流量檢測(cè)儀表基礎(chǔ)知識(shí)講義

第四章流量檢測(cè)儀表．概述〔流量的概念和單位、流量檢測(cè)方法及流量計(jì)分類〕在生產(chǎn)過(guò)程中，為了有效地進(jìn)行操作、操縱和監(jiān)督，需要檢測(cè)各種流體的流量。物料總量的計(jì)量依舊經(jīng)濟(jì)核算和能源治理的重要依據(jù)。流量檢測(cè)儀表是開(kāi)展生產(chǎn)，節(jié)約能源，先進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量，提高經(jīng)濟(jì)效益和治理水平的重要工具，是工業(yè)自動(dòng)化儀表與裝置中的重要儀表之一。流體的流量是指在短臨時(shí)刻內(nèi)流過(guò)某一流通截面的流體數(shù)量與通過(guò)時(shí)刻之比，該時(shí)刻足夠短以致可認(rèn)為在此期間的流淌是穩(wěn)定的。此流量又稱瞬時(shí)流量。流體數(shù)量以體積表示稱為體積流量，流體數(shù)量以質(zhì)量表示稱為質(zhì)量流量。流量的表達(dá)式為：式中為體積流量，單位；為質(zhì)量流量，；V為流體體積，m3；M為流體質(zhì)量，Kg；t為時(shí)刻；為流體密度，；為流體平均流速，；為流通截面面積，。在某段時(shí)刻內(nèi)流體通過(guò)的體積或質(zhì)量總量稱為累計(jì)流量或總流量，它是體積流量或質(zhì)量流量在該段時(shí)刻的積分。流量檢測(cè)方法能夠回為體積流量檢測(cè)和質(zhì)量流量檢測(cè)兩種方式，前者測(cè)得流體的體積流量值，后者能夠直截了當(dāng)測(cè)得流體的質(zhì)量流量值。測(cè)量流量的儀表稱為流量計(jì)，測(cè)量流體總量的儀表稱為計(jì)量表或總量計(jì)。流量計(jì)通常由一次裝置和二次儀表組成。一次裝置安裝于流道的內(nèi)部或外部，依據(jù)流體與之相互作用關(guān)系的物理定律產(chǎn)生一個(gè)與流量有確定關(guān)系的信號(hào)，這種一次裝置亦稱流量傳感器。二次儀表那么給出相應(yīng)的流量值大小。流量計(jì)的種類繁多，各適合于不同的工作場(chǎng)合。按檢測(cè)原理分類的典型流量計(jì)列在見(jiàn)下表。流量計(jì)的分類類不儀表名稱體積流量容積式流量計(jì)橢圓齒輪流量計(jì)、腰輪流量計(jì)、皮膜式流量計(jì)等差壓式流量計(jì)節(jié)流式流量計(jì)、均速管流量計(jì)、彎管流量計(jì)、靶式流量計(jì)、浮子流量計(jì)等速度式流量計(jì)渦輪流量計(jì)、渦街流量計(jì)、電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)等市縣廬縣；］推導(dǎo)式質(zhì)量流量計(jì)體積流量經(jīng)密度補(bǔ)償或溫度、壓力補(bǔ)償求得質(zhì)量流量等質(zhì)量流量計(jì)直截了當(dāng)式流量計(jì)科里奧利流量計(jì)、熱式流量計(jì)、沖量式流量計(jì)等.容積式流量計(jì)容積式流量計(jì)是直截了當(dāng)依據(jù)排出體積進(jìn)行流量累計(jì)的儀表，它利用運(yùn)動(dòng)元件的往復(fù)次數(shù)或轉(zhuǎn)速與流體的連續(xù)排出量成比例對(duì)被測(cè)流體進(jìn)行連續(xù)的檢測(cè)。容積式流量計(jì)能夠計(jì)量各種液體和氣體的累積流量，由于這種流量計(jì)能夠周密測(cè)量體積量，因此其類型包括從小型的家用煤氣表到大容積的石油和天然氣計(jì)量?jī)x表，廣泛地用作治理和貿(mào)易的手段。容積式流量計(jì)由測(cè)量室、運(yùn)動(dòng)部件、傳動(dòng)和顯示部件組成。它的測(cè)量主體為具有固定標(biāo)準(zhǔn)容積的測(cè)量室，測(cè)量室由流量計(jì)內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)部件與殼體構(gòu)成。在流體進(jìn)、出口壓力差的作用下，運(yùn)動(dòng)部件不斷地將布滿在測(cè)量室中的流體從人口排向出口。假定測(cè)量室的固定容積為V,某一時(shí)刻間隔內(nèi)通過(guò)流量計(jì)排出流體的固定容積數(shù)為"，那么被測(cè)流體的體積總量Q可知。容積流量計(jì)的流量方程式能夠表示為：Q=nV。計(jì)數(shù)器通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)測(cè)出運(yùn)動(dòng)部件的轉(zhuǎn)數(shù)，n即可知，從而給出通過(guò)流量計(jì)的流體總量。