传感器与检测技术流量检测.ppt

流量检测流量检测6.1 6.1 流量检测基本概念流量检测基本概念6.2 6.2 体积流量检测方法体积流量检测方法6.3 6.3 质量流量检测方法质量流量检测方法6.4 6.4 流量标准装置流量标准装置6.1 6.1 流量检测基本概念流量检测基本概念6.1.1 6.1.1 流量的概念和单位流量的概念和单位l 定义：短暂时间内流过某一流通截面的流体数量定义：短暂时间内流过某一流通截面的流体数量与通过时间之比。与通过时间之比。体积流量体积流量用流体的体积来表示（用流体的体积来表示（q qv v）瞬时质量流量瞬时质量流量用流量的质量来表示（用流量的质量来表示（q qm m），简称质），简称质量流量量流量l 累积流量累积流量：一段时间内流体体积流量或质量：一段时间内流体体积流量或质量流量的累积值。流量的累积值。累积体积流量累积体积流量dtqVtv=0累积质量流量累积质量流量6.1.2 6.1.2 流量检测方法及流量计分类流量检测方法及流量计分类6.1.2.1 6.1.2.1 流量检测方法及流量计分类流量检测方法及流量计分类检测方法：体积流量检测，质量流量检测。检测方法：体积流量检测，质量流量检测。流量计：由流量传感器和二次仪表构成。流量计：由流量传感器和二次仪表构成。类别类别仪表名称仪表名称体积流量计容积式流量计椭圆齿轮流量计、腰轮流量计、皮膜式流量计等差压式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、浮子流量计等速度式流量计涡轮流量计、涡街流量计、电磁流量计、超声波流量计等质量流量计推导式质量流量计体积流量经密度补偿或温度、压力补偿求得质量流量等直接式质量流量计科里奥利流量计、热式流量计、冲量式流量计等6.1.2.2 6.1.2.2 流量计的测量特性流量计的测量特性1 1）粘性粘性衡量流体粘性大小的物理量称为粘度。衡量流体粘性大小的物理量称为粘度。2 2）层流和紊流）层流和紊流l 层流：流体在细管中流动的流线平行于管轴时的流层流：流体在细管中流动的流线平行于管轴时的流动。动。l 紊流：流体在细管中流动的流线相对混乱的流动。紊流：流体在细管中流动的流线相对混乱的流动。利用雷诺数可以判断流动利用雷诺数可以判断流动的形式。的形式。在层流流动状态时，流量与压力降成正比；在层流流动状态时，流量与压力降成正比；在紊流流动状态时，流量与压力降的平方根成正比。在紊流流动状态时，流量与压力降的平方根成正比。雷诺数雷诺数 雷诺数是表征流体流动时惯性力与粘性力之雷诺数是表征流体流动时惯性力与粘性力之比。比。利用细管直径利用细管直径d d，可求出雷诺数，可求出雷诺数R Rd d：R Rd d23202320时为层流，时为层流，R Rd d23202320时为紊流。时为紊流。3 3）流体流动的连续性方程）流体流动的连续性方程 l流体在管道内作稳定流动的情况：流体在管道内作稳定流动的情况：即即流体在稳定流动，且不可压缩时，流过各截面流流体在稳定流动，且不可压缩时，流过各截面流体的体积为常量。体的体积为常量。因此利用上式，很方便的求出流体流因此利用上式，很方便的求出流体流过管道不同截面时的流速。过管道不同截面时的流速。4 4）流量范围及范围度）流量范围及范围度 l 指可测最大流量和最小流量所限定的范围。在这指可测最大流量和最小流量所限定的范围。在这个范围内，仪表在正常使用条件下示值误差不超过最个范围内，仪表在正常使用条件下示值误差不超过最大允许误差。大允许误差。5 5）测量精确度和误差）测量精确度和误差6 6）压力损失）压力损失6.2 6.2 体积流量检测方法体积流量检测方法6.2.1 6.2.1 容积式流量计容积式流量计一定时间间隔测量体积总量：一定时间间隔测量体积总量：构成：测量室、运动部件、传动和显示部件构成：测量室、运动部件、传动和显示部件 腰轮流量计腰轮流量计流体总量流体总量:6.2.2 6.2.2 差压式流量计差压式流量计二、组成二、组成一、基本原理一、基本原理 在流通管道上设置流动阻力件，流体通过阻力件时将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值关系，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。通过测量差压值可以求得流体流量。6.2.2.1 6.2.2.1 节流式流量计节流式流量计 节流装置：产生差压，主体是一个局部收缩阻力件，节流装置：产生差压，主体是一个局部收缩阻力件，改变流体流通截面，从而在节流元件前后形成压力差。