《傳感器及應(yīng)用（第三版）》 課件 模塊六　流量的測(cè)量

模塊六流量的測(cè)量463課題二超聲波流量計(jì)課題一渦輪流量計(jì)課題三差壓式流量計(jì)課題四電磁流量計(jì)流量測(cè)量在生產(chǎn)和生活中發(fā)揮著重要作用，如汽車廠借助流量測(cè)量來(lái)衡量發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，石油化工行業(yè)利用流量傳感器掌握流體的流量變化，供水、供氣部門則用水表、煤氣表計(jì)量消耗的資源數(shù)量等。465課題一渦輪流量計(jì)466學(xué)習(xí)目標(biāo)

了解流量的基本概念。

熟悉渦輪流量計(jì)的結(jié)構(gòu)和工作原理。

熟悉渦輪流量計(jì)測(cè)量系統(tǒng)的組成。

了解渦輪流量計(jì)的特點(diǎn)。

掌握渦輪流量計(jì)的選擇和使用方法。

能進(jìn)行渦輪流量計(jì)的選型、安裝和接線。467知識(shí)引入工業(yè)過(guò)程控制是以溫度、壓力、流量、液位等連續(xù)變化的參數(shù)為控制對(duì)象的控制方式，是工業(yè)自動(dòng)化的重要分支。圖所示的過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)裝置可以模擬小型電熱鍋爐的運(yùn)行，完成多種過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)。設(shè)置在進(jìn)水管路上的流量傳感器，將測(cè)得的流量傳送給控制器———PLC，在控制器中與預(yù)先設(shè)定的值進(jìn)行比較，然后輸出控制指令給執(zhí)行器，控制三相水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)，從而保證流量穩(wěn)定在設(shè)定值附近。468469過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)裝置示意圖知識(shí)講解一、流量的基本概念流體在單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)管道或設(shè)備橫截面的數(shù)量稱為流量，也稱瞬時(shí)流量。流量按測(cè)量對(duì)象不同可分為體積流量、質(zhì)量流量和能量流量三類。現(xiàn)場(chǎng)液體、氣體等在某一時(shí)間段內(nèi)通過(guò)某一管道截面的流體總量，稱為累積流量。470在國(guó)際單位制中，體積流量的單位為米3/秒（m3/s），質(zhì)量流量的單位為千克/秒（kg/s）。在工程中常用的流量單位有計(jì)量體積流量的米3/時(shí)（m3/h）、升/時(shí)（L/h）以及計(jì)量質(zhì)量流量的千克/時(shí)（kg/h）、噸/時(shí)（t/h）。流量測(cè)量中使用的傳感器稱為流量計(jì)。測(cè)量體積流量的流量計(jì)稱為體積流量計(jì)，測(cè)量質(zhì)量流量的流量計(jì)稱為質(zhì)量流量計(jì)。流量計(jì)按測(cè)量原理分為差壓式、速度式、容積式和質(zhì)量式四大類。各種流量測(cè)量?jī)x表既有其特定的適用性，又有其局限性，流量測(cè)量?jī)x表的先進(jìn)與否是相對(duì)而言的。471二、渦輪流量計(jì)的結(jié)構(gòu)和工作原理渦輪流量計(jì)是通過(guò)測(cè)量放置在流體中的渦輪的旋轉(zhuǎn)速度，利用流體流速與渦輪轉(zhuǎn)速的近似線性關(guān)系而確定流體流量的，其外形如圖所示。472渦輪流量計(jì)外形其工作原理是：在管道中心安放一個(gè)渦輪，兩端由軸承支撐，當(dāng)流體通過(guò)管道時(shí)，沖擊渦輪葉片，對(duì)渦輪產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力矩，使渦輪克服摩擦力矩和流體阻力矩而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，在一定的流量范圍內(nèi)，對(duì)一定的流體介質(zhì)，渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度與流體流速成正比，由此，流體流速可通過(guò)渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度得到，從而計(jì)算出通過(guò)管道的流體流量。473渦輪流量計(jì)的結(jié)構(gòu)如圖所示，主要由渦輪、導(dǎo)流器、殼體和傳感線圈等組成。