流量檢測技術(shù)及儀表

1、流量檢測技術(shù)及儀表第1頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五4.1 概述 4.2 節(jié)流式流量計(jì) 4.3 電磁流量計(jì) 4.4 渦街式流量計(jì) 4.5 渦輪流量計(jì) 4.6 超聲波流量計(jì) 4.7 光纖流量計(jì) 4.8 質(zhì)量流量計(jì) 4.9 靶式流量計(jì) 4.10 均速管流量計(jì) 4.11 容積式流量計(jì) 4.12 彎管流量計(jì) 4.13 轉(zhuǎn)子流量計(jì) 內(nèi)容安排：4.14 相關(guān)流量計(jì) 4.15 流量標(biāo)準(zhǔn)裝置 4.16 流量檢測儀表的選用 第2頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五體積流量qv ：單位時(shí)間內(nèi)通過某截面的流體的體積, 單位為m3/s。 用流體的平均流束V表示, 體積流量

2、可寫成 qv=vA 質(zhì)量流量qm ：單位時(shí)間內(nèi)通過某截面的流體的質(zhì)量, 用平均流速表示, 則為流 量:單位時(shí)間內(nèi)流過管道某一截面的流體數(shù)量，稱為瞬 時(shí)流量。瞬時(shí)流量有體積流量和質(zhì)量流量。 累積流量:在某一段時(shí)間間隔內(nèi)流過管道某一截面的流體量的 總和, 即瞬時(shí)流量在某一段時(shí)間內(nèi)的累積值, 稱為 總量。4.1 概述第3頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五流量測量方法： （1）速度式流量計(jì)：通過測量流體在管路內(nèi)已知截 面流過的流速大小實(shí)現(xiàn)流量測量。 管道中流量敏感元件（如孔板、轉(zhuǎn)子、渦輪、靶子、非線性物體等）把流體的流速變換成壓差、位移、轉(zhuǎn)速、沖力、頻率信號來間接測量流量。如:差

3、壓式、轉(zhuǎn)子、渦輪、電磁、旋渦和超聲波等流量傳感器。第4頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五 （2）容積式流量計(jì)：根據(jù)已知容積的容室在單位時(shí)間內(nèi)所 排出流體的次數(shù)來測量流體的瞬時(shí)流量和總量。有橢 圓齒輪、 旋轉(zhuǎn)活塞式和刮板等流量傳感器。 （3）質(zhì)量式流量計(jì) ：一種是根據(jù)質(zhì)量流量與體積流量的關(guān) 系, 測出體積流量再乘被測流體密度的間接質(zhì)量流量傳 感器。常用的溫度、 壓力自動(dòng)補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償式質(zhì)量流量 傳感器。另一種是直接測量流體質(zhì)量流量的直接式質(zhì)量 流量傳感器。如熱式、慣性力式、動(dòng)量矩式質(zhì)量流量傳 感器等。第5頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五 利用管路內(nèi)的節(jié)流

4、裝置, 將管道中流體的瞬時(shí)流量轉(zhuǎn)換成節(jié)流裝置前后的壓力差。4.2 節(jié)流式流量計(jì)節(jié)流式流量計(jì)又稱差壓式流量計(jì)。 節(jié)流式流量計(jì)測量系統(tǒng)主要由節(jié)流裝置、引壓導(dǎo)管和差壓變送器（或流量變送器或差壓計(jì)）等組成。 第6頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五節(jié)流裝置的作用是把被測流體的流量轉(zhuǎn)換成壓差信號, 差壓計(jì)則對壓差進(jìn)行測量并顯示測量值。 引壓導(dǎo)管將節(jié)流裝置前后產(chǎn)生的差壓傳送給差壓變送器（或流量變送器）。差壓變送器能把差壓信號轉(zhuǎn)換為與流量對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電信號或氣信號, 以供顯示、記錄或控制。第7頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五4.2.1 節(jié)流裝置 節(jié)流裝置是差壓式流量

5、傳感器的流量敏感檢測元件, 安裝在流體流動(dòng)的管道中的阻力元件。 常用的節(jié)流元件有孔板、 噴嘴、文丘里管。工業(yè)生產(chǎn)過程中常采用孔板。 孔板 噴嘴 文丘里管 第8頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五標(biāo)準(zhǔn)孔板是最為簡單和典型的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置。 孔板、 噴嘴、文丘里管的結(jié)構(gòu)形式、相對尺寸、技術(shù)要求、管道條件和安裝要求等均已標(biāo)準(zhǔn)化，故又稱標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置。 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置按照規(guī)定的技術(shù)要求和試驗(yàn)數(shù)據(jù)來設(shè)計(jì)、加工、安裝，無需檢測和標(biāo)定，可以直接投產(chǎn)使用，并可保證流量測量的精度。第9頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五圓缺孔板 圓缺孔板形狀似扇形，它的開孔是一個(gè)圓的一部分(圓

6、缺部分)，這個(gè)圓的直徑是管道直徑的98%，如圖所示。主要用于臟污介質(zhì)含有固體微粒的液體和氣體的流量測量，圓缺開孔一般位于下方，但對于含氣泡的液體，其開孔位于上方。測量時(shí)管道應(yīng)水平安裝。適用范圍：管徑50mmD350mm(可達(dá)500mm)，0.350.75， 雷諾數(shù)：104ReD106。取壓方式采用法蘭取壓和縮流取壓。第10頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五偏心孔板 這種孔板的孔是偏心的，它與一個(gè)和管道同心的圓相切，這個(gè)圓的直徑等于管道直徑的98%，如圖所示。其取壓方式也有兩種：法蘭取壓和縮徑取壓。適用范圍：管徑100mmD1000mm，直徑比0.460.84， 雷諾數(shù)10

