非電量電測(cè) 流量檢測(cè)及儀表

1、流量、流量檢測(cè)及儀表流量、流量檢測(cè)及儀表 內(nèi)容提要 1.基本概念 2.差壓式流量計(jì) 3 轉(zhuǎn)子流量計(jì) 4 靶式流量計(jì) 5 橢圓齒輪流量計(jì) 6 渦輪流量計(jì) 7 電磁流量計(jì) 8 旋渦式流量計(jì) 9 超聲波流量計(jì) 1 N.0 流量檢測(cè)及儀表流量檢測(cè)及儀表 流量檢測(cè)是控制生產(chǎn)以及經(jīng)濟(jì)核算的一個(gè)重要流量檢測(cè)是控制生產(chǎn)以及經(jīng)濟(jì)核算的一個(gè)重要 檢測(cè)參數(shù)。檢測(cè)參數(shù)。 1 流量的基本概念流量的基本概念 流量流量指單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)某一截面的流體數(shù)量。指單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)某一截面的流體數(shù)量。 即即瞬時(shí)流量瞬時(shí)流量。表示方法有：表示方法有： q 質(zhì)量流量質(zhì)量流量M （t/h、 kg/h 、 kg/s ） q 體積流量體積流量Q

2、 （m3/h、 L/h、 L/min ） 二者的關(guān)系：二者的關(guān)系： 流體的密度流體的密度M = Q 總量總量指一定時(shí)間內(nèi)流過(guò)某截面的流體流量的總指一定時(shí)間內(nèi)流過(guò)某截面的流體流量的總 和。和。 即即累計(jì)流量累計(jì)流量。 以以 t 表示時(shí)間，則流量和總量之間的關(guān)系是：表示時(shí)間，則流量和總量之間的關(guān)系是： = t QdtQ 0 總總 = t MdtM 0 總總 流量計(jì)的種類繁多，若按測(cè)量原理分，流量流量計(jì)的種類繁多，若按測(cè)量原理分，流量 計(jì)可分為：計(jì)可分為： 節(jié)流式流量計(jì)節(jié)流式流量計(jì) 速度式流量計(jì)速度式流量計(jì) 容積式流量計(jì)容積式流量計(jì) 電磁式流量計(jì)電磁式流量計(jì) 2 差壓式流量計(jì)差壓式流量計(jì) 差壓式（也

3、稱節(jié)流式）流量計(jì)是基于流體流差壓式（也稱節(jié)流式）流量計(jì)是基于流體流 動(dòng)的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)產(chǎn)生的壓動(dòng)的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)產(chǎn)生的壓 力差而實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量。力差而實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量。 顯示儀表顯示儀表 Q 差壓變送器差壓變送器 節(jié)流裝置節(jié)流裝置 節(jié)流現(xiàn)象節(jié)流現(xiàn)象 流體在流過(guò)節(jié)流裝置時(shí)，在節(jié)流裝置前后的流體在流過(guò)節(jié)流裝置時(shí)，在節(jié)流裝置前后的 管壁處，流體的靜壓力產(chǎn)生差異的現(xiàn)象稱為管壁處，流體的靜壓力產(chǎn)生差異的現(xiàn)象稱為節(jié)流節(jié)流 現(xiàn)象現(xiàn)象。 節(jié)流裝置包括節(jié)流裝置包括節(jié)流件節(jié)流件和和取壓裝置取壓裝置。 Q P1P2 節(jié)流件節(jié)流件是能使管道中的流體產(chǎn)生局部收縮的是能使管道中的流體產(chǎn)生局部

4、收縮的 元件，應(yīng)用最廣泛的是孔板，其次是噴嘴、文丘元件，應(yīng)用最廣泛的是孔板，其次是噴嘴、文丘 里管等。里管等。 節(jié)流原理節(jié)流原理 具有一定能量的流體，才可能在管道中流動(dòng)。具有一定能量的流體，才可能在管道中流動(dòng)。 流動(dòng)著的流體含有兩種能量流動(dòng)著的流體含有兩種能量靜壓能和動(dòng)能靜壓能和動(dòng)能。 靜壓能表現(xiàn)在流體對(duì)管壁的壓力，動(dòng)能表現(xiàn)靜壓能表現(xiàn)在流體對(duì)管壁的壓力，動(dòng)能表現(xiàn) 在流體有流動(dòng)速度。這兩種能量在一定條件下可在流體有流動(dòng)速度。這兩種能量在一定條件下可 以互相轉(zhuǎn)化。以互相轉(zhuǎn)化。 孔板前后流體孔板前后流體 對(duì)管壁壓力對(duì)管壁壓力 孔板前穩(wěn)定流動(dòng)孔板前穩(wěn)定流動(dòng) 段段-截面截面 流束未收流束未收 縮前壓力縮

5、前壓力 平均流速平均流速v1 流束最小處流束最小處 -截面截面 流束最小流束最小 處壓力處壓力 平均流速平均流速v2 截面截面處能量處能量= 截面截面處能量處能量+損耗損耗 但是，根據(jù)能量守恒定律，在沒(méi)有再加能量但是，根據(jù)能量守恒定律，在沒(méi)有再加能量 的情況下，流體所具有的靜壓能和動(dòng)能，加上克的情況下，流體所具有的靜壓能和動(dòng)能，加上克 服流動(dòng)阻力的能量損失，其總和是不變的。即：服流動(dòng)阻力的能量損失，其總和是不變的。即： g v g v g P g v g P 222 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 靜壓能靜壓能 動(dòng)能動(dòng)能 靜壓能靜壓能 動(dòng)能動(dòng)能 損耗損耗 根據(jù)伯努力方程可列出：根據(jù)伯努

