非電量電測 流量檢測及儀表

1、流量、流量檢測及儀表流量、流量檢測及儀表 內(nèi)容提要 1.基本概念 2.差壓式流量計 3 轉(zhuǎn)子流量計 4 靶式流量計 5 橢圓齒輪流量計 6 渦輪流量計 7 電磁流量計 8 旋渦式流量計 9 超聲波流量計 1 N.0 流量檢測及儀表流量檢測及儀表 流量檢測是控制生產(chǎn)以及經(jīng)濟核算的一個重要流量檢測是控制生產(chǎn)以及經(jīng)濟核算的一個重要 檢測參數(shù)。檢測參數(shù)。 1 流量的基本概念流量的基本概念 流量流量指單位時間內(nèi)流過某一截面的流體數(shù)量。指單位時間內(nèi)流過某一截面的流體數(shù)量。 即即瞬時流量瞬時流量。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 總量總量指一定時間內(nèi)流過某截面的流體流量的總指一定時間內(nèi)流過某截面的流體流量的總 和。和。 即即累計流量累計流量。 以以 t 表示時間，則流量和總量之間的關(guān)系是：表示時間，則流量和總量之間的關(guān)系是： = t QdtQ 0 總總 = t MdtM 0 總總 流量計的種類繁多，若按測量原理分，流量流量計的種類繁多，若按測量原理分，流量 計可分為：計可分為： 節(jié)流式流量計節(jié)流式流量計 速度式流量計速度式流量計 容積式流量計容積式流量計 電磁式流量計電磁式流量計 2 差壓式流量計差壓式流量計 差壓式（也

3、稱節(jié)流式）流量計是基于流體流差壓式（也稱節(jié)流式）流量計是基于流體流 動的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時產(chǎn)生的壓動的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時產(chǎn)生的壓 力差而實現(xiàn)流量測量。力差而實現(xiàn)流量測量。 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 流體在流過節(jié)流裝置時，在節(jié)流裝置前后的流體在流過節(jié)流裝置時，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，應用最廣泛的是孔板，其次是噴嘴、文丘元件，應用最廣泛的是孔板，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。具有一定能量的流體，才可能在管道中流動。 流動著的流體含有兩種能量流動著的流體含有兩種能量靜壓能和動能靜壓能和動能。 靜壓能表現(xiàn)在流體對管壁的壓力，動能表現(xiàn)靜壓能表現(xiàn)在流體對管壁的壓力，動能表現(xiàn) 在流體有流動速度。這兩種能量在一定條件下可在流體有流動速度。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 對管壁壓力對管壁壓力 孔板前穩(wěn)定流動孔板前穩(wěn)定流動 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，在沒有再加能量但是，根據(jù)能量守恒定律，在沒有再加能量 的情況下，流體所具有的靜壓能和動能，加上克的情況下，流體所具有的靜壓能和動能，加上克 服流動阻力的能量損失，其總和是不變的。即：服流動阻力的能量損失，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 動能動能 靜壓能靜壓能 動能動能 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 動能損失系數(shù)；動能損失系數(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、處體積流量應相等，有

7、處體積流量應相等，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孔板的開孔面積?？装宓拈_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： 為簡化計算，引入兩個系數(shù)：為簡化計算，引入兩個系數(shù)： 截面收縮系數(shù)截面收縮系數(shù) 孔板口對管道的面積比孔板口對管道的面積比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。只要測得差壓比。只要測得差壓（P1-P2）便可測得流量。便可測得流量。 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），則要對公式如果流體是可壓縮的（如蒸汽），則要對公式 進行修正。進行修正。 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、開孔面積與管道截面積之比式、開孔面積與管道截面積之比m、管壁粗糙度、管壁粗糙度、 流體流動狀態(tài)等因素有關(guān)；很難準確計算，一般流體流動狀態(tài)等因素有關(guān)；很難準確計算，一般 通過實驗確定。因此，節(jié)流裝置都是標準化的，通過實驗確定。因此，節(jié)流裝置都是標準化的， 由廠家提供由廠家提供數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)。 22 1m 因為因為 21 2 1 PP PP 2 0 S S 0 1 S S m 動能動能 損失系數(shù)損失系數(shù) 標準節(jié)流裝置標準節(jié)流裝置 標準節(jié)流裝置包括標準節(jié)流件和標準取壓裝置。標準節(jié)流裝置包括標準節(jié)流件和標準取壓裝置。 節(jié)流裝置標準化的具體內(nèi)容有：節(jié)流裝置的結(jié)構(gòu)、節(jié)流裝置標準化

