流量檢測(cè)儀表

1、第五節(jié) 流量檢測(cè)儀表,一、概述 流量是指單位時(shí)間內(nèi)流動(dòng)介質(zhì)流經(jīng)管道（或通道，統(tǒng)稱(chēng)流道）中某截面的數(shù)量，也稱(chēng)瞬時(shí)流量。而在某一段時(shí)間內(nèi)流過(guò)的流體總和，即瞬時(shí)流量在某一段時(shí)間內(nèi)的累積值，稱(chēng)為累積流量,第五節(jié) 流量檢測(cè)儀表,體積流量 單位為質(zhì)量流量 單位為,第五節(jié) 流量檢測(cè)儀表,流量檢測(cè)方法的分類(lèi)體積流量 直接

2、法 （容積法）直接測(cè)出 在單位時(shí)間內(nèi)以標(biāo)準(zhǔn)固定體積對(duì)流動(dòng)介質(zhì)連續(xù)不斷地進(jìn)行度量，以排出流體固定容積數(shù)來(lái)計(jì)算流量。 橢圓齒輪 腰輪 刮板 旋轉(zhuǎn)活塞,,精度較高,第五節(jié) 流量檢測(cè)儀表,間接法 （速度法） 測(cè)量平均流速節(jié)流式 力學(xué)轉(zhuǎn)子 力學(xué)渦輪

3、 力學(xué)電磁 電學(xué)超聲波 聲學(xué)渦街 力學(xué)熱線(xiàn)風(fēng)速 熱學(xué)激光多普勒 光學(xué),第五節(jié) 流量檢測(cè)儀表,質(zhì)量流量直接式：渦輪轉(zhuǎn)矩式質(zhì)量流量計(jì) 科

4、里奧利質(zhì)量流量計(jì)間接式：差壓流量計(jì)與密度計(jì)組合 差壓流量計(jì)與速度流量計(jì)組合 靶式流量計(jì)與速度流量計(jì)組合補(bǔ)償： 用壓力、溫度補(bǔ)償,第五節(jié) 流量檢測(cè)儀表,二、節(jié)流式流量計(jì) 根據(jù)節(jié)流原理，當(dāng)流體流經(jīng)節(jié)流元件（阻力件）時(shí)，在節(jié)流元件兩端產(chǎn)生差壓，該差壓的大小與流量（流速）成正比。作為流量測(cè)量的節(jié)流元件有標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件和特殊節(jié)流元件，其中標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件有標(biāo)準(zhǔn)孔板、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴

5、、標(biāo)準(zhǔn)文丘里管,第五節(jié) 流量檢測(cè)儀表,檢測(cè)原理（主要討論標(biāo)準(zhǔn)孔板的原理）設(shè)流體在水平管中沿軸線(xiàn)方向穩(wěn)定流動(dòng)，流體不對(duì)外作功，和外界沒(méi)有熱量交換，流體本身也沒(méi)有穩(wěn)定變化。對(duì)于不可壓縮理想流體，則根據(jù)伯努利方程 設(shè)m＝d/D，收縮系數(shù)μ＝A2/A0 則,第五節(jié) 流量檢測(cè)儀表,因?yàn)榱魇钚〗孛?的位置隨流速而變，實(shí)際取 壓點(diǎn)的位置是固定的，當(dāng)用固定取壓點(diǎn)處 ， 代替 ， 時(shí)，需引入一個(gè)取壓系數(shù)

6、 則 令 ，流量系數(shù)為：,第五節(jié) 流量檢測(cè)儀表,于是流體流量為： 流量方程式中的流量系數(shù)а也可用流出系數(shù)C來(lái)代替，C的定義是 式中 漸近速度系數(shù) 顯然C是實(shí)際流量系數(shù)與取μ和 均為1的流量系數(shù)的比值。這樣把收縮系數(shù)和取壓系數(shù)的影響統(tǒng)一歸到一個(gè)參數(shù)流出系數(shù)C,第五節(jié) 流量檢測(cè)儀表,對(duì)于可壓縮流體， 則引入一個(gè)