在測(cè)量較小流量時(shí),要考慮泄漏量的礙事,通常儀表有最小流量的測(cè)量限度。容積式流量計(jì)的運(yùn)動(dòng)部件有往復(fù)運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)兩種形式。往復(fù)運(yùn)動(dòng)式有家用煤氣表、活塞式油量表等。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)式有旋轉(zhuǎn)活塞式流量計(jì)、橢圓齒輪流量計(jì)、腰輪流量計(jì)等。各種流量計(jì)型式適用于不同的場(chǎng)合和條件。2．1橢圓齒輪流量計(jì)橢圓齒輪流量計(jì)的測(cè)量本體由一對(duì)相互嚙合的橢圓齒輪和儀表殼體構(gòu)成,其工作原理如以如下面圖所示。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(guò)程中連續(xù)不斷地將布滿在齒輪與殼體之間的固定容積內(nèi)的流體一份份地排出。齒輪的轉(zhuǎn)數(shù)能夠通過(guò)機(jī)械的或其他的方式測(cè)出,從而能夠得知流體總流量。兩個(gè)齒輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈,流量計(jì)將排出4個(gè)半月形容積的流體。通過(guò)橢圓齒輪流量計(jì)的流體總量可表示為：Q=4nV0。式中n為橢圓齒輪的轉(zhuǎn)數(shù)；Vo為半月形容積，兩個(gè)半月形容積相等且恒定。齒輪的轉(zhuǎn)數(shù)通過(guò)變速機(jī)構(gòu)直截了當(dāng)驅(qū)動(dòng)機(jī)械計(jì)數(shù)器來(lái)顯示總流量。也能夠通過(guò)電磁轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的脈動(dòng)信號(hào),由對(duì)脈動(dòng)信號(hào)的計(jì)數(shù)就能夠反映出總流量的大小。橢圓齒輪流量計(jì)適用于高粘度液體的測(cè)量。流量計(jì)全然誤差為土％一±%;范圍度為10：1；工作溫度要低于120℃,以防止齒輪卡死。在使用時(shí)要注重防止齒輪的磨損與腐蝕,以延長(zhǎng)儀表壽命。當(dāng)被測(cè)液體的粘度W30X10-3Pa-s時(shí)，其壓力損失W。2．2腰輪流量計(jì)腰輪流量計(jì)的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,只是一對(duì)測(cè)量轉(zhuǎn)子是兩個(gè)不帶齒的腰形輪。腰形輪外形保證在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中兩輪外緣維持良好的面接觸,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(lái)完成。因此它較橢圓齒輪流量計(jì)的明顯優(yōu)點(diǎn)是能維持長(zhǎng)期穩(wěn)定性。其工作原理見(jiàn)以如下面圖所示。腰輪流量計(jì)能夠測(cè)量液體和氣體，也能夠測(cè)高粘度流體。其全然誤差為土％一±0.5%，范圍度為10：1,工作溫度120c以下，壓力損失小于0.02MPa。2．3皮膜式家用煤氣表皮膜式家用煤氣表的工作原理如以如下面圖所示。在剛性容器中由柔性皮膜分隔而成工和n、m和W四個(gè)計(jì)量室。能夠左右運(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)。煤氣由人口進(jìn)進(jìn)，通過(guò)滑閥的換向依次進(jìn)進(jìn)氣室工、m或n、w，并排向出口。圖中帶箭頭的實(shí)線表示氣體進(jìn)進(jìn)的過(guò)程,帶箭頭的虛線表示氣體排出的過(guò)程。皮膜往復(fù)一次將流過(guò)一定體積的煤氣,通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和計(jì)數(shù)裝置能測(cè)得往復(fù)次數(shù),從而可知煤氣總量。此儀表結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用維護(hù)方便,價(jià)廉,精確度可達(dá)±2％,是家庭專用儀表。其皮膜的運(yùn)動(dòng)如同風(fēng)箱,故這種流量計(jì)也有風(fēng)箱式流量計(jì)之稱?！哺郊咏榻B家用自來(lái)水表原理〕葉輪式流量計(jì)〔測(cè)速型〕家用自來(lái)水表確實(shí)是根基典型的葉輪式流量計(jì),其用途只在于提供總用水量,以便按量收費(fèi)。