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。 標準節(jié)流件有：標準節(jié)流件有： 節(jié)流裝置節(jié)流裝置 導壓管導壓管 孔板孔板噴嘴噴嘴文丘里管文丘里管 標準節(jié)流裝置取壓方法有角接取壓法和法蘭標準節(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 當標準節(jié)流裝置安裝好后，只有流體流動狀態(tài)當標準節(jié)流裝置安裝好后，只有流體流動狀態(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。 因為，基本流量公式是在管道內(nèi)流體均勻流動因為，基本流量公式是在管道內(nèi)流體均勻流動 的前提下導出的，因此要求被測流體為湍流狀態(tài)。的前提下導出的，因此要求被測流體為湍流狀態(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反映流體的流動狀態(tài)。雷諾反映流體的流動狀態(tài)。雷諾 數(shù)數(shù)Re是無量綱系數(shù)。是無量綱系數(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， 為流體動力粘度。為流體動力粘度。 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 面各點的流速越面各點的流速越 趨于一致，流量系數(shù)趨于一致，流量

12、系數(shù)越穩(wěn)定。實驗表明只有在雷越穩(wěn)定。實驗表明只有在雷 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，流量系數(shù)）時，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 標準節(jié)流裝置使用條件標準節(jié)流裝置使用條件 q流體應當清潔，充滿圓管并流體應當清潔，充滿圓管并 連續(xù)穩(wěn)定地流動。連續(xù)穩(wěn)定地流動。 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)定的流動狀態(tài)，在節(jié)流裝置為

13、穩(wěn)定的流動狀態(tài)，在節(jié)流裝置 的上、下游必須配置一定長度的的上、下游必須配置一定長度的 直管段。直管段。 節(jié)流裝置節(jié)流裝置 導壓管導壓管 差壓計差壓計 3 轉(zhuǎn)子流量計轉(zhuǎn)子流量計 在工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常遇到小流量的測量，因流在工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常遇到小流量的測量，因流 體的流速低，要求測量儀表有較高的靈敏度，才能體的流速低，要求測量儀表有較高的靈敏度，才能 保證一定的精度。保證一定的精度。 差壓式流量計對管徑小于差壓式流量計對管徑小于 50mm、低雷諾數(shù)的流體的測低雷諾數(shù)的流體的測 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 則 特 別 適 宜 于 測 量 管 徑計 則 特 別 適 宜 于 測

14、量 管 徑 50mm以下管道的流量，測量以下管道的流量，測量 的流量可小到每小時幾升。的流量可小到每小時幾升。 工作原理工作原理 轉(zhuǎn)子流量計與前面所講的差轉(zhuǎn)子流量計與前面所講的差 壓式流量計在工作原理上是不相壓式流量計在工作原理上是不相 同的。差壓式流量計是在節(jié)流面同的。差壓式流量計是在節(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，以差壓變化來反映流量的件下，以差壓變化來反映流量的 大小。而轉(zhuǎn)子流量計，卻是以壓大小。而轉(zhuǎn)子流量計，卻是以壓 降不變，利用節(jié)流面積的變化來降不變，利用節(jié)流面積的變化來 測量流量的大小，即轉(zhuǎn)子流量計測量流量的大小，即轉(zhuǎn)子流量計 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 流量測量方法。流量測量方法。 當流體自下而上流過錐形管當流體自下而上流過錐形管 時，位于錐形管中的轉(zhuǎn)子受到向上時，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。當此的浮力和推力，使轉(zhuǎn)子浮起。當此 力正好等于轉(zhuǎn)子重力時，則作用在力正好等于轉(zhuǎn)子重力時，則作用在 轉(zhuǎn)子上的上下兩個力達到平衡，此轉(zhuǎn)子上的上下兩個力達到平衡，此 時轉(zhuǎn)子就停浮在一定的高度上。時轉(zhuǎn)子就停浮在一定的高度上。 當被測流體的流量增大時，當被測流體的流量增大時， 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，流過此環(huán)隙的流的流通面積增大，流過此環(huán)隙的流 體流速變慢，推力減小。體流速變慢，推力減小。 當流體作用在轉(zhuǎn)子上的力再當流體作用在轉(zhuǎn)子上的力再 次等于轉(zhuǎn)子在流體中的重力時，轉(zhuǎn)次等于轉(zhuǎn)子在流體中的重力時，轉(zhuǎn) 子又穩(wěn)定在一個新的高度上。這樣，子又穩(wěn)定在一個新的高度上。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 與被測介質(zhì)的流量大小相對應。如與被測介質(zhì)的流量大小相對應。如 果在錐形管外沿其高度刻上對應的果在錐形管外沿其高度刻上對應的 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)子流量計測量流量的基本這就是轉(zhuǎn)子流量計測量流量的基本 原理。原理。 流量測量中轉(zhuǎn)子的平衡條件是：壓差力流量測量中轉(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 被測流體的被測流體的 密度；密度； g 重力加速度。重力加速度。 由于在測量過程中，由于在測量過程中，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也應為常數(shù)。也應為常數(shù)。 將平衡式變?yōu)椋?/p>

