流速和流量測量的基本原理及特點

1、流速和流量測量的基本原理及特點12本章主要內容：概述測速管節(jié)流式流量計轉子流量計渦輪流量計電磁流量計靶式流量計超聲波式流量計渦街流量計哥利奧里式流量計本章重點：1.節(jié)流式流量計的工作原理、特點、流量方程的推導、標準節(jié)流裝置、參數(shù)分析。2.轉子流量的工作原理及特點、刻度換算。3.其他流量計的基本原理和特點。本章難點：節(jié)流式流量計的流量方程的推導。3概述流體與流量流體: 是指具有流動性能的物質，一般可以認為是氣體和液體的總稱。流量: 是指單位時間內通過某截面的流體數(shù)量，稱瞬時流量。它可用質量單位表示，也可用體積單位表示，分別稱為質量流量(kg/s)和體積流量（m3/s) 。 體積流量表達式為：質量

2、流量表達式為：測量某一段時間內流過的流體量，即瞬時流量對時間的積分，稱之流體總量。 4 流體性質和流體運動的復雜性 流體性質多樣性: 流體性質的多樣性表現(xiàn)在密度、粘度不同，單相流、多相流之分，可壓縮性的強弱，牛頓流體與非牛頓體管路系統(tǒng)的多樣性,管道形狀， 壁面光滑程度。 流動狀態(tài)的多樣性: 流體流動狀態(tài)的多樣性表現(xiàn)在層流與紊流， 明渠流與管流， 充滿流與非充滿流，旋轉流與脈動流。 5流量測量方法 1.容積法 原理：容積型流量計測量流量的基本依據(jù)是，單位時間內被測流體充滿(或排出)某一定容容器的次數(shù)。即有 qv= nV式中， V為定容容器的容積，n為單位時間內被測流體充滿(或排出)定容容器的次數(shù)

3、。 形式：橢圓齒輪式、腰輪式、刮板式、活塞式等 。 特點：流動狀態(tài)對測量的影響小，精度高；有一定的壓力損失；不宜用于高溫、高壓、臟污介質的測量。672.流速法 原理：速度型流量計以流體一元流動的連續(xù)方程為理論依據(jù)，即當流通截面確定時，流體的體積流量與截面上的平均流速成正比。 形式：差壓式、轉子式、渦輪式、層流式，電磁式、聲波式 特點：使用性能好，精度高；可用于高溫、高壓介質的測量，流動狀態(tài)、Re對測量的影響大。8 3.質量法 這類流量計以測量與流體質量有關的物理效應為基礎，分為直接式、推導式和溫度壓力補償式三種。 直接式質量流量計利用與質量流量直接有關的原理(如慣性系中的牛頓第二定律)進行測量

4、。推導式質量流量計是同時測取流體的密度和體積流量，通過運算而推導出質量流量的。一般，它由速度型流量計和密度計組合而成。 溫度壓力補償式質量流量計也可看成是一種推導式質量流量計，只是它不配用密度計，而是利用溫度、壓力與密度之間的關系，將溫度、壓力的測量值轉換為密度，再與體積流量進行運算而得到質量流量。 9應當指出，無論哪一種流量計，都有一定的適用范圍，對流利的特性以及管道條件都有特定的要求。目前生產的容積法和速度法流量計，都要求滿足下列條件： 流體必須充滿管道內部，并連續(xù)流動；流體在物理上和熱力學上是單相的，流經測量元件時不發(fā)生相變；流體的速度一般在音速以下。常見流量計的種類及性能參見教材第19

5、7頁表4-1。4.流量計及其主要參數(shù)用于測量流量的計量器具稱為流量計。有一次裝置和二次儀表組成。流量計的主要技術參數(shù)有：流量測量范圍上限值：A=a10n其中差壓測量范圍上限值B=b 10n其中壓力損失：用流量計進、出口的靜壓差表示。10測速管測速度的結構與測量原理 測速管又稱皮托（Pitot）管，如圖所示，是由兩根彎成直角的同心套管組成，內管管口正對著管道中流體流動方向，外管的管口是封閉的，在外管前端壁面四周開有若干測壓小孔。為了減小誤差，測速管的前端經常做成半球形以減少渦流。測速管的內管與外管分別與U形壓差計相連。 1112內管所測的是流體在A處的局部動能和靜壓能之和，稱為總壓能。測速管內管

