传感器第七章--流量检测ppt课件.ppt

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1、7.1.1 流量测量的基本概念单位时间内流体通过一定截面积的数量。体积流量用流体的体积来表示（qv）， 单位为m3/h。瞬时质量流量用流量的质量来表示（qm），简称质量流量，单位为kg/h。 cos( ,)vAqv n dAvmqqvdvqdt累积流量一段时间内流体体积流量或质量流量的累积值21tvtVq dt21tmtmq dt累积体积流量累积体积流量累积质量流量累积质量流量 流量计量流量计量对在一定通道内流动流体的流量进行测量对在一定通道内流动流体的流量进行测量。流量测量的任务：流量测量的任务：根据测量目的，被测流体的种类、状态、测量场所等条件，根据测量目的，被测流体的种类、状态、测量场所

2、等条件，研究各种相应的测量方法，并保证流量量值的正确传递。研究各种相应的测量方法，并保证流量量值的正确传递。7.1 流量的基本概念7.1.1 流量测量的基本概念7.1.2 流量检测的方法和分类流量检测的方法和分类7.1.2 流量检测的方法和分类检测量的不同分为：体积流量质量流量 1. 体积流量的测量方法 （1）容积法：在单位时间内以标准固定体积对流动介质连续不断地进行度量，以排出流体固定容积数来计算流量。椭圆齿轮流量计、旋转活塞式流量计和刮板流量计。受流体的流动状态影响小，适用于测量高粘度、低雷诺数的流体。 （2）速度法：这种方法是先测出管道内的平均流速，再乘以管道截面积求得流体的体积流量。

3、较宽的使用条件，可用于各种工况下的流体的流量检测，利用平均流速计算流量，管路条件的影响大，流动产生涡流以及截面上流速分布不对称等都会给测量带来误差。 检测管道内流速的方法 节流式检测方法（差压流量检测法）；电磁式检测方法；变面积式检测方法；旋涡式检测方法；涡轮式检测方法；声学式检测方法；热学式检测方法。2. 质量流量的测量方法（1）直接法： 利用检测元件，使输出信号直接反映质量流量。 利用孔板和定量泵组合实现的差压式检测方法； 利用同轴双涡轮组合的角动量式检测方法； 应用麦纳斯效应的检测方法 基于科里奥利力效应的检测方法。（2）间接法： 用两个检测元件分别测出两个相应参数，通过运算 间接获取流

4、体的质量流量。 qv2检测元件和检测元件的组合； qv检测元件和检测元件的组合； qv2检测元件和qv检测元件的组合。End the 7.17.2 差压式流量计（DPF）历史悠久、技术成熟、应用最广泛。按检测件的作用原理分: 节流式、动压头式、水力阻力式、离心式、动压增益式和射流式等几大类，节流式和动压头式应用最为广泛。节流式特点： 结构简单、使用寿命长，适应能力强，几乎能测量各种工况下的流量。 节流式差压流量测量 7.2.1 差压式流量计组成及测量原理差压式流量计组成及测量原理7.2.2 节流装置7.2.1差压式流量计组成及测量原理1. 差压式流量计组成2. 测量原理 1. 差压式流量计组成

5、差压式流量计组成框图差压式流量计组成框图 节流装置节流装置：安装于管道中产生差压，：安装于管道中产生差压， 节流件前后的差压与流量成开方关系。节流件前后的差压与流量成开方关系。引压导管引压导管：取节流装置前后产生的差压，传送给差压变送器。：取节流装置前后产生的差压，传送给差压变送器。差压变送器差压变送器：产生的差压转换为标准电信号（：产生的差压转换为标准电信号（4-20mA4-20mA）。）。2. 测量原理 孔板附近的流速和压力分布孔板附近的流速和压力分布测量原理当流体流经管道内的节流件时，流速将在节流件处形成局部收缩，因而流速增加，静压力降低，于是在节流件前后便产生了压差。流体流量愈大，产生

6、的压差愈大，这样可依据压差来衡量流量的大小。基础：流体连续性方程（质量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒定律）。压差影响因素：流量、节流装置形式、管道内流体的物理性质（密度、粘度）设被测流体为不可压缩的理想流体（液体），根据伯努利方程，设被测流体为不可压缩的理想流体（液体），根据伯努利方程，对截面对截面II、处沿管中心的流体有以下能量关系：处沿管中心的流体有以下能量关系： 2222222111vPvP2122222211vPvP式中，式中，p p1 1、v v1 1截面截面I II I处的压力和速度；处的压力和速度； p p2 2、v v1 1 截面截面 处的压力和速度。处的压力和速度。根据流体