6、力方程可列出： 損耗損耗 式中：式中： 為流體在截面為流體在截面-與與-之間的之間的 動(dòng)能損失系數(shù)；動(dòng)能損失系數(shù)； g 為重力加速度；為重力加速度； g v g v g P g v g P 222 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1、2 為流體在截面為流體在截面-和和-處的密度。處的密度。 如果流體是不可壓縮的，那么如果流體是不可壓縮的，那么1= 2= S1、S2分別為分別為-和和- 處的流束截面積。處的流束截面積。 212 2 2 1 12 () S 1 () S vPP 222 11222 222 PvPvv ggggg v1S1 =v2S2 又因截面又因截面、處體積流量應(yīng)相等，有

7、處體積流量應(yīng)相等，有 聯(lián)立求解兩式，可得出：聯(lián)立求解兩式，可得出： 0 1 S S m S0孔板的開(kāi)孔面積?？装宓拈_(kāi)孔面積。 另外，取緊挨孔板前后另外，取緊挨孔板前后 的管壁壓差（的管壁壓差（P1- P2）代替代替 （P1- P2），），為此引用系數(shù)為此引用系數(shù) 加以修正：加以修正： 為簡(jiǎn)化計(jì)算，引入兩個(gè)系數(shù)：為簡(jiǎn)化計(jì)算，引入兩個(gè)系數(shù)： 截面收縮系數(shù)截面收縮系數(shù) 孔板口對(duì)管道的面積比孔板口對(duì)管道的面積比m 2 0 S S 21 2 1 PP PP 21 2 1 PP PP 代入代入v2式，得式，得 )( 2 1 21 22 2 PP m v 因體積流量：因體積流量：Q = v2 S0 012

8、22 2 S() 1 QPP m 稱流量系數(shù)稱流量系數(shù) 22 1m 2 0 S S 0 1 S S m 將將 令令 012 2 S()QPP 體積流量體積流量 012 S2() m QQPP質(zhì)量流量質(zhì)量流量 結(jié)論：結(jié)論：流量與節(jié)流件前后壓差的平方根成正流量與節(jié)流件前后壓差的平方根成正 比。只要測(cè)得差壓比。只要測(cè)得差壓（P1-P2）便可測(cè)得流量。便可測(cè)得流量。 則得到（則得到（不可壓縮的流體）不可壓縮的流體）流量基本方程式：流量基本方程式： 如果流體是可壓縮的（如蒸汽），則要對(duì)公式如果流體是可壓縮的（如蒸汽），則要對(duì)公式 進(jìn)行修正。進(jìn)行修正。 故流量系數(shù)故流量系數(shù)與節(jié)流裝置的結(jié)構(gòu)形式、取壓方與節(jié)

9、流裝置的結(jié)構(gòu)形式、取壓方 式、開(kāi)孔面積與管道截面積之比式、開(kāi)孔面積與管道截面積之比m、管壁粗糙度、管壁粗糙度、 流體流動(dòng)狀態(tài)等因素有關(guān)；很難準(zhǔn)確計(jì)算，一般流體流動(dòng)狀態(tài)等因素有關(guān)；很難準(zhǔn)確計(jì)算，一般 通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定。因此，節(jié)流裝置都是標(biāo)準(zhǔn)化的，通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定。因此，節(jié)流裝置都是標(biāo)準(zhǔn)化的， 由廠家提供由廠家提供數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)。 22 1m 因?yàn)橐驗(yàn)?21 2 1 PP PP 2 0 S S 0 1 S S m 動(dòng)能動(dòng)能 損失系數(shù)損失系數(shù) 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置包括標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件和標(biāo)準(zhǔn)取壓裝置。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置包括標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件和標(biāo)準(zhǔn)取壓裝置。 節(jié)流裝置標(biāo)準(zhǔn)化的具體內(nèi)容有：節(jié)流裝置的結(jié)構(gòu)、節(jié)流裝置標(biāo)準(zhǔn)化

10、的具體內(nèi)容有：節(jié)流裝置的結(jié)構(gòu)、 尺寸、公差、光潔度、取壓孔位置和使用條件等。尺寸、公差、光潔度、取壓孔位置和使用條件等。 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件有：標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件有： 節(jié)流裝置節(jié)流裝置 導(dǎo)壓管導(dǎo)壓管 孔板孔板噴嘴噴嘴文丘里管文丘里管 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置取壓方法有角接取壓法和法蘭標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置取壓方法有角接取壓法和法蘭 取壓法兩類。取壓法兩類。 如角接取壓法是在孔板前后端面與管壁的夾如角接取壓法是在孔板前后端面與管壁的夾 角處取壓。角處取壓。 1管道法蘭管道法蘭 2環(huán)室環(huán)室 3孔板孔板 4夾緊環(huán)夾緊環(huán) 角接取壓角接取壓 當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置安裝好后，只有流體流動(dòng)狀態(tài)當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置安裝好后，只有流體流動(dòng)狀態(tài) 是影響流量系數(shù)的可

11、變因素。是影響流量系數(shù)的可變因素。 因?yàn)?，基本流量公式是在管道?nèi)流體均勻流動(dòng)因?yàn)椋玖髁抗绞窃诠艿纼?nèi)流體均勻流動(dòng) 的前提下導(dǎo)出的，因此要求被測(cè)流體為湍流狀態(tài)。的前提下導(dǎo)出的，因此要求被測(cè)流體為湍流狀態(tài)。 湍流湍流 v 層流層流 v 可以用雷諾數(shù)可以用雷諾數(shù)Re反映流體的流動(dòng)狀態(tài)。雷諾反映流體的流動(dòng)狀態(tài)。雷諾 數(shù)數(shù)Re是無(wú)量綱系數(shù)。是無(wú)量綱系數(shù)。 vD R e 其中，其中，v為流速，為流速，D為為 管道內(nèi)徑，管道內(nèi)徑，為流體密度，為流體密度， 為流體動(dòng)力粘度。為流體動(dòng)力粘度。 流體的雷諾數(shù)流體的雷諾數(shù)Re越大，流體截越大，流體截 面各點(diǎn)的流速越面各點(diǎn)的流速越 趨于一致，流量系數(shù)趨于一致，流量