6、A處：由于外管壁上的測壓小孔與流體流動方向平行，所以外管僅測得流體的靜壓能，即外管B處：U形壓差計實際反映的是內管沖壓能和外管靜壓能之差，即則該處的局部速度為 13由此可知，測速管實際測得的是流體在管截面某處的點速度，因此利用測速管可以測得流體在管內的速度分布。若要獲得流量，可對速度分布曲線進行積分。也可以利用皮托管測量管中心的最大流速，利用圖所示的關系查取最大速度與平均速度的關系，求出管道與Re的關系、截面的平均速度，進而計算出流量，此法較常用。14均速管皮托管15測速管的安裝1.必須保證測量點位于均勻流段，一般要求測量點上、下游的直管長度最好大于50倍管內徑，至少也應大于812倍。2.測速

7、管管口截面必須垂直于流體流動方向，任何偏離都將導致負偏差。3.測速管的外徑d0不應超過管內徑d的1/50，即d0d/50。測速管對流體的阻力較小，適用于測量大直徑管道中清潔氣體的流速，若流體中含有固體雜質時，易將測壓孔堵塞，故不易采用。此外，測速管的壓差讀數(shù)較小，常常需要放大或配微壓計。 16節(jié)流式流量計測量原理與流量方程 節(jié)流式流量計是利用流體流經節(jié)流元件產生的壓力差來實現(xiàn)流量測量的。將節(jié)流件垂直安裝在管道中，以一定取壓方式測取孔板前后兩端的壓差，并與壓差計相連，即構成節(jié)流式流量計。 17節(jié)流過程分析：當流體流過管道中的節(jié)流元件時，由于流通截面的變化，節(jié)流件前后的靜壓力不同，靜壓差與流體的流

8、量有關，這種現(xiàn)象稱為節(jié)流現(xiàn)象。如圖所示，流束未受到節(jié)流件影響時，流動方向與管道中心線平行。在節(jié)流件前，流體向中心加速，至截面2處流束收縮到最小，此處流速方向又與管道中心線平行，且流速最大，壓力最低，然后流束擴張，流速下降，靜壓升高，直到截面3處流束又充滿管道。由于渦流區(qū)的存在，導致流體能量損失，故在截面3處靜壓力p3不等于原先的數(shù)值，而產生了壓力損失p 18流量方程的推導：根據(jù)截面1，2處的壓力能、動能和勢能的關系，可寫出伯努利方程如下：另外，根據(jù)流體流動的連續(xù)性方程，有式中，C1、C2截面1，2處的動能修正系數(shù)； Z1、Z2，截面1，2處流體對參考水平面的距離； g重力加速度； 能量損失系數(shù)

9、； A1、A2截面1，2處的流束截面。1） 不可壓縮流體的流量方程令 =d/D 由（2）式 代入（1）式得 （1）（2）19又根據(jù)取壓位置不同設 最后得出其中= 稱為流量系數(shù) （國際上多用流出系數(shù)C代替）1） 可壓縮流體的流量方程令1，則可壓縮流體的流量方程為 如果對于不可壓縮流體取=1，那么上兩式便是流體流量方程的統(tǒng)一形式。 流出系數(shù)定義為實際流量與理論流量值之比值。理論流量計在：吳能量損失、平均速度可代替瞬時速度、d=d =1、及 =1的條件下的流量。20標準節(jié)流裝置節(jié)流裝置標準化建立的基礎：對于一定粗糙度的管道，幾何相似（值相）等的節(jié)流裝置在流體動力學相似（管內流動雷諾數(shù)Red相等）的條

10、件下，流量系數(shù)相等。標準化內容：的實驗數(shù)據(jù)（以表格或公式的形式給出）；滿足相似條件的四個規(guī)定：規(guī)定的節(jié)流件形式；規(guī)定的取壓方式；規(guī)定的管道條件；規(guī)定的流體條件。因此滿足規(guī)定條件的節(jié)流裝置稱為標準節(jié)流裝置。21我國國家標準GB 262481 規(guī)定的標準節(jié)流裝置是： 標準孔板角接取壓； 標準孔板，法蘭取壓； ISA1932噴嘴，角接取壓。221.標準節(jié)流元件標準孔板標準孔板的形狀如圖所示。它是一帶有圓孔的板，圓孔與管道同心，直角入口邊緣非常銳利?？装辶髁坑媽嵨飯D 標準孔板的重要的尺寸參數(shù)是開孔直徑，對制成的孔板，應至少取四個大致相等的角度測得直徑的平均值。任一孔徑的單測值與平均值之差不得大于0.0