7、5ReD106。 第11頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五4.2.2 節(jié)流原理與流量方程式4.2.2.1 節(jié)流原理 流體在裝有節(jié)流裝置的管道中流動(dòng)時(shí)，會在節(jié)流裝置前后的管壁處產(chǎn)生靜壓力差，這種現(xiàn)象稱為節(jié)流原理。 用節(jié)流元件測量流量時(shí), 流體流過節(jié)流裝置前后產(chǎn)生壓力差p(p=p1-p2), 流過的流量越大, 節(jié)流裝置前后的壓差也越大,流量與壓差之間存在一定關(guān)系。通過檢測節(jié)流裝置前后管壁處的靜壓差p就能得知流體的流量大小 。 第12頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五v1v2v1p1p2p3p1-p3pv（a）（b）（c）p2節(jié)流現(xiàn)象及流體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)壓

8、力和流速分布圖 第13頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五4.2.2.2 流量方程式 假設(shè)節(jié)流件上游入口前的流速為V10, 密度為1, 靜壓為p10, 流過節(jié)流件時(shí)的流速、密度和靜壓分別為V20、2和p20, 對于不可壓縮理想流體, 能量方程為: 流體的連續(xù)方程為: A1V1=A2V2 聯(lián)立求解得到流量與壓差之間的流量方程式為: 體積流量方程： 質(zhì)量流量方程：第14頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五 對于可壓縮流體, 壓力變化必然會引起密度的改變, 在公式中應(yīng)引入流束膨脹系數(shù), 公式應(yīng)變?yōu)?第15頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五

9、如果 以 表示 * 實(shí)用流量方程 如果式中流量Q 以m3/h 表示；A1=dt2/4, 其中dt為在流體工作溫度下節(jié)流件開孔直徑，以mm表示，壓差P仍以Pa表示，流體工作密度仍以kg/m3表示，則得流量實(shí)用方程為：第16頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五4.2.3 取壓方式不同的節(jié)流裝置應(yīng)采用不同的取壓方式。 標(biāo)準(zhǔn)孔板的取壓方式有角接取壓、法蘭取壓和徑距取壓（D-D/2取壓），其中角接取壓又分環(huán)室取壓和單獨(dú)鉆孔取壓。 流向流向流向環(huán)室取壓 單獨(dú)鉆孔取壓 法蘭取壓 標(biāo)準(zhǔn)孔板的幾種取壓方式 第17頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五法蘭取壓環(huán)室取壓單獨(dú)鉆孔

10、取壓1-1角接取壓；2-2法蘭取壓；3-3徑距取壓；4-4縮流取壓；5-5管接取壓第18頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五 由節(jié)流裝置、差壓引壓導(dǎo)管及差壓計(jì)（或差壓變送器）等組成。4.2.4 節(jié)流式流量測量系統(tǒng) 節(jié)流裝置是將被測流體的流量值變換成差壓信號p，由壓力信號管路輸送到差壓變送器(或差壓計(jì))。被測流量與差壓p成平方根關(guān)系，是非線性的，為了得到線性刻度，可加開方運(yùn)算電路或加開方器。流量變送器帶有開方運(yùn)算，變送器的輸出電流就與流量成線性關(guān)系。顯示儀表顯示流量的大小。第19頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五標(biāo)準(zhǔn)孔板及其安裝方法第20頁，共91頁，2

11、022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五4.2.5 節(jié)流式流量計(jì)的應(yīng)用問題 節(jié)流裝置前后必須有足夠長的直管段，一般節(jié)流件 前為1020D，節(jié)流件后為5D（D為管道內(nèi)徑）。 節(jié)流裝置的幾何尺寸必須符合設(shè)計(jì)要求。 節(jié)流裝置的開孔必須與管道的軸線同心，且節(jié)流裝置前后 長度為2D的管道內(nèi)不得有任何凸出物如測溫裝置等）。 孔板安裝方向必須正確，即流體從圓柱形一側(cè)流入，從圓 錐形一側(cè)流出。如果裝反，則顯示值比實(shí)際值偏小 。第21頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五 導(dǎo)壓管路應(yīng)盡量短，其走向必須符合有關(guān)規(guī)范要求， 必要時(shí)必須安裝集氣器、排氣閥或排污閥等 。 被測介質(zhì)應(yīng)充滿管道，流速應(yīng)盡量

12、平穩(wěn)，且通過節(jié)流裝置 時(shí)不發(fā)生相變 。 被測介質(zhì)在節(jié)流裝置前后應(yīng)始終保持單向流體 使用中要保證導(dǎo)壓管路暢通，并不得泄漏，要根據(jù)待測介 質(zhì)定期進(jìn)行排氣或排污 。 測量如人工煤氣等易引起節(jié)流裝置幾何尺寸變化甚至堵塞 的介質(zhì)流量時(shí)，必須進(jìn)行定期清刷 。第22頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五根據(jù)法拉弟電磁感應(yīng)定律測量導(dǎo)電性液體的流量。4.3 電磁流量計(jì)4.3.1 基本原理 當(dāng)有一定電導(dǎo)率的流體在管道中流動(dòng)時(shí)就切割磁力線。在導(dǎo)體（流動(dòng)介質(zhì)）的兩端也會產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢, 其大小與磁感應(yīng)強(qiáng)度、管徑大小、流體流速大小有關(guān)。即第23頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五第

