《流量检测与变送器》PPT课件.ppt

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1、第二章 检测仪表与变送器自动化系 唐德东逸夫科技楼逸夫科技楼I410第四讲 流量检测与变送器教学目的与要求教学目的与要求：了解流量的概念：了解流量的概念,流量检测仪表的流量检测仪表的分类，理解其工作原理分类，理解其工作原理;掌握各种流量计的特点及应掌握各种流量计的特点及应用范围。用范围。教学重点教学重点：节流式流量计、速度式流量计、容积式流量计。：节流式流量计、速度式流量计、容积式流量计。教学难点教学难点：节流式流量计、速度式流量计节流式流量计、速度式流量计一一、基本概念、基本概念瞬时流量瞬时流量、累积流量累积流量。体积流量、质量流量体积流量、质量流量类别仪表名称体积流量计容积式流量计椭圆齿轮

2、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、冲量式流量计等流量测量仪表也称为流量计。它通常由一次仪表和二次仪表组流量测量仪表也称为流量计。它通常由一次仪表和二次仪表组成。一次仪表亦称为传感器，二次仪表称为显示装置或变送器。成。一次仪表亦称为传感器，二次仪表称为显示装置或变送器。流量测量仪表的种类繁多，各适用于不同场合。流量测量仪表的种类繁多，各适用于不

3、同场合。二、差压式流量计二、差压式流量计差差压压式式（也也称称节节流流式式）流流量量计计是是基基于于流流体体流流动动的的节节流流原原理理，利利用用流流体体流流经经节节流流装装置置时时产产生生的的压压力力差而实现流量测量。差而实现流量测量。显示仪表显示仪表Q差压变送器差压变送器节节 流流 装装置置节流现象节流现象流流体体在在流流过过节节流流装装置置时时，在在节节流流装装置置前前后后的的管管壁壁处处，流流体体的的静静压压力力产产生生差差异异的的现现象象称称为为节节流流现象。现象。节流装置包括节流装置包括节流件节流件和和取压装置取压装置。QP1P2节节流流件件是是能能使使管管道道中中的的流流体体产产

4、生生局局部部收收缩缩的的元元件件，应应用用最最广广泛泛的的是是孔孔板板，其其次次是是喷喷嘴嘴、文文丘丘里管等。里管等。节流原理节流原理 具具有有一一定定能能量量的的流流体体，才才可可能能在在管管道道中中流流动动。流动着的流体含有两种能量流动着的流体含有两种能量静压能和动能静压能和动能。静静压压能能表表现现在在流流体体对对管管壁壁的的压压力力，动动能能表表现现在在流流体体有有流流动动速速度度。这这两两种种能能量量在在一一定定条条件件下下可可以互相转化。以互相转化。孔板前后流体孔板前后流体对管壁压力对管壁压力孔板前稳定流动孔板前稳定流动段段-截面截面流束未收流束未收缩前压力缩前压力平均流速平均流速

5、v1流束最小处流束最小处-截面截面流束最小流束最小处压力处压力平均流速平均流速v2截面截面处能量处能量=截面截面处能量处能量+损耗损耗但但是是，根根据据能能量量守守恒恒定定律律，在在没没有有再再加加能能量量的的情情况况下下，流流体体所所具具有有的的静静压压能能和和动动能能，加加上上克克服流动阻力的能量损失，其总和是不变的。即：服流动阻力的能量损失，其总和是不变的。即：静压能静压能 动能动能 静压能静压能 动能动能 损耗损耗根据伯努力方程可列出：根据伯努力方程可列出：损耗损耗式中：式中：为为流流体体在在截截面面-与与-之之间间的的动动能能损损失系数；失系数；g 为重力加速度；为重力加速度；1、2