11、5%?？讖綉笥诨虻扔冢讖奖?(為管道直徑)為。孔板開孔上游側的直角入口邊緣，應銳利無毛刺和劃痕。若直角入口邊緣形成圓弧，其圓弧半徑應小于或等于?？装暹M口圓筒的厚度e和孔板厚度E不能過大，以免影響精度。 2324標準噴嘴標準噴嘴的結構如圖所示。其輪廓外形由進口端面A、收縮部分第一圓弧曲面與第二圓弧曲面、圓筒形喉部和出口邊緣保護糟H所組成。圓筒形喉部e的直徑即為節(jié)流件的開孔直徑，其長度為。標準噴嘴加工比較困難，一般均由專業(yè)廠制造，實驗室所用的在市場上購買。標準噴嘴適用的管道直徑為501000mm，孔徑比 為，雷諾數(shù)為2E42E6。25長徑噴嘴適用于：50mmD 630mm104 ReD 107

12、K/D 1010426文丘里管文丘里管是由入口圓筒段A、圓錐形收縮段B、圓筒形喉部C和圓錐形擴散段E所組成。文丘里管的幾何形狀如圖3-14所示。文丘里管第一收縮段錐度為21 1 ，擴散段為7 15 ，文丘里的比值為。適用于：200mmD 1200mm2 104 ReD 2 10627應用于大口徑流量測量，對流體中的懸浮物不敏感，精度高，但尺寸大，笨重加工困難，成本高。282.取壓裝置（1）角接取壓裝置角接取壓裝置有環(huán)室取壓和單獨鉆孔取壓兩種。如圖所示。環(huán)室取壓有均壓作用，壓差比較穩(wěn)定，被廣泛在用。但當管經超過，500mm時采用單獨鉆孔取壓。時.0.005D a 時a而且a應在110mm范圍內

13、。環(huán)室縫隙的厚度f2a。環(huán)室截面hC 1/2Da。取壓孔取410mm。29（2）法蘭取壓裝置如圖所示。取壓孔直徑不大于0.08 D，（612mm)。取壓孔截面距節(jié)流件前后端面距離為25.41mm。303.標準節(jié)流裝置的管道條件節(jié)流件前后直管段l1、l2及l(fā)0的要求如表所示。說明：（1）若上游側有兩個阻力件，其間的直管段長度l0取按上游側第二局部阻力件形式和（不論實際值為多少）查表所得l1的一半。（2）如節(jié)流件上游側有溫度計套管，他與節(jié)流件的距離應為5D（3D）（當溫度計套管直徑時）或20D（當溫度計套管在之間時）。一般應盡可能把溫度計裝于節(jié)流件之后，此時要求它與節(jié)流件的距離大于5D。（3）如果

14、使用的節(jié)流件上游側的阻力件形式沒有包括在表內，或要求的三個直管段長度有一個小于括號內的值，則整套節(jié)流裝置需單獨標定。節(jié)流裝置前后的直管段要求：目測是直的直徑符合誤差要求管壁粗糙度符合要求31323334354.標準節(jié)流裝置的流體條件 流體必須充滿管道內部，并連續(xù)流動；流體在物理上和熱力學上是單相的，流經測量元件時不發(fā)生相變；流體的速度一般在音速以下。流體流經節(jié)流件前后流束平行于管道軸線。364.3.3 標準節(jié)流裝置有關參數(shù)的確定1.流量系數(shù)和流出系數(shù)C與節(jié)流裝置，Red及管道粗糙度有關。絕對粗糙度kc和相對粗糙度kc/D光滑管道：kc光管流量系數(shù)0：在光滑管道上測定的流量系數(shù)。對同一節(jié)流裝置，

15、在一定的值下， 0只與Red有關。如圖所示。界限雷諾數(shù)：保持0穩(wěn)定的雷諾數(shù)的最小值。保持0穩(wěn)定的方法：在界限雷諾數(shù)以上測量；限制流量的變化范圍，使最大流量和最小流量時0的變化不超過0.5%。標準孔板標準噴嘴37流出系數(shù)C1998年4月1日ISO5167：1991流量系數(shù)公式修改為里德-哈里斯公式：孔板：38標準噴嘴：長徑噴嘴：文丘里管：39結論:(1)節(jié)流式流量計一般在界限雷諾數(shù)以上進行測量;(2)節(jié)流式流量計的量程比只有3:1。40412.膨脹系數(shù)決定于p/p1， 和介質的等熵指數(shù)k。標準孔板：對于標準噴嘴：423.壓力損失p4.開孔直徑和管徑的確定43標準節(jié)流裝置的使用范圍下表為幾種標準節(jié)