7、膨脹系數(shù)ε流量方程式的討論流量系數(shù)а（或流出系數(shù)C） 與節(jié)流元件形式（m）、取壓方式、Re，β，管 道情況等有關(guān),第五節(jié) 流量檢測(cè)儀表,取壓方式 取壓方式(即取壓點(diǎn)的位置)不同,流量系數(shù)不同， 目前主要的取壓方式有：角接取壓、法蘭取壓、 取壓法 雷諾數(shù) 表示了流體的流動(dòng)狀態(tài)，對(duì)于給定的流體和流動(dòng)條 件，它反映了流體的流動(dòng)速度,,,第五節(jié) 流量檢測(cè)儀表,直徑比 只要直徑比值一定，則

8、流量系數(shù)只是雷諾數(shù)的函數(shù)管壁粗糙度 對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)孔板的流量系數(shù)，角接取壓法是在相對(duì)平 均粗糙度K/D≤3．8×10的管道中測(cè)定的，法蘭取 壓法和 取壓法是在K/D≤10×10的管道中測(cè)定 的，其中是管道內(nèi)壁絕對(duì)平均粗糙度 K是管道內(nèi)壁 絕對(duì)平均粗糙度,,,,,第五節(jié) 流量檢測(cè)儀表,可膨脹系數(shù)ε 對(duì)可壓縮流體，需進(jìn)行修正。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝 置，ε與 ，β，κ有關(guān)節(jié)流件的開(kāi)孔面積

9、 與材料的熱膨脹系數(shù)λ 管道和孔板的開(kāi)孔直徑一般是在20℃時(shí)的值， 當(dāng)穩(wěn)定發(fā)生變化時(shí)，其直徑也要變化。 孔板： 管道：,,第五節(jié) 流量檢測(cè)儀表,流體密度ρ 流量方程式中所用的密度是指被測(cè)介質(zhì)在節(jié)流 元件前的工作狀態(tài)（溫度、壓力）下的值。當(dāng) 工作時(shí)實(shí)際流體密度與設(shè)計(jì)時(shí)不同時(shí)，應(yīng)進(jìn)行 修正 式中在右上角加“′”的 符號(hào)表示實(shí)際工作狀態(tài)下

10、 的密度和流量，無(wú)上標(biāo) “′”的表示設(shè)計(jì)值,,,第五節(jié) 流量檢測(cè)儀表,壓力損失 流體通過(guò)節(jié)流元件時(shí)，一部分能量用來(lái)克服摩擦阻力和消耗在節(jié)流件后形成渦流上，而通過(guò)節(jié)流元件流體的靜壓力并不能完全恢復(fù)，可按下式估算： 說(shuō)明β越小， 越大,第五節(jié) 流量檢測(cè)儀表,標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置 節(jié)流裝置包括節(jié)流件、取壓裝置和符合要求的前、后直管段標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件——孔板

11、 按照國(guó)際GB2624－93規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)取壓裝置直流段,孔板流量計(jì),第五節(jié) 流量檢測(cè)儀表,節(jié)流式流量計(jì)（特點(diǎn)）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠管徑D＝50～1000mm量程比3：1幾乎能測(cè)各種工況下的介質(zhì)， 但不能有臟污物，流體必須 是牛頓流體,標(biāo)準(zhǔn)孔板,第五節(jié) 流量檢測(cè)儀表,標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的設(shè)計(jì)與計(jì)算 已知管道內(nèi)徑，節(jié)流件開(kāi)孔直徑，取壓方式，被測(cè)流體參數(shù)等必要條件，根據(jù)所測(cè)得的差壓值，計(jì)算被測(cè)流體的流量 已知管道內(nèi)徑，被測(cè)

12、流體參數(shù)，預(yù)計(jì)的流量范圍以及其他必要條件，要求選擇適當(dāng)?shù)牧髁繕?biāo)尺上限、差壓上限、節(jié)流裝置的形式，并確定節(jié)流件的開(kāi)孔直徑,第五節(jié) 流量檢測(cè)儀表,三、轉(zhuǎn)子流量計(jì) 又稱(chēng)恒壓降變面積流量計(jì)，適用 于中小流量。檢測(cè)原理 流體在錐形管中自下而上流動(dòng)， 其中的浮子（轉(zhuǎn)子）將穩(wěn)定在 某一個(gè)位置,模型演示,第五節(jié) 流量檢測(cè)儀表,對(duì)浮子受力分析：A0—環(huán)狀流通面積；Af—浮力面積（最大）C—阻力系數(shù),,,