自來(lái)水表的結(jié)構(gòu)如以如下面圖。自進(jìn)水口1流進(jìn)的水經(jīng)筒狀部件2四面的歪孔,沿切線方向沖激葉輪3。葉輪軸通過(guò)齒輪逐級(jí)減速,帶動(dòng)各個(gè)十進(jìn)位指針以指示累積總流量,齒輪裝在圖中4處。此后,水流再經(jīng)筒狀部件上排各孔5,匯總至出水口6。為了減少磨損,葉輪及各個(gè)齒輪都采納較輕而耐磨的塑料制造,如此也防止了銹蝕。葉輪式自來(lái)水表對(duì)比簡(jiǎn)單價(jià)廉，但精確度不高，一般只有2級(jí)左右。同樣的原理也能夠用在氣體流量測(cè)量上，國(guó)產(chǎn)QBJ—A型高壓力燃?xì)獗泶_實(shí)是根基葉輪式，用在4kgf/m2管路上，由落壓至700mmH2O的燃?xì)饨?jīng)五個(gè)噴嘴吹動(dòng)葉輪。.差壓流量計(jì)(節(jié)流式流量計(jì))差壓式流量計(jì)基于在流通管道上設(shè)置流淌阻力件，流體通過(guò)阻力件時(shí)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(guān)系，通過(guò)測(cè)量差壓值能夠求得流體流量。最常用的差壓式流量計(jì)是由產(chǎn)生差壓的裝置和差壓計(jì)組合而成。流體流過(guò)差壓產(chǎn)生裝置形成靜壓差，由差壓計(jì)測(cè)得差壓值，并轉(zhuǎn)換為流量信號(hào)輸出。產(chǎn)生差壓的裝置有多種型式，包括節(jié)流裝置：如孔板、噴嘴、文丘利管等，以及動(dòng)壓管、均速管、彎管等。其他型式的差壓式流量計(jì)還有靶式流量計(jì)、浮子流量計(jì)等。節(jié)流式流量計(jì)可用于測(cè)量液體、氣體或蒸汽的流量。這種流量計(jì)是應(yīng)用歷史最長(zhǎng)和最成熟的差壓式流量計(jì)，至今在生產(chǎn)過(guò)程所用的流量?jī)x表中仍占有重要地位。節(jié)流式流量計(jì)中產(chǎn)生差壓的裝置稱節(jié)流裝置，其主體是一個(gè)局部收縮阻力件，稱為節(jié)流元件。通過(guò)節(jié)流元件改變流體流通截面，從而在節(jié)流元件前后形成壓力差。節(jié)流裝置分為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置和非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置兩大類，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的研究最充分，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)最完善，其型式差不多標(biāo)準(zhǔn)化和通用化，只要依據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，嚴(yán)格遵照加工要求和安裝要求，如此的節(jié)流裝置不需進(jìn)行單獨(dú)標(biāo)定就能夠使用。非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置用以解決臟污和高粘度流體的流量測(cè)量咨詢題，尚缺乏足夠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，故沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)化。節(jié)流式流量計(jì)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)可動(dòng)部件；可靠性較高；復(fù)現(xiàn)性能好；適應(yīng)性較廣，它適用于各種工況下的單相流體，適用的管道直徑范圍寬，能夠配用通用差壓計(jì)；裝置又標(biāo)準(zhǔn)化。其要緊缺點(diǎn)是安裝要求嚴(yán)格；流量計(jì)前后要求較長(zhǎng)直管段；測(cè)量范圍窄，一般范圍度為3：1；壓力損失較大；關(guān)于較小直徑的管道測(cè)量對(duì)比困難(D<50mm)；精確度不夠高(±1%?±2%)等。節(jié)流式流量計(jì)測(cè)量原理及流量方程式節(jié)流式流量計(jì)的測(cè)量原理以能量守恒定律和流淌連續(xù)性定律為根底，在節(jié)流元件前后流體的靜壓和流速分布情況如以如下面圖所示。圖中的節(jié)流元件為孔板。穩(wěn)定流淌的流體沿水平管道流經(jīng)孔板，在其前后產(chǎn)生壓力和速度的變化。流束在孔板前截面1處開(kāi)始收縮，位于邊緣處的流體向中心加速，流束中心的壓力開(kāi)始下落。