474渦輪流量計(jì)的結(jié)構(gòu)1—導(dǎo)流器壓圈2—導(dǎo)流體3—導(dǎo)流片4、9—軸5—傳感線圈6—前置放大器7—永久磁鐵8—渦輪10—?dú)んw渦輪的轉(zhuǎn)速通過(guò)裝在機(jī)殼外的傳感線圈來(lái)檢測(cè)，當(dāng)渦輪葉片切割由殼體內(nèi)永久磁鐵產(chǎn)生的磁力線時(shí)，就會(huì)引起傳感線圈中的磁通變化，傳感線圈將檢測(cè)到的磁通周期變化信號(hào)送入前置放大器，對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、整形，產(chǎn)生與流速成正比的脈沖信號(hào)，送入轉(zhuǎn)速與流量換算電路，得到并顯示累積流量值；同時(shí)也將脈沖信號(hào)送入頻率電流轉(zhuǎn)換電路，將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電流量，進(jìn)而指示瞬時(shí)流量值。475三、渦輪流量計(jì)測(cè)量系統(tǒng)的組成渦輪流量計(jì)的傳感元件（磁電式傳感器）所產(chǎn)生的信號(hào)是脈沖型的微小電壓，需要經(jīng)前置放大器放大、整形后方能輸出可供使用的脈沖信號(hào)。因此，渦輪流量計(jì)測(cè)量系統(tǒng)通常由渦輪流量計(jì)、前置放大器和流量積算顯示儀等組成，如圖所示。476渦輪流量計(jì)測(cè)量系統(tǒng)的組成前置放大器通常與傳感器集成在一起，流量計(jì)廠家一般會(huì)提供多種組合方式，選定后只要配備流量積算顯示儀即可使用（有些流量積算顯示儀也集成在傳感器上）。渦輪流量計(jì)輸出的脈沖信號(hào)有效值在10mV以上時(shí)，也可以直接輸送給集散控制系統(tǒng)（DCS）中的檢測(cè)計(jì)算機(jī)，利用計(jì)算機(jī)上的組態(tài)監(jiān)控程序?qū)崿F(xiàn)流量的積算、顯示、報(bào)警等。流量計(jì)的輸出信號(hào)可以是頻率信號(hào)、0~5V電壓信號(hào)、4~20mA電流信號(hào)。477四、渦輪流量計(jì)的特點(diǎn)渦輪流量計(jì)是過(guò)程控制中常用的流量傳感器，具有精度高、測(cè)量范圍寬、重復(fù)性好、壓力損失小、數(shù)字信號(hào)輸出等特點(diǎn)。渦輪流量計(jì)多用于封閉管道環(huán)境下的介質(zhì)流量測(cè)量，相比同類流量計(jì)量工具，它適合于測(cè)量黏性較低且無(wú)強(qiáng)腐蝕性的清潔液體介質(zhì)，目前在石油化工、冶金礦產(chǎn)、城市燃?xì)夤芫W(wǎng)、食品、造紙等行業(yè)有著大量的應(yīng)用。478這種傳感器具有如下優(yōu)點(diǎn)。（1）精度高，測(cè)量精度可達(dá)0.2%~0.5%。（2）測(cè)量范圍寬，最大和最小線性流量比通常為10∶1和6∶1，適用于流量變化幅度大的場(chǎng)合。（3）重復(fù)性好，短期重復(fù)性可達(dá)0.05%~0.2%。（4）數(shù)字信號(hào)輸出，輸出與流量成正比的脈沖信號(hào)，便于遠(yuǎn)距離傳送和計(jì)算機(jī)處理，抗干擾能力強(qiáng)。（5）壓力損失小，安裝維修方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，耐腐蝕。479但同時(shí)，傳感器也存在一些使用局限性，具體如下。（1）不能長(zhǎng)期保持校準(zhǔn)特性，需要定期校驗(yàn)。（2）對(duì)被測(cè)介質(zhì)的清潔度要求較高，含有懸浮物或磨蝕性液體時(shí)容易造成軸承磨損或卡住。（3）普通型不適用于較高黏度的介質(zhì)，會(huì)使傳感器的線性變差。（4）流體的物理性質(zhì)和環(huán)境條件對(duì)流量計(jì)量的影響較大。（5）為保證測(cè)量精度，要求傳感器上下游的直管段較長(zhǎng)，安裝空間較大。480五、渦輪流量計(jì)的選型和安裝1.渦輪流量計(jì)的選型（1）測(cè)量的流體渦輪流量計(jì)適于測(cè)量潔凈（或基本潔凈）的低黏度氣體或液體，如水、輕油、石油溶劑、酸、堿、液氧、液氮、液氫及空氣、氧氣等。（2）渦輪流量計(jì)的口徑渦輪流量計(jì)的口徑一般由流量范圍決定。使用時(shí)的最小流量不得低于該口徑允許測(cè)量的最小流量，最大流量不得高于該口徑允許測(cè)量的最大流量。在斷續(xù)使用的場(chǎng)合，一般按實(shí)際使用最大流量的1.3倍選擇，連續(xù)使用時(shí)按實(shí)際使用最大流量的1.4倍選擇。481（3）管道長(zhǎng)度傳感器上游直管段長(zhǎng)度L與管道內(nèi)徑D的比值一般應(yīng)滿足下列關(guān)系：L/D=0.35R/f式中f———管道內(nèi)壁摩擦系數(shù)，一般可取為0.0175；