改变流体流通截面，从而在节流元件前后形成压力差。根据伯努利方程，根据伯努利方程，对截面对截面IIII、处沿管中心的处沿管中心的流体有以下能量关系：流体有以下能量关系：根据流体的连续性方程得：根据流体的连续性方程得：对流量的修正对流量的修正标准节流装置示意标准节流装置示意节流装置取压方式节流装置取压方式角接取压角接取压法兰取压法兰取压6.2.2.2 6.2.2.2 均速管流量计均速管流量计流体流经均速管产生与流量有确定关系的差压信号。流体流经均速管产生与流量有确定关系的差压信号。均速管的实用流量方程式：均速管的实用流量方程式：D D为管道内径。为管道内径。k k为均速管流量系数，由实验确定。为均速管流量系数，由实验确定。均速管流量计结构图均速管流量计结构图6.2.2.3 6.2.2.3 弯管流量计弯管流量计 流体通过管道弯头时，受到角加速的作用而产流体通过管道弯头时，受到角加速的作用而产生的生的离心力离心力会在弯头的外半径侧与内半径侧之间形会在弯头的外半径侧与内半径侧之间形成差压，此成差压，此差压的平方根与差压的平方根与 流体流量成正比流体流量成正比。弯管流量计的流量方程式：弯管流量计的流量方程式：弯管流量计示意弯管流量计示意6.2.2.4 6.2.2.4 靶式流量计靶式流量计靶：管流中垂直于流动方向安装的圆盘形阻挡件靶：管流中垂直于流动方向安装的圆盘形阻挡件流体经过时对靶产生作用力，此流体经过时对靶产生作用力，此作用力与流速有一定关系。作用力与流速有一定关系。以直径比以直径比 表示流量公式：表示流量公式：靶式流量计结构原理靶式流量计结构原理11力平衡转换器；力平衡转换器；22密封膜片；密封膜片；33杠杆；杠杆；44靶；靶；55测量导管测量导管6.2.2.5 6.2.2.5 浮子流量计浮子流量计1 1）测量原理及结构）测量原理及结构浮子的力平衡公式：浮子的力平衡公式：浮子流量计测量原理浮子流量计测量原理代入节流流量方程式得：代入节流流量方程式得：A A0 0为环隙面积，与浮子高度为环隙面积，与浮子高度h h对应对应对于小锥度锥形管，近似有对于小锥度锥形管，近似有电远传浮子流量计电远传浮子流量计工作原理工作原理11浮子；浮子；22锥形管；锥形管；33连动杆；连动杆；44铁心；铁心；55差动线圈差动线圈6.2.3 6.2.3 速度式流量计速度式流量计原理：均基于与流体流速有关的各种物理现象。原理：均基于与流体流速有关的各种物理现象。6.2.3.1 6.2.3.1 涡轮流量计涡轮流量计利用安装在管道中可以自由转动的利用安装在管道中可以自由转动的叶轮感受流体的速度变化。叶轮感受流体的速度变化。流量方程式流量方程式f f：信号脉冲频率；：信号脉冲频率；：仪表常数：仪表常数 涡轮流量计结构示意涡轮流量计结构示意1-1-导流体；导流体；2-2-轴承；轴承；3-3-涡轮；涡轮；4-4-壳体；壳体；5-5-信号放大器信号放大器6.2.3.2 6.2.3.2 涡街流量计涡街流量计 原理：流体流过非流线型阻挡体时会产生稳定的漩涡列，原理：流体流过非流线型阻挡体时会产生稳定的漩涡列，漩涡的产生频率与流体流速有着确定的关系。漩涡的产生频率与流体流速有着确定的关系。构成：漩涡发生体。构成：漩涡发生体。卡门涡街卡门涡街 流体的体积流量为：流体的体积流量为：漩涡产生频率漩涡产生频率:d d：漩涡发生体的特征尺寸：漩涡发生体的特征尺寸S St t：斯特罗哈尔数：斯特罗哈尔数K K：仪表系数：仪表系数旋涡频率检测原理旋涡频率检测原理 圆柱形旋涡发生体常用铂热电阻丝检测频率；圆柱形旋涡发生体常用铂热电阻丝检测频率；三棱柱形旋涡发生体则采用热敏电阻或压电晶三棱柱形旋涡发生体则采用热敏电阻或压电晶体检测频率。体检测频率。旋涡频率的检测旋涡频率的检测旋涡发生体和检测方式一览表旋涡发生体和检测方式一览表 6.2.3.3 6.2.3.3 电磁流量计电磁流量计 原理：原理：导电流体导电流体在磁场中垂直于磁力线方向流过，在磁场中垂直于磁力线方向流过，在流通管道两侧的电极上将产生感应电势，感应电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。势的大小与流体速度有关。感应电势感应电势:流量方程式：流量方程式：电磁流量计的构成电磁流量计的构成 直流励磁直流励磁l 直流励碰方式用直流电产生磁场或采用永久直流励碰方式用直流电产生磁场或采用永久磁铁，它能产生一个恒定的均匀磁场。