7、的连续性方程得：根据流体的连续性方程得：2211vAvA2121vAAv )(1 )(22122122AAPPv代入式（代入式（7.2.2）得）得 对于截面积对于截面积代入质量流量方程得代入质量流量方程得 21221222)(1)(2AAPPAvAqm反映质量流量和孔板前后压差之间关系的理论方程式反映质量流量和孔板前后压差之间关系的理论方程式 A2代表流束最小收缩截面，用孔板的开孔截面代表流束最小收缩截面，用孔板的开孔截面A0代替代替 式（式（7.2.4） 对式（对式（7.2.47.2.4）用一个无量纲数）用一个无量纲数C C修正，修正，C C称为流出系数。称为流出系数。PACPPCAqm21

8、1)(2044210Dd上式为针对不可压缩的理想流体而得出的流量公式。上式为针对不可压缩的理想流体而得出的流量公式。对于可压缩流体（如各种气体、蒸汽）流过节流装置时，对于可压缩流体（如各种气体、蒸汽）流过节流装置时，压力发生改变必然引起密度的改变，因此对于可压缩流体压力发生改变必然引起密度的改变，因此对于可压缩流体上式应引入气体可膨胀系数，则式变为：上式应引入气体可膨胀系数，则式变为：PACqm104211104211PACqv差压式流量计的流量公式差压式流量计的流量公式 节流式差压流量测量 7.2.1 差压式流量计组成及测量原理7.2.2 节流装置节流装置7.2.2 节流装置按其标准化程度分

9、：(1)标准节流装置按照标准文件设计、制造、安装和使用，无须经实流校准即可确定其流量值并估算流量测量误差;(2)非标准节流装置 成熟程度较差，尚未列入标准文件的检测件。标准型节流装置 节流装置=节流元件+取压装置+上下游测量导管图图7.2.3 7.2.3 标准型节流装置标准型节流装置（a）孔板）孔板 （b）喷嘴）喷嘴 1. 标准型节流装置标准节流装置 ISO 5167或GBT2624中所包括的节流装置称为标准节流装置。标准孔板标准喷嘴经典文丘里管文丘里喷嘴。 （1）标准孔板 标准孔板图标准孔板图孔板的三种取压方式 表7.2.3 标准孔板使用范围（d和D的单位用mm）角角 接接 取取 压压法法

10、兰兰 取取 压压D D（D/2D/2） 取取 压压d12.5d12.550D100050D10000.200.750.200.755000Re 5000Re （0.200.450.200.45）126012602 2DReDRe10000Re 10000Re （0.450.45）（2）标准喷嘴 ISA 1932喷嘴长径喷嘴 ISA 1932喷嘴 长径喷嘴 2. 非标准节流装置（1）低雷诺数：1/4圆孔板，锥形入口孔板，双重孔板，双斜孔板，半圆孔板等；（2）脏污介质：圆缺孔板，偏心孔板，环状孔板，楔形孔板，弯管节流件等；（3）低压损：罗洛斯管，道尔管，道尔孔板，双重文丘里喷嘴，通用文丘里管等；（

11、4）脉动流节流装置；（5）临界流节流装置：音速文丘里喷嘴；（6）混相流节流装置。End the 7.27.3 电磁流量计利用法拉第电磁感应定律，测量导电液体体积流特点：测量通道是光滑直管，不易阻塞适用于测量含有固体颗粒或纤维的液固二相流体；不产生因检测流量所形成的压力损失；不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化影响；前置直管段要求较低；测量范围度大，通常为20:150:1；不能测量电导率很低的液体；不能用于较高温度的液体。7.3 电磁流量计7.3.1 电磁流量计结构与原理电磁流量计结构与原理7.3.2 电磁流量计的选用与安装7.3.1 电磁流量计结构与原理1. 电磁流量计原理2. 电磁流量

12、计的构成 1. 电磁流量计原理基本原理：法拉第电磁感应定律：导体在磁场中切割磁力线运动时产生感应电动势。 电磁流量计测量原理电磁流量计测量原理导电性液体在垂直于磁场的非磁性测量管内流动，导电性液体在垂直于磁场的非磁性测量管内流动，与流动方向垂直的方向上产生与流量成比例的感应电势与流动方向垂直的方向上产生与流量成比例的感应电势 BDE 4/2Dqv液体的体积流量液体的体积流量 2/. 4DqvvvKqqDkBE)/4(式中式中, K为仪表常数，为仪表常数，K= 4kB/D 在管道直径确定，磁感应强度不变的条件下，体积流量与在管道直径确定，磁感应强度不变的条件下，体积流量与电磁感应电势有一一对应的

13、线性关系，而与流体密度、粘度电磁感应电势有一一对应的线性关系，而与流体密度、粘度、温度、压力和电导率无关。、温度、压力和电导率无关。2. 电磁流量计的构成 电磁流量计流量传感器转换器（1）电磁流量计流量传感器外壳磁路系统测量管衬里电极 外壳（铁磁材料制成）功能：保护激磁线圈，隔离外磁场的干扰。磁路系统 功能：产生均匀的直流或交流磁场 直流磁场可用永久磁铁来实现，结构简单 工业现场电磁流量计，一般都采用交变磁场，tBBmsintBDEmsin磁感应强度为磁感应强度为感应电势为感应电势为测量管 流过被测流体，两端设有法兰，用做连接管道。 测量导管采用不导磁、低导电率、低导热率并据有一定机械强度的材

