各種流量計工作原理、結構圖

1、第一節(jié)第一節(jié) 節(jié)流式流量檢測節(jié)流式流量檢測如果在管道中安置一個固定的阻力件，它的中間是一個比管道截面小的孔，當流體流過該阻力件的小孔時，由于流體流束的收縮而使流速加快、靜壓力降低，其結果是在阻力件前后產生一個較大的壓力差。它與流量(流速)的大小有關，流量愈大，差壓也愈大，因此只要測出差壓就可以推算出流量。把流體流過阻力件流束的收縮造成壓力變化的過程稱節(jié)流過程，其中的阻力件稱為節(jié)流件。 作為流量檢測用的節(jié)流件有標準的和特殊的兩種。標準節(jié)流件包括標準孔板、標準噴嘴和標準文丘里管，如圖 9.1所示。對于標準化的節(jié)流件，在設計計算時都有統(tǒng)一標準的規(guī)定要求和計算所需的有關數(shù)據(jù)、圖及程序；可直接按照標準制

2、造、安裝和使用，不必進行標定。 圖 9.1 標準節(jié)流裝置特殊節(jié)流件也稱非標準節(jié)流件， 如雙重孔 板、偏心孔板、圓缺孔板、 1/4圓缺噴嘴等，他們可以利用已有實驗數(shù)據(jù)進行估算，但必須用實驗方法單獨標定。特殊節(jié)流件主要用于特殊；介質或特殊工況條件的流量檢測。 目前最常見的節(jié)流件是標準孔板，所以在以下的討論中將主要以標準孔板為例介紹節(jié)測式流量檢測的原理、設計以及實現(xiàn)方法等。 一一、檢檢測測原原理理 設穩(wěn)定流動的流體沿水平管流經節(jié)流件，在節(jié)流件前后將產生壓力和速度的變化，如剛9.2所示。在截面 1處流體未受節(jié)流件 影響，流束充滿管道，管道截面為 A1，流體靜壓力為p1，平均流速為 v1，流體密度為1。

3、截面2是經節(jié)流件后流束收縮的最小截面，其截面積為A2，壓力為P2，平均流速為 v2，流體密度為2。圖9.2中的壓力曲線用點劃線代 表管道中心處靜壓力，實線代表管壁處靜壓力。流體的靜壓力和流速在節(jié)流件前后的變化情況，充分地反映了能量形式的轉換。在節(jié)流件前，流體向中心 圖9.2 流體流經節(jié)流件時壓力和流速變化情況加速，至截面 2處，流束截面收縮到最小，流速達到最大，靜壓力最低。然后流束擴張，流速逐漸降低，靜壓力升高，直到截面3處。由于渦流區(qū)的存在，導致流體能量損失，因此在截面 3處的靜壓力 P3不等于原先靜壓力 p1，而產生永久的壓力損失。p 設流體為不可壓縮的理想流體，在流經節(jié)流件時，流體不對外

4、作功，和外界沒有熱能交換，流體本身也沒有溫度變化，則根據(jù)伯努利方程，對于截面1、2處沿管中心的流線有以下能量關系： （9-1）22220220210110vpvp 因為是不可壓縮流體， 則。由于流速分布的不均勻， 截面1、 2處平均流速與21管中心的流速有以下關系： （9-2）22201110,vCvvCv式中 C1，C2為截面 1、2 處流速分布不均勻的修正系數(shù)?？紤]到實際流體有粘性， 在流動時必然會產生摩擦力， 其損失的能量為， 為能2221v量損失系數(shù)。在考慮上述因素后，截面 1、2 處的能量關系可寫成： （9-3）22222220212110222vvCpvCp根據(jù)流體的連續(xù)性方程，有

5、 （9-4）2211vAvA又設節(jié)流件的開孔面積為A0 ， 定義開口截面比m=A。 A1 ， 收縮系數(shù)=A2A0 。 聯(lián)解式(9-2)-式（9-4）可得 （9-5） 2010222122221ppmCCv 因為流束最小截面2的位置隨流速而變，而實際取壓點的位置是固定的；另外實際取壓是在管壁取的，所測得的壓力是管壁處的靜壓力?？紤]到上述因素，設實際 取壓點處取得的壓力為， 用它代替式(9-5)中管軸中心的靜壓力時， 需引入一個取壓21pp則2010pp 則系數(shù)，并且取 （9-6）212010pppp將上式代入（9-5） ，并根據(jù)質量流量的定義，可寫出質量流量與差壓的21ppp關系： （9-7）p

6、mCCAAvqm2222122022 令流量系數(shù)為 （9-8）222122mCC于是流體的質量流量可簡寫為 （9-9）pAqm20體積流量為 （9-10）pAq20 對于可壓縮性流體，考慮到氣體流經節(jié)流件時，由于時間很短，流體介質與外界來不及進行熱交換，可認為其狀態(tài)變化是等熵過程，這樣，可壓縮性流體的流量公式與不可壓縮性流體的流量公式就有所不同。但是，為了方便起見，可以采用和不可壓縮性流體相同的公式形式和流量系數(shù)，只是引入一個考慮到流體膨脹的校正系數(shù)，稱可膨脹性系數(shù)，并規(guī)定節(jié)流件前的密度為1，則可壓縮性流體的流量與差壓的關系為 （9-11）pAqpAqvm101022式中可膨脹性系數(shù)的取值為小

7、于等于1，如果是不可壓縮性流體，則=1。 式（9-11）成為流量方程，也稱流量公式。在實際應用時，流量系數(shù) 常用流出系數(shù) C 來表示，它們之間的關系為： （9-12）41C式中，稱為直徑比。這樣，流量方程也可寫成：Dd （9-13）pACqpACqvm1401402121二、標準節(jié)流裝置二、標準節(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。標準節(jié)流裝置是指節(jié) 流件和取壓裝置都標準 化，節(jié)流件前后的測量管道也符合有關規(guī)定。 它是通過大量試驗總結出來的，裝置一經設計和加工完畢便 可直接投入使用，無需進行單獨標定。這意味著，在標準節(jié) 流裝置的設計、加工、安裝和使用中必須嚴格按照規(guī)

