傳感器技術(shù)及應(yīng)用 教案 項目四　流量測量

教學(xué)內(nèi)容任務(wù)一流量測量的一般概念及流量傳感器介紹課時2教學(xué)目標(biāo)知識目標(biāo)1.了解流量相關(guān)的基本概念；2.理解流量計的分類及工作原理；3.認(rèn)識常用的流量傳感器。能力目標(biāo)1.學(xué)會識別常見的流量傳感器。素質(zhì)目標(biāo)1.培養(yǎng)仔細(xì)觀察、做好記錄的習(xí)慣，掌握科學(xué)的學(xué)習(xí)方法。2.學(xué)會通過網(wǎng)絡(luò)查閱資料，實現(xiàn)課堂學(xué)習(xí)舉一反三，養(yǎng)成查閱資料的習(xí)慣。教學(xué)重點1.認(rèn)識流量傳感器；2.掌握流量傳感器的種類；3.了解流量傳感器的發(fā)展趨勢。教學(xué)難點1.流量傳感器的工作原理。教學(xué)策略教法學(xué)法講解，分析討論，動畫觀看，ppt展示教學(xué)手段教具準(zhǔn)備課件，多媒體，ppt，圖片，動畫，視頻教學(xué)過程教學(xué)要點及教師活動學(xué)生活動教學(xué)引入在生產(chǎn)過程中，為了有效的指導(dǎo)生產(chǎn)操作、監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程，流量測量是必不可少的。流量測量在日常生活中也經(jīng)常遇到，如氣、水、油的消耗量都直接用流量來計量。流量參數(shù)的特殊性以及流量測量的重要性決定了流量傳感器是能源計量和環(huán)境保護(hù)的重要技術(shù)手段，是保證工業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)；在國防科技領(lǐng)域具有重要應(yīng)用背景。學(xué)生思考，如何測量流量，測量流量的工具是什么，流量傳感器的發(fā)展背景和應(yīng)用背景。教學(xué)過程教學(xué)要點及教師活動學(xué)生活動一、流量概念及測量的重要性1.流量概念流量（瞬時流量）：單位時間內(nèi)流過管道某一截面的流體的數(shù)量。累積流量（總流量）：某一時段內(nèi)流過的流體的總合。瞬時流量在某一時段的累積量。(m3)質(zhì)量流量(M)：單位時間內(nèi)流過某截面的流體的質(zhì)量。單位：(kg/s)體積流量(Q)：單位時間內(nèi)流過某截面的流體的體積。（工作狀態(tài)下）單位：（m3/s）體積流量(Qv)：折算到標(biāo)準(zhǔn)的壓力和溫度下的體積流量。（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下）流量計：用來測量流量的儀表的統(tǒng)稱。流量的國際單位是千克/秒（kg/s）、立方米/秒（m3/s）。此外，常用的還有噸/小時（t/h）、千克/小時（kg/h）、立方米/小時（m3/h）等；質(zhì)量的國際單位是千克（kg）、立方米（m3）。此外，常用的質(zhì)量單位還有噸（t）。對于氣體，密度受溫度、壓力變化影響較大，如在常溫常壓附近，溫度每變化10℃，密度變化約為3%；壓力每變化10kPa，密度約變化3%。因此在測量氣體流量時，必須同時測量流體的溫度和壓力。為了便于比較，常將在工作狀態(tài)下測得的體積流量換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（溫度為20℃，壓力為101325Pa）的體積流量，用符號Qv表示，單位符號為m3/s。2.流量測量的重要性流量計量是計量科學(xué)技術(shù)的組成部分之一，它與國民經(jīng)濟(jì)、國防建設(shè)、科學(xué)研究有密切的關(guān)系。做好這一工作，對了保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、促進(jìn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展都具有重要的作用。特別是在能源危機(jī)、工業(yè)生產(chǎn)自動化程度愈來愈高的當(dāng)今時代，流量計在國民經(jīng)濟(jì)中的地位與作用更加明顯。流量計量應(yīng)用范圍廣泛流量計量廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防建設(shè)、科學(xué)研究對外貿(mào)易以及人民生活各個領(lǐng)域之中。在石油工業(yè)生產(chǎn)中，從石油的開采、運(yùn)輸、煉冶加工直至貿(mào)易銷售，流量計量貫穿于全過程中，任何一個環(huán)節(jié)都離不開流量計量。否則將無法保證石油工業(yè)的正常生產(chǎn)和貿(mào)易交往。在化工行業(yè)，流量計量不準(zhǔn)確會造成化學(xué)成分分配比失調(diào)，無法保證產(chǎn)品質(zhì)量，嚴(yán)重的還會發(fā)生生產(chǎn)安全事故。在電力工業(yè)生產(chǎn)中，對液體、氣體、蒸汽等介質(zhì)流量的測量和調(diào)節(jié)占有重要地位。流量計量的準(zhǔn)確與否不僅對保證發(fā)電廠在參數(shù)下運(yùn)行具有很大的經(jīng)濟(jì)意義，而且隨著高溫高壓大容量機(jī)組的發(fā)展，流量測量已成為保證發(fā)電廠安全運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。如大容量鍋爐瞬時給水流量中斷或減少，都可能造成嚴(yán)重的干鍋或爆管事故。這就要求流量測量裝置不但應(yīng)做到準(zhǔn)確計量，而且要及時地發(fā)出報警信號。在鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)中，煉鋼過程中循環(huán)水和氧氣(或空氣)的流量測量是保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要參數(shù)之一。在輕工業(yè)、食品、紡織等行業(yè)中，也都離不開流量計量。二、流量傳感器簡介及應(yīng)用1.流量傳感器簡介（1）流量計分類按檢測瞬時還是累積分為總量流量計和瞬時流量計。按檢測質(zhì)量還是體積分為體積流量計和質(zhì)量流量計?？偭苛髁坑嬘址譃槿莘e式和速度式。而瞬時流量計又分為差壓式流計量、流體阻力式流量計、測速式/標(biāo)志法流量計和流體振動式流量計。（2）容積式流量計（計量表）用儀表內(nèi)一個固定容量的容積連續(xù)地測量被測介質(zhì)，最后根據(jù)定量容積稱量的次數(shù)來決定流過的總量。根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，這類儀表主要有：1）橢圓齒輪流量計每轉(zhuǎn)一周，四個相同月牙形腔（測量室）被形成、被封閉、被傳送、被卸出。兩個齒輪共送出4個標(biāo)準(zhǔn)容積的流體。圖中1-外殼2-橢圓形轉(zhuǎn)子（齒輪）3-測量室。粘度愈大的介質(zhì)，從齒輪和計量空間隙中泄漏出去的泄漏量愈小，因此被測介質(zhì)的粘度愈大，對測量愈有利。2）腰輪流量計（羅茨流量計）工作原理與橢圓流量計相同，只是轉(zhuǎn)子不是橢圓齒輪，而是一對由圓弧和擺線圍成的中間凹進(jìn)的腰形光輪，形成菱角形測量室。可用于液體、氣體流量測量。圖中1為腰輪，2為定位齒輪。容積式流量計特點：計量精度高，基本誤差一般為±0.5％，特殊的可達(dá)±0.2％或更高。通常在昂貴介質(zhì)或需要精確計量的場合使用?？捎糜诟哒扯攘黧w的測量。直讀式儀表，無需外部能源，可直接獲得累計總量，清晰明了，操作簡便。3）差壓式流量計差壓式流量計(簡稱DPF)是根據(jù)安裝于管道中流量檢測件產(chǎn)生的差壓、已知的流體條件和檢測件與管道的幾何尺寸來測量流量的儀表。4）流體阻力式流量計管道內(nèi)置入一阻力體。根據(jù)阻力體不同，這類流量計有：轉(zhuǎn)子(浮子)流量計、靶式流量計。5）測速式流量計測速式流量計主要包括電磁流量計、渦輪流量計、超聲波流量計。學(xué)生看ppt，了解流量的概念。學(xué)生看ppt，理解測量在生產(chǎn)生活中的重要性。學(xué)生看ppt及課本，認(rèn)識流量傳感器，掌握各種類型的流量傳感器及其工作原理。教學(xué)反饋及檢測【案例分析】家用水表的使用原理現(xiàn)在每個家庭都要用水，而用了多少水，是需要進(jìn)行計量的。此時就要用到水表。水表是測量水\t"/item/%E6%B0%B4%E8%A1%A8/_blank"流量的儀表，大多是水的累計流量測量，一般分為容積式水表和速度式水表兩類，起源于英國，水表的發(fā)展已有近二百年的歷史，選擇水表規(guī)格時，應(yīng)先估算通常情況下所使用流量的大小和流量范圍，然后選擇常用流量最接近該值的那種規(guī)格的水表作為首選。目前家用的水表大部分都是濕式旋翼式水表，干式水表目前用的不多。濕式旋翼式水表計量準(zhǔn)確，由水潤滑作用，壽命長，計量穩(wěn)定，被廣泛應(yīng)用。使用中的濕式水表，濕式和干式在表盤上就能夠看出來，濕式的水表，表盤玻璃里有水，指針和字輪都浸泡在水里，干式的沒有。課堂小結(jié)1.了解流量的概念和測量的重要性2.了解流量傳感器在生產(chǎn)生活中的具體作用3.掌握流量傳感器的種類和工作原理作業(yè)布置1.簡述流量的定義。2.簡述測量在生產(chǎn)生活中的重要性。3.簡述流量傳感器的種類及其工作原理。教學(xué)反思教學(xué)內(nèi)容任務(wù)二差壓式流量計課時2教學(xué)目標(biāo)知識目標(biāo)1.了解孔板、文丘里、噴嘴結(jié)構(gòu)形式；2.了解差壓式流量計組成及工作原理；3.了解電容式差壓變送器；4.了解差壓式流量計特點及應(yīng)用。能力目標(biāo)1.能利用節(jié)流裝置測量流量。素質(zhì)目標(biāo)1.養(yǎng)成獨立思考和解決問題的習(xí)慣2.培養(yǎng)小組團(tuán)結(jié)協(xié)作的學(xué)習(xí)精神教學(xué)重點1.了解孔板、文丘里、噴嘴結(jié)構(gòu)形式；2.了解差壓式流量計組成及工作原理；3.了解電容式差壓變送器；4.了解差壓式流量計特點及應(yīng)用。教學(xué)難點1.了解差壓式流量計組成及工作原理；2.了解電容式差壓變送器；3.了解差壓式流量計特點及應(yīng)用。教學(xué)策略教法學(xué)法講解，分析討論，動畫觀看，ppt展示教學(xué)手段教具準(zhǔn)備課件，多媒體，ppt，圖片，動畫，視頻教學(xué)過程教學(xué)要點及教師活動學(xué)生活動教學(xué)引入差壓式流量計是根據(jù)安裝于管道中的節(jié)流裝置檢測產(chǎn)生的差壓,已知的流體條件和檢測件與管道的幾何尺寸來計算流量的。而節(jié)流裝置是在充滿管道的流體流經(jīng)管道內(nèi)的一種裝置，流束將在節(jié)流裝置處形成局部收縮，從而使流速增加，靜壓力降低，于是在節(jié)流裝置前后產(chǎn)生了靜0壓力差。節(jié)流裝置與差壓變送器配套構(gòu)成差壓式流量計，是流量儀表中使用數(shù)量最多的。常見的節(jié)流裝置有孔板、噴嘴和文丘里三種。學(xué)生思考，了解壓差流量計在日常生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。