14、料制成，一般可选用不锈钢、玻璃钢、铝及其它高强度的材料。衬里 在测量导管内壁的一层耐磨、耐腐蚀、耐高温的绝缘材料。主要功能：增加测量导管的耐磨性与腐蚀性， 防止感应电势被金属测量导管壁短路。 电极：正确引出感应电势信号 用不锈钢非导磁材料制成，安装时要求与衬里齐平 （2）转换器功能：放大感应电势、抑制主要的干扰信号。采用了交变磁场克服了极化现象，但增加了电磁正交干扰信号，正交干扰信号的相位和被测感应电势相差900 消除正交干扰的方法：信号引出线自动补偿转换器的放大电路反馈补偿。 2sinsintKBdttdBKemmt转换器与电磁流量传感器连线自动补偿方式 转换器组成原理 转换器方框图转换器方

15、框图7.3 电磁流量计7.3.1 电磁流量计结构与原理7.3.2 电磁流量计的选用与安装电磁流量计的选用与安装7.3.2 电磁流量计的选用与安装大口径仪表较多应用于给排水工程。中小口径常用于固液双相流等难测流体或高要求场所如测量造纸工业纸浆液和黑液、有色冶金业的矿浆、选煤厂的煤浆、化学工业的强腐蚀液以及钢铁工业高炉风口冷却水控制和监漏，长距离管道煤的水力输送的流量测量和控制。小口径、微小口径常用于医药工业、食品工业、生物工程等有卫生要求的场所。（1）选用考虑要点 精度 流速 范围度 口径 液体电导率 精度市场上通用型电磁流量计的性能有较大差别，有些精度高、功能多，有些精度低、功能简单。精度高的

16、仪表基本误差为（0.5%1%）FS，精度低的仪表则为（1.5%2.5%）FS，两者价格相差12倍。 因此测量精度要求不很高的场所（例如非经济核算仅以控制为目的，只要求高可靠性和优良重复性的场所）选用高精度仪表在经济上是不合算的。流速选定仪表口径不一定与管径相同，视流量而定。流程工业输送水等粘度不同的液体，管道流速一般是经济流速1.53m/s。电磁流量计用在这样的管道上，传感器口径与管径相同即可。满度流量时液体流速可在110m/s范围内选用，用于有易粘附、沉积、结垢等物质的流体，选用流速不低于2m/s ，自清扫、防止粘附沉积等作用 测量接近阈值的低电导液体，尽可能选定较低流速（小于0.51m/s

17、） 范围度 电磁流量计的范围度较大，通常不低于20，带有量程自动切换功能的仪表，可超过50100。口径 国内定型产品的口径从10mm3000mm，实际应用还是以中小口径居多，与大部分其他原理流量仪表（如容积式、涡轮式、涡街式或科里奥利质量式等）相比，大口径仪表占有较大比重。液体电导率使用电磁流量计的前提是被测液体必须是导电的，不能低于阈值（即下限值）。电导率低于阈值会产生测量误差直至不能使用，超过阈值即使变化也可以测量，示值误差变化不大，通用型电磁流量计的阈值在10-4（510-6）S/cm之间，视型号而异。使用时还取决于传感器和转换器间流量信号线长度及其分布电容，制造厂使用说明书中通常规定电

18、导率相对应的信号线长度。（2）流量传感器安装 安装场所 直管段长度要求 安装位置和流动方向 接地 安装场所测量混合相流体时，选择不会引起相分离的场所；测量双组分液体时，避免装在混合尚未均匀的下游；测量化学反应管道时，要装在反应充分完成段的下游；尽可能避免测量管内变成负压；选择震动小的场所，特别对一体型仪表； 避免附近有大电机、大变压器等引起电磁场干扰；易于实现传感器单独接地的场所；尽可能避开周围环境有高浓度腐蚀性气体；环境温度在25/1050/600范围内；环境相对湿度在10%90%范围内；尽可能避免受阳光直照；避免雨水浸淋，不会被水浸没。直管段长度要求长度与大部分其它流量仪表相比要求较低。9

19、0弯头、T形管、同心异径管、全开闸阀后通常认为只要离电极中心线5倍直径（5D）长度的直管段，不同开度的阀则需10D；下游直管段为（23）D或无要求；各标准或检定规程所提出上下游直管段长度亦不一致，要求比通常要求高。这是由于为保证达到当前0.5级精度仪表的要求。安装位置和流动方向安装方向不受限制,但测量固液两相流体最好垂直安装。a,b,e不良 c,d良好接地传感器必须单独接地（接地电阻100以下）。分离型原则上接地应在传感器一侧，转换器接地应在同一接地点。如传感器装在有阴极腐蚀保护管道上，除了传感器和接地环一起接地外，还要用较粗铜导线（16mm2）绕过传感器跨接管道两连接法兰上，使阴极保护电流与

