流量檢測(cè)3解析課件

3.6.7渦輪流量計(jì)渦輪流量計(jì)是一種典型的速度式流量計(jì)。1）結(jié)構(gòu)3.6.7渦輪流量計(jì)2）工作原理：基于流體動(dòng)量矩守恒原理設(shè)：

T：流體作用在葉片上的旋轉(zhuǎn)力矩，

T1：流體粘滯摩擦力帶來的阻力矩，

T2：軸承引起的機(jī)械摩擦阻力矩，

T3：葉片切割磁力線引起的電磁阻力矩。則作用于渦輪的動(dòng)量矩可描述為：檢測(cè)方式：通過流速在渦輪葉片上的分解分析，將流體流速轉(zhuǎn)換為渦輪的轉(zhuǎn)速，磁電轉(zhuǎn)換裝置將渦輪轉(zhuǎn)速變成電脈沖信號(hào)，通過脈沖計(jì)數(shù)獲取流量。穩(wěn)定流動(dòng)：J：渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量2）工作原理：檢測(cè)方式：穩(wěn)定流動(dòng)：J：渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量3）流量方程渦輪葉片流速分解葉輪切向速度

穩(wěn)定時(shí)葉片切向速度

渦輪轉(zhuǎn)速R：渦輪葉片的平均半徑3）流量方程葉輪切向速度穩(wěn)定時(shí)葉片切向速度渦輪轉(zhuǎn)速磁電轉(zhuǎn)換器所產(chǎn)生的脈沖頻率

Z：渦輪葉片數(shù)目。流體的體積流量方程

A：渦輪的流通截面積；

K：流量轉(zhuǎn)換系數(shù)，

K=Ztanθ／2πRA

流量轉(zhuǎn)換系數(shù)的含義是單位體積流量通過磁電轉(zhuǎn)換器所輸出的脈沖數(shù)，它是渦輪流量計(jì)的重要特性參數(shù)。磁電轉(zhuǎn)換器所產(chǎn)生的脈沖頻率Z：渦輪流量計(jì)特性曲線

——流量轉(zhuǎn)換系數(shù)與流量關(guān)系圖渦輪流量計(jì)特性曲線4）渦輪流量計(jì)的特點(diǎn)和使用優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量精度高，復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性均好；可達(dá)0.5級(jí)以上，在小范圍內(nèi)可達(dá)±0.1％，可用作標(biāo)定其他流量計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)儀表。量程范圍寬。量程比可達(dá)(10～20):1，刻度線性；耐高壓，壓損小，適應(yīng)溫度范圍較寬。承受的工作壓力可達(dá)16MPa，壓力損失小于25kPa；（最大流量時(shí)）溫度范圍:-200～400℃對(duì)流量變化反應(yīng)迅速，可測(cè)脈動(dòng)流量。時(shí)間常數(shù)一般僅為幾到幾十毫秒；輸出為脈沖信號(hào)，抗干擾能力強(qiáng)，信號(hào)便于遠(yuǎn)傳及與計(jì)算機(jī)相連。4）渦輪流量計(jì)的特點(diǎn)和使用缺點(diǎn)：制造困難，成本高。渦輪高速轉(zhuǎn)動(dòng)，軸承易損，降低了長期運(yùn)行的穩(wěn)定性，需要定期校驗(yàn)。流體介質(zhì)密度和粘度的變化對(duì)流量示值有影響，必要時(shí)應(yīng)做補(bǔ)償修正。對(duì)被測(cè)介質(zhì)的清潔度要求較高。缺點(diǎn)：使用要求：介質(zhì)：氣體，液體。通常渦輪流量計(jì)主要用于精度要求高、流量變化快的場(chǎng)合。渦輪流量計(jì)應(yīng)水平安裝，并保證其前后有一定的直管段（10，5）。要求被測(cè)流體粘度低，腐蝕性小，不含雜質(zhì)，一般應(yīng)在流量計(jì)前加裝過濾裝置。如果被測(cè)液體易氣化或含有氣體時(shí)，要在流量計(jì)前裝消氣器。使用要求：5）安裝示意圖：1－入口；2－閥門；3－過濾器；4－消氣器；5－前直管段；6－流量計(jì)；7－后直管段；8－旁路5）安裝示意圖：1－入口；2－閥門；3－過濾器；4－消3.6.8超聲波式流量檢測(cè)1）檢測(cè)原理超聲波在流體中傳播時(shí)，受到流體速度的影響而載有流速信息，通過檢測(cè)接收到的超聲波信號(hào)可以測(cè)知流體流速，從而求得流體流量。超聲波測(cè)流量方法：傳播速度法、多普勒法、波束偏移法、噪聲法、相關(guān)法、流速一液面法等多種方法。在工業(yè)應(yīng)用中以傳播速度法最普遍。3.6.8超聲波式流量檢測(cè)2）傳播速度法的測(cè)量原理傳播速度差法利用超聲波在流體中順流與逆流傳播的速度變化來測(cè)量流體流速并進(jìn)而求得流過管道的流量測(cè)量原理圖方法分類：根據(jù)測(cè)量參數(shù)的不同，分為時(shí)差法、相差法和頻差法。2）傳播速度法的測(cè)量原理方法分類：①時(shí)差法依據(jù)超聲波順流和逆流的傳播時(shí)間差測(cè)量流量

