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1、6 流量检测流量检测主要内容主要内容流量检测的基本概念流量检测的基本概念体积流量检测方法体积流量检测方法容积式、差压式和速度式容积式、差压式和速度式容积式容积式椭圆齿轮式、腰轮式和皮膜式椭圆齿轮式、腰轮式和皮膜式差压式差压式节流式、均速管、弯管、靶式和浮子等节流式、均速管、弯管、靶式和浮子等速度式速度式涡轮、涡街、电磁和超声波流量计等涡轮、涡街、电磁和超声波流量计等质量流量检测方法质量流量检测方法直接式和间接式直接式和间接式直接式直接式科里奥利、热式和冲量式质量流量计科里奥利、热式和冲量式质量流量计间接式间接式利用体积流量和质量流量之间的关系将多种仪利用体积流量和质量流量之间的关系将多种仪 表
2、组合如体积流量计和密度计组合、体积流量计和体积表组合如体积流量计和密度计组合、体积流量计和体积 流量计组合流量计组合流量标准装置流量标准装置液体流量标准装置和气体流量标准装置液体流量标准装置和气体流量标准装置一一、流量、流量(flow)的概念和单位的概念和单位1.1.定义：定义：流体的流量指在短时间内流过某一流通截面的流体流体的流量指在短时间内流过某一流通截面的流体数量与通过时间之比。数量与通过时间之比。(瞬时流量瞬时流量)2.2.分类：分类：6.1 6.1 流量检测的基本概念流量检测的基本概念 单位根据表示方法的不同而有不同的单位。单位根据表示方法的不同而有不同的单位。2.2.分类：分类：6
3、.1 6.1 流量检测的基本概念流量检测的基本概念其中：其中：q qm m为质量流量为质量流量/s/s；M M为流体质量；为流体质量；t t为时间为时间s s；为流为流体密度体密度kg/mkg/m3 3 ；为流体平均流速为流体平均流速m/sm/s；A A为流通截面积。为流通截面积。质量流量质量流量：单位时间内通过的流体的质量：单位时间内通过的流体的质量重量流量重量流量：单位时间内通过的流体的重量：单位时间内通过的流体的重量其中：其中：q qw w为重量流量，为重量流量，N/sN/s；w w为流体重量，为流体重量，N N。其中：其中：V V为体积总量；为体积总量；M M为质量总量；为质量总量；t
4、 t为测量时间为测量时间。质量流量是表示流量的最好方法，因为其它两种可由它求出。质量流量是表示流量的最好方法，因为其它两种可由它求出。体积流量体积流量：单位时间内通过的流体的体积：单位时间内通过的流体的体积其中：其中：q qV V为体积流量，为体积流量，m m3 3/s/s；为流体体积，为流体体积，m m3 3。累积流量累积流量：在某段时间内流体通过的体积或质量流量总量：在某段时间内流体通过的体积或质量流量总量称为累积流量或流过总量。它是体积流量或质量流量在该段称为累积流量或流过总量。它是体积流量或质量流量在该段时间中的积分，表示为：时间中的积分，表示为：1.1.流量检测方法及流量计分类流量检
5、测方法及流量计分类流量检测方法：可归为流量检测方法：可归为体积流量检测体积流量检测和和质量流量检测质量流量检测流量计：测量流量的仪表称为流量计。流量计通常由流量计：测量流量的仪表称为流量计。流量计通常由一次装置和二次仪表组成，一次装置产生一个与流量一次装置和二次仪表组成，一次装置产生一个与流量有确定关系的信号，亦称流量传感器，二次仪表则给有确定关系的信号，亦称流量传感器，二次仪表则给出相应的流量值大小。见表出相应的流量值大小。见表6 61 1。总量计：测量流体总量的仪表称为计量表或总量计。总量计：测量流体总量的仪表称为计量表或总量计。分类分类 按测量单位分为按测量单位分为质量流量计质量流量计和
6、和体积流量计体积流量计按测量原理分为按测量原理分为容积式容积式、速度式速度式和和压差式流量计压差式流量计按测量方法分为按测量方法分为直接测量式直接测量式和和间接测量式间接测量式二、流量检测方法及流量计分类二、流量检测方法及流量计分类2.2.流量计的测量特性流量计的测量特性各种类型的流量计的共性各种类型的流量计的共性式中：式中：q qm m为质量流量，为质量流量，x x为流量计输出信号。理想的流量方程为流量计输出信号。理想的流量方程式为线性方程式。式为线性方程式。流量计的仪表系数与流出系数流量计的仪表系数与流出系数：仪表系数仪表系数K K：频率型流量计流量特性的主要参数频率型流量计流量特性的主要