20、传感器之间隔离。End the 7.37.4 涡轮流量计工作原理：置于流体中的叶轮的旋转角速度与流体流速成正比，通过测量叶轮的旋转角速度就可以得到流体的流速，从而得到管道内的流量值 7.4.1 结构和工作原理7.4.2 特点与应用7.4.3 安装注意事项7.4.1 结构和工作原理1紧固件；紧固件；2壳体；壳体；3前导向体；前导向体；4止推片；止推片；5叶轮；叶轮；6电磁感应式电磁感应式 信号检测器；信号检测器；7轴承；轴承；8后导向体后导向体涡轮流量计结构涡轮流量计结构涡轮流量计结构(1)壳体 （表体）：承受被测流体的压力、固定安装检测部件和连接管道壳体采用不导磁不锈钢或硬铝合金制造。 (2)

21、导向体 ：对流体起导向整流以及支撑叶轮的作用，通常选用不导磁不锈钢或硬铝材料制作。(3)涡轮（叶轮）：流量计的检测元件，高导磁性材料。叶轮有直板叶片、螺旋叶片和丁字形叶片等几种。 叶轮的动平衡直接影响仪表性能和使用寿命。 (4)轴与轴承：支撑叶轮旋转(5)信号检测器： 国内常用变磁阻式涡轮流量计原理当流体通过管道时，冲击管道中心涡轮叶片，对涡轮产生驱动力矩，使涡轮克服摩擦力矩和流体阻力矩而产生旋转。在一定的流量范围内，对一定的流体介质粘度，涡轮的旋转角速度与流体流速成正比。由此，流体流速可通过涡轮的旋转角速度得到，从而可以计算得到通过管道的流体流量。涡轮的转速通过装在外壳上的检测线圈来检测。

22、涡轮流量计的流量方程为涡轮流量计的流量方程为KfQv/体积流量体积流量 f 流量计输出信号的频率，流量计输出信号的频率，Hz；K流量计的仪表系数，流量计的仪表系数，P/m3。仪表系数可分为二段，即线性段和非线性段。仪表系数可分为二段，即线性段和非线性段。 涡轮流量计特性曲线涡轮流量计特性曲线7.4.2 特点和应用精度高：所有流量计中，它属于最精确的。重复性好： 短期重复性可达0.05-0.2输出脉冲频率信号：适于总量计量及与计算机连接，无零点漂移，抗干扰能力强。可获得很高的频率信号（3-4kHz），信号分辨力强。测量范围宽 ； 适用于高压测量：易制成高压型仪表。难以长期保持校准特性，需要定期校

23、验; 不适用于较高粘度介质（高粘度型除外）;流体物性（密度、粘度）对仪表特性有较大影响;受来流流速分布畸变和旋转流的影响较大;对被测介质的清洁度要求较高： 限制了其适用领域，虽可安装过滤器以适应脏污介质，但亦带来压损增大、维护量增加等副作用。应用：石油、有机液体、无机液、液化气、天然气、煤气和低温流体等的测量7.4.2 特点和应用7.4.3 安装注意事项应安装在便于维修，管道无振动、无强电磁干扰与热辐射影响的场所. 1入口；2阀门；3过滤器；4消气器；5前直管段；6流量计；7后直管段；8旁路End the 7.47.5 涡街流量计流体振动流量测量: 在特定的流动条件下，一部分流体动能转化为流动

24、，其振动频率与流速（流量）有确定的比例关系涡街流量计旋进（旋涡进动）流量计射流流量计 流体振动流量计特点：输出为脉冲频率，其频率与被测流体的实际体积流量成正比，它不受流体组分、密度、压力、温度的影响；测量范围宽，一般范围度可达10:1以上；精确度为中上水平；无可动部件，可靠性高；结构简单牢固，安装方便，维护费较低；应用范围广泛，可适用液体、气体和蒸气。 涡街流量计 7.5.1 工作原理与结构工作原理与结构7.5.2 安装使用注意事项7.5.1 工作原理与结构1. 涡街流量计工作原理 2. 涡街流量计结构1. 涡街流量计工作原理 卡曼涡街卡曼涡街 旋涡的发生频率旋涡的发生频率 mdUSdUSfr

25、r1式中，式中，U U1 1旋涡发生体两侧平均流速（旋涡发生体两侧平均流速（m/sm/s）；）； S Sr r斯特劳哈尔数；斯特劳哈尔数； d d 旋涡发生体迎面宽度；旋涡发生体迎面宽度； mm旋涡发生体两侧弓形面积与管道横截面面积之比。旋涡发生体两侧弓形面积与管道横截面面积之比。DdDdDdm12sin)/(1/21管道内体积流量管道内体积流量fSmdDUDqrv2244流量计的仪表系数流量计的仪表系数 124rvSdmDqfK（脉冲数（脉冲数/m3） 涡街流量计输出的脉冲频率信号不受流体物性和组分变化的影响涡街流量计输出的脉冲频率信号不受流体物性和组分变化的影响 K与旋涡发生体、管道的几何

