫度經(jīng)常變化，所以給出的體積流量是不能滿足要求的。要求的。質(zhì)量流量測量儀的質(zhì)量流量測量儀的分類分類：直接式和間接式：直接式和間接式1. 直接式：直接式：質(zhì)量流量計則直接輸出與質(zhì)量相對應的信號，質(zhì)量流量計則直接輸出與質(zhì)量相對應的信號，反映質(zhì)量流量的大小。反映質(zhì)量流量的大小。2. 間接式間接式：采用密度或溫度、壓力補償?shù)霓k法，測體積：采

39、用密度或溫度、壓力補償?shù)霓k法，測體積流量的同時，測密度或溫度、壓力值，再運算求得質(zhì)流量的同時，測密度或溫度、壓力值，再運算求得質(zhì)量流量，又稱推導式質(zhì)量流量計。量流量，又稱推導式質(zhì)量流量計。6.3 6.3 質(zhì)量流量檢測方法質(zhì)量流量檢測方法根據(jù)質(zhì)量流量與體積流量的關系，可以有多種儀表的組合根據(jù)質(zhì)量流量與體積流量的關系，可以有多種儀表的組合以實現(xiàn)質(zhì)量流量測量。常見的組合方式有如下幾種：以實現(xiàn)質(zhì)量流量測量。常見的組合方式有如下幾種：6.3.1. 間接式質(zhì)量流量測量方法間接式質(zhì)量流量測量方法6.3.1.6.3.1.體積流量計與密度計的組合方式體積流量計與密度計的組合方式n差壓式流量計與密度計的組合差壓式

40、流量計與密度計的組合 差壓計輸出信號正比于差壓計輸出信號正比于q qv v2 2 ，密度計測量流體密度密度計測量流體密度，儀表輸出，儀表輸出為統(tǒng)一標準的電信號，可以進行運為統(tǒng)一標準的電信號，可以進行運算處理求出質(zhì)量流量。其計算式為：算處理求出質(zhì)量流量。其計算式為：n其他體積流量計與密度計組合其他體積流量計與密度計組合 其他流量計可以用速度式流量計，其他流量計可以用速度式流量計，如渦輪流量計、電磁如渦輪流量計、電磁流量計，或容積式流量計流量計，或容積式流量計。這類流量計輸出信號與密度計輸。這類流量計輸出信號與密度計輸出信號組合運算，即可求出質(zhì)量流量：出信號組合運算，即可求出質(zhì)量流量：差壓式流量（

41、或靶式流量計）計與渦輪流量計（或電磁流量差壓式流量（或靶式流量計）計與渦輪流量計（或電磁流量計、渦街流量計等）組合，通過運算得到質(zhì)量流量。其計算計、渦街流量計等）組合，通過運算得到質(zhì)量流量。其計算式為：式為：n體積流量計與體積流量計的組合方式體積流量計與體積流量計的組合方式 流體密度是溫度、壓力的函數(shù)，通過測量流體溫度和壓力，流體密度是溫度、壓力的函數(shù)，通過測量流體溫度和壓力，與體積流量組合可求出流體質(zhì)量流量。與體積流量組合可求出流體質(zhì)量流量。n溫度、壓力補償式質(zhì)量流量計溫度、壓力補償式質(zhì)量流量計間接式質(zhì)量流量計特點間接式質(zhì)量流量計特點：結構復雜，由于包括：結構復雜，由于包括了其他參數(shù)儀表誤差

42、和函數(shù)誤差等，其系統(tǒng)誤差通了其他參數(shù)儀表誤差和函數(shù)誤差等，其系統(tǒng)誤差通常低于體積流量計，但目前已有多種型式的微機化常低于體積流量計，但目前已有多種型式的微機化儀表可實現(xiàn)計算功能，應用也較普遍。儀表可實現(xiàn)計算功能，應用也較普遍。6.3.2 6.3.2 直接式質(zhì)量流量計直接式質(zhì)量流量計n直接式質(zhì)量流量常用檢測方法：直接式質(zhì)量流量常用檢測方法：科里奧利式質(zhì)量流量計；熱式質(zhì)量流量計；沖量式質(zhì)科里奧利式質(zhì)量流量計；熱式質(zhì)量流量計；沖量式質(zhì)量流量計；量流量計；差壓式質(zhì)量流量計；渦輪式質(zhì)量流量計差壓式質(zhì)量流量計；渦輪式質(zhì)量流量計n 優(yōu)點：輸出信號直接反映質(zhì)量流量，其測量不受流體的優(yōu)點：輸出信號直接反映質(zhì)量流