教學(xué)過程教學(xué)要點及教師活動學(xué)生活動一．差壓式流量計組成差壓式流量計由節(jié)流裝置、引壓導(dǎo)管及差壓變送器組成。節(jié)流裝置安裝于管道中產(chǎn)生差壓，而節(jié)流件前后的差壓與流量成開方關(guān)系。引壓導(dǎo)管取節(jié)流裝置前后產(chǎn)生的差壓，傳送給差壓變送器。差壓變送器是產(chǎn)生的差壓轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號。本節(jié)主要講解電容式差壓變送器。1．節(jié)流裝置節(jié)流裝置是差壓式流量傳感器的流量敏感檢測元件，是安裝在流體流動的管道中的阻力元件。所謂節(jié)流裝置，就是在管道中段設(shè)置一個流通面積比管道狹窄的孔板或其它，使流體經(jīng)過該節(jié)流裝置時，流束局部收縮，流速提高，壓強(qiáng)減小。常用的節(jié)流元件有孔板、文丘里管、噴嘴。它們的結(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)流元件。（1）孔板標(biāo)準(zhǔn)孔板是一塊具有與管道同心圓形開孔的圓板，迎流一側(cè)是有銳利直角入口邊緣的圓筒形孔，順流的出口呈擴(kuò)散的錐形，如圖4-2-2所示。結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，價格便宜壓力損失較大，測量精度較低，只適用于潔凈流體介質(zhì)，測量大管徑高溫高壓介質(zhì)時，孔板易變形。（2）噴嘴噴嘴是由收縮入口聯(lián)接通常稱為“喉部”的圓筒部分所組成的裝置,也就是說測量段是一段變徑的喉管。噴嘴流量計是將噴嘴與差壓變送器等配套組成的差壓流量裝置。按結(jié)構(gòu)噴嘴分為標(biāo)準(zhǔn)噴嘴和長徑噴嘴兩種。1）標(biāo)準(zhǔn)噴嘴結(jié)構(gòu)：標(biāo)準(zhǔn)噴嘴由垂直于軸線的入口平面部分、圓弧形曲面所構(gòu)成的入口收縮部分、圓筒形喉部和為防止邊緣損傷所需的保護(hù)槽組成，其取壓方式上游取壓口采用角接取壓，下游取壓口可按角接取壓設(shè)置，也可設(shè)置于較遠(yuǎn)下游處。2）長徑噴嘴上游面由垂直于軸的平面、廓形為1/4橢圓的收縮段、圓筒形喉部和可能有的凹槽或斜角組成的噴嘴。（3）文丘里文丘里流量計又稱為文丘里管，分為經(jīng)典文丘里管，套管式文丘里管以及文丘里噴嘴。本節(jié)我們只針對經(jīng)典文丘里管進(jìn)行講解。經(jīng)典文丘里管的軸向截面圖，如圖4-2-6和4-2-7所示。它是由入口圓筒段A、圓錐收縮段B、圓筒形喉部C、圓錐擴(kuò)散段E組成。圓筒段A的直徑為D，其長度等于D；收縮段B為圓錐形；喉部C為直徑d的圓筒形，其長度等于d；擴(kuò)散段E為圓錐形。2．差壓變送器差壓變送器是差壓式流量計的組成部分。它是一種將過程流體的壓力差值（或壓力值）轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電信號的儀表。它反映了節(jié)流裝置高壓側(cè)壓力與低壓側(cè)壓力之差值的大小。差壓變送器主要分為電容式、擴(kuò)散硅式、膜盒式、智能式。本節(jié)主要用電容式差壓變送器進(jìn)行講解。差壓變送器與壓力變送器結(jié)構(gòu)構(gòu)基本相同，一般由測壓元件傳感器、測量電路和過程連接件三部分組成。它能將測壓元件傳感器感受到的氣體、液體等物理壓力參數(shù)轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)的電信號。以供給流量積算儀、調(diào)節(jié)器等二次儀表進(jìn)行測量、指示和過程調(diào)節(jié)。電容式差壓變送器工作原理：被測介質(zhì)的兩種壓力通入高、低兩個壓力室，作用在敏感元件的兩側(cè)隔離膜片上，通過隔離片和元件內(nèi)的填充液傳送到測量膜片兩側(cè)。電容式差壓變送器是由測量膜片與兩側(cè)絕緣片上的電極各組成一個電容器。在膜片兩邊因差壓產(chǎn)生一個應(yīng)力，使膜片的一側(cè)壓縮，另一側(cè)拉伸，兩個應(yīng)變電阻片位于壓縮區(qū)內(nèi)，另兩個應(yīng)變電阻位于拉伸區(qū)，它們連接成一個全動態(tài)惠斯登電橋，惠斯登電橋檢測出電阻的變化后，經(jīng)過放大、變換，輸出與輸入信號成線性關(guān)系的4-20mADC標(biāo)準(zhǔn)信號。二．工作原理在管道中流動的流體具有動壓能和靜壓能，在一定條件下這兩種形式的能量可以相互轉(zhuǎn)換，但參加轉(zhuǎn)換的能量總和不變。在管道內(nèi)部裝上節(jié)流裝置，由于節(jié)流裝置的孔徑小于管道內(nèi)徑，當(dāng)流體流經(jīng)節(jié)流件時，流束截面突然收縮，流速加快。節(jié)流件后端流體的靜壓力降低，于是在節(jié)流裝置前后產(chǎn)生靜壓力差P（P=P1-P2），且流過的流量越大，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，這就是差壓式流量傳感器測量原理。由于流動是穩(wěn)定不變的，即流體在同一時間內(nèi)通過管道截面A和節(jié)流件開孔截面A0的流體量應(yīng)相同，這樣通過截面A0的流速必然比通過截面A時快。在流速變化的同時，流體的動壓能和靜壓能也發(fā)生變化，根據(jù)能量守恒定律，因而在節(jié)流裝置前后出現(xiàn)了靜壓差。通過測量此靜壓差便可以求出流量。如圖4-2-10及4-2-11為孔板及文丘里流量計工作原理圖。三．安裝要求差壓式流量計安裝時由節(jié)流裝置、引壓管路、三閥組及差壓變送器組成，如圖4-2-12。安裝時應(yīng)注意：1．可水平、垂直或傾斜安裝，應(yīng)保證管內(nèi)充滿液體或氣體；2．節(jié)流裝置前，后直管段應(yīng)是直的，無肉眼可見彎曲，同時應(yīng)是“圓的”，內(nèi)壁應(yīng)潔凈，無凹坑與沉淀物；