8、定的技術要求、 規(guī)程和數(shù)據(jù)進行 ，以保證流量測量的精度。 下面以標準孔板為例介紹標準 節(jié)流裝置的結構、特性和安裝等的技術要求及規(guī)程： 圖9.3 標準孔板(1)標準節(jié)流件 孔板 標準孔板是一塊具 有與管道軸線同心的圓形開孔的、兩面平整且平行的金屬薄板，其剖面圖如圖9.3所示。它的結構形式和要求如下(詳見標準GBT262493)：1)標準孔板的節(jié)流孔 直徑d是一個很重要的尺寸，在任何情況必須滿足 75. 020. 05 .12Ddmmd同時，節(jié)流孔 直徑d值應取相互之間大致有相等角度的四個直徑測量結果的平均值，并要求任一單測值與平均值之差不得超過直徑平均值的士0.05。節(jié)流孔應為圓筒形并垂直于上游

9、端面 A。 2)孔板上游端面 A的平面度 (即連接孔板表面上任意兩點的直線與垂直于軸線的平面之間的斜度 )應小于 0.5，在直徑小于 D且與節(jié)流孔同心的圓內，上游端面A的粗糙度必須小于或等于 10-4d；孔板的下游端面 B無需達到與上游端面 A同樣的要求，但應通過目視進行檢查。 3)節(jié)流孔厚度 e應在O.005D與O.02D之間，在節(jié)流孔的任意點上測得的各個e值之間的差不得大于 O.001D；孔板厚度 E應在e與0.05D之間(當50mmD64mm時，E可以等于 3.2mm)，在孔板的任意點上測得的各個 E值之差不超過 0.001D；如果Ee，孔板的下游側應有一個擴散的圓錐表面，該表面的粗糙度

10、應達到上游端面A的要求，圓錐面的斜角 F為45土15。 4)上游邊緣 G應是尖銳的 (即邊緣半徑不大于 0.0004d)，無卷口、無毛邊，無目測可見的任何異常；下游邊緣 H和I的要求可低于上游邊緣 G，允許有些小缺陷。(2)標準取壓裝置 不同的節(jié)流件應采用不同形式的取壓裝置。對于標準孔板，我國國家規(guī)定，標準的取壓方式有角接取壓法、 法蘭取壓法和D 一取壓法。2D1)角接取壓角接取壓的取壓口位于上、下游孔板前后端面處，取壓口軸線與孔板各相應端面之間的間距等于取壓口直徑之半或取壓口環(huán)隙寬度之半。取壓口可以是環(huán)隙取壓口和單獨鉆孔取壓口，分別如圖 9.4 中的 a.和 b.。當采用環(huán)隙取壓時，通常要求

11、環(huán)隙在整個圓周上穿通管道，或者每個夾持環(huán)應至少由四個開孔與管道內部連通，每個開孔的中心線彼此互成等角 度，而每個開孔面積不小于 12mm2；當采用單獨鉆 孔取壓時，取壓口的軸線應盡可能以90與管道 軸線相交。顯然，環(huán)隙取壓由于環(huán)室的均壓作用，便于測出孔板兩端的平穩(wěn)差壓，有利于提高測量精度，但是夾持環(huán)的加工制造和安裝要求嚴格。當管徑D500mm 時，一般采用單獨鉆孔取壓。 環(huán)隙寬度或單獨鉆孔取壓口的直徑口通常取410mm 之間。 圖 9.4 角接取壓口 2)法蘭取壓和 D 一取壓2D法蘭取壓裝置是沒有取壓口的法蘭，D 一取壓裝置是沒有取壓口的管段，以及為2D保證取壓口的軸線與節(jié)流件斷面的距離而用

12、來夾緊節(jié)流件的法蘭，如圖9.5 所示。圖中的法蘭取壓口的間距、是分別從節(jié)流件上、下游端面量起，而D 一取1l2l2D壓口的間距、都是從節(jié)流件上游端量起。、的取值見下表。取壓口的最小1l2l1l2l直徑可根據(jù)偶然阻塞得可能及良好的動態(tài)特性來決定，沒有任何限制，但上游和下游取壓口應具有相同的直徑，并且取壓口的軸線與管道軸線相交成直角。 表 9-1 取壓口間距、的取值1l2l (3)直管段 節(jié)流裝置應安裝在符合要求的兩段直管段之間。 節(jié)流裝置上游及下游側的直管段(如圖9.5所示)分為如下三段： 節(jié)流件至上游第一個局部阻力件， 其距離為； 上游第1l一與第二個局部阻力件， 距離為節(jié)流件至下游第一個局部

13、阻力件， 距離為。 標準節(jié)流0l2l裝置對直段管、的要求如下：0l1l2l1)直管段應是有恒定橫截面積的圓筒形管道，用 目測檢查管道應該是直的。2)管道內表面應該清潔，無積垢和其他雜質。節(jié)流件上游 10D的內表面相對平均粗度應符合有關規(guī)定。3)節(jié)流裝置上、下游側最短直管段長度隨上游側阻力件的形式和節(jié)流件的直徑比而異最短直管段長度見表9-2。 表中所列長度是最小值， 實際應用時建議采用比所規(guī)定的長度更的直管段。表中的閥門應全開，調節(jié)流量的閥門應位于節(jié)流裝置的下游。如果直管段長度用表中括號內的數(shù)值時， 流出系數(shù)的不確定度要算術相加O. 5的附加不確定度。 如果在流裝置上游串聯(lián)了幾個阻力件(除全為9

14、0彎頭外)，則在第一個和第二個阻力件之間的長可按第二個阻力件的形式， 并取=0.7(不論實際值是多少)取表中數(shù)值的一半， 串聯(lián)0l幾個90彎頭時=O。0l /mm1l/ mm2l取壓方式0.60.60.60.6法蘭取壓25.4125.40.5（D150）25.41(150D1000)25.4125.40.5（D150）25.41(150D1000)D 一取壓2DD0.1D0.5D0.02D0.5D0.01D 圖 9.5 節(jié)流件上、下游阻力件及直管段長度0.200.250.300.350.400.450.500.550.600.650.700.750.8010(6)10(6)10(6)12(6)

15、14(7)14(7)14(7)16(8)18(9)22(11)28(14)36(18)46(23)14(7)14(7)16(8)16(8)18(9)18(9)20(10)22(11)26(13)32(16)36(18)42(21)50(25)34(17)34(17)34(17)36(18)36(18)38(19)40(20)44(22)48(24)54(27)62(31)70(35)80(40)55555556(5)8(5)9(5)11(6)14(7)22(11)30(15)16(8)16(8)16(8)16(8)16(8)17(9)18(9)20(10)22(11)25(13)30(15)3