16、流裝置的應用范圍。表中的界限雷諾數(shù)隨而變。同時考慮以下因素：流體條件：測量易沉淀或有腐蝕性的流體易采用噴嘴。管道條件：在管道內壁比較粗糙的條件下，易采用噴嘴。壓力損失：在標準節(jié)流件中，孔板壓力損失最大。運行精度：在高參數(shù)、大流量的生產線上，通常采用噴嘴。在同一值下，噴嘴較孔板的d大，故測量范圍大。與噴嘴相比，孔板的最大優(yōu)點是加工方便、安裝容易、省料、造價低。44節(jié)流式流量計的設計計算命題一：校核已有的標準節(jié)流裝置已知管道內經、節(jié)流件開孔直徑、取壓方式、被測流體參數(shù)、及工作溫度壓力等條件，根據(jù)所測的壓差值計算被測流體的流量。本命題利用流量公式，采用迭代方法進行計算。命題二：設計新的標準節(jié)流裝置已

17、知管道直井、被測流體參數(shù)、預計流量范圍、要求包括的做小直管段、允許的壓損以及其他條件等，確定流量表尺上限和差壓計上限、確定節(jié)流裝置的形式和開孔直徑、確定最小值管段長度、選配差壓計、計算最大壓力損失、計算測量誤差或不確定度。詳細設計步驟參閱標準節(jié)流裝置設計手冊。45非標準節(jié)流裝置低雷諾數(shù)用：1/4圓孔板、錐形入口孔板等。臟污介質用：圓缺孔板、偏心孔板等。低壓損害用：羅洛斯管、道爾管等。小管徑用：小于50mm節(jié)流件、整體（內藏）式孔板等。端頭節(jié)流裝置：端頭孔板、端頭噴嘴等。寬范圍度節(jié)流裝置：變壓頭變面積孔板（線性孔板）。脈動流節(jié)流裝置：臨界流節(jié)流裝置：混相流節(jié)流裝置：464.4 浮子流量計4.4.

18、1 浮子流量計的結構與測量原理 浮子流量計的結構如圖所示，是由一段上粗下細的錐形玻璃管（錐角約在4左右）和管內一個密度大于被測流體的固體浮子（或稱轉子）所構成。流體自玻璃管底部流入，經過轉子和管壁之間的環(huán)隙，再從頂部流出。管中無流體通過時，轉子沉在管底部。當被測流體以一定的流量流經轉子與管壁之間的環(huán)隙時，由于流道截面減小，流速增大，壓力隨之降低，于是在轉子上、下端面形成一個壓差，將轉子托起，使轉子上浮。隨轉子的上浮，環(huán)隙面積逐漸增大，流速減小，壓力增加，從而使轉子兩端的壓差降低。當轉子上浮至某一定高度時，轉子兩端面壓差造成的升力恰好等于轉子的重力時，轉子不再上升，而懸浮在該高度。轉子流量計玻璃

19、管外表面上刻有流量值，根據(jù)轉子平衡時其上端平面所處的位置，即可讀取相應的流量。 轉子流量計 1錐形硬玻璃管；2刻度； 3突緣填函蓋板；4轉子4748轉子流量計的流量方程 轉子流量計的流量方程可根據(jù)轉子受力平衡導出。假設轉子位于某一高度A時，處在受力平衡態(tài)。此時向上的作用力：向下的作用力：由于平衡，故可得： 又因為環(huán)形截面積：一般，d0=df，代入則得流量方程：因 值很小則：式中Af:轉子截面積Vf：轉子體積f：轉子密度：阻力系數(shù)：流體密度 ：錐角：流量系數(shù)49轉子流量計的讀數(shù)修正 1. 轉子流量計的標定 介質：常溫常壓下的水、空氣， 刻度：按換算為標準狀態(tài)（293K,0.1013MPa)下的體