26、尺寸、斯特劳哈尔数与旋涡发生体、管道的几何尺寸、斯特劳哈尔数Sr有关，有关，Sr 为无量纲参数，它与旋涡发生体形状及雷诺数有关为无量纲参数，它与旋涡发生体形状及雷诺数有关K K在一定雷诺数范围内仅与旋涡发生体及管道的形状尺寸等有关。在一定雷诺数范围内仅与旋涡发生体及管道的形状尺寸等有关。斯特劳哈尔数与雷诺数关系曲线斯特劳哈尔数与雷诺数关系曲线 2. 涡街流量计结构 涡街流量计传感器转换器传感器旋涡发生体（阻流体）、检测元件、仪表表体；转换器前置放大器、滤波整形电路、DA转换电路、输出接口电路、端子、支架和防护罩 （1）旋涡发生体 与仪表的流量特性（仪表系数、线性度、范围度等）和阻力特性（压力损

27、失）密切相关要求如下：能控制旋涡在旋涡发生体轴线方向上同步分离；在较宽的雷诺数范围内，有稳定的旋涡分离点，保持恒定的斯特劳哈尔数；能产生强烈的涡街，信号的信噪比高；形状和结构简单，便于加工、安装和组合；材质应满足流体性质的要求，耐腐蚀，耐磨蚀，耐温变；固有频率在涡街信号的频带外。旋涡发生体 三角柱旋涡发生体三角柱旋涡发生体 旋涡发生体 （2）检测元件 检测旋涡信号方式:用设置在旋涡发生体内的检测元件直接检测发生体两侧差压；旋涡发生体上开设导压孔，在导压孔中安装检测元件检测发生体两侧差压；检测旋涡发生体周围交变环流；检测旋涡发生体背面交变差压；检测尾流中旋涡列。表7.5.1 旋涡发生体和检测方式

28、一览表 （3）转换器 表表7.5.2 检测方式与前置放大器检测方式与前置放大器 检测方法检测方法热敏式热敏式超声式超声式应变式应变式应力式应力式电容式电容式光电式光电式电磁式电磁式前置放大器前置放大器恒流放大器恒流放大器选频放大器选频放大器恒流放大器恒流放大器电荷放大器电荷放大器调谐调谐- -振动振动放大器放大器光电放大器光电放大器低频放大器低频放大器转换器原理框图转换器原理框图 （4）仪表表体 涡街流量计 7.5.1 工作原理与结构7.5.2 安装使用注意事项安装使用注意事项7.5.2 安装使用注意事项1. 安装注意事项2. 使用注意事项1. 安装注意事项 涡街流量计对管道流速分布畸变、旋转

29、流和流动脉动等敏感，对现场管道安装条件应充分重视，遵照生产厂使用说明书的要求执行。涡街流量计可安装在室内或室外。如果安装在地井里，有水淹的可能，要选用涎水型传感器。传感器在管道上可以水平、垂直或倾斜安装，但测量液体和气体时为防止气泡和液滴的干扰，安装位置要注意 混相流体的安装混相流体的安装涡街流量计对上、下游直管段长度的要求 2. 使用注意事项 （1）现场安装完毕通电和通流前的检查 主管和旁通管上各法兰、阀门、测压、测温 孔及接头应无渗漏现象； 管道振动情况是否符合说明书规定； 传感器安装是否正确，各部分电气连接是否 良好。（2）接通电源静态调试 在通电不通流时转换器应无输出，瞬时流量指示为零

30、，累积流量无变化，否则首先检查是否因信号线屏蔽或接地不良，或管道震动强烈而引入干扰信号。如确认不是上述原因时，可调整转换器内电位器，降低放大器增益或提高整形电路触发电平，直至输出为零。（3）通流动态调试关旁通阀，打开上下游阀门，流动稳定后转换器输出连续的脉宽均匀的脉冲，流量指示稳定无跳变，调阀门开度，输出随之改变。否则应细致检查并调整电位器直至仪表输出既无误触发又无漏脉冲为止。End the 7.57.6 超声流量计7.6.1 工作原理及组成工作原理及组成7.6.2 选用与安装考虑要点7.6.1 工作原理及组成通过检测流体流动时对超声束（或超声脉冲）的作用，以测量体积流量的仪表。超声流量计的特

31、点：可作非接触测量；无流动阻挠测量，无额外压力损失；适用于大型圆形管道和矩形管道；多普勒超声流量计可测量固相含量较多或含有气泡的液体；超声流量计可测量非导电性液体，在无阻挠流量测量方面是对电磁流量计的一种补充。讨论用于测量封闭管道液体流量的超声流量计。封闭管道用超声流量计分类 传播时间法；多普勒效应法；波束偏移法；相关法；噪声法 1. 传播时间法声波在流体中传播，顺流方向声波传播速度会增大，逆流方向则减小，同一传播距离就有不同的传播时间。利用传播速度之差与被测流体流速的关系求取流速，称之传播时间法。按测量具体参数分类：时差法、相位差法频差法。 传播时间法原理 （1）流速方程式 超声波逆流从换能