16、8(19)54(27)18(9)18(9)18(9)18(9)20(10)20(10)22(11)24(12)26(13)28(14)32(16)36(18)44(22)12(6)12(6)12(6)12(6)12(6)12(6)12(6)14(7)14(7)16(8)20(10)24(12)30(15)4(2)4(2)5(2.5)5(2.5)6(3)6(3)6(3)6(3)7(3.5)7(3.5)7(3.5)8(4)8(4)例例 9.1如圖 9.5 所示，設閥門為全開閘閥，管道直徑 D=300mm，孔板開孔直徑d=120mm，試確定直管段、的長度。0l1l2l解解 直徑比4 . 0300/1

17、20/Dd由表 9-2 查得 =14D，=6D， =1/220D1l2l0l把 D=300mm，代入，即可求得各直管段 長度： =3000mm =4200mm =1800mm0l1l2l三、節(jié)流式流量計三、節(jié)流式流量計 節(jié)流式流量計是基于節(jié)流裝置的一種流量檢測儀表，也稱差壓型流量計。它由節(jié)流裝置(節(jié)件和取壓裝置)、引壓導管、差壓計和顯示儀表組成，框圖如圖9.6所示。 圖9.6 節(jié)流式流量計框圖節(jié)流裝置把流體流量轉換成差壓，通過引壓導管送到差壓計。 vmqq21mqKp 差壓計進一步將差壓信號轉換為電流，顯示儀表 把接收到的電流信號通過pKI2標尺指示流量，標 尺長度忙。由于節(jié)流裝置是一個非線性

18、環(huán)節(jié)，因此顯示儀IKl3表的流量指示標尺也必須是非 線性刻度，這給尺寸設計和讀數(shù)帶來不便，誤差也相對會增大一些。為解 決流量指示的非線性問題，需要在檢測系統(tǒng)中增加一個非線性補償環(huán)節(jié)(即表9-2 孔板、噴嘴和文丘里噴嘴所要求的最短直管段長度mm 節(jié)流件上游側阻流件形式和最短直管段長度 比 單個90。 彎頭或三通(流體僅從一個支管流出) 在同一平面上的兩個或多個90。 彎頭 在不同平面上的兩個或多個90。 彎頭 漸縮管(在1.5D：3D的長度內由2D 為D) 慚擴管(在1D至2D的長度內由O.5D變?yōu)镈)球型閥全開 全孔球閥或閘閥全開 節(jié)流件下游最短直管段長度(包括在本表中的所有阻流件)開方 器)

19、。開方器可以依附在差壓計(這種差壓計稱帶開方器的差壓計)內， 即差壓計輸出與差壓 之間的關系為；也可以在差壓計后插入一個開方器，pKK22開方器輸出為，由開方器輸出到顯示儀表。增加一個開方器后，標尺長IKI2度與流量即成為線性關系 （9-14）mmKqqKKKKl1223例例9 9. .2 2 有一臺節(jié)流式流量計，滿量程為10kgs，當流量為滿刻度的 65和30時，試求流量值在標尺上的相應位置(距標尺起始點)，設標尺總長度為100mm。解解 如果流量計不帶開方器，則標尺長度與流量的關系為 2mKql 由題意，則則則則則則skgskgqskgmmKmmlskgqmm/0 . 3/5 . 6%65

20、10;./1,100,/101可求得 mmlmml0 . 9,25.42%30%65 如果流量計帶開方器，則標尺長度與流量為線性關系，由(9-14)式可得，當=6.5kgs 和 3.0kgs，標尺離起始點的距離分別為mq mmlmml0 .30,0 .75%30%65 節(jié)流式流量計具有結構簡單，便于制造，工作可靠，使用壽命較長，適應性強等優(yōu)點。幾乎能測量各種工況下的介質流量，是一種應用很普遍的流量計。使用標準節(jié)流裝置，只要嚴格按照有關規(guī)定和規(guī)程設計、加工和安裝節(jié)流裝置，流量計不需進行標定可直接使用。但是流量產生的壓力損失大，流量計的刻度一般是非線性的，流量測量范圍也較窄，正常情況下量程比只有3

21、：1，不能測量直徑在 50mm以下的小口徑與大于 1000mm的大口徑的流量，也不能測量臟污介質和粘度較大的介質的流量，同時還要求流體的雷諾數(shù)要大于某個臨界值。第二節(jié)第二節(jié) 電磁式流量檢測電磁式流量檢測電磁式流量檢測方法目前應用最廣 泛的是根據(jù)法拉第電磁感應定律進行流量測量的電磁流量計，它能檢測具有一定電導率的酸、堿、鹽溶液，腐蝕性液體以及含有固體顆粒(泥漿、礦漿等)的液體流量。但不能檢測氣體、蒸汽和非導電液體的流量。一、一、檢測原理檢測原理 導體在磁場中作切割磁力線運動時，在導體中便會有感應電勢，其大小與磁場的磁感應強度、導體在磁場內的有效長度及導體的運動速度成正比。 同理， 如圖9.7所示

22、， 導電的流體介質在磁場中作垂直方向流動而切割磁力線時， 也會在管道兩邊的電極上生感應電勢。感應電勢的方向由右手定則確定， 其大小由下式決定： （9-15）BDvEx式中Ex為感應電勢；B為磁感應強度；D為管道直徑，即導電流體垂直切割磁力線的長度； v為垂直于磁力線方向的流體速度。因為體積流量等于流體流速 v 與管道截面積 A 的乘積，故vq （9-16）vDqv241將上式代入（9-15） ，可得 （9-17）xvEBDq4 由上式可知， 在管道直徑 D 已確定并維持磁感應強度 B 不變時， 這時體積流量與感應電勢具有線性關系，而感應電勢與流體的溫度、壓力、密度和粘度等無關。根據(jù)上述原理制成

23、的流量檢測儀表稱電磁流量計。 圖 9.7 電磁式流量檢測原理 圖 9.8 電磁流量計結構 二、電磁流量計的結構二、電磁流量計的結構 電磁流量計的結構如圖9.8所示， 它主要由磁路系統(tǒng)、 測量導管、 電極、襯里、外 殼以及轉換器等部分 組成。 (1)磁路系統(tǒng) 用于產生均 勻的直流或交流磁場。直流磁場可以用永久磁鐵來 實現(xiàn)，其結構比較簡 單。但是，在電極上產生的直流電勢會引起被測液體的電解，因而在電極上發(fā)生極化現(xiàn)象，破壞了原有的測量條件；當管道直徑較大時，永久磁鐵也要求很大，這樣既笨重又不經濟。所以，工業(yè)生產用的電磁流量計，大多采用交變磁場，且是用50Hz工頻電源激勵產生的。產生交變磁場勵磁線圈的