18、將平衡式變?yōu)椋?即流過轉(zhuǎn)子流量計的流量是轉(zhuǎn)子即流過轉(zhuǎn)子流量計的流量是轉(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)子流量計是以定壓降、變節(jié)轉(zhuǎn)子流量計是以定壓降、變節(jié) 流面積法測量流量的。流面積法測量流量的。 由于錐形管由下往上逐漸擴大，所以由于錐形管由下往上逐漸擴大，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 出被測介質(zhì)的流量大小。出被測介質(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，觸發(fā)顯示。移動，觸發(fā)顯示。 轉(zhuǎn)子位置信號的引出：轉(zhuǎn)子位置信號的引出： 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 場傳感器，測出磁場的場傳感器，測出磁場的 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、在轉(zhuǎn)子上方安裝一導 磁棒，使差動變壓器輸磁棒，使差動變壓器輸 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，流量值與被測流體密度有關(guān)。從流量公式可知，流量值與被測流體密度有關(guān)。 為了便于成批生產(chǎn)，生產(chǎn)廠是在工業(yè)標準狀態(tài)下為了便于成批生產(chǎn)，生產(chǎn)廠是在工業(yè)標準狀態(tài)下 （20，0.10133MPa），用水或空氣進行標度。，用水或空氣進行標度。 q對液體測量，儀表示值對液體測量，儀表示值 代表代表20時水的流量值。時水的流量值。 q對氣體測量，則是代表對氣體測量，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。 實際使用時，須對指示實際使用時，須對指示 值進行修正。值進行修正。 4 靶式流量計靶式流量計 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，由力平衡變送器測出。桿引出，由力平衡變送器測出。 理論分析及實驗證明，理論分析及實驗證明， 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和差壓式流量計相似，流量和力是開方關(guān)系。和差壓式流量計相似，流量和力是開方關(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、瀝青等的流量測量。流體，如重油、瀝青等的流量測量。 v精度為精度為23%。 則則 而通過管道的體積流量而通過管道的體積流量 Q=S0v S0 Sd 5 橢圓齒輪流量計橢圓齒輪流量計 橢圓齒輪流量計是利用兩個相互嚙合的橢圓橢圓齒輪流量計是利用兩個相互嚙合的橢圓 形齒輪在流體的推動下，連續(xù)轉(zhuǎn)動來測流量的。形齒輪在流體的推動下，連續(xù)轉(zhuǎn)動來測流量的。 當流體