在截面2處流束達(dá)最小收縮截面，此處流速最快，靜壓最低。之后流束開(kāi)始擴(kuò)張，流速逐漸減慢，靜壓逐漸恢復(fù)。但由于流體流經(jīng)節(jié)流元件時(shí)會(huì)有壓力損失，因此靜壓不能恢復(fù)到收縮前的最大壓力值。常見(jiàn)的三中標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件如以如下面圖所示。〕流量計(jì)原理框圖節(jié)流裝置產(chǎn)生的差壓信號(hào)，通過(guò)壓力傳輸管道引至差壓計(jì)，經(jīng)差壓計(jì)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)或氣信號(hào)送至顯示儀表。如以如下面圖所示?！矰DZ-III力平衡差壓變送器〕結(jié)構(gòu)〕工作過(guò)程當(dāng)被測(cè)量壓力通過(guò)高壓室和低壓室的對(duì)比生成壓差2=P-P后，該壓差作用在具12有一定有效面積的敏感元件上形成作用力Fi。該作用力作用在主杠桿的下端，以密封膜片為支點(diǎn)推動(dòng)主杠桿按逆時(shí)針?lè)较蚱D(zhuǎn)，其結(jié)果形成力F1推動(dòng)矢量機(jī)構(gòu)沿水平方向移動(dòng)。由于如以如下面圖中的(a)所示矢量機(jī)構(gòu)的存在及其力的合成作用，及水平方向的力F1由上的力F2和歪向的力F3合成，因此力F1產(chǎn)生有向上的分力F2。分力F2的作用是牽引副杠桿以為O2支點(diǎn)按順時(shí)針?lè)较蚱D(zhuǎn)，使固定在副杠桿上的檢測(cè)片移近差動(dòng)變壓器，使其氣隙減小，現(xiàn)在差動(dòng)變壓器的輸出電壓增大，并通過(guò)放大器使采納標(biāo)準(zhǔn)制式4—20mA的輸出電流IO增大。同時(shí)輸出電流流過(guò)反響線圈，在永久磁鋼的作用下產(chǎn)生反響力耳該反響力作用在副杠桿上使其按逆時(shí)針?lè)较蚱D(zhuǎn)。因此，當(dāng)反響力耳與作用力F2在副杠桿上形成的力矩到達(dá)平衡時(shí)，杠桿系統(tǒng)維持穩(wěn)定狀態(tài)，從而最終使輸出電流信號(hào)能反映被測(cè)差壓的大小。依據(jù)以上分析并簡(jiǎn)化可得杠桿及矢量機(jī)構(gòu)的受力分析結(jié)果，如以如下面圖。因此以O(shè)1方向?yàn)橹c(diǎn)的杠桿存在力矩關(guān)系：F?l=F?l=S?△P?l=S?l?△P。式中S是敏感TOC\o"1-5"\h\z11ii i i元件的有效面積。由于F=Ftg°，當(dāng)分力與作用在副杠桿上時(shí)變送器到達(dá)平衡狀態(tài)，因21 2此有：F?l+F?l=F?l式中F。表示由調(diào)零元件產(chǎn)生的零點(diǎn)調(diào)整作用力。反響力Ff22 00ff 0 f和輸出電流I的關(guān)系為：F=兀DWB?I，D為線圈直徑，W為線圈匝數(shù)，B為磁感應(yīng)強(qiáng)ofo度?？v上可用下框圖來(lái)分析變送器?！澄灰茩z測(cè)放大器分析3.3.3.1）差動(dòng)變壓器的結(jié)構(gòu)及輸出特性當(dāng)在原邊線圈上加上恒定的激磁電壓V「時(shí)，副邊將輸出感應(yīng)電壓V=夕一夕，假AB CD2 2設(shè)磁環(huán)中心柱面積等于其外環(huán)的截面積，那么銜鐵與上磁芯的間隙d=5/2時(shí)，上下兩組磁路相同e2=e22,V=0。2 2CD當(dāng)d<8/2時(shí)，e2〉e2,副邊輸出電壓V與V同相。2 2 CD AB當(dāng)d>8/2時(shí)，e2<e2，副邊輸出電壓V與V反相。2 2 CD AB那個(gè)差動(dòng)變壓器在位移檢測(cè)放大器中是作為振蕩器的反響元件工作的。在以如下面圖中，差動(dòng)變壓器的原邊繞組作為晶體管T1的集電極負(fù)載，而副邊繞組接在基極回路中，當(dāng)銜鐵距離d<8/2時(shí)，集電極形成正反響，只要反響強(qiáng)度足夠，便會(huì)產(chǎn)生自激振蕩。V值得注重的是那個(gè)振蕩器是一個(gè)可控振蕩器。因?yàn)槠浞错懴禂?shù)P=VC6-是銜鐵位置的AB函數(shù)，是隨著副杠桿的位移而變化的，當(dāng)間隙d=8/2時(shí)，P=0；在d>8/2時(shí)，p為負(fù)。這兩種情況下振蕩電路都可不能起振。只有在d<5/2時(shí)，為正，且隨距離減小而正反響變強(qiáng)，假設(shè)晶體管電路的電壓放大倍數(shù)為K，那么銜鐵向磁芯靠近到某一距離d0時(shí)，必可獲得足夠的反響系數(shù)P=1/K，使晶體管了T建立自持振蕩，假設(shè)距離比這更近，01那么P將大于P，KP>1,產(chǎn)生增幅振蕩；反之，假設(shè)銜鐵距離d>d。，那么p<p，因00此KP<1，振蕩將不斷衰減。要是把晶體管和反響變壓器都瞧成是完全線性的元件，即把K和P都當(dāng)作與振蕩幅度無(wú)關(guān)的參數(shù)，那么銜鐵位置一旦使Kp>1,振蕩幅度便將愈來(lái)愈大，直到飽和，而一旦KP<1，振幅便會(huì)愈減愈小，直到完全停振。這確實(shí)是根基講，