24、結構型式因導管的口徑不同而有 所不同，圖9.8是一種集中繞組式結構。它由兩只串聯(lián)或并聯(lián)的馬鞍形勵磁組組成，上下各一只夾持在測量導管上。為形成磁路，減少干擾及保證磁場均勻，在線圈外圍有若干層硅鋼片疊成的磁軛。 (2)測量導管 其作用是讓被測液體通過。它的兩端設有法蘭，以便與管道連接。為使磁力線通過測量導管時磁通不被分路并減少渦流，測量導管必須采用不導磁、低導電率、低導熱率和具有一定機械強度的材料制成，一般可選用不銹鋼、玻璃鋼、鋁及其他高強度塑料等。(3)電極 電極的結構如圖9.9所示，它的作用是把被測介質切割磁力線時所產生的感應電勢引出。 為了不影響磁通分布， 避免因電極引入的干擾， 電極一般由

25、非導磁的不銹鋼材料制成。 電極要求與襯里齊平， 以便流體通過時不受阻礙。電極的安裝位置宜在管道的水平方向，以防止沉淀物堆積在電極上而影響測量精度。 圖9.9 電極的結構 (4)襯里 在測量導管的內側及法蘭密封面上， 有一層完整的電絕緣襯里。 它直接接觸被測介質， 主要作用是增加測量導管的耐磨與耐蝕性，防止感應電勢被金屬測量導管管壁短路。因此，襯里必須是耐腐、耐磨以及能耐較高溫度的絕緣材料。(5)外殼 一般用鐵磁材料制成， 它是保護勵磁線圈的外罩，并可隔離外磁場的干擾。（6)轉換器 流體流動產生的感應電勢十分微弱，采用 50Hz交流電源供電，因而各種干挽因素的影響很大。轉換器的目的是將感應電勢放

26、大并能抑制主要的干擾信號。三三、正正交交干干擾擾信信號號的的產產生生與與抑抑制制采用交變磁場時，設磁感應強度B=Bmsinmt，則感應電勢為 （9-18）wtDvBEmxsin 應用交變磁場可以有效地消除極化現(xiàn)象，但隨之而來的電磁干擾信號明顯增大，主要的干擾信號是所謂的正交干擾信號， 它是指其相位和被測感應電勢Ex， 相差90造成這種干擾的主要原因是：在電磁流量計工作時，管道內充滿導電液體，這樣，電極引線、被測液體和轉換器的輸入阻抗構成閉合回路。 而交變磁通不可避免地會穿過該閉合回路， 根據(jù)電磁感應定律，交變磁場在閉合回路中產生的感應電勢為： （9-19）dtdBKet式中K為系數(shù)，把交變磁場

27、代入上式，得wtBBmsin （9-20）2sintKBemt 比較式（9-18）和式（9-20）可以看出，信號電勢Ex與干擾電勢et的頻率相同，而相位上相差90，所以習慣上稱此項干擾為正交干擾(也稱90干擾)。嚴重時，正交干擾et可能與信號電勢Ex相當，甚至超過Ex。所以，必須設法消除此項影響，否則會引起測量誤差，甚至造成流量計無法工作。消除正交干擾的方法很多，目前主要采用的方法有：(1)利用信號引出線路自動補償，如圖9.10所示，從一根電極上引出兩根導線，并分別繞過磁極形成兩個從一根電極上引出兩根導線，并分別繞過磁極形成兩個回路內產生方向相反的感應電勢，通過調零電位器，使進入儀表的干擾電勢

28、相互抵消，以減小正交干擾電勢進入轉換器的輸入電路。 圖9.10 利用引出線自動補償正交干擾(2)在轉換器的放大電路中進一步采取補償措施，例如，在主放大器的反饋網絡上設置正交干擾抑制器。四、轉換器及其構成原理四、轉換器及其構成原理 電磁流量計轉換器的任務是把電極檢測到的交變感應電勢經放大轉換成統(tǒng)一的直流標準信號。根據(jù)電磁流量計的檢測特點，轉換器應滿足以下要求。 (1)要求轉換器有很高的輸入阻抗。由于感應電勢的通道是兩個電極間的液體，被測液體的導電性能往往很低，例如100mm管徑，被測介質是蒸餾水時，內阻約為20k左右。另外，考慮到分布電容的影響，故一般希望轉換器的輸入阻抗要大于lOM，最好要超過

29、lOOM。 (2)感應電勢Ex比較微弱，并且伴有各種干擾信號。為此，要求轉換器除對有用信號進行放大外，還必須設法消除各種干擾。圖9.11 正交干擾自動補償原理對于正交干擾電勢，雖然在信號引線時采取了一定的補償措施，但是，由于正交干擾電勢在工作中是變化的，因而在轉換部分還必須進一步降低它的影響。最常用的方法是利用正交干擾電壓自動補償，其原理見圖 9.11 所示。在轉換器的放大通道中，附加有消除正交干擾影響的負反饋線路，取出放大器輸出信號中的正交干擾電壓，深度負反饋到放大器的輸入端，與輸入信號中的正交干擾電壓相減，從而使正交干擾電壓的輸出值降低到倍，1即。而信號電壓 Ex不進人負反饋線路，通過放大

30、器后的信號電壓輸出為 KEx，Kttee1為放大器的放大倍數(shù)。 為了減小與感應電勢同相位的共模干擾信號的影響，轉換器的前置放大器一般要采用差動放大形式，利用差動放大的抑制作用，消除共模干擾的影響。(3)由(9-18)式可知，感應電勢與磁場強度有關。如果勵磁電源電壓和頻率有波動，必然要引起磁場強度的變化，從而影響測量的正確性。因此，必須在轉換器部分采取措施，以消除電源波動的影響。圖9.12是根據(jù)上述要求設計的轉換器原理框圖。被測信號Ex與反饋信號Vz比較后得差值信號，經前置放大器、主放大器、相敏整流和功率放大器得到xx直流電流I0。I0通過線圈產生磁感應強度By，By=K1I0作用于霍爾乘法器與

31、控制電流Iy相乘，得到霍爾電勢 yyHHBIKV其中KH為霍爾乘法器的霍爾系數(shù)。VH經分壓后得到反饋電壓Vz，Kz為分壓HzzVKV 系數(shù)。由于控制電流Iy與流量計的勵磁電流取自同一電源，則。因此有BKIy2BIKKKKVzHz21 圖 9.12 轉換部分方框圖 令正向通道的總放大倍數(shù)，反饋回路的反饋系數(shù)4321AAAAA 。這樣，當時，有BKKKKIVzHz2101A （9-21）BKKKKAAEIzHx210111將式（9-17）代入（9-21） ，得 （9-22）DKKKKqIzHv2104由此可見， 轉換器輸出的電流信號， I0 與體積流量成正比。 在采用霍爾乘法器時， Iy的引人消除