23、要流過橢圓齒輪時，進口側(cè)壓力當流體要流過橢圓齒輪時，進口側(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。矩使橢圓齒輪轉(zhuǎn)動。 圖（圖（a）位置時，由于位置時，由于p1 p2，所產(chǎn)生的合力矩所產(chǎn)生的合力矩 使使A輪順時針方向轉(zhuǎn)動。輪順時針方向轉(zhuǎn)動。A帶動帶動B轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動。 轉(zhuǎn)至（轉(zhuǎn)至（b）位置，位置，A輪與輪與B輪均為主動輪。輪均為主動輪。 轉(zhuǎn)至（轉(zhuǎn)至（c）位置，合力矩使位置，合力矩使B輪帶動輪帶動A輪轉(zhuǎn)動。輪轉(zhuǎn)動。 A 、B輪轉(zhuǎn)動時，連續(xù)將半月形容積內(nèi)的流體輪轉(zhuǎn)動時，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)動了此圖表示橢圓齒輪轉(zhuǎn)動了1/4周的情況，其排周的情況，其排 出的流體為一個半月形容積出的流體為一個半月形容積V0。所以，橢圓齒輪。所以，橢圓齒輪 每轉(zhuǎn)一周所排出的被測介質(zhì)量為半月形容積的每轉(zhuǎn)一周所排出的被測介質(zhì)量為半月形容積的4倍。倍。 故通過橢圓齒輪流量計的體積流量故通過橢圓齒輪流量計的體積流量Q為：為： Q = 4nV0 n齒輪轉(zhuǎn)速齒輪轉(zhuǎn)速 如果累計齒輪轉(zhuǎn)速，則得到體積總量。如果累計齒輪轉(zhuǎn)速，則得到體積總量。 V0 q特點特點 由于橢圓齒輪流量計是基于容積式原理測量的，由于橢圓齒輪流量計是基于容積式原理測量的， 與流體的粘度、密度、雷諾數(shù)等參數(shù)無關(guān)。因此，與流體的粘度、密度、雷諾數(shù)

25、等參數(shù)無關(guān)。因此， 安裝時不需要有直管段，對流體的流動狀態(tài)無要求，安裝時不需要有直管段，對流體的流動狀態(tài)無要求， 特別適用于高粘度介質(zhì)的流量測量。測量精度高，特別適用于高粘度介質(zhì)的流量測量。測量精度高， 最高可達最高可達0.1%。 橢圓齒輪流量計的使用溫度不能過橢圓齒輪流量計的使用溫度不能過 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 外被測流體中不能含有固體顆粒外被測流體中不能含有固體顆粒， 否則會引起齒輪磨損以至損壞。否則會引起齒輪磨損以至損壞。 6 6 渦輪流量計渦輪流量計 在測量管道內(nèi)，安裝一個可以自由轉(zhuǎn)動的渦輪，在測量管道內(nèi)，安裝一個可以自由轉(zhuǎn)動的渦輪， 當流體通過

26、時，流體的動能使渦輪旋轉(zhuǎn)。流體的流當流體通過時，流體的動能使渦輪旋轉(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，測出渦輪的轉(zhuǎn)速或因此，測出渦輪的轉(zhuǎn)速或 轉(zhuǎn)數(shù)，就可確定流過管道的流轉(zhuǎn)數(shù)，就可確定流過管道的流 體流量或總量。日常生活中使體流量或總量。日常生活中使 用的某些自來水表、油量計等，用的某些自來水表、油量計等， 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渦輪上的螺旋形葉片用高導 磁系數(shù)的不銹鋼材料制成。磁系數(shù)的不銹鋼材料制成。 導流器用導流器用 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 導磁的不導磁的不 銹鋼制成銹鋼制成 渦輪流量計的工作過程渦輪流量計的工作過程 當流體通過渦輪葉片與管道之間的間隙時，葉當流體通過渦輪葉片與管道之間的間隙時，葉 片前后的壓差力推動葉片旋轉(zhuǎn)。高導磁性的渦輪葉片前后的壓差力推動葉片旋轉(zhuǎn)。高導磁性的渦輪葉 片就周期性地掃過磁鋼底部，片就周期性地掃過磁鋼底部， 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 應出脈沖電信號。其頻率與渦應出脈沖電信號。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 與被測流量與被測流量 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特點特點 渦輪轉(zhuǎn)速不用軸輸出，沒有齒渦輪轉(zhuǎn)速不用軸輸出，沒有齒 輪傳動誤差和密封問題，因而渦輪輪傳動誤差和密封問題，因而渦輪 流量計測量精度高（可達流量計測量精度高（可達0.2級），級）， 耐高壓（靜壓可達耐高壓（靜壓可達50MPa）。）。 輸出信號為頻率信號，不易受輸出信號為頻率信號，不易受 干擾，便于遠傳干擾，便于遠傳 。 要求流體清潔，安裝時，應加要求流體清潔，安裝時，應加 裝過濾器，且前后要有一定的直管裝過濾器，且前后要有一定的直管 段。段。 7