13、24頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五體積流量qv與流體的流速v關(guān)系為 可得: 兩電極間的感應(yīng)電動(dòng)勢Ex與流量qV成線性關(guān)系,通過測量感應(yīng)電動(dòng)勢Ex來間接測量被測流體的流量qV值。 第25頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五常用的電磁流量轉(zhuǎn)換器能把傳感器的輸出感應(yīng)電動(dòng)勢信號放大并轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電流信號（0-10 mA或4-20 mA）或一定頻率的脈沖信號, 配合單元組合儀表或計(jì)算機(jī)對流量進(jìn)行顯示、記錄、運(yùn)算、報(bào)警和控制等。電磁流量傳感器只能測量導(dǎo)電介質(zhì)的流體流量。電磁流量傳感器產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢信號是很微小的, 須通過電磁流量轉(zhuǎn)換器來顯示流量。幾點(diǎn)說明：第2

14、6頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五4.3.2 電磁流量測量系統(tǒng) 由傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成，再加上流量顯示、記錄或累積儀即可構(gòu)成電磁流量計(jì)測量系統(tǒng) 。傳感器轉(zhuǎn)換器顯示、記錄或累積儀 傳感器安裝在工藝管道上，其作用是將流經(jīng)管道的液體流量線性地變換成感應(yīng)電動(dòng)勢，并將此信號傳送到轉(zhuǎn)換器 ；轉(zhuǎn)換器是將傳感器送來的感應(yīng)電動(dòng)勢進(jìn)行處理后變成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號420mA DC輸出；顯示、記錄或累積儀接收轉(zhuǎn)換器送來的420mA DC信號,實(shí)現(xiàn)對被測流休流量的指示、記錄或積算 。第27頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五4.3.3 電磁流量計(jì)的應(yīng)用問題4.3.3.1 待測

15、液體常見問題及解決辦法 含有氣泡 非滿管 電導(dǎo)率劇變 電導(dǎo)率太低 流速問題 4.3.3.2 選型及安裝應(yīng)考慮的問題 空間電磁波干擾問題 待測液體非對稱流動(dòng) 電極及襯里材料選擇問題 勵(lì)磁穩(wěn)定性問題 混合相流體流量測量問題 電極與勵(lì)磁線圈對稱性問題 傳感器接地 連接電纜問題 安裝點(diǎn)振動(dòng)問題第28頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五4.4 渦街式流量計(jì)兩種： 應(yīng)用自然振蕩的卡曼漩渦列原理，稱為卡 曼渦街流量傳感器（或渦街流量傳感器）。 應(yīng)用強(qiáng)迫振蕩的漩渦漩進(jìn)原理，稱為漩進(jìn) 漩渦流量傳感器。第29頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五該漩渦列稱為卡曼渦列（也稱為渦

16、街）。 對于圓柱體，當(dāng)兩列漩渦的間距h與同列中相鄰漩渦的間距L滿足h/ L =0.281條件時(shí)，卡曼渦列才是穩(wěn)定的 。 每一列漩渦產(chǎn)生的頻率f與流速v、圓柱體直徑d的關(guān)系為 利用流體振蕩原理工作。4.4.1 測量原理hLdvhLdvDD 在管道中垂直于流體流動(dòng)方向插入一根非流線形的阻流體（也叫漩渦發(fā)生體），阻流體的下游兩側(cè)會交替出現(xiàn)漩渦。 第30頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五St與雷諾數(shù)的關(guān)系 當(dāng)雷諾數(shù)在500150000范圍內(nèi)時(shí)，斯特羅哈爾系數(shù)Sr基本上是一個(gè)常數(shù)，可以認(rèn)為頻率f只受流速v和漩渦發(fā)生體的特征尺寸d的影響。 當(dāng)測得漩渦的頻率后，就可得到流體的流速v，進(jìn)

17、而求得流體的體積流量qv 。第31頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五4.4.2 漩渦頻率的測量 可采用熱、電、聲等多種方法，如：熱敏檢測法、應(yīng)力檢測法、電容檢測法、超聲檢測法等，這些方法是利用敏感元件把漩渦處的壓力、流速及密度等的周期性變化轉(zhuǎn)換為周期性的電信號，然后經(jīng)放大整形等處理后得到方波脈沖，最后由二次儀表顯示、記錄或累積。第32頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五導(dǎo)壓孔鉑電阻絲圓柱形漩渦發(fā)生體熱敏電阻三角柱形漩渦發(fā)生體圓柱體漩渦檢測方法：根據(jù)漩渦發(fā)生處流體的流速與壓力會周期性變化的特征工作的。通過測量鉑電阻絲的電阻阻值變化頻率即可求得被測流量的大

18、小。電阻阻值變化可用電橋來測量。第33頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五 把鉑熱電阻絲用電流加熱到比流體溫度高出 某個(gè)溫度，流體通過鉑熱電阻絲時(shí)，帶走它 的熱量，從而改變它的電阻值； 此電阻值的變化與發(fā)出漩渦的頻率相對應(yīng)， 便可檢測出與流速成比例的頻率。第34頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五三角柱體漩渦檢測方法 ：埋在三角柱正面的兩只熱敏電阻（負(fù)溫度系數(shù)）與其它兩只固定電阻構(gòu)成一個(gè)電橋，電橋通以恒定電流使熱敏電阻的溫度升高。每產(chǎn)生一個(gè)漩渦，與漩渦在同一側(cè)的熱敏電阻的阻值就減小一次，上、下兩側(cè)漩渦交替有規(guī)律出現(xiàn)，上、下兩個(gè)熱敏電阻的阻值交替變化。電橋