43、量，其測量不受流體的溫度、壓力、密度變化的影響。溫度、壓力、密度變化的影響。原理原理：基于：基于牛頓第二定律牛頓第二定律流體在振動管中流動時，將產(chǎn)流體在振動管中流動時，將產(chǎn)生與質(zhì)量流量成正比的科里奧利力。生與質(zhì)量流量成正比的科里奧利力。組成組成：由檢測科里奧利力的傳感器與轉(zhuǎn)換器組成。：由檢測科里奧利力的傳感器與轉(zhuǎn)換器組成。6.3.2.1 6.3.2.1 科里奧利質(zhì)量流量計（科氏力流量計）科里奧利質(zhì)量流量計（科氏力流量計）l當質(zhì)量為當質(zhì)量為m的質(zhì)點以速度的質(zhì)點以速度在對在對O軸作角速度軸作角速度旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)的管道內(nèi)移動時，質(zhì)點受到兩個分量的加速度及其力。管道內(nèi)移動時，質(zhì)點受到兩個分量的加速度及其力

44、。法向加速度：即向心力加速度法向加速度：即向心力加速度r，其量值等于，其量值等于2r，方向朝向方向朝向O軸。軸。切向加速度：即科里奧利加速度切向加速度：即科里奧利加速度t，其量值等于，其量值等于2，方向與方向與O軸垂直。軸垂直。 l當密度為當密度為的流體在旋轉(zhuǎn)管道中以恒定速度的流體在旋轉(zhuǎn)管道中以恒定速度流動時，任流動時，任何一段長度何一段長度x的管道都將受到一個的管道都將受到一個Fc的切向科里奧利的切向科里奧利力。力。 xAvFc2由于質(zhì)量流量為由于質(zhì)量流量為qm=A，所以，所以 xqFmc2直接或間接測量在旋轉(zhuǎn)管道中流動流體產(chǎn)生的科里奧利力就直接或間接測量在旋轉(zhuǎn)管道中流動流體產(chǎn)生的科里奧利力

45、就可以測的得質(zhì)量流量，這是可以測的得質(zhì)量流量，這是科里奧利質(zhì)量流量計的基本原理科里奧利質(zhì)量流量計的基本原理通過旋轉(zhuǎn)運動產(chǎn)生科里奧利力是困難的，目前產(chǎn)品均代之以通過旋轉(zhuǎn)運動產(chǎn)生科里奧利力是困難的，目前產(chǎn)品均代之以管道振動產(chǎn)生的管道振動產(chǎn)生的 流量方程式流量方程式4smKqrsK：扭角；：扭轉(zhuǎn)彈性系數(shù)；Ur：振動角速度； ： 形管跨度半徑22;8SmKrtqtr 工作過程工作過程：扭角扭角與通過流與通過流體的質(zhì)量有關體的質(zhì)量有關電磁裝置電磁裝置U形管以形管以o-o軸固定頻率振動軸固定頻率振動（方向垂直于（方向垂直于U管平面）管平面）液體流動中產(chǎn)生液體流動中產(chǎn)生科里奧利加速度科里奧利加速度形成作用于

46、形成作用于U形形管的力矩管的力矩(F1-F2)U形管以形管以M為為軸發(fā)生扭曲軸發(fā)生扭曲特點：特點：可直接測得質(zhì)量流量信號，不受被測介質(zhì)物理可直接測得質(zhì)量流量信號，不受被測介質(zhì)物理參數(shù)的影響，精度較高；參數(shù)的影響，精度較高；可以測量多種液體和漿液，也可以用于多相流可以測量多種液體和漿液，也可以用于多相流測量；測量；不受管內(nèi)流態(tài)影響，因此對流量計前后直管段不受管內(nèi)流態(tài)影響，因此對流量計前后直管段要求不高；其范圍度可達要求不高；其范圍度可達100100：1 1。但是它的壓力損失較大，存在零點漂移，管路但是它的壓力損失較大，存在零點漂移，管路的振動會影響其測量精度。的振動會影響其測量精度。6.3.2.