32、了由于勵磁電源電壓波動對測量的影響； 正交干擾抑制單元保證了對正交干擾的負反饋作用，大大減小了正交干擾的影響。 五、電磁流量計的特點五、電磁流量計的特點測量導管內無可動部件或突出于管道內部的部件，因而壓力損失極?。?只要是導電的，被測流體可以是含有顆粒、懸浮物等，也可以是酸、堿、鹽等腐蝕性介質；流量計的輸出電流與體積流量成線性關系，并且不受液體 的溫度、壓力、密度、粘度等參數(shù)的影響；電磁流量計的量程比一般為10：1，精度較高的量程比可達100：1；測量口徑范圍大，可以從lmm到2m以上，特別適用于Im以上口徑的水流量測量；測量精度一般優(yōu)于O.5。電磁流量計反應迅速，可以測量脈動流量；電磁流量計

33、的主要缺點有：被測流體必須是導電的，不能 測量氣體、蒸汽和石油制品等的流量； 由于襯里材料的限制， 一般使用溫度為 0200； 因電極是嵌裝在測量導管上的， 這也使最高工作壓力受到一定限制。第三節(jié)第三節(jié) 容積式流量檢測容積式流量檢測容積式流量檢測是讓被測流體充滿具有一定容積的空間，然后再把這部分流體從出口排出，根據(jù)單位時間內排出的流體體積可直接確定體積流量，根據(jù)一定時間內排出的總體積數(shù)可確定流體的體積總量?；谌莘e式檢測方法的流量檢測儀表一般稱為容積式流量計。常見的容積式流量計有：橢圈齒輪流量計、腰輪(羅茨)流量計、刮板流量計、活塞式流量計、濕式流量計及皮囊式流計等，其中腰輪式、濕式、皮囊式可

34、以測量氣體流量。一、檢測原理一、檢測原理為了連續(xù)地在密閉管道中測量流體的流量，一般是采用容積分界方法，即由儀表殼體和活動壁組成流體的計量室，流體經過儀表時，在儀表的入、出口之間產生壓力差，推動活動壁旋轉，將流體一份一份地排出。設計量室的容積為 V0，當活動壁旋轉 n 次時，流體流過的體積總量為 Qv=nV。根據(jù)計量室的容積和旋轉頻率可獲得瞬時流量。下面主要介紹應用橢圓齒輪和刮板的檢測原理。 圖 9.13 應用橢圓齒輪測量流量示意圖(1)應用橢圓齒輪的檢測原理 如圖 9.13 所示，活動壁是一對互相嚙合的橢圓齒輪。被測流體由左向右流動，橢圓齒輪 A 在差壓=p1-p2 作用下，產生一個順時針轉矩

35、如圖 9.13p中(a)，使齒輪 A 順時針方向旋轉，并把齒輪與外殼之間的初月形容積內的介質排出，同時帶動齒輪 B 作逆時針方向旋轉。在(b)位置時，齒輪 A、B 均受到轉矩，并使它們繼續(xù)沿原來方向轉動。在(c)位置時，齒輪 B 在差壓作用下產生一個逆時針轉矩，使齒輪 B 旋p轉并帶動 A 輪一起轉動，同時又把齒輪 B 與外殼之間空腔內的介質排出。這樣齒輪交替地(或同時)受力矩作用，保持橢圓齒輪不斷地旋轉，介質以初月形空腔為單位一次又一次地經過齒輪排至出口?？梢钥闯?，橢圓齒輪每轉動一周，排出四個初月形空腔的容積，所以流體總量為 （9-23）04nVQv式中V0為初月形空腔的容積，可以算得 （9

36、-24）abRabRV22022121 式中 a、b 為橢圓齒輪長、短半軸；為齒輪的厚度。應用腰輪檢測流量的基本原理和橢圓齒輪相同， 只是活動壁形狀為一對腰輪， 并且腰輪上沒有牙齒。 圖 9.14 凸輪式刮板流量計(2)應用刮板的檢測原理 其活動壁為兩對刮板。它有兩種主要形式，凸輪式和凹線式，其中圖9.14為凸輪式刮板流量計示意圖。它的殼體內腔是圓形空筒，轉子是一個空心圓筒，筒邊開有四個槽，相互成90角，可讓刮板在槽內伸出或縮進。四個刮板由兩根連桿聯(lián)接，也互成90角，在空間交叉，互不干擾。在每個刮板的一端裝有一小滾柱，四個滾柱分別在一個不動的凸輪上滾動，從而使刮板時而伸出 ，時而縮進。轉子在人

37、口和出口壓差作用下，連刮板一起產生旋轉，四個刮板輪流伸出、縮進，把計量室 (兩塊刮板和殼體內壁、圓筒外壁所形成的空間)逐一排至出口。和橢圓齒輪一樣，轉子每轉動一周便排出四個計量室容積的流體。二、容積式流量計的工作特性二、容積式流量計的工作特性容積式流量計的工作特性與流體的粘度、密度以及工作溫度、壓力等因素有關，相對來說，粘度的影響要大一些。圖9.15是容積式流量計代表性的特性曲線，其中包括誤差和壓力損失兩組曲線。 由誤差曲線可以看到，多數(shù)曲線是負誤差，主要原因是儀表中有活動壁，活動壁與殼體內壁問的間隙產生流體的泄漏。在小流量時，由于轉子所受力矩小，而它本身又有一定的摩擦阻力，因而泄漏量相對較大

38、，特別是在流量很小時，負誤差會很大；當流量達到一定數(shù)值后，泄漏量相對較小，特性曲線比較平坦；當流量較大時，由于流量計的入、出口間壓力降增大，導致泄漏量相應增大。在相同的流量下，流體的粘度越低、越容易泄漏，誤差也就越大；對于高粘度流體，則泄漏相對較小，因此誤差變化不大。 流體流過流量計的壓力損失隨流量的增加幾乎線性上升，流體粘度愈高，壓損也愈大。三三、信信號號轉轉換換容積式流量計的信號轉換的任務是把旋轉運動按一定的比例關系轉換成流體的實際流量信號(瞬時值或累積值)，并進行顯示。顯示方式有就地顯示和遠傳顯示兩種。下面以橢圓齒輪流量計為例作一介紹。(1)就地顯示 橢圓齒輪轉動的轉數(shù)通過橢圓齒輪軸輸出