19、的輸出電壓變化頻率就為雙側(cè)漩渦頻率，通過測量電橋的輸出電壓的變化頻率，即可求得被測流量的大小。第35頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五埋在三角柱正面的兩只熱敏電阻與其它兩只固定電阻構(gòu)成一個(gè)電橋，電橋通以恒定電流使熱敏電阻的溫度升高。由于產(chǎn)生漩渦處的流速較大，使熱敏電阻的溫度降低，阻值改變，電橋輸出信號。隨著漩渦交替產(chǎn)生，電橋輸出一系列與漩渦發(fā)生頻率相對應(yīng)的電壓脈沖。第36頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五4.4.3 漩渦流量計(jì)測量系統(tǒng) 由傳感器、轉(zhuǎn)換器及顯示/記錄儀等組成。傳感器主要包括漩渦發(fā)生體和漩渦檢測器，用于把待測流量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的頻率信號；轉(zhuǎn)換

20、器是將傳感器輸出的頻率信號進(jìn)行放大及整形等處理，最后輸出420mA DC標(biāo)準(zhǔn)信號 ；顯示/記錄儀接收轉(zhuǎn)換器的輸出信號，顯示/記錄待測流量的大小。4.4.4.2 安裝問題4.4.4 應(yīng)用問題4.4.4.1 儀表選型問題第37頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五4.5 渦輪流量計(jì) 渦輪流量傳感器類似于葉輪式水表，是一種速度式流量計(jì) 。第38頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五渦輪流量計(jì)第39頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五 測量時(shí), 當(dāng)流體通過渦輪葉片與管道間的間隙時(shí), 流體對葉片前后產(chǎn)生壓差推動(dòng)葉片, 使渦輪旋轉(zhuǎn), 在渦輪旋轉(zhuǎn)的同時(shí)

21、, 高導(dǎo)磁性的渦輪葉片周期性地改變磁電系統(tǒng)的磁阻值, 使通過線圈的磁通量發(fā)生周期性的變化, 在線圈兩端產(chǎn)生感應(yīng)電勢, 經(jīng)過放大和整形, 可得到足以可測出頻率的方波脈沖, 將脈沖送入計(jì)數(shù)器就可求得累積總量。 優(yōu)點(diǎn) 安裝方便。 測量精度高，可耐高壓。 反應(yīng)快，可測脈動(dòng)流量。 輸出信號為電頻率信號，便于遠(yuǎn)傳，不受干擾。 缺點(diǎn) 一般需要加過濾器。 安裝時(shí)，前后要有一定的直管段。 第40頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五F1發(fā)射的超聲波先到達(dá) T14.6 超聲波流量計(jì) 非接觸式流量測量儀表，利用超聲波在流體中的傳播特性來測量流體流量的。 第41頁，共91頁，2022年，5月20日，

22、1點(diǎn)36分，星期五直式安裝斜插式安裝第42頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五4.6.1 超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：非接觸測量 結(jié)果不受被測流體粘度、電導(dǎo)率及腐蝕性等因素的影響，可測各種氣體和液體的流量，適應(yīng)范圍廣。 可測大口徑管道內(nèi)的流體流量，甚至包括河流流量。輸出信號與流量呈線性關(guān)系。 流體中的氣泡或雜音會對測量結(jié)果產(chǎn)生較大影響 。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，成本較高。 超聲波在流體中的傳播速度會隨流體溫度變化而變化，對測量結(jié)果產(chǎn)生較大影響，必要時(shí)應(yīng)予以補(bǔ)正。 第43頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五4.6.2.1 時(shí)差法 超聲波在流體中傳播時(shí)，在靜止流體和

23、流動(dòng)流體中的傳播速度是不同的，利用這一特點(diǎn)可以求出流體的速度，再根據(jù)管道流體的截面積，便可知道流體的流量。 如果在流體中設(shè)置兩個(gè)超聲波傳感器，它們既可以發(fā)射超聲波又可以接收超聲波，一個(gè)裝在上游，一個(gè)裝在下游，其距離為L，如下圖所示。4.6.2 超聲波流量計(jì)測量原理 有時(shí)差法、相差法、頻差法、多普勒頻移法及聲速偏移法等。 第44頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五第45頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五 如設(shè)順流方向的傳播時(shí)間為t1，逆流方向的傳播時(shí)間為t2，流體靜止時(shí)的超聲波傳播速度為c，流體流動(dòng)速度為v，則有超聲波傳播時(shí)間差為 一般來說，流體的流速遠(yuǎn)

24、小于超聲波在流體中的傳播速度，即cv, 則從上式便可得到流體的流速，即第46頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五此時(shí)超聲波的傳輸時(shí)間將由右式確定 在實(shí)際應(yīng)用中, 超聲波傳感器安裝在管道的外部, 從管道的外面透過管壁發(fā)射和接收超聲波不會給管路內(nèi)流動(dòng)的流體帶來影響，如下圖。第47頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五4.6.2.2 相差法 讓超聲波發(fā)生器發(fā)射連續(xù)超聲脈沖或周期較長的脈沖序列，則在順流和逆流兩種情況下所接收到的信號之間會產(chǎn)生一定的相位差 。為超聲波的角頻率 由于、及L為已知量，這樣，測出即可求得v，也就可計(jì)算出流量的大小。 第48頁，共91頁，2