R———旋渦速度比，取決于上游局部阻流件類型。對(duì)管路情況不清楚時(shí)，一般可取上游直管段長(zhǎng)度不小于20D，下游直管段長(zhǎng)度不小于5D。482（4）主要部件的材質(zhì)渦輪流量計(jì)本體最好選用不銹鋼材料以防腐蝕；流量計(jì)軸承一般有碳化鎢、聚四氟乙烯、碳石墨三種材質(zhì)，碳化鎢的精度最高，常作為工業(yè)控制的標(biāo)準(zhǔn)件，其他兩類在化工場(chǎng)所應(yīng)優(yōu)先考慮。其他還需要考慮流體溫度、流體的公稱壓力、環(huán)境條件、壓力損失等指標(biāo)。4832.渦輪流量計(jì)的安裝（1）渦輪流量計(jì)在安裝前可先與顯示儀或示波器接好連線，通上電源，用口吹或用手撥葉輪，使其快速旋轉(zhuǎn)，觀察有無(wú)顯示。當(dāng)有顯示時(shí)再安裝傳感器。（2）渦輪流量計(jì)一般為水平安裝，流體流向必須和箭頭指向一致，確需垂直安裝時(shí)，流體方向必須向上。（3）與傳感器連接的前后管道的內(nèi)徑應(yīng)與傳感器口徑一致，管道中心和傳感器中心一致。484（4）在流量計(jì)的連接管道中安裝旁路管道和截止閥，以利于啟動(dòng)保護(hù)和維修。（5）當(dāng)流體中含有雜質(zhì)時(shí)，應(yīng)加裝過(guò)濾器，過(guò)濾器網(wǎng)目一般為20~60目。（6）分離式流量計(jì)和放大器之間的間距一般為3~5m，傳感器輸出信號(hào)采用雙芯屏蔽電纜傳輸至信號(hào)檢測(cè)放大器的輸入端。（7）傳感器應(yīng)遠(yuǎn)離外界電場(chǎng)、磁場(chǎng)，必要時(shí)應(yīng)采取有效的屏蔽措施，以避免外來(lái)干擾。485課題二超聲波流量計(jì)486學(xué)習(xí)目標(biāo)