32、器1送到换能器2的传播速度c被流体流速Vm所减慢，反之，超声波顺流从换能器2传送到换能器1的传播速度则被流体流速加快， LxVctLm12LxVctLm21上面两式相减并变换可得上面两式相减并变换可得 21122112ttxLVm式中，式中， L L超声波在换能器之间传播路径的长度（超声波在换能器之间传播路径的长度（mm）；）； x x传播路径的轴向分量（传播路径的轴向分量（mm）；）； t t1212从换能器从换能器1 1到换能器到换能器2 2的传播时间（的传播时间（s s）；）； t t2121从换能器从换能器2 2到换能器到换能器1 1的传播时间（的传播时间（s s）；）； c c超声波

33、在静止流体中的传播速度（超声波在静止流体中的传播速度（m/sm/s）；）； V Vmm流体通过换能器流体通过换能器1 1、2 2之间声道上平均流速（之间声道上平均流速（m/sm/s）（2） 流量方程式测量和计算的流速是声道上的线平均流速，计算流量所需是流通横截面的面平均流速，二者的数值是不同的，差异取决于流速分布状况因此，必须用一定的方法对流速分布进行补偿。对于夹装式换能器仪表，还必须对折射角受温度变化进行补偿，才能精确的测得流量。 42NmvDKVq体积流量体积流量q qv v为：为：式中，式中，K K 流速分布修正系数，流速分布修正系数， K K= =V Vmm/ /V V D DN N

34、管道内径。管道内径。K K是单声道通过管道中心的流速（分布）修正系数。是单声道通过管道中心的流速（分布）修正系数。管道雷诺数管道雷诺数ReReD D变化变化K K值将变化，值将变化，仪表范围度为仪表范围度为1010时，时，K K值变化约为值变化约为1 1；范围度为范围度为100100时，时，K K值约变化值约变化2 2。流动从层流转变为紊流时，流动从层流转变为紊流时，K K值要变化约值要变化约3030。所以要精确测量时，必须对所以要精确测量时，必须对K K值进行动态补偿。值进行动态补偿。2. 多普勒（效应）法多普勒（效应）法是利用在静止（固定）点检测从移动源发射声波多产生多普勒频移现象。多普勒

35、法超声波流量计原理图多普勒法超声波流量计原理图 （1）流速方程式 超声换能器A向流体发出频率为fA的超声波，经照射域内液体中散射体，散射的超声波产生多普勒频移fd，接收换能器B收到频率为fB的超声波，其值为：cvffABcos21多普勒频移多普勒频移f fd d正比于散射体流动速度：正比于散射体流动速度：cvffffABAdcos2Adffcvcos2（2）流量方程式流量方程式形式上与式（7.6.4）相同 42NdvDKvqK Kd d是散射体的是散射体的“照射域照射域”在管中心附近的系数；在管中心附近的系数；其值不适用于在大管径或含较多散射体达不到管中心附近其值不适用于在大管径或含较多散射体

36、达不到管中心附近就获得散射波的系数。就获得散射波的系数。（3）液体温度影响的修正 流体声速c是温度的函数，液温变化会引起误差。固体的声速温度变化影响比液体小一个数量级，即流体声速c用声楔的声速c0取代，以减小用液体声速时的影响。 声楔的射角声楔的射角 cos=sin,sin/csin0/c0 Adffc00sin2（4）散射体的影响 多普勒频移信号来自速度参差不一的散射体，而所测得各散射体速度和载体液体平均流速间的关系也有差别。其他参量如散射体粒度大小组合与流动时分布状况，散射体流速非轴向分量，声波被散射体衰减程度等均影响频移信号。3. 组成组成：超声换能器（超声流量传感器 ）转换器转换器在结

37、构上分：固定盘装式和便携式 7.6 超声流量计7.6.1 工作原理及组成7.6.2 选用与安装考虑要点选用与安装考虑要点7.6.2 选用与安装考虑要点1. 测量原理的选择2. 安装注意事项1. 测量原理的选择选择测量原理是传播时间法还是多普勒法，主要判断要素：液体洁净程度或杂质含量，测量精度要求。基本适用条件如表7.6.1所示。对于外夹装式仪表还要考虑管壁材料和厚度、锈蚀状况、衬里材料和厚度；对于现场安装换能器式仪表要考虑换能器类型；对于大管径传播时间法仪表要考虑声道数。表7.6.1测量原理基本适用条件 条件条件传播时间法传播时间法多普勒法多普勒法适用液体适用液体水类（江河水，海水农业用水等）