超聲波到達(dá)接收器R1和R2所需要的時(shí)間t1和t2與流速之間的關(guān)系為時(shí)差①時(shí)差法超聲波到達(dá)接收器R1和R2所需要的時(shí)間t1和t2流體流速注意：時(shí)差△t非常小，在工業(yè)計(jì)量中，若流速測(cè)量要達(dá)到1％精度，則時(shí)差測(cè)量要達(dá)到0.01μs的精度。這樣不僅對(duì)測(cè)量電路要求高，而且限制了流速測(cè)量的下限。流體流速注意：②相差法相位差法是通過測(cè)量超聲波傳播的相位差來測(cè)量流量?；痉椒ǎ涸O(shè)超聲換能器向流體連續(xù)發(fā)射的超聲波脈沖形式為ω：超聲波的角頻率。順流和逆流方向發(fā)射時(shí)收到的信號(hào)相位分別為

信號(hào)相位差

順流：

逆流：f：超聲波振蕩頻率。②相差法可見，相位差△φ比時(shí)差△t大2πf倍，流體的流速

相差法用測(cè)量相位差取代測(cè)量微小的時(shí)差提高了流速的測(cè)量精度。注意：在時(shí)差法和相位差法中，流速測(cè)量均與聲速c有關(guān)，而聲速是溫度的函數(shù)，當(dāng)被測(cè)流體溫度變化時(shí)會(huì)帶來流速測(cè)量誤差，因此為了正確測(cè)量流速，均需要進(jìn)行聲速修正?？梢?，相位差△φ比時(shí)差△t大2πf倍，相差法用測(cè)量③頻差法頻差法是通過測(cè)量順流和逆流時(shí)超聲脈沖的循環(huán)頻率之差檢測(cè)流量?；驹恚?/p>