杠桿上帶的銜鐵位置在d。四面只要有一個(gè)極微小的移動(dòng)，就會(huì)使振蕩幅度由一種極限狀態(tài)進(jìn)進(jìn)另一個(gè)極限狀態(tài)。這種兩位式的工作特性相當(dāng)于一個(gè)動(dòng)態(tài)增益為無(wú)限大的放大器。振蕩器線路實(shí)際上，這種振蕩式放大器的靈敏度是有限的。這是因?yàn)榫w管和反響變壓器或多或少都存在非線性，因此K和P實(shí)際上都與振蕩幅度有關(guān)。設(shè)晶體管T1的基極正弦波輸進(jìn)電壓VCD與集電極輸出電壓VAB（基波）的關(guān)系如圖中曲曲折折曲曲折折折折線所示。假設(shè)認(rèn)為反響變壓器是完全線性的，那么當(dāng)銜鐵離磁心某一距離d時(shí)，反響特性可表示成圖中的歪直線，其歪率tga=1/P，P愈大，即反響愈強(qiáng)，反響線與橫坐標(biāo)的夾角a愈小。在考慮振蕩器內(nèi)部非線性時(shí)，振蕩幅度將隨反響強(qiáng)度連續(xù)變化，而不是前述的兩位式跳變了。為了講明這一點(diǎn)，讓我們先討論一下振蕩器的穩(wěn)態(tài)振幅是如何樣建立的。在圖中，振蕩器是一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。設(shè)晶體管的基極上有一交流輸進(jìn)電壓VCD，經(jīng)晶體管放大后，在其集電極上有一相應(yīng)的電壓Vab輸出，它經(jīng)變壓器反響又回到基極。要是這反響回來(lái)的電壓與起始輸進(jìn)電壓相等，那么這振蕩幅度有可能穩(wěn)定：要是不相等，就會(huì)產(chǎn)生增幅或減幅現(xiàn)象。從那個(gè)瞧點(diǎn)瞧咨詢題，在圖上，只有放大特性與反響特性的兩個(gè)交點(diǎn)O和Q兩處可能建立這種平衡關(guān)系，因?yàn)橹挥性谶@兩處，才有上述始末幅度相等的情況存在。但認(rèn)真分析一下，這兩個(gè)平衡點(diǎn)中，實(shí)際上只有Q點(diǎn)是穩(wěn)定的平衡點(diǎn)，而O點(diǎn)是不穩(wěn)定的。要理解這一點(diǎn)，可設(shè)電路開(kāi)始處于O點(diǎn)的狀態(tài)，由于某一擾動(dòng)，使晶體管基極電壓由0變化到某一幅度VCD1。這一變化經(jīng)晶體管放大后，在集電極上出現(xiàn)幅度為VAB1的正弦電壓，其數(shù)值可由放大曲曲折折曲曲折折折折線上點(diǎn)“1〞來(lái)確定。接著，此電壓反響回晶體管基極，由反響特性上點(diǎn)“2〃的位置得出反響電壓的幅度為VCD2。由圖可見(jiàn)，那個(gè)電壓比起始的擾動(dòng)VCD1大，因此，以后的變化將按圖中階梯1一2—3-4逐級(jí)上升，直到抵達(dá)Q點(diǎn)為止。那個(gè)過(guò)程實(shí)際上確實(shí)是根基振蕩器幅度建立的過(guò)程。關(guān)于Q點(diǎn)，假設(shè)有擾動(dòng)使其偏離平衡狀態(tài)，它仍會(huì)自動(dòng)回到平衡點(diǎn)，例如，假設(shè)擾動(dòng)使振幅比Q點(diǎn)為小，那么經(jīng)閉合循環(huán)，反響回來(lái)的值比上一次的值大，因而振幅上升，重又回到Q點(diǎn)。因此，反響特性歪率大于放大特性歪率的交點(diǎn)Q點(diǎn)是穩(wěn)定的平衡點(diǎn)。通過(guò)如此的討論，我們就不難理解，假設(shè)連續(xù)地改變反響程度，即改變圖中反響線的歪率時(shí)，能夠連續(xù)地改變振蕩幅度了。在圖中，假設(shè)杠桿帶動(dòng)銜鐵，使其與磁芯的距離由d1減小到d2、d3時(shí)，對(duì)應(yīng)于不同的P值的三條反響線，將與放大特性交于Q】、Q2、Q3,振蕩器將獲得不同的穩(wěn)定振蕩幅度，畫(huà)出振蕩幅度VAB與銜鐵距離d的關(guān)系圖可瞧出，它與前面把放大與反響環(huán)節(jié)都瞧成線性的分析結(jié)論具有原那么的區(qū)不。圖中講明，那個(gè)由位移操縱的振蕩器具有連續(xù)的輸出特性，從外部特性來(lái)瞧，它和一般的位移檢測(cè)放大器特不相似。