7、参数。定义定义为单位流体流过流量计时流量计发出的脉冲数：为单位流体流过流量计时流量计发出的脉冲数：流出系数流出系数C C：定义为实际流量与理想流量的比值：定义为实际流量与理想流量的比值：流量方程式流量方程式：流量与流量计输出信号之间关系的数学表达流量与流量计输出信号之间关系的数学表达式：式：式中：式中：K K为仪表系数，为仪表系数，m m-3-3；N N为脉冲数，次；为脉冲数，次；V V为流体体积，为流体体积，m m3 3。流量范围及范围度流量范围及范围度流量范围流量范围：指可测最大流量和最小流量所限定的范围指可测最大流量和最小流量所限定的范围。范围度范围度：最大流量与最小流量的比值最大流量与
8、最小流量的比值。流量计范围度流量计范围度的大小受仪表的原理与结构所限制。的大小受仪表的原理与结构所限制。测量精确度和误差测量精确度和误差 流量计标出的精确度为基本误差。而现场使用中由于偏流量计标出的精确度为基本误差。而现场使用中由于偏离标定条件会产生附加误差，所以要按有关规定计算附加离标定条件会产生附加误差，所以要按有关规定计算附加误差。误差。压力损失压力损失 流量计通常是一个阻力件，会给流体造成能量消耗。所流量计通常是一个阻力件，会给流体造成能量消耗。所以，压力损失大小是流量计选型的一个重要指标。以，压力损失大小是流量计选型的一个重要指标。6.2 6.2 体积流量检测方法体积流量检测方法一、
9、一、容积容积(volumn)式流量计式流量计原理原理：使被测流体充满具有一定容积的空间，然后把这使被测流体充满具有一定容积的空间，然后把这部分流体从口排出，利用运动元件的往复次数或转速与流体的部分流体从口排出，利用运动元件的往复次数或转速与流体的连续排出量成比例对被测流体进行连续的检测，故叫做容积式连续排出量成比例对被测流体进行连续的检测，故叫做容积式流量计。用来测量液体和气体的体积流量，流量计。用来测量液体和气体的体积流量，主要用于测量累积主要用于测量累积流量流量。1.1.容积式流量计的测量机构与流量公式容积式流量计的测量机构与流量公式组成组成：由测量室、运动部件、传动和显示部件构成由测量室
10、、运动部件、传动和显示部件构成。它的测它的测量主体为具有固定标准容积的测量室，测量室由流量计内部的运动部件与量主体为具有固定标准容积的测量室，测量室由流量计内部的运动部件与壳体构成。在流体进、出口压力差的作用下，运动部件不断地将充满在测壳体构成。在流体进、出口压力差的作用下，运动部件不断地将充满在测量室中的流体从入口排向出口量室中的流体从入口排向出口。容积式流量计、差压式流量计、速度式流量计容积式流量计、差压式流量计、速度式流量计流量方程式：流量方程式：Q=Q=nVnV 其中：其中：VV测量室的固定容积，测量室的固定容积，n n某一时间间隔内经过流量计排出流体的固定容某一时间间隔内经过流量计排
11、出流体的固定容积数，积数，可由计数器通过传动部件测出，可由计数器通过传动部件测出，Q Q被测流体的体积总量。被测流体的体积总量。在测量较小流量时，要在测量较小流量时，要考虑泄漏量的影响，通常仪表有最小流量的测量限度。考虑泄漏量的影响，通常仪表有最小流量的测量限度。2.2.几种容积式流量计几种容积式流量计(flowmeter)(1)(1)椭圆齿轮流量计椭圆齿轮流量计 椭圆齿轮流量计的测量本体由一对相互啮合的椭圆齿轮和壳椭圆齿轮流量计的测量本体由一对相互啮合的椭圆齿轮和壳体构成，其工作原理如图所示。体构成，其工作原理如图所示。运动部件的形式：往复运动（活塞式油量表）和旋转运动运动部件的形式：往复运
12、动（活塞式油量表）和旋转运动（腰轮流量计）。（腰轮流量计）。齿轮的转数通过变速机构驱动机械计数器来显示总流量，还可齿轮的转数通过变速机构驱动机械计数器来显示总流量，还可以通过电磁转换装置转换成脉动信号，对其计数就可得到总流以通过电磁转换装置转换成脉动信号，对其计数就可得到总流量。量。两个齿轮每转动一圈，流量计将排出两个齿轮每转动一圈，流量计将排出4 4个半月形容积的流体。个半月形容积的流体。通过椭圆齿轮流量计的总量可表示为：通过椭圆齿轮流量计的总量可表示为：特点：适用于特点：适用于高粘度液体的测量高粘度液体的测量。流量计基本误差。流量计基本误差0.20.2%0.50.5%。范围度为。范围度为1
13、010：1 1；工作温度要低于；工作温度要低于120120，以防止齿轮卡，以防止齿轮卡死。在使用时要注意防止齿轮的磨损与腐蚀，以延长仪表寿命。死。在使用时要注意防止齿轮的磨损与腐蚀，以延长仪表寿命。(2)(2)腰轮流量计腰轮流量计原理与椭圆齿轮流量计相同。为减小两转子的磨损，在壳体外与原理与椭圆齿轮流量计相同。为减小两转子的磨损，在壳体外与腰轮同轴的齿轮作为传递转动力矩之用，因此比椭圆齿轮能保持腰轮同轴的齿轮作为传递转动力矩之用，因此比椭圆齿轮能保持长期稳定性。长期稳定性。特点：可以测量液体和气体，也可以测高粘度流体。基本误差为特点：可以测量液体和气体，也可以测高粘度流体。基本误差为0.20.