聲循環(huán)頻率：聲循環(huán)：以超聲波接收器收到的聲脈沖作為觸發(fā)信號(hào)，觸發(fā)發(fā)射器向被測(cè)流體發(fā)射下一個(gè)超聲脈沖，形成“聲循環(huán)”。聲循環(huán)頻率：脈沖循環(huán)的周期主要由流體中傳播聲脈沖的時(shí)間決定，其倒數(shù)稱為聲循環(huán)頻率。③頻差法聲循環(huán)頻率：順流脈沖循環(huán)頻率：順流和逆流時(shí)的聲脈沖循環(huán)頻差：逆流脈沖循環(huán)頻率：流體流速：流體流速與頻差成正比，式中不含聲速c。順流脈沖循環(huán)頻率：順流和逆流時(shí)的聲脈沖循環(huán)頻差：逆流脈沖循注意：循環(huán)頻差△f很小，直接測(cè)量的誤差大，為了提高測(cè)量精度，一般需采用倍頻技術(shù)。由于順、逆流兩個(gè)聲循環(huán)回路在測(cè)循環(huán)頻率時(shí)會(huì)相互干擾，工作難以穩(wěn)定，而且要保持兩個(gè)聲循環(huán)回路的特性一致也是非常困難的。因此實(shí)際應(yīng)用頻差法測(cè)量時(shí)，僅用一對(duì)換能器按時(shí)間交替轉(zhuǎn)換作為接收器和發(fā)射器使用。注意：④流量方程時(shí)差法、相差法、頻差法測(cè)得的流速u是超聲波傳播途徑上的平均流速。它和截面平均流速是不相同的，因此在確定流量方程時(shí)需要知道截面平均流速和測(cè)量值u之間的關(guān)系，這一關(guān)系取決于截面上的流速分布。紊流流動(dòng)：層流流動(dòng)(Re<2300)k：修正系數(shù)，是雷諾數(shù)的函數(shù)，④流量方程紊流流動(dòng)：層流流動(dòng)(Re<2300)k：修流體的體積流量方程:層流流動(dòng)：紊流流動(dòng)：流體的體積流量方程:紊流流動(dòng)：3）超聲流量計(jì)的特點(diǎn)與應(yīng)用可用于各種液體的流量測(cè)量，包括測(cè)量腐蝕性液體、高粘度液體和非導(dǎo)電液體的流量，尤其適于測(cè)量大口徑管道的水流量或各種水渠、河流、海水的流速和流量。在醫(yī)學(xué)上還用于測(cè)量血液流量等。超聲流量計(jì)測(cè)量時(shí)，超聲換能器可以置于管道外，不與流體直接接觸，不破壞流體的流場(chǎng)，沒有壓力損失。直管段要求：一般直管段長度在上游側(cè)需要10D以上，而在下游側(cè)則需要5D左右。3）超聲流量計(jì)的特點(diǎn)與應(yīng)用超聲波換能器安裝安裝形式：z式：最常見的方式，即單聲道，裝置簡(jiǎn)單，適用于有足夠長的直管段，流速分布為管道軸對(duì)稱的場(chǎng)合；v式：適用于流速不對(duì)稱的流動(dòng)流體的測(cè)量；x式：用于安裝距離受到限制時(shí)場(chǎng)合，換能器一般均交替轉(zhuǎn)換作為發(fā)射和接收器使用。超聲波換能器安裝z式：最常見的方式，即單聲道，裝置簡(jiǎn)單，適用安裝位置：傳感器盡可能在與水平直徑成45度的范圍內(nèi)，避免在垂直直徑位置附近安裝。安裝位置：換能器安裝處和管壁反射處必須避開接口和焊縫測(cè)量液體時(shí)安裝位置必須充滿液體注意溫度影響的修正換能器安裝處和管壁反射處必須避開接口和焊縫測(cè)量液體時(shí)安裝位置3.6.9質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量方法分類直接測(cè)量：由檢測(cè)元件直接檢測(cè)出流體的質(zhì)量流量間接測(cè)量：通過測(cè)量流體體積流量和流體密度經(jīng)計(jì)算得出流體的質(zhì)量流量。這種方式又稱為推導(dǎo)式；補(bǔ)償式：同時(shí)檢測(cè)出流體的體積流量和流體的溫度、壓力，應(yīng)用有關(guān)公式求出流體的密度或?qū)⒈粶y(cè)流體的體積流量自動(dòng)地?fù)Q算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量，從而間接地確定質(zhì)量流量。3.6.9質(zhì)量流量計(jì)1）直接式質(zhì)量流量計(jì)直接式質(zhì)量流量計(jì)的輸出信號(hào)直接反映質(zhì)量流量，其測(cè)量不受流體的溫度、壓力、密度變化的影響。①熱式質(zhì)量流量計(jì)基本原理：利用外部熱源對(duì)管道內(nèi)的被測(cè)流體加熱，熱能隨流體一起流動(dòng)，通過測(cè)量因流體流動(dòng)而造成的熱量(溫度)變化來反映出流體的質(zhì)量流量。基本分類：量熱式質(zhì)量流量計(jì)浸（侵）入式質(zhì)量流量計(jì)1）直接式質(zhì)量流量計(jì)設(shè)：