6、 为流体在截面为流体在截面-和和-处的密度。处的密度。如果流体是不可压缩的，那么如果流体是不可压缩的，那么1=2=S1、S2分别为分别为-和和-处处的流束截面积。的流束截面积。v1S1=v2S2又因截面又因截面、处体积流量应相等，有处体积流量应相等，有联立求解两式，可得出：联立求解两式，可得出：S0孔板的开孔面积。孔板的开孔面积。另另外外，取取紧紧挨挨孔孔板板前前后后的的管管壁壁压压差差（P1-P2）代代替替（P1-P2），为为此此引引用用系系数数 加以修正：加以修正：为简化计算，引入两个系数：为简化计算，引入两个系数：截面收缩系数截面收缩系数 孔板口对管道的面积比孔板口对管道的面积比m代入代

7、入v2式，得式，得 因体积流量：因体积流量：Q=v2 S0称流量系数称流量系数 将将令令体积流量体积流量 质量流量质量流量 结结论论：流流量量与与节节流流件件前前后后压压差差的的平平方方根根成成正正比。只要测得差压比。只要测得差压（P1-P2）便可测得流量。便可测得流量。则得到（则得到（不可压缩的流体）不可压缩的流体）流量基本方程式：流量基本方程式：如如果果流流体体是是可可压压缩缩的的（如如蒸蒸汽汽），则则要要对对公公式式进行修正。进行修正。故故流流量量系系数数与与节节流流装装置置的的结结构构形形式式、取取压压方方式式、开开孔孔面面积积与与管管道道截截面面积积之之比比m、管管壁壁粗粗糙糙度度、

8、流流体体流流动动状状态态等等因因素素有有关关；很很难难准准确确计计算算，一一般般通通过过实实验验确确定定。因因此此，节节流流装装置置都都是是标标准准化化的的，由厂家提供由厂家提供数据。数据。因为因为 动动 能能损失系数损失系数标准节流装置标准节流装置 标准节流装置包括标准节流件和标准取压装置。标准节流装置包括标准节流件和标准取压装置。节流装置标准化的具体内容有：节流装置的结构、节流装置标准化的具体内容有：节流装置的结构、尺寸、公差、光洁度、取压孔位置和使用条件等。尺寸、公差、光洁度、取压孔位置和使用条件等。标准节流件有：标准节流件有：节流装置节流装置导压管导压管孔板孔板喷嘴喷嘴文丘里管文丘里管

9、标准取压方式标准取压方式标准取压方式标准取压方式 国家规定标准的取压方式有国家规定标准的取压方式有角接取压角接取压、法兰取压法兰取压和和D DD/2D/2取压取压。角接取压角接取压角接取压角接取压环隙取压单独钻孔取压夹持环流体角接取压的两个取压口分别位于孔板上下端面与管壁的夹角处角接取压的两个取压口分别位于孔板上下端面与管壁的夹角处取压口可以是取压口可以是环隙取压环隙取压口和口和单独钻孔取压单独钻孔取压口口环环隙隙取取压压利利用用左左右右对对称称的的两两个个环环室室把把孔孔板板夹夹在在中中间间，通通常常要要求求环环隙隙在在整整个个圆圆周周上上穿穿通通管管道道，或或者者每每个个夹夹持持环环应应至

10、至少少有有四四个个开开孔孔与与管管道道内内部部连连通通，再再利利用用导导压压管管把孔板上下游的压力分别引出把孔板上下游的压力分别引出当当采采用用单单独独钻钻孔孔取取压压时时，取取压压口口的的轴轴线线应应尽尽可可能能以以90与管道轴线相交与管道轴线相交显显然然，环环隙隙取取压压由由于于环环室室的的均均压压作作用用，便便于于测测出出孔孔板板两两端端的的平平稳稳差差压压，能能得得到到较较好好的的测测量量精精度度，但但是是夹夹持持环环的的加加工工制制造造和和安安装装要要求求严严格格。当当管管径径D500mm时，一般采用单独钻孔取压。时，一般采用单独钻孔取压。法兰取压和法兰取压和法兰取压和法兰取压和D