20、積流量進行刻度。 當流體種類和工作狀態(tài)與標定時不同時，需要進行量程估計和讀數(shù)修正。 2. 轉子流量計的讀數(shù)修正 液體的修正公式 式中：Q0流量計讀數(shù) Q被測流體實際流量, 0，標定用流體在標定狀態(tài)下的流量系數(shù)，密度； ，被測流體在工作狀態(tài)下的流量系數(shù)，密度； 50氣體的修正公式 忽略粘度對流量系數(shù)的影響， 式中：Q0流量計讀數(shù) Q被測流體實際流量 P0，T0標定狀態(tài)的熱力學溫度、壓力 P，T工作狀態(tài)的熱力學溫度、壓力 0，標定流體和被測流體在標定狀態(tài)（P0，T0）下的密度。轉子流量計讀數(shù)方便，流動阻力很小，測量范圍寬，量程比可達10：1，測量精度較高，對不同的流體適用性廣。缺點是玻璃管不能經受

21、高溫和高壓，在安裝使用過程中玻璃容易破碎。 51工作特性結論：1.界限雷諾數(shù)低，適合于中小流量的測量。2.流量系數(shù)穩(wěn)定，量程比可達10：1。52浮子流量計的種類1.玻璃管浮子流量計特點：結構簡單、刻度直觀、成本低廉、使用方便。用于常溫常壓下透明介質的測量，只能就地顯示，不能遠傳。2.金屬管轉子流量計金屬管轉子流量計用于高溫高壓、不透明及腐蝕性介質流量的測量。可就地顯示也可遠傳。534.4.6 轉子流量計量程的安裝與使用轉子流量計在安裝和使用時應注意以下問題：1 轉子流量計必須垂直安裝，不允許有明顯的傾斜（傾角要小于2），否則會帶來測量誤差。2 為了檢修方便，在轉子流量計上游應設置調節(jié)閥。3 轉

22、子對粘污比較敏感。如果粘副有污垢則轉子的質量、環(huán)形通道的截面積會發(fā)生變化，甚至還可能出現(xiàn)轉子不能上下垂直浮動的情況，從而引起測量誤差。4 調節(jié)或控制流量不宜采用電磁閥等速開閥門，否則，迅速開啟閥門，轉子就會沖到頂部，因驟然受阻失去平衡而將玻璃管撞破或將玻璃轉子撞碎。 5 被測流體溫度若高于70時，應在流量計外側安裝保護套，以防玻璃管因濺有冷水而驟冷破裂。國產LZB系列轉子流量計的最高工作溫度有120和160兩種。 54例 某氣體轉子流量計的量程范圍為460m3/h?，F(xiàn)用來測量壓力為60kPa（表壓）、溫度為50的氨氣，轉子流量計的讀數(shù)應如何校正？此時流量量程的范圍又為多少？（設流量系數(shù)CR為常

23、數(shù)，當?shù)卮髿鈮簽?01.3 kPa）554.5 渦輪流量計渦輪流量計的構造與原理 渦輪流量計是以動量矩守恒原理為基礎設計的流量測量儀表。渦輪流量計由渦輪流量變送器和顯示儀表組成。渦輪流量變送器包括渦輪、導流器、磁電感應轉換器、外殼及前置放大器等部分，如圖所示。 渦輪流量計結構圖1.渦輪 2.導流器 3.磁電感應轉換器 4.外殼 5.前置放大器 56571.渦輪流量計的工作原理：設渦輪葉片與渦輪軸線的夾角為，如圖所示。葉輪平均半徑為R，葉柵流通面積為A，R處流體的切向速度為v1，則 v1=2Rn被測流體流過葉片時的軸向平均流速為 v=qv/A則有于是 當渦輪結構一定時，渦輪的轉速n與被測流體的流

24、量成正比，當被測流體流經渦輪并推動其轉動時，高導磁性的渦輪葉片就周期性地掃過磁電轉換器的永久磁鐵，使磁路的磁阻產生相應的變化，致使通過感應線圈的磁通量也隨之發(fā)生周期性變化，從而在線圈內產生交變的感應電動勢，即輸出交流電脈沖信號。設渦輪葉片數(shù)為Z，則脈沖信號的頻率f為 f=Zn 則 為流量系數(shù)。它與渦輪流量變送器的結構以及被測流體的性質等因素有關，一般通過試驗標定的方法確定。 582.關于流量系數(shù)的討論流量系數(shù) 并非常數(shù)，流量系數(shù)與流量的關系如圖所示。59與流量（或管道雷諾數(shù)）的關系曲線如圖所示?？梢姡瑑x表常數(shù)可分為二段，即線性段和非線性段。線性段的特性與傳感器結構尺寸及流體粘性有關。在非線性段