14、2%0.50.5%，范围度为，范围度为1010：1 1；工作温度要低于；工作温度要低于120120，压力损，压力损失小于失小于0.02MPa0.02MPa。(3)皮膜式家用煤气表皮膜式家用煤气表安装注意事项：安装注意事项：l选型时要考虑被测介质的物性参数和工作状态选型时要考虑被测介质的物性参数和工作状态(如温度、粘度、压如温度、粘度、压力、密度和流量范围等）。力、密度和流量范围等）。l流量计的安装地点应满足技术性能规定的条件，安装前必须进行检流量计的安装地点应满足技术性能规定的条件，安装前必须进行检定。定。l可以水平安装也可以垂直安装。可以水平安装也可以垂直安装。l流量计上游要加过滤器，调节流
15、量的阀门应位于流量计下游。为维流量计上游要加过滤器，调节流量的阀门应位于流量计下游。为维护方便需设置旁通管路。护方便需设置旁通管路。l安装时注意流量计外壳上的流向标志应与被测流体的流动方向一致。安装时注意流量计外壳上的流向标志应与被测流体的流动方向一致。使用过程中，被测流体应该充满管道，并工作在仪表规定使用过程中，被测流体应该充满管道，并工作在仪表规定的流量范围内；当环境改变时，应对仪表进行修正；仪表要的流量范围内；当环境改变时，应对仪表进行修正；仪表要定期清洗和检定。定期清洗和检定。3.3.容积式流量计的安装与使用容积式流量计的安装与使用工作原理工作原理：在流通管道上设置流动阻力件，流体通过
16、阻力：在流通管道上设置流动阻力件，流体通过阻力件时将产生压力差，此压力差与流体流量之间有确定的数件时将产生压力差，此压力差与流体流量之间有确定的数值关系，通过测量差压值可以求得流体流量。值关系，通过测量差压值可以求得流体流量。组成组成：产生差压的装置：产生差压的装置(流体流过差压产生装置形成静压差）流体流过差压产生装置形成静压差）和差压计（测量差压值）和差压计（测量差压值）p产生差压的装置产生差压的装置：节流件（孔板、喷嘴、文丘利管等）；：节流件（孔板、喷嘴、文丘利管等）；动压管、均速管、弯管等；靶和浮子等。动压管、均速管、弯管等；靶和浮子等。p差压式流量计差压式流量计：节流式流量计、均速管流
17、量计、弯管流量计、节流式流量计、均速管流量计、弯管流量计、靶式流量计、浮子流量计靶式流量计、浮子流量计二、二、差压式流量计差压式流量计1.1.节流节流(throttle)式流量计式流量计可测量液体、气体、或蒸汽可测量液体、气体、或蒸汽 节流式流量计中产生差压的装置称节流式流量计中产生差压的装置称节流装置节流装置，其主体是一个局，其主体是一个局部收缩的阻力件，称为节流元件。通过节流元件改变流体流通截部收缩的阻力件，称为节流元件。通过节流元件改变流体流通截面，从而在节流元件前后面，从而在节流元件前后形成压力差形成压力差。常见的节流装置如图所示：孔板、喷嘴、文丘里管常见的节流装置如图所示：孔板、喷嘴
18、、文丘里管节流装置（节流装置（取取压管及内部的压管及内部的节流孔板）节流孔板）节流孔板节流孔板后取压管后取压管 前取压管前取压管流体通过节流体通过节流孔板时，流孔板时，流速加快，流速加快，后取压管处后取压管处的压力减小。的压力减小。节流装置外形节流装置外形节流孔板节流孔板后取压管后取压管 节流式流量计外形节流式流量计外形节流装置的另一种形式节流装置的另一种形式文丘里管或文文丘里管或文丘里喷嘴丘里喷嘴 文丘里喷嘴的文丘里喷嘴的压力损失较小。压力损失较小。流体入口流体入口狭窄部位狭窄部位节流装置分类节流装置分类：标准节流装置标准节流装置和和非标准节流装置两大类非标准节流装置两大类。标准节流装置的型
19、式已经标准化，在规定了取压方式和标准节流装置的型式已经标准化，在规定了取压方式和前后直管段长度、流体的种类和流动条件下，有标准的前后直管段长度、流体的种类和流动条件下，有标准的流量流量差压关系；差压关系；而非标准节流装置由于使用条件差异大，故没有标准化，而非标准节流装置由于使用条件差异大，故没有标准化，用于解决脏污和高粘度流量的测量。用于解决脏污和高粘度流量的测量。节流式流量计的特点：结构简单，节流式流量计的特点：结构简单，无可动部件无可动部件；可靠性高，复现；可靠性高，复现性能好；适用性较广，它适用于各种工况下的单相流体，适用的管性能好；适用性较广，它适用于各种工况下的单相流体，适用的管道直