12、系數(shù)越穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)表明只有在雷越穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)表明只有在雷 諾數(shù)諾數(shù)Re大于某一界限值（約為大于某一界限值（約為105 ）時(shí)，流量系數(shù)）時(shí)，流量系數(shù) 才保持常數(shù)。才保持常數(shù)。 105 Re Rek m=0.5 m=0.4 m=0.2 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置使用條件標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置使用條件 q流體應(yīng)當(dāng)清潔，充滿圓管并流體應(yīng)當(dāng)清潔，充滿圓管并 連續(xù)穩(wěn)定地流動(dòng)。連續(xù)穩(wěn)定地流動(dòng)。 q流體的雷諾數(shù)在流體的雷諾數(shù)在104105以以 上，不發(fā)生相變。上，不發(fā)生相變。 q管道必須是直的圓形截面，管道必須是直的圓形截面， 直徑大于直徑大于50mm。 q為保證流體在節(jié)流裝置前后為保證流體在節(jié)流裝置前后 為穩(wěn)定的流動(dòng)狀態(tài)，在節(jié)流裝置為

13、穩(wěn)定的流動(dòng)狀態(tài)，在節(jié)流裝置 的上、下游必須配置一定長(zhǎng)度的的上、下游必須配置一定長(zhǎng)度的 直管段。直管段。 節(jié)流裝置節(jié)流裝置 導(dǎo)壓管導(dǎo)壓管 差壓計(jì)差壓計(jì) 3 轉(zhuǎn)子流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì) 在工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常遇到小流量的測(cè)量，因流在工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常遇到小流量的測(cè)量，因流 體的流速低，要求測(cè)量?jī)x表有較高的靈敏度，才能體的流速低，要求測(cè)量?jī)x表有較高的靈敏度，才能 保證一定的精度。保證一定的精度。 差壓式流量計(jì)對(duì)管徑小于差壓式流量計(jì)對(duì)管徑小于 50mm、低雷諾數(shù)的流體的測(cè)低雷諾數(shù)的流體的測(cè) 量精度是不高的。而轉(zhuǎn)子流量量精度是不高的。而轉(zhuǎn)子流量 計(jì) 則 特 別 適 宜 于 測(cè) 量 管 徑計(jì) 則 特 別 適 宜 于 測(cè)

14、量 管 徑 50mm以下管道的流量，測(cè)量以下管道的流量，測(cè)量 的流量可小到每小時(shí)幾升。的流量可小到每小時(shí)幾升。 工作原理工作原理 轉(zhuǎn)子流量計(jì)與前面所講的差轉(zhuǎn)子流量計(jì)與前面所講的差 壓式流量計(jì)在工作原理上是不相壓式流量計(jì)在工作原理上是不相 同的。差壓式流量計(jì)是在節(jié)流面同的。差壓式流量計(jì)是在節(jié)流面 積（如孔板流通面積）不變的條積（如孔板流通面積）不變的條 件下，以差壓變化來(lái)反映流量的件下，以差壓變化來(lái)反映流量的 大小。而轉(zhuǎn)子流量計(jì)，卻是以壓大小。而轉(zhuǎn)子流量計(jì)，卻是以壓 降不變，利用節(jié)流面積的變化來(lái)降不變，利用節(jié)流面積的變化來(lái) 測(cè)量流量的大小，即轉(zhuǎn)子流量計(jì)測(cè)量流量的大小，即轉(zhuǎn)子流量計(jì) 采用的是恒壓降

15、、變節(jié)流面積的采用的是恒壓降、變節(jié)流面積的 流量測(cè)量方法。流量測(cè)量方法。 當(dāng)流體自下而上流過(guò)錐形管當(dāng)流體自下而上流過(guò)錐形管 時(shí)，位于錐形管中的轉(zhuǎn)子受到向上時(shí)，位于錐形管中的轉(zhuǎn)子受到向上 的浮力和推力，使轉(zhuǎn)子浮起。當(dāng)此的浮力和推力，使轉(zhuǎn)子浮起。當(dāng)此 力正好等于轉(zhuǎn)子重力時(shí)，則作用在力正好等于轉(zhuǎn)子重力時(shí)，則作用在 轉(zhuǎn)子上的上下兩個(gè)力達(dá)到平衡，此轉(zhuǎn)子上的上下兩個(gè)力達(dá)到平衡，此 時(shí)轉(zhuǎn)子就停浮在一定的高度上。時(shí)轉(zhuǎn)子就停浮在一定的高度上。 當(dāng)被測(cè)流體的流量增大時(shí)，當(dāng)被測(cè)流體的流量增大時(shí)， 作用在轉(zhuǎn)子上的向上的推力就加大，作用在轉(zhuǎn)子上的向上的推力就加大， 轉(zhuǎn)子上移。而隨著轉(zhuǎn)子上移，流體轉(zhuǎn)子上移。而隨著轉(zhuǎn)子上移

16、，流體 的流通面積增大，流過(guò)此環(huán)隙的流的流通面積增大，流過(guò)此環(huán)隙的流 體流速變慢，推力減小。體流速變慢，推力減小。 當(dāng)流體作用在轉(zhuǎn)子上的力再當(dāng)流體作用在轉(zhuǎn)子上的力再 次等于轉(zhuǎn)子在流體中的重力時(shí)，轉(zhuǎn)次等于轉(zhuǎn)子在流體中的重力時(shí)，轉(zhuǎn) 子又穩(wěn)定在一個(gè)新的高度上。這樣，子又穩(wěn)定在一個(gè)新的高度上。這樣， 轉(zhuǎn)子在錐形管中的平衡位置的高低轉(zhuǎn)子在錐形管中的平衡位置的高低 與被測(cè)介質(zhì)的流量大小相對(duì)應(yīng)。如與被測(cè)介質(zhì)的流量大小相對(duì)應(yīng)。如 果在錐形管外沿其高度刻上對(duì)應(yīng)的果在錐形管外沿其高度刻上對(duì)應(yīng)的 流量值，那么根據(jù)轉(zhuǎn)子平衡位置的流量值，那么根據(jù)轉(zhuǎn)子平衡位置的 高低就可以直接讀出流量的大小。高低就可以直接讀出流量的大小