39、，又經一系列齒輪減速及轉速比調整機構之后，直接帶動儀表的指針和機械計數(shù)器，以實現(xiàn)流量和總量的顯示。其原理如圖9.16所示。 圖 9.15 容積式流量計特性曲線 圖 9.16 橢圓齒輪流量計的顯示原理(2)遠傳顯示 遠傳顯示是通過減速與速比調整后的齒輪帶動永久磁鐵旋轉，使得干簧繼電器的觸點以永久磁鐵相同的旋轉頻率同步地閉合或斷開， 從而發(fā)出一個個電脈沖遠傳給控制室的二次儀表。 通過電子計數(shù)器可進行流量的積算， 通過頻率一電壓(電流)轉換器可變成標準電信號。四、容積式流量計的特點四、容積式流量計的特點 測量精度較高，積算精度可達O.2O.5，有的甚至能達到O.1；量程比一般為10：1；測量口徑在1

40、0150mm左右；容積式流量計適宜測量較高粘度的液體流量，在正常的工作范圍內，溫度和壓力對測量結果的影響很?。话惭b方便，對儀表前、后直管段長度沒有嚴格的要求；由于儀表的精度主要取決于殼體與活動壁之間的間隙，因此對儀表制造、裝配要求高，傳動機構也比較復雜；要求被測介質干凈，不含固體顆粒，否則會使儀表卡住，甚至損壞儀表，為此要求在流量計前安裝過濾器；不適宜測量較大的流量，當測量口徑較大時，成本高，重量和體積大，維護不方便。第四節(jié)第四節(jié) 變面積式流量檢測變面積式流量檢測變面積式流量檢測是利用在下窄上寬的錐形管中的浮子所受的力平衡原理工作的。由于流量不同，浮子的高度不同，亦即環(huán)形的流通面積要隨流量變化

41、。常用的轉子流量計以及沖塞式流量計、汽缸活塞式流量計等屬于這種檢測方法。下面主要結合轉子流量計討論變面積式流量檢測方法的原理、特性和特點。 圖9.17 變面積式流量檢測原理一一、檢檢測測原原理理 如圖9.17所示，在一垂直的錐形管中，放置一阻力件浮子(也稱轉子)。當流體自下而上流經錐形管時，受到浮子阻擋產生一個差壓，并對浮子形成一個向上作用力。同時浮子在流體中受到向上的浮力。當這兩個垂直向上的合力超過浮子本身所受重力時，浮子便要向上運動。隨著浮子的上升，浮子與錐形管間的環(huán)形流通面積增大，流速減低，流體作用在浮子上的阻力減小，直到作用在浮子上的各個力達到平衡，浮子停留在某一高度。當流量發(fā)生變化時

42、，浮子將移到新的位置，繼續(xù)保持平衡。將錐形管沿高度方向以流量刻度時，則從浮子最高邊緣所處的位置便可以知道流量的大小。由于無論浮子處于哪個平衡高度，其前后的壓力差(也即流體對浮子的阻力)總是相同的，故這種方法又稱恒壓降式流量檢測。浮子在錐形管中流體的作用下所受到的力有：浮子本身垂直向下的重力1f （9-25）gVfff1流體對浮子所產生的垂直向上的浮力2f （9-26）gVff2和流體作用在浮子上垂直向上的阻力3f （9-27）223vAff式（9-25）-（9-27）中，Vf為浮子體積；f為浮子密度；為流體密度；Af為浮子的最大截面積；為阻力系數(shù)；v 為流體在環(huán)形流通截面上的平均流速。 當浮子

43、在某一位置平衡時，則 （9-28）0321fff將式（9-25）、（9-26）、（9-27）代入（9-28），整理后得流體通過環(huán)形流通面的流速為 （9-29）fffAgVv2 設環(huán)形流通面積為 A0 ，則流體的體積流量為 （9-fffvAgVAvAq20030）式中，稱流量系數(shù)。式（9-30）是變面積式流量檢測的基本流量方程?？梢钥闯觯?當錐形管、浮子形狀和材料一定時，流過錐形管的流體的體積流量與環(huán)形流通面積 A0成線性關系。而 A0又與錐形管的高度 h 有明確的關系，由圖 9.17 可知 （9-220024fdhtgDA31）式中D0為標尺零處錐形管直徑；為錐形管錐半角；df為浮子最大直徑。

44、 在制造時，一般使D0df。由于錐角很小，一般在121131左右，所以tg很小，如果忽略項，則2htg （9-tghDA0032）將式（9-32）代入（9-30），有 （9-fffvAgVtghDq2033）由此可見，體積流量與浮子在錐形管中的高度近似成線性關系。流量越大，則浮子所處的平衡位置越高。二、對流量方程各參數(shù)的討論二、對流量方程各參數(shù)的討論(1)流量系數(shù) 實驗證明：流量系數(shù)與錐形管的錐度，浮子的幾何形狀以及被測流體的雷諾數(shù)等因素有關。 在錐形管和浮子的形狀已經確定的情況下，流量系數(shù)隨雷諾數(shù)變化。圖9.18是三種不同形狀的浮子流量系數(shù)與雷諾數(shù)的關系曲線。從圖中可以看出，當雷諾數(shù)比較小時

45、，隨雷諾數(shù)的增加而逐漸增大，當雷諾數(shù)達到一定值后，基本上保持平穩(wěn)。不同形狀的浮子的與雷諾數(shù)的關系曲線也不同。(2)流體密度 由于流量方程式(9-30)中包括有流體的密度，因此應用變面積式流量檢測儀表時應事先知道流體的密度。按國家規(guī)定，轉子流量計在流量刻度時是在標準狀態(tài)(20，760mmHg)下用水(對液體)或空氣(對氣體)介質進行標定的。當被測介質或工況改變時，應對儀表刻度進行修正。設被測介質的實際密度為，當流量計指示值為時，vq實際流體的流量為vq （9-34）ffvvqq上式是在假設介質改變或密度改變時流體的粘度與標定用的水或空氣的粘度相差不大條件下得出的。如果粘度變化比較大，會導致阻力系

46、數(shù)的變化，從而影響流量系數(shù)。 圖9.18 流量系數(shù)與雷諾數(shù)的關系 三三、信信號號轉轉換換 變面積式流量檢測儀表根據(jù)顯示方式的不同可分為兩類：一類是玻璃轉子流量計，其錐形管是由玻璃制成，并在管壁上標有流量刻度，因此可以直接根據(jù)轉子的高度進行讀數(shù)；另一類為電遠傳轉子流量計，如圖9.19所示。它主要由金屬錐形管、轉子、連動桿、鐵心和差動線圈等組成，當被測流體的流量變化時，轉子在錐形管內上下移動。由于轉子、連動桿和鐵心為鋼性連接，轉子的運動將帶動鐵心一起產生位移，從而改變差動變壓器的輸出，通過信號放大后可使輸出電壓或電流與流量成一一對應關系。因此，在電遠傳式轉子流量計中，錐形管和轉子的作用是將流量的大