這種振蕩式位移檢測(cè)器的特點(diǎn)是線路十分簡(jiǎn)單，對(duì)電路本身的增益并不要求特別大，對(duì)電源的要求不高，工作可靠，而檢測(cè)靈敏度卻相當(dāng)好，一般杠桿只要偏移百分之幾毫米，即可使輸出振幅由0變至最大。那個(gè)位移檢測(cè)放大器的振蕩頻率f0由差動(dòng)變壓器原邊線圈電感l(wèi)ab及電容c4決定：2兀、:LC'AAB4一般為10千赫左右。位移檢測(cè)放大器的電路及平安防爆措施以如下面圖是這種位移檢測(cè)放大器的完整電路，振蕩器輸出電壓vab經(jīng)二極管d4檢波，r8、r4、C5濾波后，由t2、t3接成的復(fù)合管通過(guò)射極電阻r3上強(qiáng)烈的電流負(fù)反響，將檢波電壓轉(zhuǎn)換為恒流輸出。那個(gè)地點(diǎn)使用復(fù)合管的目的，不僅在于提高該級(jí)的輸進(jìn)阻抗，減輕振蕩器的負(fù)載礙事，同時(shí)也為了改善輸出電流的恒流性能，即不管變送器的負(fù)載電阻大小如何（在準(zhǔn)許范圍內(nèi)），都不礙事輸出電流的數(shù)值。線路中其它一些元件的作用是：電阻R6與二極管D1、D2構(gòu)成晶體管T1的偏置電路。二極管D3、D10、D11、D12、D13用以限制電解電容C2、C5兩端的電壓，從而限制可能積存于電容中的能量，防止電容放電時(shí)產(chǎn)生非平安的火花。二極管D5、D6防止反響線圈開(kāi)路時(shí)發(fā)生火花。這一變送器電路只要在供電電源上再加限壓、限流及隔離電路，使從電源進(jìn)進(jìn)的電壓、電流不超過(guò)范圍，并防止與其它高電平電路直截了當(dāng)碰線，引進(jìn)危險(xiǎn)能量，便可到達(dá)平安火花防爆的要求，能用于石油；化工等易燃易爆場(chǎng)所。上圖的變送器是一下典型的兩線式變送器，從現(xiàn)場(chǎng)的變送器到操縱室之間，只需兩根導(dǎo)線互相聯(lián)系。這兩根導(dǎo)線既是電源的供電線，又是信號(hào)的傳輸線。兩線制變送器由于布線方便，有利于采取平安火花防爆措施；活零點(diǎn)的信號(hào)制更便于發(fā)現(xiàn)斷電、斷線等故障，提高運(yùn)行的可靠性，因此受到使用單位的廣泛迎接。靶式、轉(zhuǎn)子流量計(jì)靶式流量計(jì)在管流中垂直于流淌方向安裝一圓盤(pán)形阻擋件，稱之為“靶〞。流體通過(guò)時(shí)，由于受阻將對(duì)靶產(chǎn)生作用力，此作用力與流速之間存在著一定關(guān)系。通過(guò)測(cè)量靶所受作用力，能夠求出流體流量。靶式流量計(jì)構(gòu)成如以如下面圖所示。圓盤(pán)靶所受作用力，要緊是由靶對(duì)流體的節(jié)流作用和流體對(duì)靶的沖擊作用造成的。假設(shè)管道直徑為D，靶的直徑為d，環(huán)隙通道面積S=4兀（D2—d2），那么可求出體積流量與靶上受力F的關(guān)系為：q二S?v二kD2—d2，以：F”V adV2VP。式中v為流體通過(guò)環(huán)隙截面的流速；ka為流量系數(shù)；F為作用力；P為流體的密度。流量系數(shù)ka的數(shù)值由實(shí)驗(yàn)確定。實(shí)驗(yàn)結(jié)果講明，在管道條件與靶的外形確定的情況下，當(dāng)雷諾數(shù)Re超過(guò)某一限值后，ka趨于平穩(wěn)，由于此限值較低，因此這種方法關(guān)于高粘度、低雷諾數(shù)的流體更為適宜。使用時(shí)要保證在測(cè)量范圍內(nèi)，使ka值全然維持恒定。靶式流量計(jì)的測(cè)量方法與差壓變送器類似，通過(guò)杠桿機(jī)構(gòu)將靶上所受力引出，按照力平衡方法將此力轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)或氣信號(hào)〔目前專門(mén)生產(chǎn)有與靶配合的力平衡式靶式流量變送器〕，由顯示儀表顯示流量值。靶式流量計(jì)與差壓流量計(jì)不同的是：它是使用懸在管道中心的靶作為節(jié)流元件,且輸出信號(hào)不是取節(jié)流元件前后的差壓，而是取流體作用于靶上的推力F理論分析與實(shí)驗(yàn)證實(shí)，流體y作用于靶上的推力A與流體流速廿的平方成正比例關(guān)系:F二KA白v2,K為靶的推力系d2g數(shù)a為靶的受力面積,y為流體比重,g為重力加速度,v為靶與管壁間環(huán)形間隙中流體平均d流速^…,2g由此可寫(xiě)出通過(guò)管道的體積流量Q=Aov=Ao、應(yīng):因此只要測(cè)量靶上的推力即可得知流量的大小.為此可使用前面討論過(guò)的力平衡式變送器的原理,將力變?yōu)殡娦盘?hào).目前，專門(mén)生產(chǎn)有與靶配合的力平衡式靶式流量變送器.