17、。 這就是轉(zhuǎn)子流量計(jì)測(cè)量流量的基本這就是轉(zhuǎn)子流量計(jì)測(cè)量流量的基本 原理。原理。 流量測(cè)量中轉(zhuǎn)子的平衡條件是：壓差力流量測(cè)量中轉(zhuǎn)子的平衡條件是：壓差力 =重力重力 SP = （ z - f ） g V 式中式中 ： S 轉(zhuǎn)子的最大橫截面積；轉(zhuǎn)子的最大橫截面積； P 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 前后流體的壓力差；前后流體的壓力差； V轉(zhuǎn)子的體積；轉(zhuǎn)子的體積； z 轉(zhuǎn)子材料的密度；轉(zhuǎn)子材料的密度； f 被測(cè)流體的被測(cè)流體的 密度；密度； g 重力加速度。重力加速度。 由于在測(cè)量過(guò)程中，由于在測(cè)量過(guò)程中，V 、 S 、 z、f 、g均為常數(shù)，由上式可知，均為常數(shù)，由上式可知， P也應(yīng)為常數(shù)。也應(yīng)為常數(shù)。 將平衡式變?yōu)椋?/p>

18、將平衡式變?yōu)椋?即流過(guò)轉(zhuǎn)子流量計(jì)的流量是轉(zhuǎn)子即流過(guò)轉(zhuǎn)子流量計(jì)的流量是轉(zhuǎn)子 與錐形管間環(huán)隙面積與錐形管間環(huán)隙面積S0的函數(shù)。的函數(shù)。 而流量基本公式為：而流量基本公式為： S0 2p f =Q S g V P z ) - ( = f S0 故：故：轉(zhuǎn)子流量計(jì)是以定壓降、變節(jié)轉(zhuǎn)子流量計(jì)是以定壓降、變節(jié) 流面積法測(cè)量流量的。流面積法測(cè)量流量的。 由于錐形管由下往上逐漸擴(kuò)大，所以由于錐形管由下往上逐漸擴(kuò)大，所以S0是轉(zhuǎn)子是轉(zhuǎn)子 浮起的高度的函數(shù)。浮起的高度的函數(shù)。 h S0 = k h 根據(jù)轉(zhuǎn)子浮起的高度根據(jù)轉(zhuǎn)子浮起的高度h就可以得就可以得 出被測(cè)介質(zhì)的流量大小。出被測(cè)介質(zhì)的流量大小。 Q =k g

19、V S )2(z - f h f 1、錐形管是玻璃、錐形管是玻璃 的，直接目視轉(zhuǎn)子的，直接目視轉(zhuǎn)子 的位置。的位置。 2、在轉(zhuǎn)子內(nèi)安裝、在轉(zhuǎn)子內(nèi)安裝 磁鐵，錐形管外安磁鐵，錐形管外安 裝磁環(huán)隨轉(zhuǎn)子上下裝磁環(huán)隨轉(zhuǎn)子上下 移動(dòng)，觸發(fā)顯示。移動(dòng)，觸發(fā)顯示。 轉(zhuǎn)子位置信號(hào)的引出：轉(zhuǎn)子位置信號(hào)的引出： 1 2 3、在轉(zhuǎn)子內(nèi)安裝磁鐵，、在轉(zhuǎn)子內(nèi)安裝磁鐵， 錐形管外安裝雙霍爾磁錐形管外安裝雙霍爾磁 場(chǎng)傳感器，測(cè)出磁場(chǎng)的場(chǎng)傳感器，測(cè)出磁場(chǎng)的 水平分量和垂直分量，水平分量和垂直分量， 可確定轉(zhuǎn)子位置?？纱_定轉(zhuǎn)子位置。 4、在轉(zhuǎn)子上方安裝一導(dǎo)、在轉(zhuǎn)子上方安裝一導(dǎo) 磁棒，使差動(dòng)變壓器輸磁棒，使差動(dòng)變壓器輸 出隨轉(zhuǎn)子

20、位置變化。出隨轉(zhuǎn)子位置變化。 從流量公式可知，流量值與被測(cè)流體密度有關(guān)。從流量公式可知，流量值與被測(cè)流體密度有關(guān)。 為了便于成批生產(chǎn)，生產(chǎn)廠是在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下為了便于成批生產(chǎn)，生產(chǎn)廠是在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下 （20，0.10133MPa），用水或空氣進(jìn)行標(biāo)度。，用水或空氣進(jìn)行標(biāo)度。 q對(duì)液體測(cè)量，儀表示值對(duì)液體測(cè)量，儀表示值 代表代表20時(shí)水的流量值。時(shí)水的流量值。 q對(duì)氣體測(cè)量，則是代表對(duì)氣體測(cè)量，則是代表 20，0.10133MPa壓力壓力 下空下空 氣的流量值。氣的流量值。 實(shí)際使用時(shí)，須對(duì)指示實(shí)際使用時(shí)，須對(duì)指示 值進(jìn)行修正。值進(jìn)行修正。 4 靶式流量計(jì)靶式流量計(jì) 使用懸在管道中央的靶作為節(jié)

21、流元件，流體使用懸在管道中央的靶作為節(jié)流元件，流體 作用于靶上的推力與流速有定值關(guān)系。推力作用于靶上的推力與流速有定值關(guān)系。推力F 經(jīng)杠經(jīng)杠 桿引出，由力平衡變送器測(cè)出。桿引出，由力平衡變送器測(cè)出。 理論分析及實(shí)驗(yàn)證明，理論分析及實(shí)驗(yàn)證明， 流體作用于靶上的推力流體作用于靶上的推力F 與與 流體流速流體流速 v 的平方成正比的平方成正比 2 kS 2 d Fv g 式中式中: k靶的推力系數(shù)；靶的推力系數(shù)； Sd 靶的受力面積；靶的受力面積； 流體比重；流體比重； g 重力加速度；重力加速度； v 靶與管璧間環(huán)形間隙靶與管璧間環(huán)形間隙 中流體平均流速中流體平均流速 000 22 SSS k S