cp：流體的定壓比熱，△T：兩點(diǎn)溫度差，則根據(jù)傳熱規(guī)律，對(duì)流體的加熱功率P與兩點(diǎn)間溫差的關(guān)系可表示為a.量熱式質(zhì)量流量計(jì)——內(nèi)熱式設(shè)：則根據(jù)傳熱規(guī)律，對(duì)流體的加熱功率P與兩點(diǎn)間溫差的關(guān)系可表結(jié)論：若保持加熱功率P恒定。則測(cè)出溫差△T便可求出質(zhì)量流量；若采用恒定溫差法，即保持兩點(diǎn)溫差△T不變，則通過測(cè)量加熱的功率P也可以求出質(zhì)量流量。恒定溫差法較為簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)，所以實(shí)際應(yīng)用較多。這種流量計(jì)多用于較大氣體流量的測(cè)量。結(jié)論：b.量熱式質(zhì)量流量計(jì)——外熱式為避免測(cè)溫和加熱元件因與被測(cè)流體直接接觸而被流體玷污和腐蝕，可采用非接觸式測(cè)量方法，即將加熱器和測(cè)溫元件安裝在薄壁管外部，而流體由薄壁管內(nèi)部通過。示意圖：流量方程式：qm=0K:儀表常數(shù)

A:傳熱系數(shù)Cp:定壓熱容b.量熱式質(zhì)量流量計(jì)——外熱式流量方程式：qm=0K:②差壓式質(zhì)量流量計(jì)差壓式質(zhì)量流量計(jì)是以馬格努斯效應(yīng)為基礎(chǔ)的流量計(jì)，實(shí)際應(yīng)用中利用孔板和定量泵組合實(shí)現(xiàn)質(zhì)量流量測(cè)量；常見的有雙孔板和四孔板與定量泵組合兩種結(jié)構(gòu)。a.雙孔板結(jié)構(gòu)

設(shè)主管道體積流量為qv，且滿足q＞qv，則有：流經(jīng)孔板A的體積流量：

qv-q流經(jīng)孔板B的流量：

qv+q②差壓式質(zhì)量流量計(jì)設(shè)主管道體積流量為qv，且滿根據(jù)差壓式流量測(cè)量原理，孔板A和B處壓差分別為△p（=p1-p3）與流體質(zhì)量流量qm（=ρqv）成正比，測(cè)出壓差△p可求出流體質(zhì)量流量。根據(jù)差壓式流量測(cè)量原理，孔板A和B處壓差分別為△p（=p1-b.四孔板結(jié)構(gòu)設(shè)流過孔板A的體積流量為qA;則：流過孔板B、C、D的體積流量如圖中所示。用與上述計(jì)算相同的方法，可求出如下關(guān)系:，q＞qv:q＜qV:四孔板與定量泵組合結(jié)構(gòu)不論q＞qV，或q＜qV均可測(cè)量。適于測(cè)量液體的質(zhì)量流量，測(cè)量范圍為0.5～250kg／h，量程比為20:1，測(cè)量準(zhǔn)確度可達(dá)0.5％。b.四孔板結(jié)構(gòu)設(shè)，q＞qv:q＜qV:四孔板與定量泵組合結(jié)③科里奧利質(zhì)量流量計(jì)是一種利用流體在振動(dòng)管中流動(dòng)而產(chǎn)生與質(zhì)量流量成正比的科里奧利力的原理來直接測(cè)量質(zhì)量流量的儀表?？剖狭ψ饔玫难菔緦?shí)驗(yàn)

：流體靜止：U型軟管左右擺時(shí)，兩管同時(shí)彎曲，仍然保持在同一曲面，如圖(a)所示。流體流動(dòng)：受力作用擺動(dòng)時(shí)，總是出水側(cè)的擺動(dòng)要早于入水側(cè)，呈現(xiàn)圖(b)(c)(d)和(e)所示的情況。③科里奧利質(zhì)量流量計(jì)流體靜止：U型軟管左右擺時(shí)，兩管同時(shí)

科氏質(zhì)量流量檢測(cè)是利用兩管的擺動(dòng)相位差來反映流經(jīng)該U形管的質(zhì)量流量。雙彎管科氏力流量檢測(cè)裝置在兩管的中間A、B、C三處各裝有一組壓電換能器。換能器A：在外加交變電壓的作用下產(chǎn)生交變力，使兩根U形管彼此一開一合地振動(dòng)，相當(dāng)于兩根軟管按相反方向不斷擺動(dòng)。換能器B和C：檢測(cè)兩管的振動(dòng)情況。B處于進(jìn)口側(cè)，C處于出口側(cè)；可知：