20、径范围宽，可以配用通用差压计；装置又标准化。道直径范围宽，可以配用通用差压计；装置又标准化。其其缺点缺点是安装要求严格；流量计前后要求较长的直管段；测量范是安装要求严格；流量计前后要求较长的直管段；测量范围窄，一般范围度为围窄，一般范围度为3 3：1 1；压力损失较大；对于较小直径的管道测；压力损失较大；对于较小直径的管道测量比较困难量比较困难(D50mm)(D2000 Re2000，紊流；，紊流；Re2000 Re 喷嘴喷嘴 文丘里管文丘里管成本：成本：孔板孔板 喷嘴喷嘴 文丘里管文丘里管精度：精度：孔板孔板 喷嘴喷嘴 或或0 0，上式可简化为：，上式可简化为：例：例：某转子流量计测二氧化碳
21、气的流量，测量时被测某转子流量计测二氧化碳气的流量，测量时被测气体的温度是气体的温度是4040，压力是，压力是49.03kPa49.03kPa（表压力），若（表压力），若流量计的读数为流量计的读数为120m120m3 3/h/h，问实际流量是多少？，问实际流量是多少？已知标定时绝对压力已知标定时绝对压力P=98.06kPa,t=20P=98.06kPa,t=20，此时二氧，此时二氧化碳的重度为化碳的重度为18.07N/m18.07N/m3 3,空气的重度为空气的重度为11.82N/m11.82N/m3 3。解：解：b.b.浮子流量计的安装与使用浮子流量计的安装与使用安装使用前必须核对所须安装使
22、用前必须核对所须测量范围测量范围、工作压力工作压力和和介质温度介质温度是是否与被选流量计相符。否与被选流量计相符。如图如图：仪表应垂直安装在管道上，仪表应垂直安装在管道上，流体必须自下而上通过流量计，流体必须自下而上通过流量计，不应有明显的倾斜。不应有明显的倾斜。流量计前后有截断阀，并安流量计前后有截断阀，并安装有旁路管道。仪表投入时前装有旁路管道。仪表投入时前后阀门要缓慢开启，投入运行后阀门要缓慢开启，投入运行后关闭旁路阀。最佳测量范围后关闭旁路阀。最佳测量范围为上限的三分之一到三分之二为上限的三分之一到三分之二刻度内。刻度内。当被测介质的物性常数（密度、粘度）和状态常数（温度、当被测介质的
23、物性常数（密度、粘度）和状态常数（温度、压力）与流量计标定时不同时，必须要对指示值进行修正。压力）与流量计标定时不同时，必须要对指示值进行修正。玻璃转子流量计玻璃转子流量计流体入口流体入口流体出口流体出口转子转子p测量原理测量原理：基于与流体速度有关的各种物理现象，：基于与流体速度有关的各种物理现象，仪仪表的输出与流速有确定的关系表的输出与流速有确定的关系，即可知流体的体积流，即可知流体的体积流量。种类很多，各有特点和适用范围。量。种类很多，各有特点和适用范围。1.1.涡轮流量计涡轮流量计(turbine flowmeter)涡轮流量计是利用安装在管道中可以自由转动的叶涡轮流量计是利用安装在管
24、道中可以自由转动的叶轮轮感受流体的速度变化感受流体的速度变化，从而测定管道内的流体流量。，从而测定管道内的流体流量。(1)(1)涡轮流量计的构成和流量方程式涡轮流量计的构成和流量方程式 v结构：如图结构：如图6-166-16所示：所示：流量计主要由流量计主要由壳体、导流器、支承、涡轮和磁电转换器壳体、导流器、支承、涡轮和磁电转换器组成组成，涡轮是测量元件。，涡轮是测量元件。三、三、速度式流量计速度式流量计涡轮涡轮(turbine)流量计、涡街流量计、涡街(eddy)流流量计、电磁量计、电磁(electromagnetic)流量计、超声波流量计、超声波(ultrasonic)流量计流量计图图6-
25、16 6-16 涡轮流量计结构示意图涡轮流量计结构示意图1-1-紧固环紧固环 2-2-壳体壳体 3-3-前导流件前导流件 4-4-止推片止推片5-5-叶轮叶轮 6-6-磁电转换器磁电转换器 7-7-轴承轴承 8-8-后导流件后导流件涡轮涡轮：测量元件，由导磁系数较高的不锈钢材料制成，轴芯上装有数片呈螺旋形或直形的叶片，流体作用于叶片，使涡轮转动壳体和前后导流件壳体和前后导流件：由非导磁系数较高的不锈钢材料制成，导流件由四片互相垂直的直片组成，用以去掉来流中的旋涡，使流体平行于轴线流动。轴承轴承：导流件上装有滚动轴承或滑动轴承，用来支撑转动的涡轮。磁电转换器磁电转换器：将涡轮的转将涡轮的转速转换