11、D D DD/2D/2D/2D/2取压取压取压取压 法兰取压装置是由一对带有取压口的法兰组成法兰取压装置是由一对带有取压口的法兰组成取压口轴线距离孔板上、下端面均为取压口轴线距离孔板上、下端面均为（1英寸）英寸）l1l2法兰取压法兰取压D DD/2D/2取取压压装装置置是是设设有有取取压压口口的的管管段段，上上、下下游游取取压压口口轴轴线线与孔板上游端面的距离分为与孔板上游端面的距离分为D D和和D/2D/2（D D为管道的直径）为管道的直径）l1(D)l2(D/2)DD/2取压取压标标准节流装置使用条件准节流装置使用条件q流流体体应应当当清清洁洁，充充满满圆圆管管并并连续稳定地流动。连续稳定

12、地流动。q流流体体的的雷雷诺诺数数在在104105以以上上，不发生相变。不发生相变。q管管道道必必须须是是直直的的圆圆形形截截面面，直径大于直径大于50mm。q为为保保证证流流体体在在节节流流装装置置前前后后为为稳稳定定的的流流动动状状态态，在在节节流流装装置置的的上上、下下游游必必须须配配置置一一定定长长度度的的直管段。直管段。节流装置节流装置导压管导压管差压计差压计 差压式流量计适合于大大于于50mm50mm的管道，且要求前后有一段一定长度的直管段直管段。差压式流量计的安装误差产生的原因误差产生的原因误差产生的原因误差产生的原因被测流体工作状态的变动。节流装置安装不正确节流装置安装不正确。

13、孔板入口边缘的磨损。导压管安装不正确导压管安装不正确，或有堵塞、渗漏现象差压计安装或使用不正确差压计安装或使用不正确 在现场实际应用时，往往具有比较大的测量误差，有的甚至高达1020。（1 1）导压管的安装）导压管的安装 导压管要正确地安装，防止堵塞与渗漏，否则会引起较大的测量误差。对于不同的被测介质不同的被测介质(液体、气体）液体、气体），导压管的安装亦有不同的要求，下面分类讨论。a)取压点应该位于节流装置的下半部，与水平线夹角为045。b)引压导管最好垂直向下，如条件不许可，导压管亦应下倾一定坡度（至少120110），使气泡易于排出。c)在引压导管的管路中，应有排气的装置。l测量液体的流量

14、时，应该使两根导压管内都充满同样的测量液体的流量时，应该使两根导压管内都充满同样的液体而无气泡，以使两根导压管内的液体密度相等。液体而无气泡，以使两根导压管内的液体密度相等。（1 1）导压管的安装）导压管的安装测量液体流量时的连接图1节流装置；2引压导管；3放空阀；4平衡阀；5差压变送器；6贮气罐；7切断阀（1 1）导压管的安装）导压管的安装l 测量气体流量时，上述的这些基本原则仍然适用。测量气体流量时，上述的这些基本原则仍然适用。a)取压点应在节流装置的上半部。b)引压导管最好垂直向上，至少亦应向上倾斜一定的坡度，以使引压导管中不滞留液体。c)如果差压计必须装在节流装置之下，则需加装贮液罐贮

15、液罐和排放阀。1节流装置；2引压导管；3差压变送器；4贮液罐；5排放阀（1 1）导压管的安装）导压管的安装 测量蒸汽流量的连接图1节流装置；2凝液罐；3引压导管；4排放阀；5差压变送器；6平衡阀l测量蒸汽的流量时，要测量蒸汽的流量时，要实现上述的基本原则，必实现上述的基本原则，必须解决须解决蒸汽冷凝液蒸汽冷凝液的液位的液位问题，以消除冷凝液液位问题，以消除冷凝液液位的高低对测量精度的影响。的高低对测量精度的影响。（1 1）导压管的安装）导压管的安装 由引压导管接至差压计或变送器前，必须安装切断阀1、2和平衡阀3，构成三阀组。测量腐蚀性（或因易凝固不适宜直接进入差压计）的介质流量时，必须采取隔离

16、措施。（2 2 2 2）差压变送器安装）差压变送器安装）差压变送器安装）差压变送器安装隔离罐的两种形式1，2切断阀；3平衡阀三、三、转子流量计转子流量计在在工工业业生生产产中中经经常常遇遇到到小小流流量量的的测测量量，因因流流体体的的流流速速低低，要要求求测测量量仪仪表表有有较较高高的的灵灵敏敏度度，才才能能保证一定的精度。保证一定的精度。差差压压式式流流量量计计对对管管径径小小于于50mm、低低雷雷诺诺数数的的流流体体的的测测量量精精度度是是不不高高的的。而而转转子子流流量量计计 则则 特特 别别 适适 宜宜 于于 测测 量量 管管 径径50mm以以下下管管道道的的流流量量，测测量量的流量可