22、S dd gFgF Qv 式中，式中， 1 k 流量系數(shù)流量系數(shù) v和差壓式流量計(jì)相似，流量和力是開(kāi)方關(guān)系。和差壓式流量計(jì)相似，流量和力是開(kāi)方關(guān)系。 v可用于較小的雷諾數(shù)狀態(tài)，特別是于高粘度的可用于較小的雷諾數(shù)狀態(tài)，特別是于高粘度的 流體，如重油、瀝青等的流量測(cè)量。流體，如重油、瀝青等的流量測(cè)量。 v精度為精度為23%。 則則 而通過(guò)管道的體積流量而通過(guò)管道的體積流量 Q=S0v S0 Sd 5 橢圓齒輪流量計(jì)橢圓齒輪流量計(jì) 橢圓齒輪流量計(jì)是利用兩個(gè)相互嚙合的橢圓橢圓齒輪流量計(jì)是利用兩個(gè)相互嚙合的橢圓 形齒輪在流體的推動(dòng)下，連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)測(cè)流量的。形齒輪在流體的推動(dòng)下，連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)測(cè)流量的。 當(dāng)流體

23、要流過(guò)橢圓齒輪時(shí)，進(jìn)口側(cè)壓力當(dāng)流體要流過(guò)橢圓齒輪時(shí)，進(jìn)口側(cè)壓力p1大于大于 出口側(cè)壓力出口側(cè)壓力p2，在此壓力差的作用下，產(chǎn)生作用力在此壓力差的作用下，產(chǎn)生作用力 矩使橢圓齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)。矩使橢圓齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)。 圖（圖（a）位置時(shí)，由于位置時(shí)，由于p1 p2，所產(chǎn)生的合力矩所產(chǎn)生的合力矩 使使A輪順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。輪順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。A帶動(dòng)帶動(dòng)B轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)。 轉(zhuǎn)至（轉(zhuǎn)至（b）位置，位置，A輪與輪與B輪均為主動(dòng)輪。輪均為主動(dòng)輪。 轉(zhuǎn)至（轉(zhuǎn)至（c）位置，合力矩使位置，合力矩使B輪帶動(dòng)輪帶動(dòng)A輪轉(zhuǎn)動(dòng)。輪轉(zhuǎn)動(dòng)。 A 、B輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，連續(xù)將半月形容積內(nèi)的流體輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，連續(xù)將半月形容積內(nèi)的流體 排出。排出。 此圖表示橢圓

24、齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)了此圖表示橢圓齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)了1/4周的情況，其排周的情況，其排 出的流體為一個(gè)半月形容積出的流體為一個(gè)半月形容積V0。所以，橢圓齒輪。所以，橢圓齒輪 每轉(zhuǎn)一周所排出的被測(cè)介質(zhì)量為半月形容積的每轉(zhuǎn)一周所排出的被測(cè)介質(zhì)量為半月形容積的4倍。倍。 故通過(guò)橢圓齒輪流量計(jì)的體積流量故通過(guò)橢圓齒輪流量計(jì)的體積流量Q為：為： Q = 4nV0 n齒輪轉(zhuǎn)速齒輪轉(zhuǎn)速 如果累計(jì)齒輪轉(zhuǎn)速，則得到體積總量。如果累計(jì)齒輪轉(zhuǎn)速，則得到體積總量。 V0 q特點(diǎn)特點(diǎn) 由于橢圓齒輪流量計(jì)是基于容積式原理測(cè)量的，由于橢圓齒輪流量計(jì)是基于容積式原理測(cè)量的， 與流體的粘度、密度、雷諾數(shù)等參數(shù)無(wú)關(guān)。因此，與流體的粘度、密度、雷諾數(shù)

25、等參數(shù)無(wú)關(guān)。因此， 安裝時(shí)不需要有直管段，對(duì)流體的流動(dòng)狀態(tài)無(wú)要求，安裝時(shí)不需要有直管段，對(duì)流體的流動(dòng)狀態(tài)無(wú)要求， 特別適用于高粘度介質(zhì)的流量測(cè)量。測(cè)量精度高，特別適用于高粘度介質(zhì)的流量測(cè)量。測(cè)量精度高， 最高可達(dá)最高可達(dá)0.1%。 橢圓齒輪流量計(jì)的使用溫度不能過(guò)橢圓齒輪流量計(jì)的使用溫度不能過(guò) 高，否則可能使齒輪膨脹卡死。另高，否則可能使齒輪膨脹卡死。另 外被測(cè)流體中不能含有固體顆粒外被測(cè)流體中不能含有固體顆粒， 否則會(huì)引起齒輪磨損以至損壞。否則會(huì)引起齒輪磨損以至損壞。 6 6 渦輪流量計(jì)渦輪流量計(jì) 在測(cè)量管道內(nèi)，安裝一個(gè)可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)的渦輪，在測(cè)量管道內(nèi)，安裝一個(gè)可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)的渦輪， 當(dāng)流體通過(guò)

26、時(shí)，流體的動(dòng)能使渦輪旋轉(zhuǎn)。流體的流當(dāng)流體通過(guò)時(shí)，流體的動(dòng)能使渦輪旋轉(zhuǎn)。流體的流 速越大，渦輪轉(zhuǎn)速也就越高。速越大，渦輪轉(zhuǎn)速也就越高。 因此，測(cè)出渦輪的轉(zhuǎn)速或因此，測(cè)出渦輪的轉(zhuǎn)速或 轉(zhuǎn)數(shù)，就可確定流過(guò)管道的流轉(zhuǎn)數(shù)，就可確定流過(guò)管道的流 體流量或總量。日常生活中使體流量或總量。日常生活中使 用的某些自來(lái)水表、油量計(jì)等，用的某些自來(lái)水表、油量計(jì)等， 都是利用這種原理制成的，都都是利用這種原理制成的，都 屬于速度式儀表。屬于速度式儀表。 渦輪上的螺旋形葉片用高導(dǎo)渦輪上的螺旋形葉片用高導(dǎo) 磁系數(shù)的不銹鋼材料制成。磁系數(shù)的不銹鋼材料制成。 導(dǎo)流器用導(dǎo)流器用 以穩(wěn)定流以穩(wěn)定流 體的流向體的流向 外殼由非外殼