25、022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五4.6.2.3 頻差法 由時(shí)差法中的有關(guān)公式，可求出順流和逆流時(shí)接收器接收到的超聲波頻率之差f 為只要測得f，即可求出流速v，進(jìn)而求得流量大小。 4.6.3 應(yīng)用問題 待測流體中不能含有過多的雜質(zhì)和氣泡，且粘度不能太大；待測流體必須充滿整個(gè)管道；必須對超聲波速度進(jìn)行精確的溫度補(bǔ)償 ；對不同管道、不同流速及不同粘度的介質(zhì)進(jìn)行雷諾數(shù)補(bǔ)償 。第49頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五4.7 光纖流量計(jì) 將一根多模光纖垂直地裝入管道，當(dāng)液體或氣體流經(jīng)與其垂直的光纖時(shí)，光纖受到流體渦流的作用而振動(dòng)，振動(dòng)的頻率與流速有關(guān)。測出頻率就可知流速 。光

26、纖流量計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖 第50頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五 當(dāng)流體運(yùn)動(dòng)受到一個(gè)垂直于流動(dòng)方向的非流線體阻礙時(shí)，根據(jù)流體力學(xué)原理，在某些條件下，在非流線體的下游兩側(cè)產(chǎn)生有規(guī)則的漩渦，其漩渦的頻率 f與流體的流速可表示為v流體流速； d流體中物體的橫向尺寸大??； Sr斯特勞哈爾（Strouhal）系數(shù)， 它是一個(gè)常數(shù)，僅與雷諾數(shù)有關(guān)。 第51頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五4.8 質(zhì)量流量計(jì)質(zhì)量流量：在單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)管道某一橫截面的流體質(zhì)量。質(zhì)量流量計(jì)：用來測量質(zhì)量流量的儀表。 在工業(yè)生產(chǎn)中，物料平衡和經(jīng)濟(jì)核算等通常都需要質(zhì)量流量。對于液體而言，可以

27、將已測得的體積流量乘以密度換算成質(zhì)量流量 。對于氣體，則須經(jīng)上述換算和溫壓補(bǔ)正后方可得到比較準(zhǔn)確的質(zhì)量流量，通常稱為推導(dǎo)式 （外補(bǔ)償式）質(zhì)量流量計(jì)，可分為溫度壓力補(bǔ)償式和密度補(bǔ)償式兩種。 另一種測量質(zhì)量流量的方法是使用直接式（內(nèi)補(bǔ)償式）質(zhì)量流量計(jì)，可直接測得單位時(shí)間內(nèi)被測介質(zhì)的質(zhì)量。直接式質(zhì)量流量計(jì)又可分為科里奧利式、熱式和沖量式等、第52頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五4.8.1 直接式質(zhì)量流量計(jì)科里奧利質(zhì)量流量計(jì) 利用流體在直線運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，處于一個(gè)旋轉(zhuǎn)系中，產(chǎn)生與質(zhì)量流量成正比的科里奧利力而制成的一種直接式質(zhì)量流量計(jì)。第53頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)

28、36分，星期五 質(zhì)點(diǎn)具有兩個(gè)分量的加速度及相應(yīng)的加速度力： 法向加速度：即向心加速度ar，其量值為2r ，方向朝向P軸。 切向加速度：科里奧利加速度at ，其量值為2v，方向與ar垂直。 由于復(fù)合運(yùn)動(dòng)，在質(zhì)點(diǎn)的at方向上作用著科里奧利力為2vm，而管道對質(zhì)點(diǎn)作用著一個(gè)反向力，其值為-2vm。 當(dāng)密度為的流體以恒定速度v在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，任何一段長度為x的管道都受到一個(gè)大小為Fc 的切向科里奧利力，即 Fc =2vAx A為管道的流通內(nèi)截面積。 因?yàn)橘|(zhì)量流量qm=vA ，所以 Fc =2qmx第54頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五 直接或間接測量在旋轉(zhuǎn)管道中流動(dòng)流體所產(chǎn)生的

29、科里奧利力就可以測得質(zhì)量流量。 流量計(jì)的測量管道是兩根兩端固定平行的U形管，在兩個(gè)固定點(diǎn)的中間位置由驅(qū)動(dòng)器施加產(chǎn)生振動(dòng)的激勵(lì)能量，在管內(nèi)流動(dòng)的流體產(chǎn)生科里奧利力，使測量管兩側(cè)產(chǎn)生方向相反的撓曲。位于U形管的兩個(gè)直管管端的兩個(gè)檢測器用光學(xué)或電磁學(xué)方法檢測撓曲量以求得質(zhì)量流量。 科里奧利質(zhì)量流量傳感器 第55頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五1支承管； 2檢測管； 3電磁檢測器； 4電磁激勵(lì)器； 5殼體 U形管型式 形管型式 兩種科里奧利質(zhì)量流量計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖 第56頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五4.8.1.2 熱式質(zhì)量流量計(jì)基于流體中熱傳遞和熱轉(zhuǎn)移與