了解超聲波的概念。

掌握超聲波流量計(jì)的工作原理。

了解超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)和分類。

掌握超聲波流量計(jì)的選擇和使用方法。

能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求選擇和安裝超聲波流量計(jì)。487知識(shí)引入管道運(yùn)輸因經(jīng)濟(jì)、便攜、安全被廣泛應(yīng)用于石油、天然氣等的運(yùn)輸中。但隨著管線延長(zhǎng)，易發(fā)生管道泄漏事故，會(huì)影響生產(chǎn)并導(dǎo)致環(huán)境污染和人員損傷，因此，管道流量監(jiān)測(cè)對(duì)保障管道運(yùn)輸安全有重要意義。488輸油管流量監(jiān)測(cè)知識(shí)講解超聲波流量計(jì)是集成電路技術(shù)和檢測(cè)技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，由于響應(yīng)速度快、非接觸式測(cè)量且對(duì)流體不產(chǎn)生擾動(dòng)和阻力，因此在大口徑管道計(jì)量中得到廣泛應(yīng)用。489一、超聲波的概念人類耳朵能聽到的聲波頻率為20Hz~20kHz，當(dāng)聲波的振動(dòng)頻率小于20Hz或大于20kHz時(shí)，人耳便聽不見了。頻率高于20kHz的聲波稱為超聲波。超聲波方向性好，穿透能力強(qiáng)，能量較為集中，能在各種不同介質(zhì)中傳播，且傳播的距離遠(yuǎn)，可用于測(cè)距、測(cè)速、清洗、焊接、碎石、殺菌消毒等，在醫(yī)學(xué)、軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)上有很多的應(yīng)用。490超聲波探頭也稱為換能器，常用的是壓電式換能器，其是利用壓電材料的壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)制成的。壓電效應(yīng)在前面的模塊中已經(jīng)講過(guò)，不再贅述。逆壓電效應(yīng)是指當(dāng)在壓電材料的極化方向施加電場(chǎng)，這些材料就在一定方向上產(chǎn)生機(jī)械變形或機(jī)械應(yīng)力，當(dāng)外加電場(chǎng)撤去時(shí)，這些變形或應(yīng)力也隨之消失的物理現(xiàn)象。壓電材料因外加電場(chǎng)而產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，調(diào)節(jié)交變電場(chǎng)就可以產(chǎn)生高頻機(jī)械振動(dòng)，即超聲波。因此，將這種電能和聲能能夠相互轉(zhuǎn)換的器件稱為換能器，其中，將電能轉(zhuǎn)換成聲能的器件稱為發(fā)射換能器，將聲能轉(zhuǎn)換成電能的器件稱為接收換能器。491發(fā)射換能器和接收換能器通常是分開使用的，但也可以共用一個(gè)。發(fā)射探頭采用適當(dāng)?shù)陌l(fā)射電路，利用壓電元件的逆壓電效應(yīng)，把電能加到壓電元件上，使其產(chǎn)生超聲波振動(dòng)，超聲波以某一角度射入流體中傳播；接收換能器則利用壓電效應(yīng)，通過(guò)接收超聲波并將其轉(zhuǎn)換為電能，實(shí)現(xiàn)信號(hào)檢測(cè)。換能器通常由壓電元件和聲楔構(gòu)成。壓電元件一般用壓電陶瓷制造，為圓形薄片，沿厚度方向振動(dòng)；而聲楔則起到固定壓電元件，使超聲波以合適的角度射入流體的作用，如圖所示。492493壓電式超聲波換能器a）結(jié)構(gòu)示意圖b）外形二、超聲波流量計(jì)的工作原理超聲波在流動(dòng)的流體中傳播時(shí)，通過(guò)接收穿過(guò)流體的超聲波可以檢測(cè)出流體的流速，從而換算成流量。一般來(lái)說(shuō)，超聲波流量計(jì)是測(cè)量體積流量的。超聲波流量計(jì)由超聲波換能器、轉(zhuǎn)換器及流量顯示系統(tǒng)等組成，如圖所示。超聲波換能器將電能轉(zhuǎn)換為超聲波能量，將其發(fā)射并穿過(guò)被測(cè)流體，接收器接收到超聲波信號(hào)，經(jīng)轉(zhuǎn)換器放大并轉(zhuǎn)換為代表流量的電信號(hào)，供顯示和積算，實(shí)現(xiàn)流量的檢測(cè)顯示。轉(zhuǎn)換器在結(jié)構(gòu)上分為固定盤裝式和便攜式兩類。換能器和轉(zhuǎn)換器之間由專用信號(hào)傳輸電纜連接，在固定測(cè)量的場(chǎng)合需在適當(dāng)?shù)牡胤窖b接線盒。494495超聲波流量計(jì)的組成利用超聲波探頭檢測(cè)流量時(shí)，轉(zhuǎn)換器的檢測(cè)方法主要有傳播時(shí)差法、頻率差法、多普勒法等，檢測(cè)方法不同，測(cè)量精度也不同。1.時(shí)差式超聲波流量計(jì)時(shí)差式超聲波流量計(jì)是利用超聲波在流動(dòng)的流體中，順流傳播時(shí)間與逆流傳播時(shí)間之差與被測(cè)流體流速的關(guān)系獲得流量的，其原理圖如圖所示。496時(shí)差式超聲波流量計(jì)原理圖2.多普勒式超聲波流量計(jì)多普勒式超聲波流量計(jì)是利用多普勒效應(yīng)來(lái)測(cè)定流體的流量的。497多普勒超聲波流量計(jì)三、超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)與分類1.超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)相對(duì)于傳統(tǒng)的流量計(jì)而言，超聲波流量計(jì)具有下列主要特點(diǎn)。（1）解決了大管徑、大流量及各類明渠、暗渠測(cè)量困難的問(wèn)題。（2）對(duì)介質(zhì)幾乎無(wú)要求。（3）超聲波流量計(jì)的流量測(cè)量準(zhǔn)確度幾乎不受被測(cè)流體溫度、壓力、密度、黏度等參數(shù)的影響。（4）超聲波流量計(jì)的測(cè)量范圍度寬，一般可達(dá)20∶1。4982.超聲波流量計(jì)的分類根據(jù)使用場(chǎng)合不同，超聲波流量計(jì)可以分為固定式超聲波流量計(jì)和便攜式超聲波流量計(jì)，其主要區(qū)別見表。