38、水类（江河水，海水农业用水等）, ,油类（纯净燃油类（纯净燃油，润滑油，食用油等），化学试剂，药液等油，润滑油，食用油等），化学试剂，药液等含杂质多的水（下水，污水，农含杂质多的水（下水，污水，农业用水等），浆类（泥浆，矿浆，业用水等），浆类（泥浆，矿浆，纸浆化工料浆等），油类（非净纸浆化工料浆等），油类（非净燃油，重油，原油等）燃油，重油，原油等）适用悬浮颗粒含量适用悬浮颗粒含量体积含量体积含量1%5050100mg/L100mg/L仪表基本误差仪表基本误差带测量管段式带测量管段式（0.5-10.5-1）%R%R（3-103-10）%FS%FS固体粒子含量基本不变时固体粒子含量基本不变时（0

39、.5-30.5-3）%湿式大口径多声道湿式大口径多声道湿式小口径单声道湿式小口径单声道1.5%R-1.5%R-3%R3%R夹装式（范围度夹装式（范围度20:120:1）重复性误差重复性误差0.1%-0.3%0.1%-0.3%1%1%信号传输电缆长度信号传输电缆长度100-300m,100-300m,在能保证信号质量的前提下，在能保证信号质量的前提下，可以小于可以小于100m100m30m30m价格价格较高较高一般较低一般较低2. 安装注意事项（1）流量传感器（即带测量管段的插入式换能器总成）的安装安装本类流量传感器时管网必须停流，测量点管道必须截断后接入流量传感器。连接流量传感器的管道内径必须

40、与流量传感器相同，其差别应在1以内。流量传感器上的传感器尽可能在与水平直径成45度的范围内，避免在垂直直径位置附近安装。否则在测量液体时换能器声波表面易受气体或颗粒影响，在测量气体时受液滴或颗粒影响。测量液体时安装位置必须充满液体。上下游应有必要的直管段。水平管换能器安装位置水平管换能器安装位置（2）外夹装式换能器的安装剥净安装段内保温层和保护层，并把换能器按装处的壁面打磨干净。避免局部凹陷，凸出物修平，漆锈层磨净。对于垂直设置的管道，若为单声道传播时间法仪表，换能器的安装位置应尽可能在上游弯管的弯轴平面内，以获得弯管流场畸变后较接近的平均值。单声道换能器垂直管道安装位置换能器安装处和管壁反射

41、处必须避开接口和焊缝 避开接口和焊缝示意图避开接口和焊缝示意图 换能器安装处的管道衬里和垢层不能太厚。衬里、锈层与管壁间不能有间隙。对于锈蚀严重的管道 ，可震击管壁震掉锈层，保证声波正常传播。但须防止击出凹坑。换能器工作面与管壁之间保持有足够的耦合剂，不能有空气和固体颗粒，以保证耦合良好。夹装式换能器安装有对称安装和同侧安装两种方法。End the 7.67.7 质量流量计直接式：检测装置的输出信号可以直接表示质量流量的大小。间接式：通过检测两个以上有关质量流量的物理量，然后通过计算得出质量流量。 7.7 质量流量计7.7.1 直接式质量流量计直接式质量流量计7.7.2 间接式质量流量计7.7

42、.1 直接式质量流量计直接式质量流量常用检测方法：差压式质量流量计、涡轮式质量流量计、动量式质量流量计、热式质量流量计、科里奥利式质量流量计等 1. 热式质量流量计利用传热原理，即流动中的流体与热源之间热量交换关系来测量流量，当前主要用于测量气体。热式流量仪表用得最多有两类：热分布式流量计（thenmaI prohIe fIowmeter）利用流动流体传递热量改变测量管壁温度分布的热传导分布效应。曾称量热式质量流量计；热式质量流量计利用热消散（冷却）效应的金氏定律（King s Iaw），又由于结构上检测元件伸入测量管内，也称浸入型（immersion type ）或侵入型（intrusion

43、 type）。（1）热分布式热式质量流量计热分布式质量流量计工作原理热分布式质量流量计工作原理 1 流量传感器流量传感器 2 绕组绕组 3 测量管测量管4 转换器转换器 5 恒流电原恒流电原 4 放大器放大器质量流量质量流量 TcAKqpm cp 被测气体的定压比热容；被测气体的定压比热容； A 测量管绕组（即加热系统）与周围环境热交换系统测量管绕组（即加热系统）与周围环境热交换系统 之间的热传导系数；之间的热传导系数； K仪表常数；仪表常数； T两组线圈平均温度差。两组线圈平均温度差。质量流量与绕组温度关系质量流量与绕组温度关系 测量管加热方式大部分产品采用两绕组或三绕组线绕电阻；除管外电阻