磁铁，它能产生一个恒定的均匀磁场。优点优点:受交流电磁场干扰影响很小。受交流电磁场干扰影响很小。缺点：流体极化。电解质在电场中缺点：流体极化。电解质在电场中被电解，正负电极分别校相反极性的被电解，正负电极分别校相反极性的离子所包围，严重影响仪表的正常工离子所包围，严重影响仪表的正常工作作 。适用非电解质液体。适用非电解质液体。交流励磁交流励磁 l采用工频采用工频(50Hz)(50Hz)电源交流励磁方式电源交流励磁方式 。l优点：消除了电极表面的极化干扰。优点：消除了电极表面的极化干扰。l由于磁场是交变的，所以输出信号也是交变信由于磁场是交变的，所以输出信号也是交变信号。号。磁感应强度为：磁感应强度为：感应电动势为：感应电动势为：被测体积流量为：被测体积流量为：。6.2.3.4 6.2.3.4 超声流量计超声流量计 原理：超声波在流体中传播，将受到流体速度的影原理：超声波在流体中传播，将受到流体速度的影响，检测接收的超声波信号可以测知流速。响，检测接收的超声波信号可以测知流速。传播速度差法：超声波在流体中顺流传播与逆流传传播速度差法：超声波在流体中顺流传播与逆流传播的速度不同。播的速度不同。时间差法时间差法 相差法相差法 频差法频差法 频差法不受声速影响，不必考虑流体温度变化频差法不受声速影响，不必考虑流体温度变化对声速的影响。对声速的影响。频差法：频差法：平均流速的测量平均流速的测量6.3.1 6.3.1 间接式质量流量测量方法间接式质量流量测量方法l 根据质量流量和体积流量的关系，组合多种仪表测根据质量流量和体积流量的关系，组合多种仪表测量不同参数可实现质量流量测量。量不同参数可实现质量流量测量。6.3 6.3 质量流量检测方法质量流量检测方法一、原因一、原因二、分类：直接法、间接法、补偿法。二、分类：直接法、间接法、补偿法。体积流量计体积流量计+密度计密度计体积流量计与体积流量计体积流量计与体积流量计温度、压力补偿式质量流量计温度、压力补偿式质量流量计一般低压气体（干）一般低压气体（干）6.3.2 6.3.2 直接式质量流量计直接式质量流量计 6.3.2.1 6.3.2.1 科里奥利质量流量计科里奥利质量流量计 原理：流体在振动管中流动时，将产生与质量流原理：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。量成正比的科里奥利力。流量方程式流量方程式6.3.2.2 6.3.2.2 热式质量流量计热式质量流量计 原理：利用外热源对被测流体加热，测量因流体流原理：利用外热源对被测流体加热，测量因流体流动造成的温度场变化，从而测得流体的质量流量。动造成的温度场变化，从而测得流体的质量流量。流量方程式：流量方程式：6.3.2.3 6.3.2.3 冲量式流量计冲量式流量计 原理：冲量传感器感受被测介质的冲力，经转换原理：冲量传感器感受被测介质的冲力，经转换放大输出与质量流量成比例的标准信号。放大输出与质量流量成比例的标准信号。冲量式流量计工作原理冲量式流量计工作原理11冲板；冲板；22冲板轴；冲板轴；33物料；物料；44输送机输送机对象：自由下落的固体粉料的质量流量。对象：自由下落的固体粉料的质量流量。水平分力：水平分力：6.4.1 6.4.1 液体流量标准装置液体流量标准装置标准容积法流量标准装置标准容积法流量标准装置11水池；水池；22水泵；水泵；33高位水槽；高位水槽；44溢流管；溢流管；55稳压容器；稳压容器；66活动管接头；活动管接头；77切换机构；切换机构；88切换挡板；切换挡板；99标准容积计量槽；标准容积计量槽；1010液位标尺；液位标尺；1111游标；游标；1212被校流量计被校流量计6.4.1.1 6.4.1.1 标准容积法标准容积法6.4.1.4 6.4.1.4 标准体积管的校正法标准体积管的校正法单球式标准体积管原理示意单球式标准体积管原理示意11被校验流量计；被校验流量计；22交换器；交换器；33球；球；44终止检测器；终止检测器；55起始检测器；起始检测器；66体积管；体积管；77校验容积；校验容积；88计数器计数器6.4.2 6.4.2 气体流量标准装置气体流量标准装置 用标准气体流量计的校正法；用标准气体流量计的校正法；用标准气体容积的校正法；用标准气体容积的校正法；使用液体标准流量计的置换法。使用液体标准流量计的置换法。钟罩式气体流量校正（标准气体容积校正）装置钟罩式气体流量校正（标准气体容积校正）装置11钟罩；钟罩；22导轨和支架；导轨和支架；33平衡锤；平衡锤；44补偿锤补偿锤