499超聲波流量計(jì)的類型a）固定分體式b）固定一體式c）手持便攜式d）便攜式500固定式超聲波流量計(jì)和便攜式超聲波流量計(jì)的區(qū)別超聲波流量計(jì)按照換能器的安裝方式分類，可以分為外貼式、插入式、管段式三種類型，如圖所示。501超聲波流量計(jì)的安裝方式a）外貼式b）插入式c）管段式（1）外貼式外貼式超聲波流量計(jì)在安裝換能器時(shí)無(wú)須管道斷流，即貼即用，安裝簡(jiǎn)單，使用方便，只用一套流量計(jì)就可測(cè)量不同口徑管道內(nèi)液體的流量，性價(jià)比高。（2）插入式插入式超聲波流量計(jì)在安裝時(shí)可以不斷流，利用專門工具在管道上打孔，把換能器插入管道內(nèi)，完成安裝。（3）管段式管段式超聲波流量計(jì)把換能器和測(cè)量管組成一體，解決了某些管道無(wú)法測(cè)量的難題，測(cè)量精度也比其他超聲波流量計(jì)高，但犧牲了不斷流安裝的優(yōu)點(diǎn)，要求切開管道安裝換能器。502四、超聲波流量計(jì)的選擇選擇超聲波流量計(jì)，要在掌握常用超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)及適用場(chǎng)所、被測(cè)流體的性質(zhì)、安裝地點(diǎn)及對(duì)測(cè)量精度的要求的基礎(chǔ)上進(jìn)行。1.常用超聲波流量計(jì)的適用場(chǎng)所（1）多普勒式超聲波流量計(jì)這種流量計(jì)只能測(cè)量含有適量懸浮顆?；驓馀莸牧黧w，對(duì)被測(cè)介質(zhì)要求較苛刻，即不能是潔凈水，同時(shí)雜質(zhì)含量要相對(duì)穩(wěn)定，且不同廠家的儀表性能和要求也不完全一樣。選擇此類流量計(jì)時(shí)既要對(duì)被測(cè)介質(zhì)心中有數(shù)，又要了解所選流量計(jì)的性能、精度和對(duì)介質(zhì)的要求。503（2）便攜式超聲波流量計(jì)便攜式超聲波流量計(jì)適用于臨時(shí)性測(cè)量，主要用于校對(duì)管道上已安裝的其他流量?jī)x表的運(yùn)行狀態(tài)、進(jìn)行某區(qū)域內(nèi)的流體狀況測(cè)試、檢查管道的當(dāng)時(shí)流量等，此時(shí)選用便攜式超聲波流量計(jì)既方便又經(jīng)濟(jì)。（3）時(shí)差式超聲波流量計(jì)它主要用來(lái)測(cè)量潔凈流體和雜質(zhì)含量不高（雜質(zhì)含量小于10g/L，粒徑小于1mm）的均勻流體，如純凈水、污水等流量的計(jì)量，精度可達(dá)±1.5%FS（FS為滿量程輸出值）。504（4）管段式超聲波流量計(jì)這種流量計(jì)的精度較高，可達(dá)到±0.5%FS，而且不受管道材質(zhì)、襯里的限制，適用于流量測(cè)量精度要求較高的場(chǎng)合。但隨著管徑的增大，成本也會(huì)隨之增加，因此，選用中小口徑的管段式超聲波流量計(jì)較為經(jīng)濟(jì)。（5）插入式超聲波流量計(jì)如果有足夠的安裝空間，則使用插入式換能器代替外貼式換能器，可徹底消除管襯、結(jié)垢及管壁對(duì)超聲波信號(hào)衰減的影響，測(cè)量穩(wěn)定性更高，也大大減小了維護(hù)工作量，而且插入式換能器也可以實(shí)現(xiàn)不斷流安裝，因此其應(yīng)用范圍正在不斷擴(kuò)大。5052.被測(cè)流體的性質(zhì)明確介質(zhì)是水還是其他流體、其黏度系數(shù)是多少、透射超聲波的能力如何、是否含氣泡、固體微粒及其含量是多少等。3.流道條件及其對(duì)測(cè)量精度的要求對(duì)于不同的流道如管道、管渠、明渠和河流應(yīng)選擇對(duì)應(yīng)的流量計(jì)。對(duì)于長(zhǎng)平直段的流道或?qū)y(cè)量精度要求不高的場(chǎng)合，可選用較少聲道數(shù)的流量計(jì)；明渠和大口徑管道，當(dāng)測(cè)量精度要求較高時(shí)，可選用多聲道流量計(jì)。506五、超聲波流量計(jì)的使用超聲波流量計(jì)在使用中，需要注意以下幾個(gè)方面的問(wèn)題。1.正確選型這是超聲波流量計(jì)能夠正常工作的基礎(chǔ)。如果選型不當(dāng)，會(huì)造成流量無(wú)法測(cè)量，或用戶使用不便等后果。具體選型原則參照前面的介紹。5072.合理安裝換能器安裝不合理是超聲波流量計(jì)不能正常工作的主要原因。安裝換能器需要考慮位置和安裝方式兩個(gè)問(wèn)題。確定位置時(shí)除保證留有足夠的上、下游直管段外，還要特別注意換能器應(yīng)盡量避開有變頻調(diào)速器、電焊機(jī)等污染電源的場(chǎng)合。在安裝方式上，主要有對(duì)貼式和Z方式、V方式三種，如圖所示。508換能器的安裝方式a）對(duì)貼式b）Z方式c）V方式3.及時(shí)核校對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)安裝固定式超聲波流量計(jì)數(shù)量大、范圍廣的用戶，可以配備一臺(tái)同類型的便攜式超聲波流量計(jì)，用于核?，F(xiàn)場(chǎng)儀表的情況。應(yīng)堅(jiān)持一裝一校，即對(duì)每一臺(tái)新裝超聲波流量計(jì)在安裝調(diào)試時(shí)進(jìn)行核校，確保選位好、安裝好、測(cè)量準(zhǔn)；另外，當(dāng)在線運(yùn)行的超聲波流量計(jì)發(fā)生流量突變時(shí)，要利用便攜式超聲波流量計(jì)進(jìn)行及時(shí)核校，查清流量突變的原因，弄清楚是儀表發(fā)生故障還是流量確實(shí)發(fā)生了變化。5094.定期維護(hù)與其他流量?jī)x表相比，超聲波流量計(jì)的維護(hù)量是比較小的。對(duì)于外貼式超聲波流量計(jì)，安裝以后無(wú)水壓損失，無(wú)潛在漏水，只需定期檢查換能器是否松動(dòng)，與管道之間的黏合劑是否良好即可；對(duì)于插入式超聲波流量計(jì)，要定期清理?yè)Q能器上沉積的雜質(zhì)、水垢等，檢查有無(wú)漏水現(xiàn)象；如果是一體式超聲波流量計(jì)，要檢查流量計(jì)與管道之間的法蘭連接是否良好，并考慮現(xiàn)場(chǎng)溫度和濕度對(duì)其電子部件的影響等。定期維護(hù)可以確保超聲波流量計(jì)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。510課題三差壓式流量計(jì)511學(xué)習(xí)目標(biāo)