30、流體質(zhì)量流量的關(guān)系。 其工作機(jī)理是利用外熱源對被測流體加熱，測量因流體流動(dòng)造成的溫度場變化，從而測得流體的質(zhì)量流量。 被測流體的質(zhì)量流量可表示為 （P為加熱功率；cp為比定壓熱容；T為加熱器前后溫差） 若采用恒定功率法，測量溫差T就可以求得質(zhì)量流量； 若采用恒定溫差法，則測出熱量的輸入功率P就可以求得質(zhì)量流量 第57頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五非接觸式對稱結(jié)構(gòu)的熱式質(zhì)量流量計(jì) 1鎳管； 2加熱線圈； 3測溫線圈 4調(diào)零電阻； 5電流表 當(dāng)流體流動(dòng)時(shí)則形成變化的溫度場，兩只測溫鉑電阻值的變化使電橋產(chǎn)生不平衡電壓，測得此信號可知溫差T，即可求得流體的質(zhì)量流量 。 適用于

31、微小流量測量。當(dāng)需要測量較大流量時(shí)，要采用分流方法，僅測一小部分流量，再求得全流量。第58頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五4.8.1.3 沖量式質(zhì)量流量計(jì)用于測量自由落下的固體粉料的質(zhì)量流量。 由沖量傳感器及顯示儀表組成。沖量傳感器感受被測介質(zhì)的沖力，經(jīng)轉(zhuǎn)換、放大等處理后輸出與質(zhì)量流量成比例的標(biāo)準(zhǔn)信號。1沖板； 2沖板軸；3物料； 4輸送機(jī) 轉(zhuǎn)換裝置檢測沖板軸的位移量，經(jīng)轉(zhuǎn)換放大后輸出與流量相對應(yīng)的信號。第59頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五 適用于各種固體粉料介質(zhì)的流量測量，從粉末到塊狀物以及漿狀物料。 流量計(jì)的選擇主要考慮被測介質(zhì)的大小、重量

32、和正常工作流量等條件。 正常流量應(yīng)在流量計(jì)最大流量的3080之間。 改變流量計(jì)的量程彈簧可以調(diào)整流量測量范圍。 安裝沖量式質(zhì)量流量計(jì)時(shí)，要求物料必須保證自由落下，不得有外加力作用于被測物體上。 沖板安裝角度、進(jìn)料口與沖板間角度及高度有一定要求，并與量程選擇有一定關(guān)系，選用前應(yīng)進(jìn)行計(jì)算。第60頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五 由多個(gè)傳感器組合而成的質(zhì)量流量測量系統(tǒng)，根據(jù)傳感器的輸出信號間接推導(dǎo)出流體的質(zhì)量流量。 組合方式主要有以下幾種：4.8.2 間接式質(zhì)量流量計(jì)(1)差壓式流量傳感器與密度傳感器組合方式第61頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五(2)

33、體積流量傳感器與密度流量傳感器組合方式 Klqvk2=Kqm (3)差壓式流量傳感器與體積式流量傳感器組合方式第62頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五4.9 靶式流量計(jì)是一種流體阻力式流量計(jì)。 4一變送器； 5一測量導(dǎo)管1一靶； 2一密封膜片 ；3一靶桿； 在管道中心迎著流速方向安裝一個(gè)圓盤形的靶，流體經(jīng)過時(shí)，靶要受到流體的作用力，該力可分為三部分： 流體對靶的直接沖擊力， 即流體的動(dòng)壓力。 靶對流體的節(jié)流作用， 在靶前后兩側(cè)產(chǎn)生的靜 壓力差。 流體對靶的黏滯摩擦力。 第63頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五靶式流量計(jì)的流量基本方程式 在被測流體的密

34、度，管道直徑D，靶徑d和流量系數(shù)Ka已知的情況下，只要測出靶上受到的作用力F，便可以求出流過管道的流體流量qv 。 對靶受力的測量方法有多種，如力平衡式、壓電式等。 可以測量液體、氣體和蒸汽的流量，測量低雷諾數(shù)流體流量(例如大黏度、小流量等)和含有固體顆粒的漿液 (泥漿、紙漿、砂漿、礦漿等)。 當(dāng)流量很大時(shí)，流體對靶的黏滯摩擦力可以忽略不計(jì)。流體作用在靶上的力主要取決于前二項(xiàng)，如果以動(dòng)能形式來表示該作用力，則可寫成如下形式： FKAd v22 第64頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五4.10 均速管流量計(jì) 均速管可以測取管道截面幾個(gè)等面積圓環(huán)的速度平均值，即平均動(dòng)壓頭。

35、將平均總壓頭和靜壓頭接到差壓計(jì)或差壓變送器，測出二者之壓差便是平均動(dòng)壓頭，根據(jù)平均動(dòng)壓頭可求出流體的流量。第65頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五公式為 Q0.003996KD2 D管道的內(nèi)徑 p壓差，即平均動(dòng)壓頭 K均速管流量系數(shù) 流體的密度 均速管流量探頭主要有阿牛巴(Annubar)、威力巴(Vrabar)、威爾巴（Wellbar）、德爾塔巴(Deltaflow)、托巴（Torbar）、雙D巴等幾種。結(jié)構(gòu)簡單，插入式探頭，測量氣體、蒸汽和液體的流量，管道內(nèi)徑: 從十幾毫米到幾米，測量準(zhǔn)確度通常為13。均速管尚未標(biāo)準(zhǔn)化，應(yīng)經(jīng)過標(biāo)定后才能使用。第66頁，共91頁，202