25、，特性受軸承摩擦力，流體粘性阻力影響較大。渦輪流量計的特點：測量精度高，其精度可以達到級以上，在狹小范圍內甚至可達0.1%，故可作為校驗級普通流量計的標準計量儀表。二是對被測信號變化的反應快，若被測介質為水，渦輪流量計的時間常數(shù)一般只有幾毫秒到幾十毫秒，因此特別適用于對脈動流量的測量。 測量范圍較寬，量程比可達10：1。 對被測流體清潔度要求較高；適用與溫度范圍（-20120）；特別是軸承的磨損市儀表的壽命受到影響。60渦輪流量在安裝和使用時應注意以下問題：（1）渦輪流量計出廠時是在水平安裝情況下標定的，因此為了保證渦輪流量計的測量精度，渦輪變送器必須水平安裝，否則會引起變送器的儀表常數(shù)發(fā)生變

26、化。（2）因為流場變化時會使流體旋轉，改變流體和渦輪葉片的作用角度，此時，即使流量穩(wěn)定，渦輪的轉速也會改變，所以，為了保證變送器性能穩(wěn)定，除了在其內部設置導流器外，還必須在變送器前后留出一定的直管段，一般入口直管段的長度為20D以上，出口直管段的長度為15D以上。61（3）為了確保變送器葉輪正常工作，流體必須潔凈，切勿使污物、鐵屑等進入變送器。因此在使用渦輪流量計時，一般應加裝過濾器，網(wǎng)目大小一般為100孔/cm2，以保持被測介質的凈潔，減少磨損，并防止渦輪被卡住。（4）渦輪流量計的一般工作點最好在儀表測量范圍上限數(shù)值的50%以上，保證流量稍有波動時，工作點不至移至特性曲線下限以外的區(qū)域。（5

27、）被測流體的流動方向須與變送器所標箭頭方向一致。 62家用水表簡介63電磁流量計工作原理當液體在磁場中運動時，根據(jù)法拉第定律產生感應電動勢。如果磁場垂直于流動液體的電絕緣管道，而液體的電導率又不太低，則裝在管壁上的兩個電極之間可測量到一個電壓，這電壓同磁通量密度、液體的平均流速以及兩個電極之間的距離成正比。這樣，就可以測得液體的流速，進而測得液體的流量。 6465根據(jù)法拉第電磁感應定律，感應電壓強度可用下面的簡式表達： UAB=kBDv B磁通密度；D測量管內徑；E流量信號（電動勢）；V液體平均軸向流速；k-常數(shù)。在圓形管道中，體積流量是：66組成結構如圖所示。67適用于10mm以下管徑適用于

28、10100mm管徑適用于100mm以上管徑681直流勵磁 直流勵碰方式用直流電產生磁場或采用永久磁鐵，但是，使用直流磁場易使通過測量管道的電解質液體被極化，即電解質在電場中被電解，產生正負離子，在電場力的作用下，負離子跑向正極，正離子跑向負極。這樣，將導致正負電極分別被相反極性的離子所包圍，嚴重影響儀表的正常工作所以，直流勵磁一般只用于測量非電解質液體，如液態(tài)金屬等。69702交流勵磁 目前，工業(yè)上使用的電磁流量計，大都采用工頻(50Hz)電源交流勵磁方式，即它的磁場是由正弦交變電流產生的，所以產生的磁場也是一個交變磁場。交變磁場變送器的主要優(yōu)點是消除了電極表面的極化干擾另外，由于磁場是交變的

29、，所以輸出信號也是交變信號。交流激磁的缺點是會產生正交干擾。但可通過特殊電路加以消除。如下圖所示。71723低頻方波勵磁直流勵磁方式和交流勵磁方式各有優(yōu)缺點，為了充分發(fā)揮它們的優(yōu)點，盡量避免它們的缺點，70年代以來，人們開始采用低頻方波勵磁方式它的勵磁電流波形如圖所示，其頻率通常為工頻的14一l10 從圖可見，在半個周期內，磁場是恒穩(wěn)的直流磁場，它具有直流勵磁的特點，受電磁干擾影響很小。從整個時間過程看，方波信號又是一個交變的信號，所以它能克服直流勵磁易產生的極化現(xiàn)象因此，低頻方波勵磁是一種比較好的勵磁方式，目前已在電磁流量計上廣泛的應用7374變送器的安裝要求1.一般垂直安裝。2.安裝地點避