了解差壓式流量計(jì)的功能和組成。

了解差壓式流量計(jì)的工作原理及主要特點(diǎn)。

熟悉差壓式流量計(jì)的常見類型。

掌握差壓式流量計(jì)的選取原則及使用注意事項(xiàng)。

能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求正確選擇和安裝差壓式流量計(jì)。512知識(shí)引入焦?fàn)t煤氣是焦炭生產(chǎn)的副產(chǎn)物，在軋鋼廠通常用作窯爐煤氣燃燒器的燃料。因焦?fàn)t煤氣中含有萘、銨水合物和焦油等，在傳輸過(guò)程中會(huì)從氣體中分離，在管道內(nèi)壁和其他構(gòu)件上凝結(jié)，造成焦?fàn)t煤氣流量監(jiān)測(cè)困難。針對(duì)該情況，測(cè)量時(shí)可選擇結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)的差壓式流量計(jì)。513窯爐煤氣燃燒器知識(shí)講解一、差壓式流量計(jì)的功能和組成流體在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，突然遇到截面積變窄，而使壓力顯著降低的現(xiàn)象，稱為節(jié)流，具有節(jié)流作用的裝置稱為節(jié)流裝置。差壓式流量計(jì)顧名思義是使用差壓傳感器測(cè)量壓力差來(lái)測(cè)量流量的，它是根據(jù)安裝于管道中的流量檢測(cè)件兩端產(chǎn)生的壓力差、已知的流體條件以及檢測(cè)件與管道的幾何尺寸來(lái)測(cè)量流量的儀表，如圖所示。差壓式流量計(jì)由一次裝置（節(jié)流裝置）和二次裝置（差壓轉(zhuǎn)換和流量顯示儀表）組成。這種流量計(jì)以能量守恒定律和流動(dòng)連續(xù)性定律為基準(zhǔn)，用于測(cè)量封閉管道中單相穩(wěn)定流體（液體、氣體、蒸汽）的體積流量或質(zhì)量流量。514515差壓式流量計(jì)傳統(tǒng)的差壓式流量計(jì)由節(jié)流裝置、差壓計(jì)、壓力計(jì)和溫度計(jì)等部分組成?？装迨讲顗毫髁坑?jì)的節(jié)流裝置由孔板和孔板夾持部分組成，其組成示意圖如圖所示。516孔板式差壓流量計(jì)的組成示意圖二、差壓式流量計(jì)的工作原理及主要特點(diǎn)1.工作原理當(dāng)充滿管道的流體流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流裝置時(shí)，將在節(jié)流裝置處形成局部收縮，在節(jié)流裝置前，流速降低，壓力增大；在節(jié)流裝置后，流速迅速增加，壓力降低，于是在節(jié)流裝置前后產(chǎn)生壓差，流體流量越大，產(chǎn)生的壓差越大。找到流量和壓差的關(guān)系式，就可以用壓差衡量流量的大小。517壓差的大小除與流量密切相關(guān)外，還與其他許多因素有關(guān)。例如，當(dāng)節(jié)流裝置形式或管道內(nèi)流體的物理性質(zhì)（密度、黏度）不同時(shí)，在同樣大小的流量下產(chǎn)生的壓差也是不同的。因此，流量和壓差的關(guān)系式是在一定條件下，針對(duì)某種節(jié)流裝置得到的。為了避免對(duì)每款流量計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)標(biāo)定，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)常用流量計(jì)的節(jié)流裝置及其取壓方式、管道條件、測(cè)量范圍、流量計(jì)算方法等設(shè)定了條件，如果這些條件均滿足要求，流量與壓差之間便有確定的數(shù)值關(guān)系，不必再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)標(biāo)定。5182.主要特點(diǎn)（1）差壓式流量計(jì)應(yīng)用范圍廣泛。（2）該流量計(jì)的檢測(cè)件與差壓顯示儀表可分開由不同生產(chǎn)廠家生產(chǎn)，它們的連接也非常靈活、方便，便于專業(yè)化形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)。（3）檢測(cè)件（特別是標(biāo)準(zhǔn)型的）全世界通用，并得到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織的認(rèn)可。519（4）差壓式流量計(jì)還存在一些缺點(diǎn)，如測(cè)量的重復(fù)性、精確度在流量計(jì)中屬中等水平，由于眾多因素的影響，精確度提高比較困難；范圍度窄，一般3∶1或4∶1；現(xiàn)場(chǎng)安裝條件要求較高，如需較長(zhǎng)直管段長(zhǎng)度（如孔板、噴嘴等），一般較難滿足；檢測(cè)元件與差壓顯示儀表之間的引壓管線易產(chǎn)生泄漏、堵塞、凍結(jié)及信號(hào)失真等故障；壓損大（如孔板、噴嘴等）。520三、差壓式流量計(jì)的類型差壓式流量計(jì)的分類原則和具體類型見表。521差壓式流量計(jì)的分類原則和具體類型1.按產(chǎn)生差壓的作用原理分類（1）節(jié)流式：依據(jù)流體通過(guò)節(jié)流裝置使部分壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能而產(chǎn)生差壓的原理工作，其減壓節(jié)流檢測(cè)件稱為節(jié)流裝置，節(jié)流式流量計(jì)是差壓式流量計(jì)的主要品種。（2）動(dòng)壓頭式：依據(jù)動(dòng)壓轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓的原理工作，如均速管流量計(jì)。522（3）水力阻力式：依據(jù)流體阻力產(chǎn)生差壓的原理工作，檢測(cè)件為毛細(xì)管束。該流量計(jì)又稱層流流量計(jì)，一般用于微小流量測(cè)量。（4）離心式：依據(jù)彎曲管或環(huán)狀管產(chǎn)生離心力而形成差壓的原理工作，如彎管流量計(jì)、環(huán)形管流量計(jì)等。（5）動(dòng)壓增益式：依據(jù)動(dòng)壓放大原理工作，如皮托-文丘里管流量計(jì)。