29、 7 電磁流量計電磁流量計 在流量測量中，當被測介質(zhì)是具有導電性的液在流量測量中，當被測介質(zhì)是具有導電性的液 體介質(zhì)時，可以應用電磁感應的方法來測量流量。體介質(zhì)時，可以應用電磁感應的方法來測量流量。 工作原理工作原理 在管道兩側(cè)安放磁鐵，流動的液體當作切割磁在管道兩側(cè)安放磁鐵，流動的液體當作切割磁 力線的導體，產(chǎn)生的感應電動勢與流體的流速成正力線的導體，產(chǎn)生的感應電動勢與流體的流速成正 比關(guān)系。當磁感應強度比關(guān)系。當磁感應強度B不變、管道直徑一定時，流不變、管道直徑一定時，流 體切割磁力線而產(chǎn)生的感應電勢體切割磁力線而產(chǎn)生的感應電勢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 感應電勢；感應電勢； B 磁感應強度；磁感應強度； D 管道直徑；管道直徑； v 流體速度。流體速度。 當當BD一定時，一定時，感應電勢感應電勢E與流速與流速v成正比。成正比。 v= BDE 感應電勢的方向由右手定則判斷，其大小為：感應電勢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) 感應電勢感應電勢E與被測流與被測流 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) 變送器由測量管和轉(zhuǎn)變送器由測量管和轉(zhuǎn) 換器兩部分組成。換器兩部分組成。 測量管兩側(cè)分別繞有測量管兩側(cè)分別繞有 馬鞍形的勵磁線圈。馬鞍形的勵磁線圈。 為了避免直流磁場產(chǎn)為了避免直流磁場產(chǎn) 生的直流感應電勢使電極生的直流感應電勢使電極 周圍導電液體電解，導致周圍導電液體電解，導致 電極表面極化，而減小感電極表面極化，而減小感 應電勢，一般采用交流勵應電勢，一般采用交流勵 磁。磁。 為了避免磁力線被測量管的管壁短路，并使測量為了避免磁力線被測量管的管壁短路，并使測量 導管在磁場中盡可能地降低渦流損耗，測量導管應由導管在磁場中盡可能地降低渦流損耗，測量導管應由 非導磁的高阻材料制成

32、，如不銹鋼。但內(nèi)壁必須涂一非導磁的高阻材料制成，如不銹鋼。但內(nèi)壁必須涂一 層絕緣襯里，如環(huán)氧樹脂。以防止感應電勢被短路。層絕緣襯里，如環(huán)氧樹脂。以防止感應電勢被短路。 優(yōu)點：優(yōu)點： 測量導管內(nèi)無任何阻礙物，因而被測流體的壓測量導管內(nèi)無任何阻礙物，因而被測流體的壓 力損失很小。力損失很小。 可以測量各種導電液體的流量，如酸、堿、鹽可以測量各種導電液體的流量，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。 輸出信號與流量之間的關(guān)系不受流體的物理性輸出信號與流量之間的關(guān)系不受流體的物理性 質(zhì)（例溫度、壓力、粘度等）變化和流動狀態(tài)的影質(zhì)（例溫度、

33、壓力、粘度等）變化和流動狀態(tài)的影 響。響。 測量響應速度快，可用來測量脈動流量。測量響應速度快，可用來測量脈動流量。 由于感應電勢數(shù)由于感應電勢數(shù) 值很小，后級采用高值很小，后級采用高 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很容易受外界電磁場 干擾的影響。干擾的影響。 缺點缺點 只能用來測量導電液體的流量，要求導電率只能用來測量導電液體的流量，要求導電率 不小于水的導電率。不能測量氣體、蒸汽及石油不小于水的導電率。不能測量氣體、蒸汽及石油 制品等的流量。制品等的流量。 8 旋渦式流量計旋渦式流量計 利用流體遇到阻礙物后產(chǎn)生的旋渦來測量流利用流體遇到阻礙物后產(chǎn)生的旋渦來測量流