26、为电信号。正对着叶速转换为电信号。正对着叶轮，永久磁铁产生的磁力线轮，永久磁铁产生的磁力线穿过线圈中的铁芯和流量计穿过线圈中的铁芯和流量计的壳体，经叶片和空气而闭的壳体，经叶片和空气而闭合。当叶轮在被测流体的推合。当叶轮在被测流体的推动下转动时，叶片正对着铁动下转动时，叶片正对着铁芯和偏离铁芯时磁路的磁阻芯和偏离铁芯时磁路的磁阻变化最大，此时线圈中磁通变化最大，此时线圈中磁通发生很大的变化，从而在线发生很大的变化，从而在线圈中感应出交变电势来。电圈中感应出交变电势来。电势的频率是叶片通过铁芯处势的频率是叶片通过铁芯处的频率，与叶轮的转速成正的频率，与叶轮的转速成正比，而叶轮的转速与流体的比，而
27、叶轮的转速与流体的流速成正比。流速成正比。v流量方程式流量方程式表示为：表示为：式中：式中：q qv v体积流量；体积流量；f f信号脉冲频率；信号脉冲频率；仪表常数，其与涡轮结构等因素有关，流量较仪表常数，其与涡轮结构等因素有关，流量较小时，随流量的增加而增大，只有达到一定值时近似为常数，小时，随流量的增加而增大，只有达到一定值时近似为常数，在使用范围内应保持其为常数，对每台流量计，仪表常数是在使用范围内应保持其为常数，对每台流量计，仪表常数是用实际流体标定而取得的。用实际流体标定而取得的。涡轮流量计的显示仪表是一个脉冲频率测量和计数的仪涡轮流量计的显示仪表是一个脉冲频率测量和计数的仪表，根
28、据单位时间的脉冲数和一段时间的脉冲数，分别显示表，根据单位时间的脉冲数和一段时间的脉冲数，分别显示瞬时流量和累积流量。瞬时流量和累积流量。（2 2）涡轮流量计的特点和使用）涡轮流量计的特点和使用v特点特点：可测液体、气体流量，但要求被测介质洁净，且液可测液体、气体流量，但要求被测介质洁净，且液体的粘度不能太大。测量精度较高（体的粘度不能太大。测量精度较高（0.50.5级）；刻度为线性；级）；刻度为线性；输出频率信号便于远传及与计算机相连；仪表的工作范围较宽输出频率信号便于远传及与计算机相连；仪表的工作范围较宽和较高的耐压能力；压力损失小。和较高的耐压能力；压力损失小。v安装安装：一般应水平安装
29、，并保证其前后有一定的直管段。一般应水平安装，并保证其前后有一定的直管段。为保证介质洁净，表前应装过滤装置。如果被测液体易气化或为保证介质洁净，表前应装过滤装置。如果被测液体易气化或含有气体时，要在仪表前装消气器。含有气体时，要在仪表前装消气器。v缺点：缺点：制造困难，成本高。由于涡轮高速转动，轴承易磨制造困难，成本高。由于涡轮高速转动，轴承易磨损，降低了长时期运行的稳定性，影响使用寿命。损，降低了长时期运行的稳定性，影响使用寿命。通常涡轮流量计主要用于测量精度要求高、流量变化快的场通常涡轮流量计主要用于测量精度要求高、流量变化快的场合，还用作标定其他流量的标准仪表。合，还用作标定其他流量的标
30、准仪表。叶轮式风流速、叶轮式风流速、流量计流量计 （参考北京北方大河仪器仪表（参考北京北方大河仪器仪表 有限公司资料）有限公司资料）工作原理工作原理：属旋涡流量计类型，它是属旋涡流量计类型，它是利用流体振荡的原理利用流体振荡的原理进进行流量测量。当流体流过非线性阻挡体时会产生稳定的旋涡，行流量测量。当流体流过非线性阻挡体时会产生稳定的旋涡，旋涡的产生频率与流体速度有着确定的对应关系旋涡的产生频率与流体速度有着确定的对应关系，测量频率的，测量频率的变化，就可以得知流体的流量。变化，就可以得知流体的流量。流量方程流量方程：2.2.涡街流量计涡街流量计(eddy flowmeter)旋涡的频率检出方
31、式旋涡的频率检出方式：利用旋涡产生时引起的波动进行测量，有一体式利用旋涡产生时引起的波动进行测量，有一体式和两体式两类。一体式的检测元件放在旋涡发生体内，如热丝式、热敏电阻式和两体式两类。一体式的检测元件放在旋涡发生体内，如热丝式、热敏电阻式和膜片式。如和膜片式。如P85P85图图6-176-17。两体式的检测元件放在旋涡发生体的下游，如压电。两体式的检测元件放在旋涡发生体的下游，如压电式、超声式和摆旗式。式、超声式和摆旗式。涡街流量计特点及使用：涡街流量计特点及使用：适用于气体、液体和蒸汽介质的检测，测适用于气体、液体和蒸汽介质的检测，测量几乎不受流体参数的变化影响。寿命长、压力损失小，输出