13、第五節(jié) 流量檢測(cè)儀表,對(duì)流量方程各參數(shù)的討論 流量系數(shù) 流量系數(shù)與錐形管的錐度，浮子的幾何形狀以及被測(cè)流體的雷諾數(shù)等因素有關(guān) 流體密度 流量刻度與流體密度有關(guān)，出廠(chǎng)時(shí)流體是用在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（20℃，760mmHg）下用水和空氣進(jìn)行標(biāo)定的，若使用的流體密度不一樣，需要進(jìn)行刻度修正,,,第五節(jié) 流量檢測(cè)儀表,信號(hào)轉(zhuǎn)換 轉(zhuǎn)子流量計(jì)根據(jù)顯示方式的不同可分為兩類(lèi)：直接指示型的轉(zhuǎn)子流量計(jì)電遠(yuǎn)傳轉(zhuǎn)子流量計(jì),轉(zhuǎn)子流量計(jì),第五

14、節(jié) 流量檢測(cè)儀表,轉(zhuǎn)子流量計(jì)的特點(diǎn) 主要適用于中小管徑、較低雷諾數(shù)的中小流量的檢測(cè)；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，工作可靠，儀表前直管段長(zhǎng)度要求不高；基本誤差約為儀表量程的±1～2%，量程比可達(dá)10︰1；易受工作介質(zhì)密度，粘度，純凈度等影響,第五節(jié) 流量檢測(cè)儀表,四、渦街流量計(jì) 渦街流量計(jì)也稱(chēng)漩渦流量計(jì)漩渦流量計(jì)有兩種：一種是應(yīng)用自然振蕩的卡門(mén)漩渦列原理而制成的稱(chēng)為卡門(mén)漩渦流量計(jì)；另一種是應(yīng)用強(qiáng)迫振蕩的漩渦旋進(jìn)原理而制成

15、的稱(chēng)為旋進(jìn)式漩渦流量計(jì),第五節(jié) 流量檢測(cè)儀表,檢測(cè)原理（卡門(mén)漩渦流量計(jì)）若在流體中垂直于流向放置一個(gè)圓柱體或棱柱體，在它下游兩側(cè)就會(huì)交替出現(xiàn)漩渦，兩側(cè)漩渦的旋轉(zhuǎn)方向相反，并輪流地從柱體上分離出來(lái)，這兩排平行的非對(duì)稱(chēng)的漩渦列稱(chēng)為卡門(mén)渦街。漩渦發(fā)生體是漩渦流量計(jì)的核心。漩渦發(fā)生體的形狀主要有圓柱形、方柱形和三角柱形，也有組合式的。,第五節(jié) 流量檢測(cè)儀表,漩渦頻率的檢測(cè) 漩渦頻率的檢測(cè)有很多，一般與漩渦發(fā)生體形狀有關(guān)熱電絲—

16、—圓柱體熱敏電阻——三角柱壓電元件——組合式超聲波檢測(cè)元件——三角柱,第五節(jié) 流量檢測(cè)儀表,渦街流量計(jì)的特點(diǎn) 精度高 0.2～1.0%。量程比100：1～20：1。幾乎不受流體性質(zhì)變化的影 響結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。頻率輸出，便于數(shù)字化測(cè)量，f與v成正比,渦街和旋進(jìn)流量計(jì),第五節(jié) 流量檢測(cè)儀表,五、電磁流量計(jì)檢測(cè)原理：基于電磁感應(yīng)定律 當(dāng)導(dǎo)電流體（相當(dāng)于導(dǎo)體）在磁場(chǎng)中作垂直于磁場(chǎng)方向流動(dòng)而切割磁力線(xiàn)時(shí)，在兩電極上也