47、小轉換成轉子的位移，而鐵心和差動變動器的作用是進一步將轉子的位移轉換成電信號。 圖9.19 電遠傳轉子流量計原理圖 四四、轉轉子子流流量量計計的的特特點點 轉子流量計主要適合于檢測中小管徑、較低雷諾數(shù)的中小流量；流量計結構簡單，使用方便，工作可靠，儀表前直管段長度要求不高；流量計的基本誤差約為儀表量程的2，量程比可達10：1；流量計的測量精度易受被測介質密度、粘度、溫度、壓力、純凈度、安裝質量等的影響。第五節(jié)第五節(jié) 其他流量的檢測方法其他流量的檢測方法一一、漩渦式流量檢測漩渦式流量檢測漩渦式流量檢測方法是 70年代發(fā)展起來按流體振蕩 原理工作的。 目前已經應用的有兩種： 一種是應用自然振蕩的卡

48、門漩渦列原理；另一種是應用強迫振蕩的漩渦旋進原理?，F(xiàn)在， 卡門漩渦式流量檢測方法的應用相對較多， 而且發(fā)展較快，故這里只介紹這種流量檢測方法。在流體中垂直于流動方向放置一個非流線型的物體(如圓柱體、 棱柱體)、， 在它的下游兩側就會交替出現(xiàn)漩渦(如圖9.20所示)， 兩側漩渦的旋轉方向相反， 并輪流地從柱體上分離出來。這兩排平行但不對稱的漩渦列稱為卡門渦列(有時也稱渦街)。 由于渦列之間的相互作用， 漩渦的渦列一般是不穩(wěn)定的。實驗證明，只有當兩列漩渦的間距h與同列中相鄰漩渦的間距滿足為h/ =O.281條件時，卡門渦列才是穩(wěn)定的。并且，單列漩渦產生的頻率 f與柱體附ll近的流體流速v成正比，與

49、柱體的特征尺寸d(漩渦發(fā)生體的迎面最大寬度)成反比，即 （9-35）dvStf 式中 St稱為斯特勞哈爾數(shù)，是一個無因 次數(shù)。 St主要與漩渦發(fā)生體的形 狀和雷諾數(shù)有關。在雷諾數(shù)為500 15000的 范圍 內，St基本上為一常數(shù)，如圖 9.21所示， 圖9.20 卡門渦列形成原理 圖9.21 斯特勞哈爾數(shù)與雷諾數(shù)的關系對于圓柱體St=0.20； 對于三角柱St=0.16， 在此范圍內可以認為頻率f只受流速v和漩渦發(fā)生體特征尺寸d的支配，而不受流體的溫度、壓力、密度、粘度等的影響。所以，當測得頻率f后，就可得到流體的流速v，進而可求得體積流量。vq漩渦發(fā)生體是流量檢測的核心，它的形狀和尺寸對于

50、漩渦式流量檢測儀表的性能具有決定性作用。 圖9.22給出了常見的幾種漩渦發(fā)生體的斷面， 其中圓柱形、 方柱形和三角柱形更為通用， 稱為基形漩渦發(fā)生體。 圓柱體的St較高，壓損低，但漩渦強度較弱；方柱形和三角柱形漩渦強烈并且穩(wěn)定，但是前者壓損大，而后者St較小。 根據(jù)卡門漩渦列原理制成的流量檢測儀表稱卡門漩渦流量計。除了漩渦發(fā)生體外，流量計還包括頻率檢測， 頻率一電壓(電流)轉換等部分。 漩渦頻率的檢測是漩渦流量計的關鍵。考慮到安裝的方便和減小對流體的阻力， 一般把漩渦頻率檢測元件附在漩渦發(fā)生體上。 不同形狀的漩渦發(fā)生體， 其漩渦的成長過程以及流體在漩渦發(fā)生體周圍的流動情況有所不同， 因此漩渦頻

51、率的檢測方法也不一樣。 例如圓柱體漩渦發(fā)生體常用鉑熱電阻絲檢測法； 三角柱漩渦發(fā)生體采用熱敏電阻或超聲波檢測法；矩形柱漩渦發(fā)生體采用電容檢測法等。 圖9.22 常見漩渦發(fā)生體斷面 圖9.23 漩渦頻率檢測原理 圓柱體漩渦發(fā)生體的鉑熱電絲在圓柱體空腔內， 如圖9.23(a)所示。 由流體力學可知，當圓柱體右下側有漩渦時， 將產生一從下到上作用在柱體上的升力。結果有部分流體從下方導壓孔吸入，從上方的導壓孔吹出。如果把鉑電阻絲用電流加熱到比流體溫度高出某一溫度，流體通過鉑電阻絲時，帶走它的熱量，從而改變它的電阻值，此電阻值的變化與放出漩渦的頻率相對應，由此便可檢測出與流速變化成比例的頻率。 圖9.2

52、3(b)是三角柱漩渦發(fā)生體的漩渦頻率檢測原理圖。兩只熱敏電阻對稱地嵌入在三角柱迎流面中間， 并和其他兩只固定電阻構成一個電橋。 電橋通以恒定電流使熱敏電阻的溫塞升高。 在流體為靜止或三角柱兩側未發(fā)生漩渦時， 兩只熱敏電阻溫度一致，阻值相等，電橋無電壓輸出。 當三角柱兩側交替發(fā)生漩渦時， 由于散熱條件的改變， 使熱敏電阻的阻值改變， 引起電橋輸出一系列與漩渦發(fā)生頻率相對應的電壓脈沖。 經放大和整形后的脈沖信號即可用于流體總量的顯示，同時通過頻率一電壓(電流)轉換后輸出模擬信號，作為瞬時流量顯示。二二、渦渦輪輪式式流流量量檢檢測測渦輪式流量檢測方法是以動量矩守恒原理為基礎的，如圖9.24所示，流體

53、沖擊渦輪葉片，使渦輪輪旋轉，渦輪的旋轉速度隨流量的變化而變化，通過渦輪外的磁電轉換裝置可將渦輪的旋轉轉換成電脈沖。由動量矩守恒定理可知，渦輪運動方程的一般形式為 （9-36） 321TTTTdtdJ式中，J 為渦輪的轉動慣量，為渦輪旋轉的角加速dtd 圖 9.24 渦輪式流量檢測方法原理圖度；T 為流體作用在渦輪上的旋轉力矩；T1為由流體粘滯摩擦力引起的阻力矩；T2為由軸承引起的機械摩擦阻力矩；T3為由于葉片切割磁力線而引起的電磁阻力矩。 從理論上可以推得，推動渦輪轉動的力矩為 （9-37）vvqrqrAtgKT221式中 K1為與渦輪結構、流體性質和流動狀態(tài)有關的系數(shù)；為與軸線相平行的流束與