轉(zhuǎn)子流量計(jì)〔浮子流量計(jì)〕浮子流量計(jì)也是利用節(jié)流原理測(cè)量流體的流量，但它的差壓值全然維持不變，是通過(guò)節(jié)流面積的變化反映流量的大小，故又稱恒壓落變截面流量計(jì)，由于其工作時(shí)浮子不停的轉(zhuǎn)動(dòng)，因此也稱作轉(zhuǎn)子流量計(jì)。浮子流量計(jì)能夠測(cè)量多種介質(zhì)的流量，更適用于中小管徑、中小流量和較低雷諾數(shù)的流量測(cè)量。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用維護(hù)方便，對(duì)儀表前后直管段長(zhǎng)度要求不高，壓力損失小而且恒定，測(cè)量范圍對(duì)比寬，刻度為線性。浮子流量計(jì)測(cè)量精確度為±2％左右。但儀表測(cè)量受被測(cè)介質(zhì)的密度、粘度、溫度、壓力、純潔度礙事，還受安裝位置的礙事。浮子流量計(jì)測(cè)量主體由一根自下向上擴(kuò)大的垂直錐管和一只能夠沿錐管軸向上下自由移動(dòng)的浮子組成，如以如下面圖所示。流體由錐管的下端進(jìn)進(jìn)，通過(guò)浮子與錐管間的環(huán)隙，從上端流出。當(dāng)流體流過(guò)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(guò)的流量有對(duì)應(yīng)的關(guān)系，那個(gè)高度就代表流量值的大小。依據(jù)浮子在錐管中的受力平衡條件，能夠?qū)懗隽ζ胶夤剑呵?Sf.=Vf(pf-p)g式中Ap為差壓；SVf分不為浮子的截面積和體積；p、p分不為浮子密度、流體密度;ff fg為重力加速度。'2gV(P-P)將此恒壓落公式代人節(jié)流流量方程式，那么有：q=aS'————V0VPSf式中S0為環(huán)隙面積，它與浮子高度h相對(duì)應(yīng)；a為流量系數(shù)。關(guān)于小錐度錐管，近似有S0=ch，系數(shù)c與浮子和錐管的幾何外形及尺寸有關(guān)。那么流量方2gV(p-P)程式寫(xiě)作：q=ach/————V pSf上式給出了流量與浮子高度之間的關(guān)系，那個(gè)關(guān)系近似線性。流量系數(shù)a與流體粘度、浮子形式、錐管與浮子的直徑比以及流速分布等因素有關(guān)，每種流量計(jì)有相應(yīng)的界限雷諾數(shù)，在低于此值情況下。不再是常數(shù)。流量計(jì)應(yīng)工作在。為常數(shù)的范圍，即大于一定的Re范圍。浮子流量計(jì)有兩大類型：采納玻璃錐管的直讀式浮子流量計(jì)和采納金屬錐管的遠(yuǎn)傳式浮子流量計(jì)。直讀式浮子流量計(jì)要緊由玻璃錐管、浮子和支撐結(jié)構(gòu)組成。流量表尺直截了當(dāng)刻在錐管上，由浮子位置高度讀出流量值。玻璃管浮子流量計(jì)的錐管刻度有流量刻度和百分刻度兩種。關(guān)于百分刻度流量計(jì)要配有制造廠提供的流量刻度曲曲折折曲曲折折折折線。這種流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，價(jià)格低廉，使用方便，可制成防腐蝕儀表，用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。遠(yuǎn)傳式浮子流量計(jì)可采納金屬錐形管，它的信號(hào)遠(yuǎn)傳方式有電動(dòng)和氣動(dòng)兩種類型，測(cè)量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)將浮子的移動(dòng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)或氣信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)傳及顯示。以如下面圖所示為電遠(yuǎn)傳浮子流量計(jì)工作原理。其轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)為差動(dòng)變壓器組件，用于測(cè)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)變壓器中的鐵心作上、下運(yùn)動(dòng)，差動(dòng)變壓器的輸出電壓將隨之改變，通過(guò)信號(hào)放大后輸出的電信號(hào)表示出相應(yīng)流量的大小。