17、會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，其方向由右手定則判斷，其大小為： 因?yàn)?，則,,,,k是儀表常數(shù),第五節(jié) 流量檢測(cè)儀表,電磁流量計(jì)的結(jié)構(gòu)磁路系統(tǒng)：直流磁場(chǎng)簡(jiǎn)單，但使管道中的導(dǎo)電液體電解、電極極化常采用交流B＝Bmsinωt交變磁場(chǎng)按勵(lì)磁繞組不同主要有兩種結(jié)構(gòu)：集中繞組；分組繞組式。測(cè)量管：用不導(dǎo)磁，低導(dǎo)電率，低導(dǎo)熱率具有一定強(qiáng)度，讓被測(cè)流體通過(guò)，不銹鋼、玻璃鋼、高強(qiáng)度塑料,第五節(jié) 流量檢測(cè)儀表,電極：測(cè)量

18、感應(yīng)電勢(shì)襯里：直接接觸被測(cè)介質(zhì)，主要作用是增加測(cè)量管的耐磨與耐蝕性，防止感應(yīng)電勢(shì)被金屬測(cè)量管管壁短路 外殼：一般用鐵磁材料制成，它是保護(hù)勵(lì)磁線(xiàn)圈的外罩，并可隔離外磁場(chǎng)的干擾 轉(zhuǎn)換電路：流體流動(dòng)產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)十分微弱，而且各種干擾因素的影響也很大，轉(zhuǎn)換電路的目的是將感應(yīng)電勢(shì)放大并能抑制主要的干擾信號(hào),第五節(jié) 流量檢測(cè)儀表,電磁流量計(jì)的轉(zhuǎn)換電路 主要由前置放大、差動(dòng)交流放大、高通濾波、采樣電路和差動(dòng)直流放大等部分組成,第五節(jié)

19、 流量檢測(cè)儀表,電磁流量計(jì)的特點(diǎn)：測(cè)量導(dǎo)管中無(wú)可動(dòng)部件，壓力損失小，并可測(cè)含有雜物、懸浮物等流體的流量。只要流體導(dǎo)電，結(jié)果與流體的溫度、壓力、密度、粘度無(wú)關(guān)。量程比較寬10：1。反應(yīng)速度快，可測(cè)脈動(dòng)流量。,電磁流量計(jì),第五節(jié) 流量檢測(cè)儀表,四、容積式流量計(jì)常見(jiàn)的容積式流量計(jì)有：橢圓齒輪流量計(jì)、腰輪(羅茨)流量計(jì)、刮板流量計(jì)、活塞式流量計(jì)、濕式流量計(jì)及皮囊式流量計(jì)等 它是使被測(cè)流體充滿(mǎn)具有一定容積的空間，然后再把這部分流體

20、從出口排出,第五節(jié) 流量檢測(cè)儀表,檢測(cè)原理流量計(jì)內(nèi)部有1～2個(gè)轉(zhuǎn)子，在流入口流體壓力作用下使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，使流體從流入口流向流出口。設(shè)轉(zhuǎn)子與流量計(jì)殼體之間的容積已知，則通過(guò)測(cè)量轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，就可得知流體流經(jīng)流量計(jì)的流量；如果測(cè)出轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的次數(shù)，就可獲得流體的總體積。,模型演示,第五節(jié) 流量檢測(cè)儀表,橢圓齒輪流量計(jì)刮板流量計(jì),第五節(jié) 流量檢測(cè)儀表,容積式流量計(jì)的工作特性 容積式流量計(jì)的工作特性與流體的粘度

21、、密度以及工作溫度、壓力等因素有關(guān)，相對(duì)來(lái)說(shuō)，粘度的影響要大一些 信號(hào)轉(zhuǎn)換 就地顯示 遠(yuǎn)傳顯示,第五節(jié) 流量檢測(cè)儀表,容積式流量計(jì)的工作特點(diǎn)：精度高，可達(dá)0.2～0.5%，用于企業(yè)管理和商品銷(xiāo)售。主要測(cè)高粘度流體，測(cè)總流量。量程比10：1。對(duì)直管段無(wú)要求。小流量時(shí)泄漏大，使讀數(shù)偏低。被測(cè)流體要求清潔，否則易堵或磨損。,第五節(jié) 流量檢測(cè)儀表,七、質(zhì)量流量計(jì) 質(zhì)量流量的檢測(cè)方法主要有三大類(lèi) ：直接式間接式