（6）射流式：依據(jù)流體射流撞擊產(chǎn)生差壓的原理工作，如射流式流量計(jì)。5232.按結(jié)構(gòu)形式分類按結(jié)構(gòu)形式分類主要是指按節(jié)流裝置的結(jié)構(gòu)分類，主要有標(biāo)準(zhǔn)孔板式、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴式、經(jīng)典文丘里管式、V型內(nèi)錐式流量計(jì)等類型。（1）標(biāo)準(zhǔn)孔板式：又稱同心直角邊緣孔板，是測(cè)量流量的差壓發(fā)生裝置，如圖所示。524標(biāo)準(zhǔn)孔板（2）標(biāo)準(zhǔn)噴嘴式：主要有ISA1932噴嘴和長(zhǎng)徑噴嘴兩類。（3）經(jīng)典文丘里管式：由四部分組成，一是入口段，1個(gè)圓柱管；二是圓錐收縮段，1個(gè)錐型段；三是圓筒形喉道，1個(gè)短的直管段；四是圓錐擴(kuò)散段，1個(gè)稍微傾斜的管道，如圖所示。525經(jīng)典文丘里管式流量計(jì)（4）V型內(nèi)錐式：是一種通過(guò)節(jié)流取差壓以反映流量大小的流量計(jì)，如圖所示。526V型內(nèi)錐式流量計(jì)結(jié)構(gòu)1—法蘭2—高壓取壓口3—低壓取壓口4—管道5—錐形體四、差壓式流量計(jì)的選取原則以孔板、噴嘴和文丘里管為代表的差壓式流量計(jì)（統(tǒng)稱標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置）在流量領(lǐng)域已應(yīng)用近百年，其優(yōu)點(diǎn)是已標(biāo)準(zhǔn)化，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、牢固，易于加工制造，價(jià)格低廉，通用性強(qiáng)。但是孔板、噴嘴等在測(cè)量性能和結(jié)構(gòu)上存在著嚴(yán)重的缺陷，所以近百年來(lái)人們從未間斷過(guò)對(duì)它們的研究和改善工作，但是由于先天結(jié)構(gòu)上的缺陷，其本身固有的一些缺點(diǎn)至今仍然沒能得到很好的解決。527選用差壓式流量計(jì)時(shí)考慮的因素主要有儀表性能、壓力損失、安裝條件、環(huán)境條件和經(jīng)濟(jì)因素。1.儀表性能差壓式流量計(jì)的主要性能指標(biāo)包括精確度、重復(fù)性、線性度、流量范圍和范圍度。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置規(guī)定有嚴(yán)格的使用范圍，包括管徑、節(jié)流件孔徑、直徑比、雷諾數(shù)范圍、管壁粗糙度等，非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的使用范圍及其計(jì)算式應(yīng)以實(shí)流校準(zhǔn)為好。差壓式流量計(jì)的精確度在很大程度上取決于現(xiàn)場(chǎng)的使用條件，除節(jié)流裝置制造質(zhì)量外，影響因素主要為流體的物性參數(shù)和流體的流動(dòng)特性。整套流量計(jì)的精確度還取決于差壓變送器和流量顯示儀的精確度，其他參數(shù)的精確度不高而只采用高精度差壓變送器并不起多大作用，應(yīng)做全面估計(jì)以選擇最佳方案。5282.壓力損失差壓式流量計(jì)的壓力損失大是它的一個(gè)缺點(diǎn)，但不同結(jié)構(gòu)間亦有差別。在同樣的流量時(shí)，噴嘴的壓損只為孔板壓損的30%~50%。各種流量管（文丘里管、道爾管、羅洛斯管等）則是低壓損的節(jié)流裝置，它們的壓損僅為孔板的20%，動(dòng)壓頭式差壓流量計(jì)（均速管流量計(jì)）更是以低壓損著稱。5293.安裝條件要應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)文件中規(guī)定的系數(shù)，必須讓使用的節(jié)流裝置與標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置相似，現(xiàn)場(chǎng)的安裝條件是達(dá)到相似的重要因素。在安裝時(shí)節(jié)流件前后的必要直管段長(zhǎng)度往往令選用者為難。在此情況下有以下方案可供選擇：采用直管段長(zhǎng)度要求較短的節(jié)流裝置，如經(jīng)典文丘里管或其他流量管；用實(shí)流校驗(yàn)方法確定現(xiàn)場(chǎng)條件下的流出系數(shù)，實(shí)流校驗(yàn)可以是在線的或離線的。5304.環(huán)境條件差壓式流量計(jì)的差壓變送器和流量顯示儀兩部分有微處理器和電子元器件，它們對(duì)環(huán)境條件的要求與一般電子儀表是一樣的。5.經(jīng)濟(jì)因素經(jīng)濟(jì)因素包括購(gòu)置費(fèi)、安裝費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)、校驗(yàn)費(fèi)、維護(hù)費(fèi)和備品備件的費(fèi)用。531五、差壓式流量計(jì)的使用注意事項(xiàng)一臺(tái)差壓式流量計(jì)能夠可靠地運(yùn)行、達(dá)到設(shè)計(jì)精確度要求，正確使用很重要，實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意以下問(wèn)題。（1）差壓式流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的工作條件在現(xiàn)場(chǎng)完全滿足比較困難，偏離標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定是難免的，重要的是估計(jì)偏離的程度。建議進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償（修正），否則會(huì)加大估計(jì)的測(cè)量誤差。（2）差壓式流量計(jì)檢測(cè)件節(jié)流裝置安裝于嚴(yán)酷的工作場(chǎng)所，長(zhǎng)期運(yùn)行后，管道或節(jié)流裝置都會(huì)發(fā)生某些變化，如堵塞、結(jié)垢、磨損、腐蝕等。532課題四電磁流量計(jì)533學(xué)習(xí)目標(biāo)