C輸出的交變信號(hào)的相位將超前于B某個(gè)相位，此相位差的大小與質(zhì)量流量成正比?？剖腺|(zhì)量流量檢測(cè)是利用兩管的擺動(dòng)相位差來反映流經(jīng)該U形特點(diǎn)：科氏力流量計(jì)能直接測(cè)得氣體、液體和漿液的質(zhì)量流量，也可以用于多相流測(cè)量。不受被測(cè)介質(zhì)物理參數(shù)的影響。主要用于粘度和密度相對(duì)較大的單相流體和混相流體的流量測(cè)量。測(cè)量精度較高，一般為0.25%，最高可達(dá)流量讀數(shù)的0.1%。量程比可達(dá)100:1。不受管內(nèi)流態(tài)影響，對(duì)流量計(jì)前后直管段要求不高。由于結(jié)構(gòu)等原因，這種流量計(jì)適用于中小尺寸的管道的流量檢測(cè)。它的阻力損失較大，存在零點(diǎn)漂移，特點(diǎn)：2）間接式質(zhì)量流量計(jì)在管道上串聯(lián)多個(gè)檢測(cè)元件，并建立各自的輸出信號(hào)與流體的體積流量、密度等之間的關(guān)系，通過聯(lián)立求解方程間接推導(dǎo)出流體的質(zhì)量流量。實(shí)現(xiàn)質(zhì)量流量的測(cè)量。常見的組合方式：節(jié)流式流量計(jì)與密度計(jì)的組合

體積流量計(jì)與密度計(jì)的組合

體積（差壓）流量計(jì)與體積流量計(jì)的組合

2）間接式質(zhì)量流量計(jì)①節(jié)流式流量計(jì)與密度計(jì)的組合

原理圖：質(zhì)量流量方程：①節(jié)流式流量計(jì)與密度計(jì)的組合質(zhì)量流量方程：②體積流量計(jì)與密度計(jì)的組合原理圖：質(zhì)量流量方程式：②體積流量計(jì)與密度計(jì)的組合質(zhì)量流量方程式：③體積（差壓）流量計(jì)與體積流量計(jì)的組合原理圖流量方程式qV③體積（差壓）流量計(jì)與體積流量計(jì)的組合流量方程式qV例題1：用差壓變送器與標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置配套測(cè)介質(zhì)流量。若差壓變送器量程是104Pa，對(duì)應(yīng)輸出電信號(hào)是4~20mADC，相應(yīng)被測(cè)流量為0~320m3/h。求差壓變送器輸出信號(hào)為12mA時(shí)對(duì)應(yīng)的差壓值及流量值各為多少？對(duì)于差壓變送器，有：解：I=12mA，有：根據(jù)流量方程，有：例題1：用差壓變送器與標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置配套測(cè)介質(zhì)流量。若差壓變送例題2：有一臺(tái)DDZ-III型差壓變送器與標(biāo)準(zhǔn)孔板配套測(cè)量流量，差壓變送器的量程為2.0MPa，輸出為4-20mA，相應(yīng)的流量為0-40t/h，工藝要求在32t/h時(shí)報(bào)警。問：1)差壓變送器不帶開方器時(shí)，報(bào)警設(shè)定在多少mA？2)差壓變送器帶開方器時(shí)，報(bào)警設(shè)定在多少mA?解：例題2：有一臺(tái)DDZ-III型差壓變送器與標(biāo)準(zhǔn)孔板配套測(cè)量流習(xí)題：有一臺(tái)差壓流量計(jì)，最大差壓△pmax=1.6kPa，相應(yīng)的最大流量qmax=6000m3/h。問

(1)當(dāng)差壓計(jì)的輸入差壓是△p=0.8kPa時(shí)其流量為多少？

(2)當(dāng)流量為滿量程的60%時(shí)，求流量計(jì)指針指在標(biāo)尺的什么位置（據(jù)標(biāo)尺起點(diǎn)）設(shè)標(biāo)尺為100mm（分兩種情況討論，流量計(jì)帶開方器和不帶開方器）習(xí)題：題解：題解：3.應(yīng)用節(jié)流式流量計(jì)測(cè)量水蒸氣流量，已知設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)定水蒸氣密度ρ=8.93kg/m3,而實(shí)際使用時(shí)，