34、量?？梢杂脕頊y量管道中的液體、氣體和蒸汽的量?？梢杂脕頊y量管道中的液體、氣體和蒸汽的 流量。旋渦式流量計有兩類：旋進型旋渦流量計流量。旋渦式流量計有兩類：旋進型旋渦流量計 和卡曼型旋渦流量計（常稱渦街流量計）。和卡曼型旋渦流量計（常稱渦街流量計）。 旋進型旋進型 卡曼型卡曼型 渦街流量計測量原理渦街流量計測量原理 在測量管道中垂直插入一個非流線形的柱狀在測量管道中垂直插入一個非流線形的柱狀 物（圓柱或三角柱）作為阻流體。當流體受到阻物（圓柱或三角柱）作為阻流體。當流體受到阻 礙物阻擋時，會在阻礙物的下游處產(chǎn)生兩列平行、礙物阻擋時，會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。因為這些

35、旋渦有如街道且上下交替出現(xiàn)的旋渦。因為這些旋渦有如街道 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”。 實驗表明，當兩列旋渦的間距實驗表明，當兩列旋渦的間距h和同列相鄰兩和同列相鄰兩 個旋渦之間的距離個旋渦之間的距離 l 之比能滿足之比能滿足hl0.218時，所時，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，單側(cè)旋渦的發(fā)生頻為常數(shù)時，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測得測得 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旋渦流量計的特點是精旋渦流量計的特點是精 確度高、測量范圍寬、沒有運確度高、測量范圍寬、沒有運 動部件、壓力損失小。動部件、壓力損失小。 旋渦頻率的檢測旋渦頻率的檢測 旋渦頻率的檢測方法很多。如：熱敏檢測法旋渦頻率的檢測方法很多。如：熱敏檢測法 、 超聲波檢測法、電容

37、檢測法、應力檢測法等。超聲波檢測法、電容檢測法、應力檢測法等。 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，再經(jīng)放速等的變化作用于敏感元件，產(chǎn)生電信號，再經(jīng)放 大整形，得到脈沖信號輸出。例大整形，得到脈沖信號輸出。例1：熱敏檢測法熱敏檢測法 如圖所示，圓柱形內(nèi)腔的中心位置上安裝一個如圖所示，圓柱形內(nèi)腔的中心位置上安裝一個 鉑電阻，通以電流時產(chǎn)生熱量，使內(nèi)腔溫度高于腔鉑電阻，通以電流時產(chǎn)生熱量，使內(nèi)腔溫度高于腔 外。外。當流體產(chǎn)生旋渦時，產(chǎn)生旋渦的一側(cè)流體流速當流體產(chǎn)生旋渦時，產(chǎn)生旋渦的一側(cè)流體流速 低，靜壓高，使一部分

38、流體由導壓孔進入內(nèi)腔，向低，靜壓高，使一部分流體由導壓孔進入內(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)生一個旋渦，鉑電阻就變度降低，電阻減小。每產(chǎn)生一個旋渦，鉑電阻就變 小一次。小一次。 測量出鉑電阻變化測量出鉑電阻變化 的頻率就測定了的頻率就測定了旋旋渦頻渦頻 率，也就測得了流量。率，也就測得了流量。 鉑絲阻值的變化頻率，采鉑絲阻值的變化頻率，采 用一個不平衡電橋進行轉(zhuǎn)換，用一個不平衡電橋進行轉(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 電流信號輸出，供顯示，累積電流信號輸出，供顯示，累積 流量或

39、進行自動控制。流量或進行自動控制。 鉑電阻絲鉑電阻絲 電橋輸出信號頻率電橋輸出信號頻率fv= 2f 例例2：超聲波檢測法超聲波檢測法 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，導致了對超聲波的折射、反射和吸收等效應，變化，導致了對超聲波的折射、反射和吸收等效應， 而形成了對超聲波束的調(diào)制作用，這時而形成了對超聲波束的調(diào)制作用，這時B所接收到的所接收到的 不再是一個等幅波信號，其幅度變化的次數(shù)與旋渦不再是一個等幅波信號，其幅度變化的次數(shù)與旋渦 個數(shù)一致，從而測得流速的大小。個數(shù)一致，從而測得流速的大小。 9 超聲波流量計超聲波流量計 超聲波流量測量屬于非接觸式測量。它通過發(fā)射超聲波流量測量屬于非接觸式測量。它通過發(fā)射 超聲波，穿過流動的流體，被接收后，經(jīng)過信號處理超聲波，穿過流動的流體，被接收后，經(jīng)過信號處理 反映出流體的流速。根據(jù)流速便能算出流量。