17、小到每小时几升。的流量可小到每小时几升。工作原理工作原理孔板流量计：孔板流量计：孔板流量计：孔板流量计：节流面积不变节流面积不变节流面积不变节流面积不变流量变化流量变化流量变化流量变化压差发生变化压差发生变化压差发生变化压差发生变化转子流量计：转子流量计：转子流量计：转子流量计：压差不变压差不变压差不变压差不变流量变化流量变化流量变化流量变化节流面积发生变化节流面积发生变化节流面积发生变化节流面积发生变化故故：转转子子流流量量计计是是以以定定压压降降、变变节节流面积法测量流量的。流面积法测量流量的。由由于于锥锥形形管管由由下下往往上上逐逐渐渐扩扩大大，所所以以S0是是转转子子浮起的高度的函数。

18、浮起的高度的函数。h根根据据转转子子浮浮起起的的高高度度h就就可可以以得得出被测介质的流量大小。出被测介质的流量大小。Q=kgVS)2(z-fhf1、锥锥形形管管是是玻玻璃璃的的，直直接接目目视视转转子子的位置。的位置。2、在在转转子子内内安安装装磁磁铁铁，锥锥形形管管外外安安装装磁磁环环随随转转子子上上下下移动，触发显示。移动，触发显示。转子位置信号的引出：转子位置信号的引出：123、在在转转子子内内安安装装磁磁铁铁，锥锥形形管管外外安安装装双双霍霍尔尔磁磁场场传传感感器器，测测出出磁磁场场的的水水平平分分量量和和垂垂直直分分量量，可确定转子位置。可确定转子位置。4、在转子上方安装一导、在转

19、子上方安装一导磁棒，使差动变压器输磁棒，使差动变压器输出随转子位置变化。出随转子位置变化。MPa），用水或空气进行标度。），用水或空气进行标度。q对对液液体体测测量量，仪仪表表示示值值代代表表20时水的流量值。时水的流量值。qMPa压压力力 下下空空气气的的流流量量值。值。实实际际使使用用时时，须须对对指指示示值值进行修正。进行修正。液体流量测量时的修正液体流量测量时的修正 如果某转子流量计的转子高度为如果某转子流量计的转子高度为h h，如果介质为，如果介质为2020的的水，则流量水，则流量q qv0v0与与h h的关系满足：的关系满足：式中：式中：q qv0v0为用水标定时的流量刻度为用水标

20、定时的流量刻度 w w为水的密度为水的密度 如果介质不是如果介质不是2020的的水，则流量水，则流量q qvfvf与与h h的关系满足：的关系满足：q qvfvf和和f f分别为被测介质的实际流量和密度分别为被测介质的实际流量和密度 如果被测介质的粘度和水的粘度相差不大，可以近似认为如果被测介质的粘度和水的粘度相差不大，可以近似认为是常数，则有是常数，则有 刻度流量刻度流量实际流量实际流量修正系数修正系数例例例例现现现现有有有有一一一一只只只只以以以以水水水水标标标标定定定定的的的的转转转转子子子子流流流流量量量量计计计计用用用用来来来来测测测测量量量量苯苯苯苯的的的的流流流流量量量量，已已已

21、已知知知知转转转转子子子子的的的的材材材材料料料料为为为为不不不不锈锈锈锈钢钢钢钢（密度（密度（密度（密度3 3），苯的密度为），苯的密度为），苯的密度为），苯的密度为3 3 ，请问流量计读数为时，苯的实际流量是多少？，请问流量计读数为时，苯的实际流量是多少？，请问流量计读数为时，苯的实际流量是多少？，请问流量计读数为时，苯的实际流量是多少？解：解：解：解：修正公式修正公式修正公式修正公式因此因此因此因此质量流量的修正公式质量流量的修正公式质量流量的修正公式质量流量的修正公式转子流量计的转子流量计的转子流量计的转子流量计的特点特点特点特点 转子流量计主要适合于检测中小管径、较低雷诺数的中小流量