3．氣體取壓口最好在管道上部；液體取壓口在側(cè)下方但不要在正下方，沉積顆粒會堵著取壓口的；蒸汽取壓口在管道側(cè)面；

4．節(jié)流裝置方向不要弄錯了，標(biāo)“+”的為正向，“-”為負(fù)向，“+”是迎著流體過來的方向。

5．測氣體時差壓變送器安裝在管道上方，測液體時安裝在管道下部，測蒸汽時如果有配冷凝罐的話，應(yīng)當(dāng)保持冷凝罐在同一水平面高度上。

6．導(dǎo)壓管與差壓變送器連接時要注意正負(fù)壓不要裝反，“H”為正，“L”為負(fù)；7．各節(jié)流裝置直管段長度要求及節(jié)流裝置安裝應(yīng)符合GB/T26224—93有關(guān)規(guī)定；8．引壓管路安裝應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的規(guī)范。四．特點與應(yīng)用1.優(yōu)點（1）優(yōu)異的穩(wěn)定性、可靠性和抗振動能力；簡單牢固，性能穩(wěn)定可靠，價格低廉;（2）對高溫、高壓、低靜壓、低流速、低密度流體的適應(yīng)性；（3）口徑從小到大，系列齊全；（4）變更量程方便；（5）只要按照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計、制造、安裝和使用，無需實流標(biāo)定就能獲得規(guī)定的準(zhǔn)確度，因而為用戶帶來方便。2.缺點（1）測量精確度在流量計中屬中等水平。由于眾多因素的影響錯綜復(fù)雜，精確度難以提高。（2）范圍度窄，由于儀表信號（差壓）與流量為平方關(guān)系，一般范圍度較小。（3）現(xiàn)場安裝條件要求較高，如需較長的直管段（指孔板、噴嘴）。（4）節(jié)流裝置與差壓顯示儀表之間引壓管線為薄弱環(huán)節(jié)，易產(chǎn)生泄漏，堵塞及凍結(jié)、信號失真等故障。3．應(yīng)用節(jié)流裝置流量計應(yīng)用范圍特別廣泛,在封閉管道的流量測量中各種對象都有應(yīng)用,如流體方面:單相、混相、潔凈、臟污、粘性流等;工作狀態(tài)方面:常壓、高壓、真空、常溫、高溫、低溫等;管徑方面:從幾mm到幾m;流動條件方面:亞音速、音速、脈動流等。它在各工業(yè)部門的用量約占流量計全部用量的1/4~1/3。孔板流量計主要適用于飽和蒸汽、過熱蒸汽、壓縮空氣、混和非易燃易爆氣體和熱水的工業(yè)計量。噴嘴流量計的壓力損失較小，比較堅固耐用，適合高溫高壓流體，如高溫高壓蒸氣和水。文丘里流量計主要是用于測量封閉管道中單相穩(wěn)定流體的流量，常用于測量空氣、天然氣、煤氣、水等流體的流量。學(xué)生看ppt，了解差壓式流量計的組成。學(xué)生看ppt及課本學(xué)習(xí)差壓式流量計的工作原理。學(xué)生看ppt及課本學(xué)習(xí)差壓式流量計的安裝要求。學(xué)生看ppt及課本學(xué)習(xí)差壓式流量計的特點與應(yīng)用。教學(xué)反饋及檢測【案例分析】燒結(jié)廠空氣點火爐流量檢測燒結(jié)點火爐是制造燒結(jié)礦的爐子。而燒結(jié)礦又是高爐鐵水制造的主要原材料。燒結(jié)混合料給到燒結(jié)機(jī)臺車上后，首先通過點火爐將其點燃。根據(jù)操作經(jīng)驗，點火爐的溫度一般在1250℃左右。溫度過高，會使料層表面熔化，透氣性變差;溫度太低，料層表面點火不好，影響燒結(jié)礦的燃燒。上述兩種情況，都會使燒結(jié)礦的產(chǎn)量減少，質(zhì)量降低。因此，為了保證混合料很好燒結(jié)，要求料層有最佳的點火溫度，同時為了使燃?xì)獬浞值娜紵€需要有合理的空-燃比值，為此，實現(xiàn)點火爐燃燒控制是十分重要的。課堂小結(jié)1.了解孔板、文丘里、噴嘴結(jié)構(gòu)形式；2.了解差壓式流量計組成及工作原理；3.了解電容式差壓變送器；4.了解差壓式流量計特點及應(yīng)用。作業(yè)布置1.簡述孔板、文丘里、噴嘴結(jié)構(gòu)形式。2.簡述差壓式流量計組成及工作原理。3.簡述差壓式流量計特點及應(yīng)用。教學(xué)反思教學(xué)內(nèi)容任務(wù)三渦街流量計課時2教學(xué)目標(biāo)知識目標(biāo)1.了解卡門渦街現(xiàn)象及原理；2.了解渦街流量計基本原理、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用；3.了解渦街流量計的安裝要求。能力目標(biāo)1.能分辨出渦街流量計；2.知道渦街流量計如何接線及安裝要求。素質(zhì)目標(biāo)1.培養(yǎng)多角度分析問題和解決問題的能力2.鼓勵學(xué)生積極通過實際生產(chǎn)、生活中的實例達(dá)到學(xué)習(xí)知識技能的目的教學(xué)重點1.了解卡門渦街現(xiàn)象及原理；2.了解渦街流量計基本原理、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用；3.了解渦街流量計的安裝要求。教學(xué)難點1.卡門渦街現(xiàn)象及原理；2.渦街流量計基本原理、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用；3.