32、为频率量几乎不受流体参数的变化影响。寿命长、压力损失小，输出为频率信号，有较宽的范围度信号，有较宽的范围度30:1,测量精度较高。可以水平安装，也可以垂测量精度较高。可以水平安装，也可以垂直安装。不足之处是流体流速分布情况和脉动情况将影响测量准确度，直安装。不足之处是流体流速分布情况和脉动情况将影响测量准确度，漩涡发生体被玷污也会引起误差。漩涡发生体被玷污也会引起误差。上海肯特智能有限公司卡门涡街流量计演示上海肯特智能有限公司卡门涡街流量计演示 气体或液体管道气体或液体管道及涡流发生锥体及涡流发生锥体 原理原理：基于：基于电磁感应原理电磁感应原理，可以测量，可以测量具有一定电导率的液体具有一定
33、电导率的液体具有一定电导率的液体具有一定电导率的液体的体积流量。导电流体在磁场中垂直于磁力线方向流过，根的体积流量。导电流体在磁场中垂直于磁力线方向流过，根据右手定则，在流通管道两侧的电极上将产生感应电势，感据右手定则，在流通管道两侧的电极上将产生感应电势，感应电势的大小与流体速度有关，通过测量此电势可求得流体应电势的大小与流体速度有关，通过测量此电势可求得流体流量。流量。优点优点：测量的准确度不受被测液体的粘度、密度、温度以及测量的准确度不受被测液体的粘度、密度、温度以及电导率的影响（但不能太小），测量管中没有任何阻碍被测电导率的影响（但不能太小），测量管中没有任何阻碍被测液体流动的部件，所
34、以几乎没有压力损失。适当选择测量管液体流动的部件，所以几乎没有压力损失。适当选择测量管中的绝缘内衬和测量电极的材料，就可以测量各种腐蚀性溶中的绝缘内衬和测量电极的材料，就可以测量各种腐蚀性溶液的流量，尤其是在测量含有固体颗粒的液体如泥浆、纸浆液的流量，尤其是在测量含有固体颗粒的液体如泥浆、纸浆和矿浆等的流量时，更显示优越性。和矿浆等的流量时，更显示优越性。3.3.电磁流量计电磁流量计(electromagnetic flowmeter)如图，感应电势如图，感应电势E E与流速与流速的关系由下式表示：的关系由下式表示：式中，式中，C C为常数；为常数；B B为磁为磁感应强度；感应强度；D D为管
35、道内径；为管道内径；为流体平均流速。为流体平均流速。(1)(1)电磁流量计的组成及流量方程式电磁流量计的组成及流量方程式当仪表结构参数确定之后，感当仪表结构参数确定之后，感应电势与流速应电势与流速v v成对应关系，成对应关系，则流体体积流量可以求得。其则流体体积流量可以求得。其流量方程式流量方程式可写作：可写作：式中，式中，K K为仪表常数；对于为仪表常数；对于固定的电磁流量计，固定的电磁流量计，K K为定为定值。值。结构如图结构如图，测量主体由磁路系统、测量导管、电极和调整转换装测量主体由磁路系统、测量导管、电极和调整转换装置组成。置组成。电磁流量计转换部分的输出电流电磁流量计转换部分的输出
36、电流I I0 0与平均流速成正比与平均流速成正比。4 电磁流量计的测量导管中无阻力件，电磁流量计的测量导管中无阻力件，压力损失小压力损失小；其流；其流速测量范围宽，为速测量范围宽，为0.50.510m/s10m/s；范围度可达；范围度可达1010：1 1；流量计的；流量计的口径可从几毫米到几米以上；流量计的精度口径可从几毫米到几米以上；流量计的精度0.50.51.51.5级；仪级；仪表反映快，流动状态对示值影响小，表反映快，流动状态对示值影响小，可以测量脉动流和两相可以测量脉动流和两相流流，如泥浆和纸浆的流量。利用电磁流量计测量流量，要求，如泥浆和纸浆的流量。利用电磁流量计测量流量，要求导电体
37、有一定的电导率，因此导电体有一定的电导率，因此不能测量气体、蒸汽和电导率不能测量气体、蒸汽和电导率低的石油流量低的石油流量。电磁流量计对直管段要求不高，前直管段长度为电磁流量计对直管段要求不高，前直管段长度为5D5D10D10D。安装地点应尽量避免剧烈振动和交直流强磁场。在垂直安装安装地点应尽量避免剧烈振动和交直流强磁场。在垂直安装时，流体要自下而上流过仪表，水平安装时两个电极要在同时，流体要自下而上流过仪表，水平安装时两个电极要在同一平面上。要确保流体、外壳、管道间的良好接地和良好接一平面上。要确保流体、外壳、管道间的良好接地和良好接触。触。(2)(2)电磁流量计的特点及应用电磁流量计的特点
38、及应用原理原理：超声波在流体中传播速度受流体的流速影响，检测接收：超声波在流体中传播速度受流体的流速影响，检测接收的超声波信号可测得流速，从而测得流量的超声波信号可测得流速，从而测得流量。特点特点：v非接触式，从管道外测量，故无压力损失；非接触式，从管道外测量，故无压力损失；v测量结果不受被测流体的粘度、电导率的影响，可测各种测量结果不受被测流体的粘度、电导率的影响，可测各种液体或气体的流量，可测口径很大的管道内的流量，包括河液体或气体的流量，可测口径很大的管道内的流量，包括河流的流速；流的流速；v输出信号与被测流量成线性关系。输出信号与被测流量成线性关系。典型方法：传播速度差法、多普勒效应法