22、；转子流量计主要适合于检测中小管径、较低雷诺数的中小流量；转子流量计主要适合于检测中小管径、较低雷诺数的中小流量；转子流量计主要适合于检测中小管径、较低雷诺数的中小流量；流量计结构简单，使用方便，工作可靠，仪表前直管段长度要求不高；流量计结构简单，使用方便，工作可靠，仪表前直管段长度要求不高；流量计结构简单，使用方便，工作可靠，仪表前直管段长度要求不高；流量计结构简单，使用方便，工作可靠，仪表前直管段长度要求不高；流量计的基本误差约为仪表量程的土流量计的基本误差约为仪表量程的土流量计的基本误差约为仪表量程的土流量计的基本误差约为仪表量程的土2 2，量程比可达，量程比可达，量程比可达，量程比可达

23、1010：1 1 流流流流量量量量计计计计的的的的测测测测量量量量精精精精度度度度易易易易受受受受被被被被测测测测介介介介质质质质密密密密度度度度、粘粘粘粘度度度度、温温温温度度度度、压压压压力力力力、纯纯纯纯净净净净度度度度、安安安安装质量等的影响。装质量等的影响。装质量等的影响。装质量等的影响。四、四、靶式流量计靶式流量计使使用用悬悬在在管管道道中中央央的的靶靶作作为为节节流流元元件件，流流体体作作用用于于靶靶上上的的推推力力与与流流速速有有定定值值关关系系。推推力力F 经经杠杠杆杆引出，由力平衡变送器测出。引出，由力平衡变送器测出。理理论论分分析析及及实实验验证证明明，流流体体作作用用于

24、于靶靶上上的的推推力力F 与与流体流速流体流速 v 的平方成正比的平方成正比式中式中:k靶的推力系数；靶的推力系数；Sd 靶的受力面积；靶的受力面积；流体比重；流体比重；g 重力加速度；重力加速度；v 靶与管璧间环形间隙靶与管璧间环形间隙中流体平均流速中流体平均流速 式中，式中，流量系数流量系数v和差压式流量计相似，流量和力是开方关系。和差压式流量计相似，流量和力是开方关系。v可可用用于于较较小小的的雷雷诺诺数数状状态态，特特别别是是于于高高粘粘度度的的流体，如重油、沥青等的流量测量。流体，如重油、沥青等的流量测量。v精度为精度为23%。则则而通过管道的体积流量而通过管道的体积流量 Q=S0v

25、S0Sd五、五、五、五、容积式流量计容积式流量计容积式流量计容积式流量计直接测量直接测量直接测量直接测量基本工作原理基本工作原理基本工作原理基本工作原理 “一碗一碗一碗一碗”计量计量V V转转转转子子子子每每每每旋旋旋旋转转转转一一一一周周周周，就就就就排排排排出出出出四四四四个个个个由由由由椭椭椭椭圆圆圆圆齿齿齿齿轮轮轮轮与与与与外外外外壳壳壳壳围围围围成成成成的的的的半半半半月月月月形形形形空空空空腔腔腔腔的的的的流流流流体体体体体体体体积积积积(4V)(4V)(4V)(4V)。在在在在V V V V一一一一定定定定的的的的情情情情况况况况下下下下，只只只只要要要要测测测测出出出出流流流流

26、量量量量计计计计的的的的转转转转速速速速n n n n就可以计算出被测流体的流量就可以计算出被测流体的流量就可以计算出被测流体的流量就可以计算出被测流体的流量 流量方程流量方程流量方程流量方程 特点和要求特点和要求特点和要求特点和要求 计量计量计量计量精度高精度高精度高精度高，一般可达，一般可达，一般可达，一般可达级，有的甚至能达到级，有的甚至能达到级，有的甚至能达到级，有的甚至能达到级级级级安装直管段对计量精度影响不大，量程比一般为安装直管段对计量精度影响不大，量程比一般为安装直管段对计量精度影响不大，量程比一般为安装直管段对计量精度影响不大，量程比一般为10:110:110:110:1一般