渦街流量計的安裝要求。教學(xué)策略教法學(xué)法講解，分析討論，動畫觀看，ppt展示教學(xué)手段教具準(zhǔn)備課件，多媒體，ppt，圖片，動畫，視頻教學(xué)過程教學(xué)要點及教師活動學(xué)生活動教學(xué)引入渦街流量計也稱之為旋渦流量計或卡門渦街流量計。是根據(jù)卡門（Karman）渦街原理研究生產(chǎn)的測量氣體、蒸汽或液體的體積流量、標(biāo)況的體積流量或質(zhì)量流量的體積流量計。主要用于工業(yè)管道介質(zhì)流體的流量測量，如氣體、液體、蒸汽等多種介質(zhì)。學(xué)生思考，了解渦街流量計在日常生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。教學(xué)過程教學(xué)要點及教師活動學(xué)生活動一．卡門渦街現(xiàn)象及原理“馮卡門漩渦”(VonKarmanvortices)，通常稱為卡門渦街，是流體力學(xué)中重要的現(xiàn)象，在自然界中?？捎龅剑谝欢l件下繞過某些物體時，物體兩側(cè)會周期性地脫落出旋轉(zhuǎn)方向相反、排列規(guī)則的雙列線渦，由于非線性作用，形成“馮卡門漩渦”。如水流過橋墩，風(fēng)吹過高塔、煙囪、電線等都會形成?！榜T卡門漩渦”有一些很重要的應(yīng)用，在建筑、橋梁、飛機(jī)制造設(shè)計以及船舶領(lǐng)域均有重要應(yīng)用。在世界各地的海面上也經(jīng)常上演著絕妙的浮云圖繪，比如盤旋在墨西哥西海岸瓜達(dá)盧普島上空的卡門漩渦云。二、渦街流量計渦街流量計實現(xiàn)流量測量的理論基礎(chǔ)就是流體力學(xué)著名的卡門渦街流量原理。流體流經(jīng)阻擋體或者是特制的元件時，產(chǎn)生了流動振蕩，通過測定其振蕩頻率來反映通過的流量。其優(yōu)點是無可動部件，壽命長；準(zhǔn)確度高，線性范圍寬；量程范圍寬（100：1）；壓力損失?。徊皇芷渌黧w參數(shù)變化的影響；氣、液均可以使用，可用于大口徑管道的氣液測量。缺點是干擾引起的流量振蕩時影響較大。1．結(jié)構(gòu)渦街流量計由傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成，傳感器包括旋渦發(fā)生體（阻流體）、檢測元件、儀表表體等；轉(zhuǎn)換器包括前置放大器、濾波整形電路、D／A轉(zhuǎn)換電路、輸出接口電路、端子、支架和防護(hù)罩等。（1）旋渦發(fā)生體檢測器的主要部件，已經(jīng)開發(fā)出形狀繁多的旋渦發(fā)生體，它可分為單旋渦發(fā)生體和多旋渦發(fā)生體兩類，單旋渦發(fā)生體的基本形有圓柱、矩形柱和三角柱，其他形狀皆為這些基本形的變形。三角柱形旋渦發(fā)生體是應(yīng)用最廣泛的一種。（2）檢測元件，流量計檢測旋渦信號有5種方式。1）用設(shè)置在旋渦發(fā)生體內(nèi)的檢測元件直接檢測發(fā)生體兩側(cè)差壓；2）旋渦發(fā)生體上開設(shè)導(dǎo)壓孔，在導(dǎo)壓孔中安裝檢測元件檢測發(fā)生體兩側(cè)差壓；3）檢測旋渦發(fā)生體周圍交變環(huán)流；4）檢測旋渦發(fā)生體背面交變差壓；5）檢測尾流中旋渦列。根據(jù)這5種檢測方式，采用不同的檢測技術(shù)（熱敏、超聲、應(yīng)力、應(yīng)變、電容、電磁、光電、光纖等）可以構(gòu)成不同類型的渦街流量計。檢測元件把渦街信號轉(zhuǎn)換成電信號，該信號既微弱又含有不同成分的噪聲，必須進(jìn)行放大、濾波、整形等處理才能得出與流量成比例的脈沖信號。2．檢測方法（1）熱電阻法（P脈動）把圓柱做成空心，中間放入一個加熱的電阻絲，在隔板層開幾個導(dǎo)壓孔，當(dāng)一側(cè)產(chǎn)生渦列時，壓力變化（脈動），另一側(cè)未變，所以流體經(jīng)過導(dǎo)壓孔突然流過電阻絲，使之冷卻，溫度降低，電阻減小，另一側(cè)再產(chǎn)生渦列時，流體反而再次冷卻，電阻減小，測出電阻下降的次數(shù)就可以推出流量。（2）熱敏電阻法（靈敏度高）在三角柱體的迎流面上對稱的嵌入兩個熱敏電阻，熱敏電阻中通入恒定的電流，使之溫度在流體靜止的情況下比流體高出10℃左右。未起漩時，流體的溫度相同，交替旋轉(zhuǎn)時，發(fā)生漩渦的一側(cè)，能量損失，因此流速降低，此側(cè)對電阻的冷卻作用下降，可以產(chǎn)生一個脈沖。（3）電磁檢測法旋渦發(fā)生體后設(shè)置一個信號電極，并使電極處于一個磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的永久磁場中，流體旋渦的振動使電極同頻率振動，切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。特點：不怕管道振動，剛剛興起的渦街頻率檢測方法。3．安裝渦街流量計對管道流速分布畸變、旋轉(zhuǎn)流和流動脈動等敏感，對現(xiàn)場管道安裝條件應(yīng)充分重視，遵照生產(chǎn)廠使用說明書的要求執(zhí)行，其具休安裝要求如下：（1）合理選擇安裝場所和環(huán)境避開強(qiáng)電力設(shè)備，高頻設(shè)備，強(qiáng)電源開關(guān)設(shè)備；避開高溫?zé)嵩春洼椛湓吹挠绊?，避開強(qiáng)烈震動場所和強(qiáng)腐蝕環(huán)境等，同時要考慮安裝維修方便。（2）上下游必須有足夠的直管段1）若傳感器安裝點的上游在同一平面上有二個90°彎頭，則：上游直管段≥25D，下游直管段≥5D。2）若傳感器安裝點的上游在不同平面上有二個90°彎頭，則：上游直管段≥40D，下游直管段≥5D。