了解電磁流量計(jì)的工作原理和結(jié)構(gòu)。

了解電磁流量計(jì)的特點(diǎn)和應(yīng)用。

掌握電磁流量計(jì)的安裝和使用要求。

能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求正確選擇電磁流量計(jì)。534知識(shí)引入自來(lái)水公司進(jìn)、出廠水流量的計(jì)量既是水資源管理的重要環(huán)節(jié)，又是供水行業(yè)生存發(fā)展的關(guān)鍵。目前，我國(guó)城鎮(zhèn)供水行業(yè)主要使用以電磁流量計(jì)為主的流量計(jì)進(jìn)行流量計(jì)量，如圖所示，這類流量計(jì)有一系列優(yōu)良特性，可以解決其他流量計(jì)不易應(yīng)用的臟污流、腐蝕流的測(cè)量，因此各地自來(lái)水公司大量使用電磁流量計(jì)，且大量更新為智能化、高精度、多功能的流量?jī)x表。535電磁流量計(jì)計(jì)量供水知識(shí)講解一、電磁流量計(jì)的工作原理和結(jié)構(gòu)1.工作原理電磁流量計(jì)是根據(jù)電磁感應(yīng)定律，即導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)在其兩端會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的規(guī)律制成的一種測(cè)量導(dǎo)電性液體的儀表。536如圖所示，導(dǎo)電性液體在垂直于磁場(chǎng)的非磁性測(cè)量管道內(nèi)流動(dòng)，與流動(dòng)方向垂直的方向上會(huì)產(chǎn)生與流量成正比的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，該電動(dòng)勢(shì)的方向按“右手定則”判斷，大小按下式計(jì)算：E=KBvD式中K———儀表常數(shù)；

B———磁感應(yīng)強(qiáng)度，T；

v———測(cè)量管道截面內(nèi)的平均流速，m/s；

D———測(cè)量管道截面的內(nèi)徑，m。其感應(yīng)電壓信號(hào)通過(guò)兩個(gè)或兩個(gè)以上與液體直接接觸的電極檢出，并通過(guò)電纜送至轉(zhuǎn)換器，通過(guò)處理后送顯示儀表顯示，并轉(zhuǎn)換成4~20mA標(biāo)準(zhǔn)電流或0~1kHz頻率信號(hào)輸出。537538電磁流量計(jì)的工作原理2.結(jié)構(gòu)電磁流量計(jì)主要用于測(cè)量導(dǎo)電液體與漿液的瞬時(shí)流量與體積流量，由流量傳感器和轉(zhuǎn)換器兩大部分組成。流量傳感器一般由測(cè)量管組件、磁路系統(tǒng)、電極和干擾調(diào)整機(jī)構(gòu)等部分組成。這類流量計(jì)的典型結(jié)構(gòu)如圖6-29所示。測(cè)量管上下裝有勵(lì)磁線圈，通入勵(lì)磁電流后會(huì)產(chǎn)生穿過(guò)測(cè)量管的磁場(chǎng)。將一對(duì)電極安裝在測(cè)量管的內(nèi)壁上，與液體相接觸，以便引出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，送到轉(zhuǎn)換器中。產(chǎn)生勵(lì)磁電流的電源也是由轉(zhuǎn)換器提供的。539540電磁流量計(jì)的典型結(jié)構(gòu)二、電磁流量計(jì)的特點(diǎn)和應(yīng)用1.特點(diǎn)（1）優(yōu)點(diǎn)1）無(wú)可動(dòng)部件，可靠性高，長(zhǎng)期穩(wěn)定性好。2）無(wú)附加阻力，壓力損失小，節(jié)能效果顯著，對(duì)于大管徑供水管道尤為適合。3）測(cè)量精確度高。典型產(chǎn)品當(dāng)流體流速在1m/s時(shí)，準(zhǔn)確度可達(dá)±0.3%（讀數(shù)的百分比）。4）測(cè)量范圍度大。保證準(zhǔn)確度的范圍度一般可達(dá)40∶1。5415）測(cè)量管道是一段無(wú)阻流檢測(cè)件的光滑直管，不易阻塞，適用于測(cè)量含有固體顆?；蚶w維的流體，如紙漿、煤水漿、礦漿、泥漿和污水等。6）電磁流量計(jì)所測(cè)得的是體積流量，受流體密度、黏度、溫度、壓力和電導(dǎo)率（只要保證在某閾值之上）變化的影響不顯著。7）對(duì)直管段要求低。一般要求上游為5D、下游為3D（D為流量計(jì)公稱內(nèi)徑），適合大口徑管路測(cè)量。8）很多產(chǎn)品為雙向測(cè)量系統(tǒng)，可進(jìn)行正、反向總量和差值總量的測(cè)量。9）可應(yīng)用于腐蝕性流體的測(cè)量。542（2）缺點(diǎn)1）不能測(cè)量電導(dǎo)率很低的液體，如石油制品和有機(jī)溶劑等；不能測(cè)量氣體、蒸汽和含有較多較大氣泡的液體。2）通用型電磁流量計(jì)由于襯里材料和電氣絕緣材料限制，不能用于較高溫度的液體，在測(cè)量遠(yuǎn)低于室溫的液體時(shí)可能因測(cè)