27、只适用于一般只适用于一般只适用于一般只适用于10101010150mm150mm150mm150mm的的的的中小口径中小口径中小口径中小口径。容容容容积积积积式式式式流流流流量量量量计计计计对对对对被被被被测测测测流流流流体体体体的的的的粘粘粘粘度度度度变变变变化化化化不不不不敏敏敏敏感感感感，特特特特别别别别适适适适合合合合于于于于测测测测量量量量高高高高粘粘粘粘度度度度的的的的流流流流体体体体（例例例例如如如如重重重重油油油油、树树树树脂脂脂脂等等等等）甚甚甚甚至至至至糊糊糊糊状状状状物物物物的的的的流流流流量量量量，但但但但要要要要求求求求被被被被测测测测介介介介质质质质干干干干净净净净

28、，不不不不含含含含固固固固体体体体颗颗颗颗粒粒粒粒，所所所所以以以以一一一一般般般般情情情情况况况况下下下下，流量计前要装过滤器。流量计前要装过滤器。流量计前要装过滤器。流量计前要装过滤器。由于受零件变形的影响，容积式流量计一般由于受零件变形的影响，容积式流量计一般由于受零件变形的影响，容积式流量计一般由于受零件变形的影响，容积式流量计一般不宜在高温或低温下使用不宜在高温或低温下使用不宜在高温或低温下使用不宜在高温或低温下使用。椭圆齿轮流量计椭圆齿轮流量计椭椭圆圆齿齿轮轮流流量量计计是是利利用用两两个个相相互互啮啮合合的的椭椭圆圆形齿轮在流体的推动下，连续转动来测流量的。形齿轮在流体的推动下，

29、连续转动来测流量的。当当流流体体要要流流过过椭椭圆圆齿齿轮轮时时，进进口口侧侧压压力力p1大大于于出出口口侧侧压压力力p2，在在此此压压力力差差的的作作用用下下，产产生生作作用用力力矩使椭圆齿轮转动。矩使椭圆齿轮转动。图图（a）位位置置时时，由由于于p1 p2，所所产产生生的的合合力力矩矩使使A轮顺时针方向转动。轮顺时针方向转动。A带动带动B转动。转动。转至（转至（b）位置，）位置，A轮与轮与B轮均为主动轮。轮均为主动轮。转至（转至（c）位置，合力矩使）位置，合力矩使B轮带动轮带动A轮转动。轮转动。A、B轮轮转转动动时时，连连续续将将半半月月形形容容积积内内的的流流体体排出。排出。此此图图表表

30、示示椭椭圆圆齿齿轮轮转转动动了了1/4周周的的情情况况，其其排排出出的的流流体体为为一一个个半半月月形形容容积积V0。所所以以，椭椭圆圆齿齿轮轮每每转转一一周周所所排排出出的的被被测测介介质质量量为为半半月月形形容容积积的的4倍倍。故通过椭圆齿轮流量计的体积流量故通过椭圆齿轮流量计的体积流量Q为：为：Q=4nV0 n齿轮转速齿轮转速 如果累计齿轮转速，则得到体积总量。如果累计齿轮转速，则得到体积总量。V0q特点特点由由于于椭椭圆圆齿齿轮轮流流量量计计是是基基于于容容积积式式原原理理测测量量的的，与与流流体体的的粘粘度度、密密度度、雷雷诺诺数数等等参参数数无无关关。因因此此，安安装装时时不不需需

31、要要有有直直管管段段，对对流流体体的的流流动动状状态态无无要要求求，特特别别适适用用于于高高粘粘度度介介质质的的流流量量测测量量。测测量量精精度度高高，最高可达最高可达0.1%。椭椭圆圆齿齿轮轮流流量量计计的的使使用用温温度度不不能能过过高高，否否则则可可能能使使齿齿轮轮膨膨胀胀卡卡死死。另另外外被被测测流流体体中中不不能能含含有有固固体体颗颗粒粒，否否则则会引起齿轮磨损以至损坏。会引起齿轮磨损以至损坏。1 1、涡轮流量计、涡轮流量计在在测测量量管管道道内内，安安装装一一个个可可以以自自由由转转动动的的涡涡轮轮，当当流流体体通通过过时时，流流体体的的动动能能使使涡涡轮轮旋旋转转。流流体体的的流