36、2年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五常見的阿牛巴流量計(jì)一、阿牛巴流量計(jì)第67頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五測量原理： 質(zhì)量流量方程式： 體積流量方程式：High高壓Two (2) Independent& Stable Flow Signals兩路獨(dú)立、穩(wěn)定的流量信號Low低壓第68頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五低壓取壓孔威爾巴探頭高壓取壓孔二、威爾巴(Wellbar)流量計(jì)威爾流量計(jì)采用截面形狀如子彈頭形的探頭 威爾巴流量計(jì)作為一種差壓式流量測量儀表，流體流過的流量與差壓的平方根成比例關(guān)系，與節(jié)流式流量計(jì)類似。第69頁，共91頁，2022年

37、，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五4.11 容積式流量計(jì) 根據(jù)排出體積進(jìn)行流量累計(jì)的儀表。利用運(yùn)動(dòng)元件的往復(fù)次數(shù)或轉(zhuǎn)速與流體的連續(xù)排出量成比例的關(guān)系對被測流體進(jìn)行連續(xù)的檢測 。可以計(jì)量各種液體和氣體的累積流量 ?？梢跃_測量體積量。 家用煤氣表到大容積的石油和天然氣計(jì)量儀表。 根據(jù)轉(zhuǎn)子的形狀分為：橢圓齒輪流量計(jì)（液體型） 腰輪流量計(jì)（氣體型和液體） 刮板式流量計(jì)（液體型）設(shè)：V0計(jì)量室的容積；n轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)次數(shù)，則有排出的流體總量 第70頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五 兩個(gè)橢圓齒輪A、B在進(jìn)出口流體壓力差的作用下，交替地相互驅(qū)動(dòng)，并各自繞軸作非勻角速度的轉(zhuǎn)動(dòng)。 在轉(zhuǎn)動(dòng)過程

38、中連續(xù)不斷地將充滿在齒輪與殼體之間的固定容積內(nèi)的流體一份一份地排出。 齒輪的轉(zhuǎn)數(shù)可以通過機(jī)械的或其他的方式測出從而可以得知流體總流量。 4.11.1 幾種容積式流量計(jì)4.11.1.1 橢圓齒輪流量計(jì)測量本體由一對相互嚙合的橢圓齒輪和儀表殼體構(gòu)成。 第71頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五4.11.1.2 腰輪流量計(jì)(羅茨流量計(jì)) 工作原理與橢圓齒輪流量計(jì)相同，它們的結(jié)構(gòu)也相似，只是其測量轉(zhuǎn)子是兩個(gè)不帶齒的腰形輪。 腰形輪形狀可保證在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中兩輪外緣保持良好的面接觸，以依次排出定量流體，而兩個(gè)腰輪的驅(qū)動(dòng)是由套在殼體外的與腰輪同軸上的嚙合齒輪來完成的。 第72頁，共91頁，

39、2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五微小/小流量流量計(jì)橢圓齒輪流量計(jì)用于高粘度介質(zhì)渦輪流量計(jì)用于低粘度介質(zhì)橢圓齒輪流量計(jì)第73頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五4.11.1.3 皮膜式家用煤氣表 在剛性容器中由柔性皮膜分隔而成I和 II、III和IV四個(gè)計(jì)量室。 可以左右運(yùn)動(dòng)的滑閥在煤氣進(jìn)出口差壓的作用下作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。煤氣由入口進(jìn)入，通過滑閥的換向依次進(jìn)入氣室I、或、，并排向出口。皮膜往復(fù)一次將流過一定體積的煤氣，通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和計(jì)數(shù)裝置能測得往復(fù)次數(shù)，從而可知煤氣總量 。 此儀表結(jié)構(gòu)簡單，使用維護(hù)方便，價(jià)格低廉，精確度可達(dá) 2，是家庭專用煤氣儀表。第74頁，共91頁，

40、2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五4.11.2 容積式流量計(jì)的安裝與使用 流量計(jì)的安裝地點(diǎn)應(yīng)滿足技術(shù)性能規(guī)定的條件，儀表在安裝前必須進(jìn)行檢定。 使用注意事項(xiàng)：(1)選擇這種流量計(jì)時(shí)，不能簡單地按連接管道的直徑大小去確定儀表規(guī) 格；應(yīng)注意實(shí)際應(yīng)用時(shí)的測量范圍，保持在所選儀表的量程范圍以內(nèi)。(2)為了避免液體中的固體顆粒進(jìn)入流量計(jì)而磨損運(yùn)動(dòng)部件，流量計(jì)前應(yīng) 裝配篩網(wǎng)過濾器，并注意定期清洗和更換過濾網(wǎng)。(3)如被測液體含有氣體或可能析出氣體時(shí)，在流量計(jì)前方應(yīng)裝氣液分 離器，以免氣體進(jìn)入流量計(jì)形成氣泡而影響測量準(zhǔn)確度。(4)在精密測量中應(yīng)考慮被測介質(zhì)的溫度變化對流量測量的影響，當(dāng)黏度、 溫度參