27、由非 導(dǎo)磁的不導(dǎo)磁的不 銹鋼制成銹鋼制成 渦輪流量計(jì)的工作過(guò)程渦輪流量計(jì)的工作過(guò)程 當(dāng)流體通過(guò)渦輪葉片與管道之間的間隙時(shí)，葉當(dāng)流體通過(guò)渦輪葉片與管道之間的間隙時(shí)，葉 片前后的壓差力推動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn)。高導(dǎo)磁性的渦輪葉片前后的壓差力推動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn)。高導(dǎo)磁性的渦輪葉 片就周期性地掃過(guò)磁鋼底部，片就周期性地掃過(guò)磁鋼底部， 使磁路的磁阻發(fā)生周期性的變使磁路的磁阻發(fā)生周期性的變 化，線圈中的磁通量也跟著發(fā)化，線圈中的磁通量也跟著發(fā) 生周期性的變化，線圈中便感生周期性的變化，線圈中便感 應(yīng)出脈沖電信號(hào)。其頻率與渦應(yīng)出脈沖電信號(hào)。其頻率與渦 輪的轉(zhuǎn)速成正比，即與流量成輪的轉(zhuǎn)速成正比，即與流量成 正比。正比。 N S

28、 輸出脈沖頻率輸出脈沖頻率 f 與被測(cè)流量與被測(cè)流量 Q 之間的關(guān)系：之間的關(guān)系： f = NQ N儀表常數(shù)儀表常數(shù) N S 插入式插入式 q特點(diǎn)特點(diǎn) 渦輪轉(zhuǎn)速不用軸輸出，沒(méi)有齒渦輪轉(zhuǎn)速不用軸輸出，沒(méi)有齒 輪傳動(dòng)誤差和密封問(wèn)題，因而渦輪輪傳動(dòng)誤差和密封問(wèn)題，因而渦輪 流量計(jì)測(cè)量精度高（可達(dá)流量計(jì)測(cè)量精度高（可達(dá)0.2級(jí)），級(jí)）， 耐高壓（靜壓可達(dá)耐高壓（靜壓可達(dá)50MPa）。）。 輸出信號(hào)為頻率信號(hào)，不易受輸出信號(hào)為頻率信號(hào)，不易受 干擾，便于遠(yuǎn)傳干擾，便于遠(yuǎn)傳 。 要求流體清潔，安裝時(shí)，應(yīng)加要求流體清潔，安裝時(shí)，應(yīng)加 裝過(guò)濾器，且前后要有一定的直管裝過(guò)濾器，且前后要有一定的直管 段。段。 7

29、 7 電磁流量計(jì)電磁流量計(jì) 在流量測(cè)量中，當(dāng)被測(cè)介質(zhì)是具有導(dǎo)電性的液在流量測(cè)量中，當(dāng)被測(cè)介質(zhì)是具有導(dǎo)電性的液 體介質(zhì)時(shí)，可以應(yīng)用電磁感應(yīng)的方法來(lái)測(cè)量流量。體介質(zhì)時(shí)，可以應(yīng)用電磁感應(yīng)的方法來(lái)測(cè)量流量。 工作原理工作原理 在管道兩側(cè)安放磁鐵，流動(dòng)的液體當(dāng)作切割磁在管道兩側(cè)安放磁鐵，流動(dòng)的液體當(dāng)作切割磁 力線的導(dǎo)體，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與流體的流速成正力線的導(dǎo)體，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與流體的流速成正 比關(guān)系。當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度比關(guān)系。當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變、管道直徑一定時(shí)，流不變、管道直徑一定時(shí)，流 體切割磁力線而產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)體切割磁力線而產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)E的大小僅與流體的的大小僅與流體的 流流 v 速有關(guān)。速有關(guān)。

30、 式中：式中： Ex 感應(yīng)電勢(shì)；感應(yīng)電勢(shì)； B 磁感應(yīng)強(qiáng)度；磁感應(yīng)強(qiáng)度； D 管道直徑；管道直徑； v 流體速度。流體速度。 當(dāng)當(dāng)BD一定時(shí)，一定時(shí)，感應(yīng)電勢(shì)感應(yīng)電勢(shì)E與流速與流速v成正比。成正比。 v= BDE 感應(yīng)電勢(shì)的方向由右手定則判斷，其大小為：感應(yīng)電勢(shì)的方向由右手定則判斷，其大小為： E= BDv 體積流量體積流量Q與流速與流速v的關(guān)系為：的關(guān)系為： 2 1 4 QD v 將將 v= BDE代入可得：代入可得： 式中式中稱為儀表常數(shù)稱為儀表常數(shù) 感應(yīng)電勢(shì)感應(yīng)電勢(shì)E與被測(cè)流與被測(cè)流 量量Q成正比關(guān)系。成正比關(guān)系。 2 2 1D EkE 44B QD v 2 D k 4B Q v D 變