3）調(diào)節(jié)閥應(yīng)安裝在傳感器的下游5D以外處，若必須安裝在傳感器的上游，傳感器上游直管段應(yīng)不小于50D，下游應(yīng)有不小于5D。（3）安裝點上下游的配管應(yīng)與傳感器同心，同軸偏差應(yīng)不小于0.5DN。（4）在水平管道上安裝是流量傳感器最常用的安裝方式1）測量氣體流量時，若被測氣體中含有少量的液體，傳感器應(yīng)安裝在管線的較高處。2）測量液體流量時，若被測液體中含有少量的氣體，傳感器應(yīng)安裝在管線的較低處。（5）傳感器在垂直管道的安裝測量氣體流量時，傳感器可以安裝在垂直管道上，流向不限。若被測氣體中含有少量的液體，氣體流向應(yīng)由下向上。測量液體流量時，液體流向應(yīng)由下向上：這樣不會將液體重量額外附加在探頭上。（6）傳感器在水平管道的側(cè)裝無論測量何種流體，傳感器可以在水平管道上側(cè)裝，特別是測量過熱蒸汽，飽和蒸汽和低溫液體，若條件允許最好采用側(cè)裝，這樣流體的溫度對放大器的影響較小。（7）測壓點和測溫點的選擇根據(jù)測量的需要，需在傳感器附近測量壓力和溫度時，測壓點應(yīng)在傳感器下游的3-5D處，測溫點應(yīng)在傳感器下游的6-8D處。4．應(yīng)用渦街流量計主要用于氣體、液體、蒸氣等多種介質(zhì)的流量測量。渦街流量計熱敏檢測元件靈敏度高，適用于較低溫度（≤200℃）和較低密度的氣體測量，但因熱敏電阻用玻璃封裝，較脆弱，易受流體中的污物、有害物質(zhì)及顆料物的影響，所以被測介質(zhì)還應(yīng)是清潔的液體或氣體。學(xué)生看ppt，了解卡門渦街現(xiàn)象及其原理。聽老師講解，認(rèn)識渦街流量計。聽老師講解，看ppt，認(rèn)識渦街流量計的結(jié)構(gòu)。學(xué)生看ppt及課本掌握渦街流量計器的檢測方法。學(xué)生看ppt及課本了解渦街流量計的安裝方法。學(xué)生看ppt，聽老師講解，了解渦街流量計的實際應(yīng)用。教學(xué)反饋及檢測【案例分析】制氧廠氧氣流量檢測制氧廠一般用的是低溫分離空氣法來制取氧氣。主要分為空氣增壓系統(tǒng)、空氣凈化系統(tǒng)、換熱系統(tǒng)、精餾系統(tǒng)以及后備系統(tǒng)幾大塊。其原理是：利用帶壓介質(zhì)（一般是空氣，也有用氮氣的）膨脹制冷，產(chǎn)生冷量，經(jīng)節(jié)流換熱，將空氣液化為液體，在精餾系統(tǒng)中形成上升蒸汽和回流液體，建立精餾工況，然后利用液空中氧氣沸點（-183℃）和氮氣沸點（-196℃）不同，上升蒸汽與回流液體傳質(zhì)傳熱，上升蒸汽中的氧被冷卻到回流液中，回流液中的氮被蒸發(fā)到上升蒸汽中，經(jīng)過多次精餾后，回流液體中的含氧達(dá)到99.6%甚至更高、上升蒸汽中氮含量達(dá)到99.999%，就會得到高純氮氣以及液態(tài)氧氣。液態(tài)氧氣經(jīng)過板式換熱汽化就變成了所需氧氣。制氧廠生產(chǎn)出多少氧氣，是需要用流量計來進(jìn)行計量結(jié)算的。此時就可以用渦街流量計來進(jìn)行檢測。課堂小結(jié)1.卡門渦街現(xiàn)象及原理；2.渦街流量計基本原理、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用；3.渦街流量計的安裝要求。作業(yè)布置1.簡述卡門渦街現(xiàn)象和原理。2.簡述渦街流量計的基本原理及應(yīng)用。3.簡述渦街流量計的結(jié)構(gòu)和安裝要求。教學(xué)反思教學(xué)內(nèi)容任務(wù)四電磁流量計課時2教學(xué)目標(biāo)知識目標(biāo)1.了解法拉第電磁感應(yīng)定律及工作原理；2.了解電磁流量計基本原理、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用；3.了解電磁流量計的安裝要求。能力目標(biāo)1.能分辨出電磁流量計；2.知道電磁流量計如何接線及安裝要求。素質(zhì)目標(biāo)1.培養(yǎng)學(xué)生獨立思考和全面分析問題的能力2.提升學(xué)生舉一反三的能力教學(xué)重點1.了解法拉第電磁感應(yīng)定律及工作原理；2.了解電磁流量計基本原理、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用；3.了解電磁流量計的安裝要求。教學(xué)難點1.了解法拉第電磁感應(yīng)定律及工作原理；2.了解電磁流量計基本原理、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用；3.了解電磁流量計的安裝要求。教學(xué)策略教法學(xué)法講解，分析討論，動畫觀看，ppt展示教學(xué)手段教具準(zhǔn)備課件，多媒體，ppt，圖片，動畫，視頻教學(xué)過程教學(xué)要點及教師活動學(xué)生活動教學(xué)引入電磁流量計是基于電磁感應(yīng)定律而工作的流量測量儀表。它能測量具有一定電導(dǎo)率的液體或液、固混和物的體積流量，常用于檢測酸、堿、鹽、含固體顆粒液體的流量。下面我們將進(jìn)行一簡單實驗來了解電磁流量計的工作原理。只有在導(dǎo)體棒左右平動時，導(dǎo)體棒切割磁感線，有電流產(chǎn)生；前后平動、上下平動，導(dǎo)體棒都不切割磁感線，沒有電流產(chǎn)生。學(xué)生思考，了解電磁流量計在日常生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。教學(xué)過程教學(xué)要點及教師活動學(xué)生活動一.