54、葉片的夾角；A 為葉柵的流通截面積；r 為葉輪的平均半徑。理論計算和實驗表明，對于給定的流體和渦輪，摩擦阻力矩(T1+T2)為 （9-38）2221aqqaTTvv電磁阻力矩 T3為 （9-39）vvqaqaT/1113這種檢測方法的特點是管道內無可動部件，使用壽命長，壓力損失較??；測量精度較高(約為士O.51)， 量程比可達100： 1； 在一定的雷諾數(shù)范圍內， 幾乎不受流體的溫度、壓力、 密度、 粘度等變化的影響， 故用水或空氣標定的漩渦流量計可用于其他液體和氣體的流量測量而不需標定，尤其適用于大口徑管道的流量測量。但是流量計安裝時要求有足夠的直管段長度，上游和下游的直管段分別要求不少于2

55、0D和5D，漩渦發(fā)生體的軸線應與管路軸線垂直。式中 a1和 a2為系數(shù)。從式(9-36)可以看出：當流量不變時=0，渦輪以角速度作勻速轉動；當流量發(fā)生變dtd化時，o，渦輪作加速度旋轉運動，經過短暫時間后，渦輪運動又會適應新的流量到dtd割新的穩(wěn)定狀態(tài)，以另一勻速旋轉。因此，在穩(wěn)定流動情況下，=0，則渦輪的穩(wěn)態(tài)方dtd程為 （9-40）0321TTTT把式（9-37）、（9-38）、（9-39）代入（9-40），簡化后可得 （9-41）22111aqaqaaqvvv式中稱為儀表的轉換系數(shù)。 上式表明； 當流量較小時， 主要受摩擦阻力矩的影響， 渦輪轉速隨流量增加較慢；當大于某一數(shù)值后；因為系數(shù)

56、vqvqa1和a2很小，則(9-41)式可近似為 （9-42）1aqv這說明隨線性增加； 當很大時， 阻力矩將顯著上升，vqvq使隨的增加變慢，見圖9.25所示的特性曲線。 圖9.25 渦輪流量計的靜特性曲vq線利用上述原理制成的流量檢測儀表和渦輪流量計的結構如圖 9.26 所示，它主要由渦輪、導流器、磁電轉換裝置、外殼以及信號放大電路等部分組成。 圖 9.26 渦輪式流量計渦輪 一般用高導磁系數(shù)的不銹鋼材料制造，葉輪心上裝有螺旋形葉片，流體作用于葉片上使之旋轉；導流器 用以穩(wěn)定流體的流向和支承葉輪；磁電轉換裝置 由線圈和磁鋼組成，葉輪轉動時，使線圈上感應出脈動電信號；外殼一般由非導磁材料制定

57、，用以固定和保護內部各部件，并與流體管道相連；信號放大電路 用以放大由磁電轉換裝置輸出的微弱信號。經放大電路后輸出的電脈沖信號需進一步放大整形以獲得方波信號，對其進行脈沖計數(shù)和單位換算可得到累積流量；通過頻率一電流轉換單元后可得到瞬時流量。渦輪流量計的測量精度較高，可達到 0.5 級以上；反應迅速，可測脈動流量；流量與渦輪轉速之間成線性關系，量程比一般為 10：1，主要用于中小口徑的流量檢測。但渦輪流量計僅適用潔凈的被測介質，通常在渦輪前要安裝過濾裝置；流量計前后需有一定的直管段長度，一般上游側和下游側的直管段長度要求在 10D 和 5D 以上；流量計的轉換系數(shù)一般是在常溫下用水標定的，當介質

58、的密度和粘度發(fā)生變化時需重新標定或進行補償。三三、超聲波式流量檢測超聲波式流量檢測 超聲波用于參數(shù)檢測的主要性質已在物位檢測一節(jié)中作過介紹。在物位檢測中，利用了超聲波在界面的反射和在靜止介質中的傳播速度等特性。用超聲波進行流量檢測是根據(jù)聲波在靜止流體中的傳播速度與流動流體中的傳播速度不同這一原理工作的。 設聲波在靜止流體中的傳播速度為c，流體的流速為v。若在管道中安裝兩對聲波傳播方向相反的超聲波換能器。如圖9.27所示，則聲波從超聲波發(fā)射器T1、T2到接收器R1、R2所需要的時間分別為 （9-43）vcLtvcLt21兩者的時差為 （9-44）2221222cLvvcLvttt 當聲速c和傳播

59、距離L為已知時，測出時差t，便可以求出流速穢，進而求得流量。 利用上述原理制成的流量檢測儀表稱超聲波流量計。超聲波流量計的超聲換能器一般是斜置在管壁外側， 如圖9.28所示， 圖中采用了兩對換能器， 實際應用時也可以用一對換能器， 每一個換能器兼作聲波的發(fā)射和接收。 圖9.27 超聲測速原理 9.28 超聲比流量計結構圖超聲波流量計根據(jù)檢測原理上的區(qū)別可分為時差法、相位差法和頻率差法等。(1)時差法 通過測量超聲波脈沖順流和逆流時傳播的時間差來得到流體的流速。參照式(9-43)式(9-44)的推導過程，當超聲波傳播方向與管道軸線成角時，可以得到流速與時差t之間的關系為： （9-45）tDtgc

60、v22這種方法由于被測流速中包括聲速c，它受溫度影響較大，另外時差t的數(shù)量級很小，一般小于ls，所以對電子線路要求較高，同時限制了測量流速的下限。(2)相位差法 如果換能器發(fā)射連續(xù)超聲脈沖，或者周期較長的脈沖波列，則在順流和逆流發(fā)射時所接收到的信號之間便要產生相位差，代入式(9-45)可得流速v與相t位差之間的關系 （9-46）Dtgcv22式中為超聲波的角頻率。這種方法避免了測量微小的時差而是測量數(shù)值相對較大的相位差，有利于提高測量精度。但是方程中仍包括聲速c、與時差法相同，聲速變化將帶來測量誤差。(3)頻率差法 它是通過測量順流和逆流時超聲脈沖的重復頻率來測量流量的。發(fā)射器T發(fā)出一個超聲脈