30、免有較強的交直流磁場或有劇烈的振動3.上游側直管段大于5D，下游不做要求；4.變送器外殼、金屬管道兩端應良好接地。75電磁流量計的特點1.無壓力損失；2.直管段較短；3.反應靈敏，能測正反方向的流量及脈動流量；4.不受溫度、壓力、密度、黏度的影響；5.測量范圍大，管徑可從，量程比可達100：1；6.工作溫度不超過200，壓力不超過4MPa；7.被測介質是導電的，不能測量氣體、蒸汽及石油產品等。被測介質的導磁率應接近于1，不能測量鐵磁性介質，如含鐵的礦漿流量等。76靶 式 流 量 計靶式流量計由靶式流量變送器和顯示儀表兩部分組成，其測量元件是一個在測量管中心并垂直于流向的被稱為“靶”的圓板。通過

31、測量流體作用在靶上的力而實現(xiàn)流量測量 靶式流量計是60年代隨著工業(yè)生產迫切需要解決高粘度、低雷諾數(shù)流體，的流量測量而發(fā)展起來的一種新型流量測量儀表可用于低雷諾數(shù)、含固體顆粒的漿液及腐蝕介質流量測量。77靶式流量計的結構如圖所示，在被測管道中心迎著流速方向安裝一個靶，當介質流過時，靶受到流體的作用力。這個力由兩部分組成，一部分是流體和靶表面的摩擦力，另一部分是由于流束在靶后分離，產生壓差阻力，阻力為式中，F(xiàn)為靶受到流體的阻力； 為阻力系數(shù)；A1為靶迎流面積，式中d：靶直徑； v：靶和管壁間環(huán)面積中的平均流速； ：介質密度。78流量與靶輸出力F的平方根成正比測量靶所受的力F，就可以測定被測介質的流

32、量79超聲波流量計當超聲波在流體中傳播時，會載帶流體流速的信息。因此，根據(jù)對接收到的超聲波信號進行分析計算，可以檢測到流體的流速，進而可以得到流量值。超聲波流量測量方法有很多，本節(jié)主要介紹傳播速度差方法和多普勒方法的基本原理與流量方程80傳播速度差法的基本原理為：測量超聲波脈沖在順流和逆流傳播過程中的速度之差來得到到被測流體的流速。根據(jù)測量的物理量的不同，可以分為時差法(測量順、逆流傳播時由于超聲波傳播速度不同而引起的時間差)、相差法(測量超聲波在順、逆流中傳播的相位差)、頻差法(測量順、逆流情況下超聲脈沖的循環(huán)頻率差)。頻差法是目前常用的測量方法，它是在前兩種測量方法的基礎上發(fā)展起來的81時

33、差法超聲波流量計原理超聲在流體中的傳波速度受流體流速的影響。在管道的上下游安裝兩個傳感器A和B，距離為L，設靜止流體中的聲速為c，流體流動的速度為。當超聲波傳播方向與流體方向一致時，超聲波的傳播速度為（c+）；而當超聲波傳播方向與流體流動方向相反時，超聲波的傳播速度為（c-）。順流方向傳播的超聲波從A到B所需時間為t18283 t1=L/( c+) (1)逆流方向傳播從B到A所需時間為t2 t2=L/(c-) (2)由（1）式和（2）式得 t =t2-t1=2L/(c2-2) (3)由于c所以 t =2L/ c2 (4) t1+ t2=2Lc/( c2-2) (5)由于c所以 c =2L/(

34、t1+ t2) (6)將（6）式代入（4）式得 t1t2=L2/( c2-2) (7)由于c所以 c= L2/ t1t2 (8)將（8）式代入（4）式得 = (t2-t1)/2t1t2 (9)如果超聲波與流速方向成一定的角度設其為，（9）式可以表示為 = (t2-t1)/2t1t2cos (10)只要測出順流和逆流傳播時間t和t就能求出，進而求出流量。84相差法超聲波流量計設超聲波脈沖信號為85頻差法超聲波流量計速度差式超聲波流量計的體積流量方程為其中k為修正系數(shù)層流時k=4/3,紊流時86超聲流量計的特點 1）超聲流量計可以作成非接觸式的，從管道外部進行測量。在管道內無任何測量部件，沒有壓力