電磁流量計的工作原理由上述實驗結(jié)果可得出法拉第電磁感應(yīng)定律：當(dāng)一導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動切割磁力線時，在導(dǎo)體的兩端即產(chǎn)生感生電勢e，其方向由右手定則確定，其大小與磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B，導(dǎo)體在磁場內(nèi)的長度L及導(dǎo)體的運(yùn)動速度v成正比，如果B,L,v三者互相垂直，則e＝Blv。而電磁流量計測量原理是基于法拉第電磁感應(yīng)定律工作的，在非磁性管道中，利用測量導(dǎo)電流體平均速度而顯示流量的流量計。在磁感應(yīng)強(qiáng)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)電液體在管道中以流速v流動時，導(dǎo)電流體就切割磁力線．如果在管道截面上垂直于磁場的直徑兩端安裝一對電極則可以證明，只要管道內(nèi)流速分布為軸對稱分布，兩電極之間也會產(chǎn)生感生電動勢:e＝BDv,式中,v為管道截面上的平均流速．由此可得管道的體積流量為：qv=Dπe/4B。由上式可見，體積流量qv與感應(yīng)電動勢e和測量管內(nèi)徑和測量管內(nèi)徑D成線性關(guān)系，與磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B成反比，與其它物理參數(shù)無關(guān)．這就是電磁流量計的測量原理。要使公式嚴(yán)格成立，必須使測量條件滿足下列假定：1．磁場是均勻分布的恒定磁場；2．被測流體的流速軸對稱分布；3．被測液體是非磁性的；4．被測液體的電導(dǎo)率均勻且各向同性。二.電磁流量計結(jié)構(gòu)電磁流量變送器由變送器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成。電磁流量變送器由磁路系統(tǒng)、測量導(dǎo)管、電極、外殼和干擾信號調(diào)整裝置等部分組成，它將流量的變化轉(zhuǎn)換成感應(yīng)電勢的變化。轉(zhuǎn)換器由電子元器件組成，它將微弱的感應(yīng)電勢放大，并轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號輸出，以便進(jìn)行遠(yuǎn)傳指示、記錄、積算和調(diào)節(jié)。1.襯里電磁流量計需要增加襯里。需要根據(jù)其工作原理說明，電磁流量計一般有一組線圈和兩個電極，線圈的作用是給流體加上一個電場，流動的導(dǎo)電液體相當(dāng)于一個導(dǎo)體，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律當(dāng)導(dǎo)體切割磁力線時會相應(yīng)產(chǎn)生一個與速度成正比的電動勢，電極的作用就是測量這個感應(yīng)電動勢，所以測量管內(nèi)只有電極是與導(dǎo)電液體相連的，其他部分是內(nèi)襯，必須要保證絕緣，電磁流量計才能正常工作。如果有磁場的那段金屬管道也與液體相接觸，電磁流量計所測的導(dǎo)電液體和金屬管之間短路了，就會導(dǎo)電，則導(dǎo)致電磁流量計無法測量電勢，所以電磁流量計的內(nèi)部都是有襯里的。襯里材料常用的有：氯丁橡膠、丁晴橡膠、聚氨酯橡膠、PTFE聚四氟乙烯、PFA特氟隆、F46等。2.電極電磁流量計電極的作用是測量感應(yīng)電動勢的大小。電極與被測介質(zhì)直接接觸，所以電極材質(zhì)的選擇是非常重要的，常用的電極材料有316L不銹鋼、哈氏合金、鈦、鉭、鉑等，可根據(jù)介質(zhì)的特性來選擇電極的材質(zhì)。三.電磁流量計特點1.優(yōu)點（1）測量導(dǎo)管內(nèi)無可動部件或凸出于管道內(nèi)的部件，因而壓力損失小、并可以測量含有顆粒、懸浮物等流體的流量，例如紙漿、礦漿和煤粉漿的流量，這是電磁流量計的突出特點。由于電磁流量計的襯里和電極是防腐的，可以用來測來測量腐蝕性介質(zhì)的流量。（2）電磁流量計輸出電流與流量間具有線性關(guān)系，并且不受液體的物理性質(zhì)（溫度、壓力、黏度）的影響。特別是不受黏度的影響，這是一般流量計所達(dá)不到的。（3）只要符合電導(dǎo)范圍,測量特性與流體的性質(zhì)無關(guān)。（4）電磁流量計的測量范圍寬,對于同一臺電磁流量計可達(dá)100:1,精度高,可達(dá)±0.2%,重復(fù)型好優(yōu)于±0.1%.口徑可以從1mm做到2m以上。（5）更換不同的內(nèi)襯及電極材料可測強(qiáng)酸強(qiáng)堿。（6）電磁流量計反應(yīng)迅速，可以測量脈動流量。2.缺點（1）不能測不導(dǎo)電的液體，液氣兩相流，氣體及絕緣類的油類。（2）由于內(nèi)襯材料及勵磁線圈耐溫的限制，一般只能測180℃以下的流體。（3）受流體流速及流場分布的影響，要求流體流速對軸心均勻?qū)ΨQ分布，所以要有前后直管段。一般只需前5D后2D即可。四.電磁流量計安裝1.安裝場所(針對防護(hù)等級為IP65)（1）測量混合相流體時，選擇不會引起相分離的場所；測量雙組分液體時，避免裝在混合尚未均勻的下游；測量化學(xué)反應(yīng)管道時，要裝在反應(yīng)充分完成段的下游；（2）盡可能避免測量管內(nèi)變成負(fù)壓；（3）選擇震動小的場所，特別對一體型儀表；（4）避免附近有大電機(jī)、大變壓器等，以免引起電磁場干擾（5）傳感器必須單獨接地（接地電阻100Ω以下）。（6）盡可能避開周圍環(huán)境有高濃度腐蝕性氣體；（7）環(huán)境溫度在－25/－10～50/600℃范圍內(nèi),環(huán)境相對濕度在10%～90%范圍內(nèi),盡可能避免受陽光直照；（8）避免雨水浸淋，不會被水浸沒。2.直管段長度要求應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定，一般需前5D后2D。3.安裝位置和流動方向傳感器安裝方向水平、垂直或傾斜均可，不受限制。但測量固液兩相流體最好垂直安裝，自下而上流動。這樣能避免水平安裝時襯里下半部局部磨損嚴(yán)重，低流速時固相沉淀等缺點。