qxh代進(jìn)式（629）能夠得到v .故可用轉(zhuǎn)子的高度表示流量（見(jiàn)課本圖613）在測(cè)量中,浮子有兩種形式，一種在工作中旋轉(zhuǎn)的;另一種是不旋轉(zhuǎn)的（為了能在錐管中定位常采納芯桿，見(jiàn)課本圖614）電磁流量計(jì)關(guān)于具有導(dǎo)電性的液體介質(zhì)，能夠用電磁流量計(jì)測(cè)量流量。電磁流量計(jì)基于電磁感應(yīng)原理，導(dǎo)電流體在磁場(chǎng)中垂直于磁力線方向流過(guò)，在流通管道兩側(cè)的電極上將產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，感應(yīng)電勢(shì)的大小與流體速度有關(guān)，通過(guò)測(cè)量此電勢(shì)可求得流體流量。電磁流量計(jì)是目前工業(yè)中測(cè)量導(dǎo)電液體流量的常用儀表。它的應(yīng)用范圍特別廣，能夠測(cè)量各種腐蝕介質(zhì)：酸、堿、鹽溶液以及帶有懸浮顆粒的漿液。它也可用于測(cè)量食品工業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生、自來(lái)水和污水處理等各部門(mén)中液體流量。它測(cè)量的體積流量小至每小時(shí)數(shù)滴大至幾萬(wàn)立方米。電磁流量計(jì)的測(cè)量原理如以如下面圖所示。感應(yīng)電勢(shì)正與流速的關(guān)系由下式表示：E=BDv式中B為磁感應(yīng)強(qiáng)度；D為管道內(nèi)徑；v為流體平均流速。感應(yīng)電勢(shì)與流速v成對(duì)應(yīng)關(guān)系，，一一一》口，—，，—》口、子,一心 1A 兀D尸那么流體體積流量能夠求得。其流量方程式可寫(xiě)作：q=-^D2v= EV4 4B可見(jiàn)，體積流量與感應(yīng)電勢(shì)成正比。在實(shí)際工作中由于永久磁場(chǎng)產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)為直流，可導(dǎo)致電極極化或介質(zhì)電解，引起測(cè)量誤差，因此在工業(yè)用儀表中多采納交變磁場(chǎng)?，F(xiàn)在：B=B=Bsin31。感應(yīng)電勢(shì)：E=Bsin①tDv

mm兀D2 兀DE流量：q「,”77可見(jiàn)，只要設(shè)法測(cè)量出E就能夠得到流量，在求流量時(shí)，應(yīng)進(jìn)行工運(yùn)算，在電磁流量計(jì)B中常用霍爾元件實(shí)現(xiàn)這一運(yùn)算。電磁流量計(jì)的測(cè)量主體由磁路系統(tǒng)、測(cè)量導(dǎo)管、電極和調(diào)整轉(zhuǎn)換裝置等組成。流量計(jì)結(jié)構(gòu)如以如下面圖，由非導(dǎo)磁性的材料制成導(dǎo)管，測(cè)量電極嵌在管壁上，假設(shè)導(dǎo)管為導(dǎo)電材料，其內(nèi)壁和電極之間必須盡緣，通常在整個(gè)測(cè)量導(dǎo)管內(nèi)壁裝有盡緣襯里。導(dǎo)管外圍的激磁線圈用來(lái)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。在導(dǎo)管和線圈外還裝有磁軛，以便形成均勻磁勢(shì)和具有較大磁通量?！辰Y(jié)構(gòu)見(jiàn)課本圖6-19〕電磁流量計(jì)中對(duì)干擾的抑制電磁流量計(jì)的全然原理特別早就發(fā)現(xiàn)，但由于信號(hào)十分微弱，各種干擾因素許多，始終未能用于生產(chǎn)。指導(dǎo)近幾十年才使咨詢題得到解決。目前使用的電磁流量計(jì)都采納50Hz電源直截了當(dāng)供電，最后輸出一個(gè)和流量成正比的電流信號(hào)。在研究中如何設(shè)計(jì)一個(gè)能抑制各種干擾因素礙事的轉(zhuǎn)換電路，是保證流量測(cè)量精度的要害。下面要緊介紹電磁流量計(jì)的干擾及消除方法?！痴桓蓴_及其抑制緣故：一是在電極引線、放大器輸進(jìn)端和被測(cè)介質(zhì)構(gòu)成的輸進(jìn)回路中，由于交變磁場(chǎng)作用，產(chǎn)生一個(gè)附加的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其相位和流量信號(hào)電動(dòng)勢(shì)成90度。另一個(gè)緣故是交變磁通在被測(cè)導(dǎo)電流體中產(chǎn)生渦流。要是磁場(chǎng)在電極兩側(cè)產(chǎn)生的渦流不對(duì)稱，那么，兩電極之間會(huì)產(chǎn)生附加的正交干擾電位差。消除正交干擾的方法許多，目前采納的要緊方法：一是利用信號(hào)引出線自動(dòng)補(bǔ)償，另一是在

主放大器中對(duì)90度干擾信號(hào)進(jìn)行深度負(fù)反響，而后采納相敏電路，使正交干擾大大削弱。通常同時(shí)采納這兩種措施?！畴娫措?/p>