31、送器結(jié)構(gòu)變送器結(jié)構(gòu) 變送器由測(cè)量管和轉(zhuǎn)變送器由測(cè)量管和轉(zhuǎn) 換器兩部分組成。換器兩部分組成。 測(cè)量管兩側(cè)分別繞有測(cè)量管兩側(cè)分別繞有 馬鞍形的勵(lì)磁線圈。馬鞍形的勵(lì)磁線圈。 為了避免直流磁場(chǎng)產(chǎn)為了避免直流磁場(chǎng)產(chǎn) 生的直流感應(yīng)電勢(shì)使電極生的直流感應(yīng)電勢(shì)使電極 周圍導(dǎo)電液體電解，導(dǎo)致周圍導(dǎo)電液體電解，導(dǎo)致 電極表面極化，而減小感電極表面極化，而減小感 應(yīng)電勢(shì)，一般采用交流勵(lì)應(yīng)電勢(shì)，一般采用交流勵(lì) 磁。磁。 為了避免磁力線被測(cè)量管的管壁短路，并使測(cè)量為了避免磁力線被測(cè)量管的管壁短路，并使測(cè)量 導(dǎo)管在磁場(chǎng)中盡可能地降低渦流損耗，測(cè)量導(dǎo)管應(yīng)由導(dǎo)管在磁場(chǎng)中盡可能地降低渦流損耗，測(cè)量導(dǎo)管應(yīng)由 非導(dǎo)磁的高阻材料制成

32、，如不銹鋼。但內(nèi)壁必須涂一非導(dǎo)磁的高阻材料制成，如不銹鋼。但內(nèi)壁必須涂一 層絕緣襯里，如環(huán)氧樹(shù)脂。以防止感應(yīng)電勢(shì)被短路。層絕緣襯里，如環(huán)氧樹(shù)脂。以防止感應(yīng)電勢(shì)被短路。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 測(cè)量導(dǎo)管內(nèi)無(wú)任何阻礙物，因而被測(cè)流體的壓測(cè)量導(dǎo)管內(nèi)無(wú)任何阻礙物，因而被測(cè)流體的壓 力損失很小。力損失很小。 可以測(cè)量各種導(dǎo)電液體的流量，如酸、堿、鹽可以測(cè)量各種導(dǎo)電液體的流量，如酸、堿、鹽 溶液，流體可以含有固體顆粒、懸浮物或纖維等。溶液，流體可以含有固體顆粒、懸浮物或纖維等。 輸出信號(hào)與流量之間的關(guān)系不受流體的物理性輸出信號(hào)與流量之間的關(guān)系不受流體的物理性 質(zhì)（例溫度、壓力、粘度等）變化和流動(dòng)狀態(tài)的影質(zhì)（例溫度、

33、壓力、粘度等）變化和流動(dòng)狀態(tài)的影 響。響。 測(cè)量響應(yīng)速度快，可用來(lái)測(cè)量脈動(dòng)流量。測(cè)量響應(yīng)速度快，可用來(lái)測(cè)量脈動(dòng)流量。 由于感應(yīng)電勢(shì)數(shù)由于感應(yīng)電勢(shì)數(shù) 值很小，后級(jí)采用高值很小，后級(jí)采用高 放大倍數(shù)的放大器，放大倍數(shù)的放大器， 很容易受外界電磁場(chǎng)很容易受外界電磁場(chǎng) 干擾的影響。干擾的影響。 缺點(diǎn)缺點(diǎn) 只能用來(lái)測(cè)量導(dǎo)電液體的流量，要求導(dǎo)電率只能用來(lái)測(cè)量導(dǎo)電液體的流量，要求導(dǎo)電率 不小于水的導(dǎo)電率。不能測(cè)量氣體、蒸汽及石油不小于水的導(dǎo)電率。不能測(cè)量氣體、蒸汽及石油 制品等的流量。制品等的流量。 8 旋渦式流量計(jì)旋渦式流量計(jì) 利用流體遇到阻礙物后產(chǎn)生的旋渦來(lái)測(cè)量流利用流體遇到阻礙物后產(chǎn)生的旋渦來(lái)測(cè)量流

34、量?？梢杂脕?lái)測(cè)量管道中的液體、氣體和蒸汽的量。可以用來(lái)測(cè)量管道中的液體、氣體和蒸汽的 流量。旋渦式流量計(jì)有兩類：旋進(jìn)型旋渦流量計(jì)流量。旋渦式流量計(jì)有兩類：旋進(jìn)型旋渦流量計(jì) 和卡曼型旋渦流量計(jì)（常稱渦街流量計(jì)）。和卡曼型旋渦流量計(jì)（常稱渦街流量計(jì)）。 旋進(jìn)型旋進(jìn)型 卡曼型卡曼型 渦街流量計(jì)測(cè)量原理渦街流量計(jì)測(cè)量原理 在測(cè)量管道中垂直插入一個(gè)非流線形的柱狀在測(cè)量管道中垂直插入一個(gè)非流線形的柱狀 物（圓柱或三角柱）作為阻流體。當(dāng)流體受到阻物（圓柱或三角柱）作為阻流體。當(dāng)流體受到阻 礙物阻擋時(shí)，會(huì)在阻礙物的下游處產(chǎn)生兩列平行、礙物阻擋時(shí)，會(huì)在阻礙物的下游處產(chǎn)生兩列平行、 且上下交替出現(xiàn)的旋渦。因?yàn)檫@些

35、旋渦有如街道且上下交替出現(xiàn)的旋渦。因?yàn)檫@些旋渦有如街道 旁的路燈，故有旁的路燈，故有“渦街渦街”之稱，又因此現(xiàn)象首先之稱，又因此現(xiàn)象首先 被卡曼（被卡曼（Karman）發(fā)現(xiàn)，也稱作發(fā)現(xiàn)，也稱作“卡曼渦街卡曼渦街”。 實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)兩列旋渦的間距實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)兩列旋渦的間距h和同列相鄰兩和同列相鄰兩 個(gè)旋渦之間的距離個(gè)旋渦之間的距離 l 之比能滿足之比能滿足hl0.218時(shí)，所時(shí)，所 產(chǎn)生的渦街是穩(wěn)定的。滿足如下關(guān)系：產(chǎn)生的渦街是穩(wěn)定的。滿足如下關(guān)系： d v Sf t = f 單側(cè)旋渦發(fā)生頻率單側(cè)旋渦發(fā)生頻率 St 斯特勞哈爾系數(shù)斯特勞哈爾系數(shù) v 流體平均流速流體平均流速 d 圓柱體直徑圓柱體直