水平安裝時要使電極軸線平行于地平線，不要處于垂直于地平線，因為處于底部的電極易被沉積物覆蓋，頂部電極易被液體中偶存氣泡擦過遮住電極表面，使輸出信號波動。五．電磁流量計應(yīng)用電磁流量計的測量通道是一段無阻流檢測件的光滑直管，因不易阻塞適用于測量含有固體顆粒或纖維的液固二相流體，如紙漿、煤水漿、礦漿、泥漿和污水等。它不產(chǎn)生因檢測流量所形成的壓力損失，儀表的阻力僅是同一長度管道的沿程阻力，節(jié)能效果顯著，對于要求低阻力損失的大管徑供水管道最為適合。主要應(yīng)用于水流量的檢測。學(xué)生看ppt，了解電磁流量計的工作原理。學(xué)生看ppt及課本，聽老師講解，認(rèn)識電磁流量計的結(jié)構(gòu)。學(xué)生看ppt及課本，聽取老師講解，學(xué)習(xí)電磁流量計的特點。學(xué)生看ppt及課本，了解電磁流量計的安裝方法和注意事項。學(xué)生看課本，聽老師講解，了解電磁流量計的應(yīng)用。教學(xué)反饋及檢測【案例分析】自來水廠水流量檢測自來水廠指具有一定\t"/item/%E8%87%AA%E6%9D%A5%E6%B0%B4%E5%8E%82/_blank"生產(chǎn)設(shè)備，能完成自來水整個生產(chǎn)過程，水質(zhì)符合一般生產(chǎn)用水和生活用水要求，并可作為公司（廠）內(nèi)部一級核算的生產(chǎn)單位，如圖4-4-4所示為某自來水廠。用于水廠水量計量的電磁流量計主要是為生產(chǎn)和管理提供有效依據(jù)，如圖4-4-5所示。安裝于水廠的進(jìn)水電磁流量計最直接的作用是提供實時制水量，便于凈水投藥、投氯的自動化控制，計算藥耗、氯耗、電耗，有效地為凈水處理和控制成本提供實時依據(jù)；另一方面，當(dāng)吸水泵房正常開機(jī)時，可以通過進(jìn)水流量計顯示異常流量，及時反映上水管路爆管或機(jī)組異常等故障。出廠水流量計則可與出廠水壓力一起參與城市管網(wǎng)的調(diào)度，以確保合適的供水壓力；也可以為泵房機(jī)組的運(yùn)行提供參考。課堂小結(jié)1.了解法拉第電磁感應(yīng)定律及工作原理；2.了解電磁流量計基本原理、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用；3.了解電磁流量計的安裝要求。作業(yè)布置1.簡述解釋電磁感應(yīng)定律及原理。2.簡述電磁流量計基本原理和結(jié)構(gòu)。3.簡述電磁流量計的安裝要求和未來應(yīng)用。教學(xué)反思教學(xué)內(nèi)容任務(wù)五超聲波流量計課時2教學(xué)目標(biāo)知識目標(biāo)1.了解超聲波流量計的工作原理；2.了解超聲波流量計結(jié)構(gòu)及應(yīng)用；3.了解超聲波流量計的安裝要求。能力目標(biāo)1.能分辨出外貼式、管道式、插入式超聲波流量計；2.知道超聲波工作原理。素質(zhì)目標(biāo)1.培養(yǎng)多角度分析問題和解決問題的能力2.樹立最優(yōu)化解決問題的思想，鼓勵倡導(dǎo)合作學(xué)習(xí)的精神教學(xué)重點1.了解超聲波流量計的工作原理；2.了解超聲波流量計結(jié)構(gòu)及應(yīng)用；3.了解超聲波流量計的安裝要求。教學(xué)難點1.了解超聲波流量計的工作原理；2.了解超聲波流量計結(jié)構(gòu)及應(yīng)用；3.了解超聲波流量計的安裝要求。教學(xué)策略教法學(xué)法講解，分析討論，動畫觀看，ppt展示教學(xué)手段教具準(zhǔn)備課件，多媒體，ppt，圖片，動畫，視頻教學(xué)過程教學(xué)要點及教師活動學(xué)生活動教學(xué)引入目前的工業(yè)流量測量普遍存在著大管徑、大流量測量困難的問題，而隨著測量管徑的增大會帶來制造和運(yùn)輸上的困難，造價提高、能損加大，超聲波流量計均可避免這些缺點。因為各類超聲波流量計均可管外安裝、非接觸測流，儀表造價基本上與被測管道口徑大小無關(guān)，而其它類型的產(chǎn)品則隨著口徑增加，造價大幅度增加，與相同功能的其它類型流量計的功能價格相比，口徑越大越優(yōu)越，被認(rèn)為是較好的大管徑流量測量儀表。學(xué)生思考，了解超聲波流量計在日常生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。教學(xué)過程教學(xué)要點及教師活動學(xué)生活動一.超聲波流量計工作原理1.工作原理超聲波流量計采用基本的聲波傳播時間法，兩個傳感器發(fā)射和接收具有時間標(biāo)志的聲波脈沖。零流量時，聲波在兩個傳感器之間往返的時間是完全相同的。液體開始流動時，順流方向的傳播時間較短，而逆流方向的傳播時間較長。通過測量上述順流和逆流的時間差，來確定管道內(nèi)流體的流量。2.原理分類工作現(xiàn)場一般用封閉管道來運(yùn)輸流體。封閉管道用超聲波流量計按測量原理分類有傳播時間法、多普勒效應(yīng)法、波束偏移法、相關(guān)法、噪聲法。我們將討論用得最多的傳播時間法和多普勒效應(yīng)法