39、、声束偏移法、相关典型方法：传播速度差法、多普勒效应法、声束偏移法、相关法。法。4.4.超声流量计超声流量计(ultrasonic flowmeter)原理原理：利用超声波在流体中顺流传播和逆流传播的速度变化来：利用超声波在流体中顺流传播和逆流传播的速度变化来测量流体流速测量流体流速。分类：时间差法、频差法分类：时间差法、频差法典型方法：典型方法：P87-P87-图图6-20 6-20 传播传播速度差法测量原理速度差法测量原理v结构：在上下游各有两个超声波发生器结构：在上下游各有两个超声波发生器T T1 1、T T2 2，对应有接，对应有接收器收器R R1 1、R R2 2，则传播时间：，则传
40、播时间：顺流时间：顺流时间：t t1 1=L/(c+v)=L/(c+v)，逆流时间：，逆流时间：t t2 2=L/(c-v)=L/(c-v)v时差法时差法：t=tt=t2 2-t-t1 12Lv/c2Lv/c2 2缺点：声速缺点：声速c c对测量结果影响较大。对测量结果影响较大。v频差法频差法：令：令f f1 1=1/t=1/t1 1=(c+v)/L=(c+v)/L，f f2 2=1/t=1/t2 2=(c-v)/L=(c-v)/L f=ff=f1 1-f-f2 22v/L2v/L 优点：测量不受声速优点：测量不受声速c c的影响，不必考虑流体温度变化对的影响，不必考虑流体温度变化对声速的影响
41、。声速的影响。p传播速度差法传播速度差法原因原因：同样体积的流体在不同的温度、压力、和同样体积的流体在不同的温度、压力、和成分的条件下，其密度是不同的，特别是气体更成分的条件下，其密度是不同的，特别是气体更是这样，因此很多场合下要求测量质量流量。是这样，因此很多场合下要求测量质量流量。如炼如炼钢时用氧气降低碳的含量，需吹入一定的氧气，要求知道的不是吹入钢时用氧气降低碳的含量，需吹入一定的氧气，要求知道的不是吹入多少体积的氧气，而是多少质量的氧气。由于压力温度经常变化，所多少体积的氧气，而是多少质量的氧气。由于压力温度经常变化，所以给出的体积流量是不能满足要求的。以给出的体积流量是不能满足要求的
42、。质量流量测量仪的质量流量测量仪的分类分类：直接式和间接式：直接式和间接式1.直接式：直接式：质量流量计则直接输出与质量相对应的信号，质量流量计则直接输出与质量相对应的信号，反映质量流量的大小。反映质量流量的大小。2.间接式间接式：采用密度或温度、压力补偿的办法，测体积流：采用密度或温度、压力补偿的办法，测体积流量的同时，测密度或温度、压力值，再运算求得质量流量的同时，测密度或温度、压力值，再运算求得质量流量，又称推导式质量流量计。量，又称推导式质量流量计。6.3 6.3 质量流量检测方法质量流量检测方法根据质量流量与体积流量的关系，可以有多种仪表的组合以根据质量流量与体积流量的关系，可以有多
43、种仪表的组合以实现质量流量测量。常见的组合方式有如下几种：实现质量流量测量。常见的组合方式有如下几种：一、间接式质量流量测量方法间接式质量流量测量方法1.1.体积流量计与密度计的组合方式体积流量计与密度计的组合方式差压式流量计与密度计的组合差压式流量计与密度计的组合 差压计输出信号正比于差压计输出信号正比于q qv v2 2 ，密度计测量流体密度，密度计测量流体密度，仪表输，仪表输出为统一标准的电信号，可以进行出为统一标准的电信号，可以进行运算处理求出质量流量。其计算式运算处理求出质量流量。其计算式为：为：其他体积流量计与密度计组合其他体积流量计与密度计组合 其他流量计可以用速度式流量计，其他
44、流量计可以用速度式流量计，如涡轮流量计、电如涡轮流量计、电磁流量计，或容积式流量计磁流量计，或容积式流量计。这类流量计输出信号与密度计。这类流量计输出信号与密度计输出信号组合运算，即可求出质量流量：输出信号组合运算，即可求出质量流量：差压式流量（或靶式流量计）计与涡轮流量计差压式流量（或靶式流量计）计与涡轮流量计（或电磁流量计、涡街流量计等）组合，通过运算得（或电磁流量计、涡街流量计等）组合，通过运算得到质量流量。其计算式为：到质量流量。其计算式为：2.2.体积流量计与体积流量计的组合方式体积流量计与体积流量计的组合方式 流体密度是温度、压力的函数，通过测量流体温度和压力，流体密度是温度、压力