35、損失，不改變原流體的流動狀態(tài)，對原有管道不需任何加工就可以進行測量。2）測量結果不受被測流體的黏度、電導率的影響，可測非導電性的液體或氣體的流量，可測很大口徑的管道內流體的流量，甚至可以測量河流的流速。3）超聲流量計的輸出信號與被測流體的流量成線性關系。87、多普勒法 多普勒法是利用聲學多普勒原理確定流體流量的多普勒效應是當聲源和目標之間有相對運動，會引起聲波在頻率上的變化，這種頻率變化正比于運動的目標和靜止的換能器之間的相對速度。88圖是超聲多普勒流量計示意圖。超聲換能器安裝在管外。從發(fā)射晶體T發(fā)射的超聲波束遇到流體中運動著顆粒或氣泡，再反射回來由接收晶體R1接收。發(fā)射信號與接收信號的多普勒

36、頻率偏移與流體流速成正比。如忽略管壁影響，并假設流體沒有速度梯度，以及粒子是均勻分布的，可得方程8990渦街流量計（Vortex flow meter) 渦街流量計是利用流體流過阻礙物時產生穩(wěn)定的漩渦，通過測量其漩渦產生頻率而實現(xiàn)流量計量的。渦街流量計由渦街流量傳感器和流量顯示儀表兩部分構成。渦街流量計實現(xiàn)流量測量的理論基礎是流體力學中著名的“卡門渦街”原理。在流動的流體中放置一根其軸線與流向垂直的非流線性柱形體(加三角柱、圓柱等)，稱之為漩渦發(fā)生體，見圖。當流體沿漩渦發(fā)生體繞流時，會在漩渦發(fā)生體下游產生如圖所示不對稱但有規(guī)律的交替漩渦列，這就是所謂的卡門渦街。9192由于漩渦之間的相互影響，

37、其形成通常是不穩(wěn)定的。馮.卡門對渦列的穩(wěn)定條件進行了研究，于1911年得到結論：只有當兩漩渦列之間的距離h和同列的兩漩渦之間的距離L之比滿足時，所產生的渦街才是穩(wěn)定的9394圓柱體后漩渦發(fā)生的頻率為：95漩渦發(fā)生體與漩渦頻率檢測器96979899圓柱體表面開有導壓孔，與圓柱體內部空腔相通空腔由隔板分成兩部分，在隔板的中央部分有小孔，在小孔中裝有檢測流體流動的鉑電阻絲 當旋渦在圓柱體下游側產生時，出于升力的作用，使得圓柱體下方的壓力比上方高一些，圓柱體下方的流體在上下壓力差的作用下，從圓柱體下方導壓孔進入空腔，通過隔板中央部分的小孔，流過鉑電阻絲，從上方導壓孔流出。如果將鉑電阻絲加熱到高于流體溫

38、度的某溫度值，則當流體流過鉑電阻絲時，就會帶走熱量，改變其溫度，也即改變其電阻值。當圓柱體上方產生一個旋渦時，則流體從上導壓孔進入，由下導壓孔流出，又一次通過鉑電阻絲，又改變一次它的電阻值。由此可知：電阻值變化與流動變化相對應，也既與旋渦的頻率相對應。所以，可由檢測鉑電阻絲電阻變化頻率得到渦頻率，進而得到流量值。100渦街流量計的特點與安裝1.特點量程比寬可達10：1或25：1精度較高為 0.5% 1.0%不受流體溫度、壓力、成份、黏度及密度的影響輸入輸出線性，抗干擾能力強適用于液體、氣體、蒸汽和部分混相流體流量的測量。結構簡單易于維護可替換性強適于測量15400（300）mm管道流量抗振動能

39、力差。2.安裝可以水平、垂直和傾斜安裝前后要求一定得直管段長度（15D，10D）漩渦發(fā)生體的軸線應與管道軸線垂直采取防震措施。101 U形管電磁激發(fā)器及傳感器T形簧片光電檢測器W進口出口進口出口哥里奧利力振動式流量計哥里奧利式流量計哥里奧利質量流量計是一種新型儀表，利用流體在振動管內流動時產生的與質量有關的哥里奧利力原理制成。它的原理如圖所示。102103104105WMr1r2fc2fc1V2V1O運行中U形管上所受的哥氏力及其形成的力矩如圖所示。從圖中可以看出，流速矢量和與管子振動角速度垂直。由于和方向相反，所以哥氏力fc1和fc2方向也相反。當流量計工作時角速度按正弦規(guī)律變化，哥氏力fc1 、fc2也按正弦規(guī)律變化，兩者相差180 。結果fc1 和fc2造成一個繞o軸的交變力矩M，此力矩為1式中r1和r2U形管各臂到O軸的垂直距離。如果結構完全對稱，則可寫成2106 力矩M使U形管扭轉一個角度。對于一定