47、2 6.3.2.2 熱式質(zhì)量流量計熱式質(zhì)量流量計n基本原理基本原理：因為流體吸收或放出的熱量均與該流體的質(zhì)：因為流體吸收或放出的熱量均與該流體的質(zhì)量成正比。因此可由量成正比。因此可由加熱流體所需要的能量或由此能量加熱流體所需要的能量或由此能量使流體溫度升高之間的關系使流體溫度升高之間的關系來測量流體的質(zhì)量流量來測量流體的質(zhì)量流量。n工作原理工作原理：利用加熱源對流體進行加熱，在其前后各放：利用加熱源對流體進行加熱，在其前后各放一個測溫元件，通過測溫度變化及加熱功率即可測質(zhì)量一個測溫元件，通過測溫度變化及加熱功率即可測質(zhì)量流量。質(zhì)量流量可表示為：流量。質(zhì)量流量可表示為：mpPqcTpPcT：加熱

48、功率； ：定壓比熱；：加熱器前后溫度差分類：分類：p根據(jù)測量方法：根據(jù)測量方法：u恒定功率法恒定功率法：使加熱功率恒定，測量溫差可以求得：使加熱功率恒定，測量溫差可以求得質(zhì)量流量。質(zhì)量流量。u恒定溫差法恒定溫差法：使流體溫差恒定，測出熱量的輸入功：使流體溫差恒定，測出熱量的輸入功率就可以求得質(zhì)量流量。率就可以求得質(zhì)量流量。p根據(jù)加熱源的位置：根據(jù)加熱源的位置：內(nèi)熱式和外熱式內(nèi)熱式和外熱式。特點特點：適用于微小流量適用于微小流量。結構簡單，壓力損失小。非接觸。結構簡單，壓力損失小。非接觸式使用壽命長。缺點是靈敏度低，測量時還要進行溫度補式使用壽命長。缺點是靈敏度低，測量時還要進行溫度補償。償。6

49、.3.2.3 6.3.2.3 沖量式流量計沖量式流量計 原理：沖量傳感器感受被測介質(zhì)的沖力，經(jīng)轉(zhuǎn)換放大輸原理：沖量傳感器感受被測介質(zhì)的沖力，經(jīng)轉(zhuǎn)換放大輸出與質(zhì)量流量成比例的標準信號。出與質(zhì)量流量成比例的標準信號。沖量式流量計工作原理沖量式流量計工作原理11沖板；沖板；22沖板軸；沖板軸；33物料；物料；44輸送機輸送機對象：自由下落的固體粉料、漿狀或塊狀物料的質(zhì)量流量。對象：自由下落的固體粉料、漿狀或塊狀物料的質(zhì)量流量。2sinsinmmFqgh水平分力：水平分力：n 特點：結構簡單，安裝維修特點：結構簡單，安裝維修方便。使用壽命長。方便。使用壽命長。6.4 6.4 流量標準裝置流量標準裝置

50、除標準節(jié)流裝置外的各種儀表出廠前必須逐臺標定，使用除標準節(jié)流裝置外的各種儀表出廠前必須逐臺標定，使用過程中一段時間也要校驗。流量計的標定隨流體的不同有很過程中一段時間也要校驗。流量計的標定隨流體的不同有很大的差異，需要建立各種類型的流量標準裝置。但標準的建大的差異，需要建立各種類型的流量標準裝置。但標準的建立很復雜，隨立很復雜，隨介質(zhì)、測量范圍和管徑大小介質(zhì)、測量范圍和管徑大小的不同而不同。的不同而不同。6.4.1 液體流量標準裝置液體流量標準裝置p 介紹幾種流量標定方法和裝置：介紹幾種流量標定方法和裝置：1. 標準容積法標準容積法2. 標準質(zhì)量法標準質(zhì)量法3. 標準流量計法標準流量計法4. 標準體積管的校正法標準體積管的校正法6.4.1.1.6.4.1.1.標準容積法標準容積法p標準容積法所使用的標準計量容器是經(jīng)過精細分度的量具，標準容積法所使用的標準計量容器是經(jīng)過精細分度的量具，其容積精度可達萬分之幾，根據(jù)需要可以制成不同的容積大小。其容積精度可達萬分之幾，根據(jù)需要可以制成不同的容積大小。圖圖6-266-26所示為標準容