45、的函数，通过测量流体温度和压力，与体积流量组合可求出流体质量流量。与体积流量组合可求出流体质量流量。3.3.温度、压力补偿式质量流量计温度、压力补偿式质量流量计间接式质量流量计特点间接式质量流量计特点：结构复杂，由于包括：结构复杂，由于包括了其他参数仪表误差和函数误差等，其系统误差通了其他参数仪表误差和函数误差等，其系统误差通常低于体积流量计，但目前已有多种型式的微机化常低于体积流量计，但目前已有多种型式的微机化仪表可实现计算功能，应用也较普遍。仪表可实现计算功能，应用也较普遍。优点：输出信号直接反映质量流量，其测量不受流优点：输出信号直接反映质量流量，其测量不受流体的温度、压力、密度变化的影
46、响。体的温度、压力、密度变化的影响。应用较多的是科里奥利质量流量计，此外还有热式应用较多的是科里奥利质量流量计，此外还有热式质量流量计和冲量式质量流量计等。质量流量计和冲量式质量流量计等。二、直接式质量流量计二、直接式质量流量计科里奥利质量流量计、热式质量流量计、冲量式质量流量计科里奥利质量流量计、热式质量流量计、冲量式质量流量计原理原理：基于：基于牛顿第二定律牛顿第二定律流体在振动管中流动时，流体在振动管中流动时，将产生与质量流量成正比的科里奥利力。将产生与质量流量成正比的科里奥利力。组成组成：由检测科里奥利力的传感器与转换器组成。：由检测科里奥利力的传感器与转换器组成。1.1.科里奥利质量
47、流量计科里奥利质量流量计（科氏力流量计）（科氏力流量计）工作过程工作过程：扭角扭角与通过流与通过流体的质量有关体的质量有关电磁装置电磁装置U形管以形管以o-o轴固定频率振动轴固定频率振动（方向垂直于（方向垂直于U管平面）管平面）液体流动中产生液体流动中产生科里奥利加速度科里奥利加速度形成作用于形成作用于U形形管的力矩管的力矩(F1-F2)U形管以形管以M为为轴发生扭曲轴发生扭曲质量流量与质量流量与U U形管扭角的关系式为：形管扭角的关系式为：式中式中为扭角；为扭角；K Ks s为扭转弹性系数；为扭转弹性系数；为振动角速度；为振动角速度；r r为为U U形管跨度半径。形管跨度半径。也可由传感器测
48、出也可由传感器测出U U形管两侧通过中心平面的时间形管两侧通过中心平面的时间差差tt来测量，其关系式为：来测量，其关系式为：此时，所得测量值与此时，所得测量值与U U形管的振动频率形管的振动频率f f及角速度及角速度均无关。均无关。振动管形状还有平行直管、振动管形状还有平行直管、形管或环形管等，也有用两根形管或环形管等，也有用两根U U形管等方式。图形管等方式。图6-236-23所示为所示为U U型管和型管和型管科氏力流量计结型管科氏力流量计结构示意图。构示意图。1-1-支承管支承管 2-2-检测管检测管 3-3-电磁检测器电磁检测器 4-4-电磁激励器电磁激励器 5-5-壳体壳体特点：特点：
49、可直接测得质量流量信号，不受被测介质物理参可直接测得质量流量信号，不受被测介质物理参数的影响，精度较高；数的影响，精度较高；可以测量多种液体和浆液，也可以用于多相流测可以测量多种液体和浆液，也可以用于多相流测量；量；不受管内流态影响，因此对流量计前后直管段要不受管内流态影响，因此对流量计前后直管段要求不高；其范围度可达求不高；其范围度可达100100：1 1。但是它的压力损失较大，存在零点漂移，管路的但是它的压力损失较大，存在零点漂移，管路的振动会影响其测量精度。振动会影响其测量精度。2.2.热式质量流量计热式质量流量计工作原理工作原理：利用加热源对流体进行加热，在其前后各放利用加热源对流体进
50、行加热，在其前后各放一个测温元件，通过测温度变化及加热功率即可测质量流一个测温元件，通过测温度变化及加热功率即可测质量流量。质量流量可表示为：量。质量流量可表示为：基本原理基本原理：因为流体吸收或放出的热量均与该流体的质因为流体吸收或放出的热量均与该流体的质量成正比。因此可由量成正比。因此可由加热流体所需要的能量加热流体所需要的能量或或由此能量使由此能量使流体温度升高之间的关系流体温度升高之间的关系来测量流体的质量流量来测量流体的质量流量。分类：分类：p根据测量方法：根据测量方法：u恒定功率法恒定功率法：使加热功率恒定，测量温差可以求得质：使加热功率恒定，测量温差可以求得质量流量。量流量。u恒