22、補(bǔ)償式,第五節(jié) 流量檢測(cè)儀表,直接式質(zhì)量流量計(jì) 直接式質(zhì)量流量檢測(cè)方法有許多種，如由孔板和定量泵組合實(shí)現(xiàn)的差壓式方法；由兩個(gè)用彈簧連接的渦輪構(gòu)成的渦輪轉(zhuǎn)矩式方法；應(yīng)用麥納斯效應(yīng)的檢測(cè)方法和基于科里奧利力的檢測(cè)方法等,第五節(jié) 流量檢測(cè)儀表,間接式質(zhì)量流量計(jì) 間接式質(zhì)量流量計(jì)實(shí)際上就是組合式質(zhì)量流量計(jì)，它是在管道上串聯(lián)多個(gè)(常見(jiàn)的是兩個(gè))檢測(cè)元件(或儀表)，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(guò)組合，

23、聯(lián)立求解方程間接推導(dǎo)出流體的質(zhì)量流量,第五節(jié) 流量檢測(cè)儀表,主要的組合方式有：差壓式流量計(jì)與密度計(jì)組合方式 體積式流量計(jì)與密度計(jì)組合方式 差壓式流量計(jì)或靶式流量計(jì)與體積式流量計(jì)或速度式流量計(jì)組合方式補(bǔ)償式質(zhì)量流量計(jì),第五節(jié) 流量檢測(cè)儀表,八、其他流量計(jì) 渦輪流量計(jì) 渦輪流量計(jì)是從葉輪流量計(jì)（水表）基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的當(dāng)流體流經(jīng)渦輪時(shí)，由于流體的沖擊作用，將使渦輪發(fā)生旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率與流量等相關(guān),第五節(jié) 流量檢測(cè)儀表,渦輪

24、流量計(jì)主要由渦輪、導(dǎo)流器、磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換器、放大與信號(hào)變換。磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換器是將渦輪轉(zhuǎn)換成電脈沖數(shù)，這是渦輪流量計(jì)的關(guān)鍵部分。葉輪用磁性的不銹鋼做，管道外裝上傳感器，它由磁鋼和線(xiàn)圈組成。當(dāng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)周期也改變檢測(cè)器中磁路的磁阻，使通過(guò)感應(yīng)線(xiàn)圈的磁通量隨之變化。這樣，在感應(yīng)線(xiàn)圈的兩端即感應(yīng)出脈沖信號(hào)。,第五節(jié) 流量檢測(cè)儀表,精度較高0.5級(jí)，常作標(biāo)準(zhǔn)表。量程比較大10：1。適用于清潔介質(zhì)（一般要裝過(guò)濾器）。周?chē)荒苡袕?qiáng)磁場(chǎng)。介質(zhì)

25、的密度、粘度 變化對(duì)測(cè)量結(jié)果有影響。反應(yīng)迅速，可測(cè)脈動(dòng)流量。,第五節(jié) 流量檢測(cè)儀表,超聲波流量計(jì)聲波在靜止流體中的傳播速度與流動(dòng)流體中的傳播速度不同。超聲波的接收和發(fā)射稱(chēng)換能器，換能器既可兼作聲波的收和發(fā)，也可以分開(kāi)進(jìn)行。,第五節(jié) 流量檢測(cè)儀表,實(shí)際應(yīng)用如下幾種形式。時(shí)差法通過(guò)測(cè)量超聲波脈沖順流和逆流時(shí)傳播的時(shí)間差來(lái)得到流體的流速。當(dāng)超聲波傳播方向與管道軸線(xiàn)成θ角時(shí)，可以得到流速v與時(shí)差Δt之間的關(guān)系為：

26、存在問(wèn)題：c受流體溫度影響大。 Δt數(shù)量級(jí)小，要求電子精度高，限制了 測(cè)量下限。,,第五節(jié) 流量檢測(cè)儀表,相位差法換能器發(fā)射連續(xù)超聲脈沖或者周期較長(zhǎng)的脈沖波列，測(cè)量順流和逆流發(fā)射時(shí)所接收到信號(hào)之間的相位差避免了Δt小， 較大，有利于提高測(cè)量精度但c的影響仍較大。頻率法它是通過(guò)測(cè)量順流和逆流時(shí)超聲脈沖的重復(fù)頻率來(lái)測(cè)量流量的。,,,,第五節(jié) 流量檢測(cè)儀表,發(fā)射器T發(fā)出一個(gè)超聲脈沖