44、丝绕组加热方式外还有利用管材本身电阻加热方式。测量管形状有直管形，还有字形结构，为了获得良好的线形输出，必须保持层流流动，测量管内径D设计得很小而长度L很长，即有很大L/D比值，流速低，流量小。热分布式质量流量计按测量管内径分：细管型（也有称毛细管型）：测量管内径仅0.20.5mm，极易堵塞，适用于净化无尘气体。小型：只有直管型，内径为4mm；（2）浸入式热式质量流量计金氏定律的热丝热散失率表述各参量间关系 式中，H/L单位长度热散失率（J/mh）； T热丝高于自由流束的平均升高温度（K）； 流体的热导率（J/hmK）； cV 定容比热容（J/kgk）； 密度（kg/m3）； U 流体的流速（

45、m/h）； d 热丝直径（m.）。)(2/2/1dcTLHV温度差测量法 温度测量法两温度传感器（热电阻）分别置于气流中两金属细管内，一热电阻测得气流温度T；另一细管经功率恒定的电热加热，其温度Tv高于气流温度，气体静止时Tv最高，随着质量流速U增加，气流带走更多热量，温度下降，测得温度差 VTTT消耗功率消耗功率P和温度差和温度差T如式（如式（7.7.3）所示比列关系）所示比列关系 E与所测气体物性如热导率、比热容、粘度等有关的系数，与所测气体物性如热导率、比热容、粘度等有关的系数， 如果气体成分和物性恒定则视为常数。如果气体成分和物性恒定则视为常数。D与实际流动有关的常数。与实际流动有关的

46、常数。若保持若保持T恒定，控制加热功率随着流量增加而增加功率，恒定，控制加热功率随着流量增加而增加功率，这种方法也称作这种方法也称作“功率消耗测量法功率消耗测量法”。上式变换成上式变换成TCBPK)(/kmPTDEq（3）安装注意事项热分布式：大部分可为任何姿势（水平、垂直或倾斜）安装，有些仪表只要安装好后在工作条件压力、温度下作电气零点调整。大部分制造厂会对此就安装姿势影响和安装要求作出说明。应用于高压气体时传感器则选择水平安装，便于做到调零的零偏置。浸入式：大部分流量计性能不受安装姿势影响。在低流速测量时因受管道内气体对流的热流影响，使安装姿势显得重要。因此在低和非常低流速流动时要获得精确

47、测量，必须遵循制造厂依据仪表设计结构而定的安装建议。2. 科里奥利质量流量计利用流体在直线运动的同时处于一旋转系中，产生与质量流量成正比的科里奥利力原理制成的一种直接式质量流量仪表。科里奥利质量流量计的特点：精度高、量程比大、动态特性好、无直管段要求、压力损失大等。（1）工作原理和结构 科里奥利力科里奥利力 科里奥利质量流量计的基本原理 当质量为m的质点以速度在对p轴作角速度旋转的管道内移动时，质点受到两个分量的加速度及其力。法向加速度：即向心力加速度r，其量值等于2r，方向朝向P轴。切向加速度：即科里奥利加速度t，其量值等于2，方向与垂直。 当密度为的流体在旋转管道中以恒定速度流动时，任何一

48、段长度x的管道都将受到一个Fc的切向科里奥利力。 xAvFc2由于质量流量为由于质量流量为qm=A，所以，所以 xqFmc2 直接或间接测量在旋转管道中流动流体产生的科里奥直接或间接测量在旋转管道中流动流体产生的科里奥利力就可以测的得质量流量，这是利力就可以测的得质量流量，这是科里奥利质量流量计的科里奥利质量流量计的基本原理基本原理。通过旋转运动产生科里奥利力是困难的，目前。通过旋转运动产生科里奥利力是困难的，目前产品均代之以管道振动产生的产品均代之以管道振动产生的 科里奥利质量流量计组成：流量传感器转换器（或流量计算机）科里奥利质量流量传感器 （2）安装使用注意事项流量传感器安装一般要求 按

49、照制造厂规定的安装方法和趋避禁止事项。安装设计时尽可能使其有长的使用寿命流量传感器安装姿势和位置 一般装于自下而上流动的垂直管道较为理想；安装位置必须使测量管内充满液体。截止阀和控制阀的安装7.7 质量流量计7.7.1 直接式质量流量计7.7.2 间接式质量流量计间接式质量流量计7.7.2 间接式质量流量计原理：在管道上串联多个检测元件，建立各自的输出信号与流体的体积流量和密度等之间的关系，通过联立求解方程间接推导出流体的质量流量。间接式质量流量常用检测方法：差压式流量计与密度计的组合；体积流量计和密度计的组合；差压流量计或靶式流量计与体积流量计的组合（1）差压式流量计与密度计的组合差压式流量计的差压输出值与qv2成正比，配合密度计进行乘法运算后开方可得到质量流量， mvvKqqKKqK221（2）差压式流量计与体积流量计的组合差压式流量计差压输出值与qv2成正比，而体积流量计输出信号与成正比，将这两个信号进行除法运算得到质量流量 mvvKqqKqK221差压式流量计与体积流量计组合的质量流量计框图 精品课件精品课件！精品课件精品课件！