41、數(shù)超過規(guī)定范圍時(shí)，應(yīng)對流量值進(jìn)行修正。過去都采用人工 修正，現(xiàn)在已有溫度與壓力自動(dòng)補(bǔ)償并自動(dòng)顯示記錄的容積流量計(jì)。(5)在使用過程中，被測流體應(yīng)充滿管道。第75頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五4.12 彎管流量計(jì) 當(dāng)流體通過管道彎頭時(shí)，受到角加速的作用而產(chǎn)生的離心力會在彎頭的外半徑側(cè)與內(nèi)半徑側(cè)形成差壓，此差壓的平方根與流體流量成正比，這就是彎管流量計(jì)的測量原理。 彎管流量計(jì)的流量方程式 D為彎頭內(nèi)徑；為流體密度；P為差壓值；k是為彎管流量系數(shù) 第76頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五4.13 轉(zhuǎn)子流量計(jì) 利用節(jié)流原理測量流體流量的，它的差壓值基本保

42、持不變，通過節(jié)流面積的變化反映流量的大小，故又稱恒壓降變截面流量計(jì)，也稱作浮子流量計(jì) 。4.13.1 結(jié)構(gòu)及測量原理 主體由一根自下向上擴(kuò)大的垂直錐形管和一只可以沿錐形管軸向上下自由移動(dòng)的浮子組成 。第77頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五 當(dāng)流體流過環(huán)隙面時(shí)，因節(jié)流作用而在浮子上下端面產(chǎn)生差壓，形成作用于浮子的上升力。當(dāng)此上升力與浮子在流體中的重量相等時(shí)，浮子就穩(wěn)定在一個(gè)平衡位置上，平衡位置的高度與所通過的流量有對應(yīng)的關(guān)系，這個(gè)高度就代表流量值的大小。 根據(jù)浮子在錐形管中的受力平衡條件可以寫出如下流量關(guān)系式: 流量qv與浮子高度h之間的關(guān)系近似線性。 第78頁，共91頁

43、，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五轉(zhuǎn)子流量計(jì)有兩大類： 直讀式轉(zhuǎn)子流量計(jì)主要由玻璃錐形管、浮子和支撐結(jié)構(gòu)組成由浮子位置高度讀出流量值。 遠(yuǎn)傳式轉(zhuǎn)子流量計(jì)可采用金屬錐形管，其測量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)將浮子的位移轉(zhuǎn)換為電信號輸出。 第79頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五1-浮子； 2-錐形管； 3-連動(dòng)桿； 4-鐵心； 5-差動(dòng)線圈 其轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)為差動(dòng)變壓器組件，用于測量浮子的位移。 流體流量變化引起浮子的移動(dòng)，浮子同時(shí)帶動(dòng)差動(dòng)變壓器中的鐵芯作上、下運(yùn)動(dòng)，差動(dòng)變壓器的輸出電壓將隨之改變，通過信號放大等處理后輸出的電信號，表示出相應(yīng)流量的大小。遠(yuǎn)傳式轉(zhuǎn)子流量計(jì)第80頁，共91頁，

44、2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五4.13.2 轉(zhuǎn)子流量計(jì)的使用和安裝4.13.2.1 轉(zhuǎn)子流量計(jì)的刻度換算 在實(shí)際測量時(shí)，如果被測介質(zhì)不是水或空氣，則流量計(jì)的指示值與實(shí)際流量值之間存在差別，因此要對其進(jìn)行刻度換算修正 。 當(dāng)已知被測介質(zhì)的密度和流量測量范圍等參數(shù)后，可以根據(jù)公式選擇合適量程的浮子流量計(jì)。 4.13.2.2 轉(zhuǎn)子流量計(jì)的選型 當(dāng)要求精確度不優(yōu)于1.5%，量程比不大于10:1時(shí)，可選用轉(zhuǎn)子流量計(jì)。 中小流量、微小流量，可采用玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)。 對于易汽化、易凝結(jié)、有毒、易燃、易爆，物質(zhì)， 可選用普通型金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)。第81頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，

45、星期五4.13.2.3 轉(zhuǎn)子流量計(jì)的安裝 在安裝使用前必須核對所需測量范圍、工作壓力和介質(zhì)溫度是否與選用流量計(jì)的規(guī)格相符。 水平工藝管道 垂直工藝管道 1-轉(zhuǎn)子流量計(jì)；2-截止閥； 3-旁通閥 當(dāng)被測介質(zhì)易結(jié)晶、汽化或高粘度時(shí)，可選用帶夾套金屬 管轉(zhuǎn)子流量計(jì)，對于有腐蝕性介質(zhì)的流量測量， 可采用 防腐型金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)。第82頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五 儀表應(yīng)垂直安裝在管道上，流體必須自下而上通過流量計(jì)，不應(yīng)有明顯的傾斜。 流量計(jì)前后應(yīng)有截?cái)嚅y，并安裝旁通管道。 儀表投入時(shí)前后閥門要緩慢開啟，投入運(yùn)行后，關(guān)閉旁路閥。 流量計(jì)的最佳測量范圍為測量上限的1323刻度內(nèi)。 當(dāng)被測介質(zhì)的物性參數(shù)（密度、黏度）和狀態(tài)參數(shù)(溫度、壓力)與流量計(jì)標(biāo)定介質(zhì)不同時(shí)，必須對流量計(jì)的流量指示值進(jìn)行修正。第83頁，共91頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)36分，星期五4.14.2相關(guān)流量計(jì)的基本原理 相關(guān)測量技術(shù)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)主要是隨機(jī)過程理論?；舅枷胧峭ㄟ^對流動(dòng)噪聲信號的分析，將流速測量轉(zhuǎn)化為時(shí)間間隔的測