36、徑 式中：式中： v公式表明，公式表明， St 為常數(shù)時(shí)，單側(cè)旋渦的發(fā)生頻為常數(shù)時(shí)，單側(cè)旋渦的發(fā)生頻 率率 f 與流體平均流速與流體平均流速v成正比成正比。 v測(cè)得測(cè)得 f 便可算出體積流量便可算出體積流量Q Q = A1v = A1 St f d A1管道中旋渦發(fā)管道中旋渦發(fā) 生體處流通截面積。生體處流通截面積。 A1 A1 q旋渦流量計(jì)的特點(diǎn)是精旋渦流量計(jì)的特點(diǎn)是精 確度高、測(cè)量范圍寬、沒(méi)有運(yùn)確度高、測(cè)量范圍寬、沒(méi)有運(yùn) 動(dòng)部件、壓力損失小。動(dòng)部件、壓力損失小。 旋渦頻率的檢測(cè)旋渦頻率的檢測(cè) 旋渦頻率的檢測(cè)方法很多。如：熱敏檢測(cè)法旋渦頻率的檢測(cè)方法很多。如：熱敏檢測(cè)法 、 超聲波檢測(cè)法、電容

37、檢測(cè)法、應(yīng)力檢測(cè)法等。超聲波檢測(cè)法、電容檢測(cè)法、應(yīng)力檢測(cè)法等。 這些方法都是利用旋渦的局部壓力、密度、流這些方法都是利用旋渦的局部壓力、密度、流 速等的變化作用于敏感元件，產(chǎn)生電信號(hào)，再經(jīng)放速等的變化作用于敏感元件，產(chǎn)生電信號(hào)，再經(jīng)放 大整形，得到脈沖信號(hào)輸出。例大整形，得到脈沖信號(hào)輸出。例1：熱敏檢測(cè)法熱敏檢測(cè)法 如圖所示，圓柱形內(nèi)腔的中心位置上安裝一個(gè)如圖所示，圓柱形內(nèi)腔的中心位置上安裝一個(gè) 鉑電阻，通以電流時(shí)產(chǎn)生熱量，使內(nèi)腔溫度高于腔鉑電阻，通以電流時(shí)產(chǎn)生熱量，使內(nèi)腔溫度高于腔 外。外。當(dāng)流體產(chǎn)生旋渦時(shí)，產(chǎn)生旋渦的一側(cè)流體流速當(dāng)流體產(chǎn)生旋渦時(shí)，產(chǎn)生旋渦的一側(cè)流體流速 低，靜壓高，使一部分

38、流體由導(dǎo)壓孔進(jìn)入內(nèi)腔，向低，靜壓高，使一部分流體由導(dǎo)壓孔進(jìn)入內(nèi)腔，向 未產(chǎn)生旋渦的一側(cè)流出，帶走一部分熱量，鉑絲溫未產(chǎn)生旋渦的一側(cè)流出，帶走一部分熱量，鉑絲溫 度降低，電阻減小。每產(chǎn)生一個(gè)旋渦，鉑電阻就變度降低，電阻減小。每產(chǎn)生一個(gè)旋渦，鉑電阻就變 小一次。小一次。 測(cè)量出鉑電阻變化測(cè)量出鉑電阻變化 的頻率就測(cè)定了的頻率就測(cè)定了旋旋渦頻渦頻 率，也就測(cè)得了流量。率，也就測(cè)得了流量。 鉑絲阻值的變化頻率，采鉑絲阻值的變化頻率，采 用一個(gè)不平衡電橋進(jìn)行轉(zhuǎn)換，用一個(gè)不平衡電橋進(jìn)行轉(zhuǎn)換， 經(jīng)放大和整形，再變換成直流經(jīng)放大和整形，再變換成直流 電流信號(hào)輸出，供顯示，累積電流信號(hào)輸出，供顯示，累積 流量或

39、進(jìn)行自動(dòng)控制。流量或進(jìn)行自動(dòng)控制。 鉑電阻絲鉑電阻絲 電橋輸出信號(hào)頻率電橋輸出信號(hào)頻率fv= 2f 例例2：超聲波檢測(cè)法超聲波檢測(cè)法 如圖所示，如圖所示，A為發(fā)射換能為發(fā)射換能 器，發(fā)射出超聲波。器，發(fā)射出超聲波。B為接收為接收 換能器，接收換能器，接收A發(fā)射的超聲波。發(fā)射的超聲波。 由于旋渦的旋轉(zhuǎn)方向、壓力和流體密度的周期由于旋渦的旋轉(zhuǎn)方向、壓力和流體密度的周期 變化，導(dǎo)致了對(duì)超聲波的折射、反射和吸收等效應(yīng)，變化，導(dǎo)致了對(duì)超聲波的折射、反射和吸收等效應(yīng)， 而形成了對(duì)超聲波束的調(diào)制作用，這時(shí)而形成了對(duì)超聲波束的調(diào)制作用，這時(shí)B所接收到的所接收到的 不再是一個(gè)等幅波信號(hào)，其幅度變化的次數(shù)與旋渦不再是一個(gè)等幅波信號(hào)，其幅度變化的次數(shù)與旋渦 個(gè)數(shù)一致，從而測(cè)得流速的大小。個(gè)數(shù)一致，從而測(cè)得流速的大小。 9 超聲波流量計(jì)超聲波流量計(jì) 超聲波流量測(cè)量屬于非接觸式測(cè)量。它通過(guò)發(fā)射超聲波流量測(cè)量屬于非接觸式測(cè)量。它通過(guò)發(fā)射 超聲波，穿過(guò)流動(dòng)的流體，被接收后，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理超聲波，穿過(guò)流動(dòng)的流體，被接收后，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理 反映出流體的流速。根據(jù)流速便能算出流量。