32、流速速越大，涡轮转速也就越高。越大，涡轮转速也就越高。因因此此，测测出出涡涡轮轮的的转转速速或或转转数数，就就可可确确定定流流过过管管道道的的流流体体流流量量或或总总量量。日日常常生生活活中中使使用用的的某某些些自自来来水水表表、油油量量计计等等，都都是是利利用用这这种种原原理理制制成成的的，都都属于速度式仪表。属于速度式仪表。六、速度式流量计六、速度式流量计涡涡轮轮上上的的螺螺旋旋形形叶叶片片用用高高导导磁系数的不锈钢材料制成。磁系数的不锈钢材料制成。导导流流器器用用以以稳稳定定流流体的流向体的流向外外壳壳由由非非导导磁磁的的不不锈钢制成锈钢制成涡轮流量计的工作过程涡轮流量计的工作过程 当流

33、体通过涡轮叶片与管道之间的间隙时，叶当流体通过涡轮叶片与管道之间的间隙时，叶片前后的压差力推动叶片旋转。高导磁性的涡轮叶片前后的压差力推动叶片旋转。高导磁性的涡轮叶片就周期性地扫过磁钢底部，片就周期性地扫过磁钢底部，使磁路的磁阻发生周期性的变使磁路的磁阻发生周期性的变化，线圈中的磁通量也跟着发化，线圈中的磁通量也跟着发生周期性的变化，线圈中便感生周期性的变化，线圈中便感应出脉冲电信号。其频率与涡应出脉冲电信号。其频率与涡轮的转速成正比，即与流量成轮的转速成正比，即与流量成正比。正比。NS输出脉冲频率输出脉冲频率 f 与被测流量与被测流量 Q 之间的关系：之间的关系：f=NQ N仪表常数仪表常数

34、NS插入式插入式q特点特点涡涡轮轮转转速速不不用用轴轴输输出出，没没有有齿齿轮轮传传动动误误差差和和密密封封问问题题，因因而而涡涡轮轮流流量量计计测测量量精精度度高高（可可达达级级），耐耐高高压压（静压可达（静压可达50MPa）。）。输输出出信信号号为为频频率率信信号号，不不易易受受干扰，便于远传干扰，便于远传。要要求求流流体体清清洁洁，安安装装时时，应应加加装过滤器，且前后要有一定的直管段。装过滤器，且前后要有一定的直管段。2、电磁流量计电磁流量计在在流流量量测测量量中中，当当被被测测介介质质是是具具有有导导电电性性的的液液体介质时，可以应用电磁感应的方法来测量流量。体介质时，可以应用电磁感

35、应的方法来测量流量。工作原理工作原理在在管管道道两两侧侧安安放放磁磁铁铁，流流动动的的液液体体当当作作切切割割磁磁力力线线的的导导体体，产产生生的的感感应应电电动动势势与与流流体体的的流流速速成成正正比比关关系系。当当磁磁感感应应强强度度B不不变变、管管道道直直径径一一定定时时，流流体体切切割割磁磁力力线线而而产产生生的的感感应应电电势势E的的大大小小仅仅与与流流体体的的流流 v 速有关。速有关。式中：式中：Ex 感应电势；感应电势；B 磁磁 感感 应应 强强 度度；D 管道直径；管道直径；v 流体速度。流体速度。当当BD一定一定时时，感应电势感应电势E与流速与流速v成正比。成正比。v=BDE

36、 感应电势的方向由右手定则判断，其大小为：感应电势的方向由右手定则判断，其大小为：E=BDv体积流量体积流量Q与流速与流速v的关系为：的关系为：将将 v=BDE代入可得：代入可得：式中式中称为仪表常数称为仪表常数感应电势感应电势E与被测流与被测流量量Q成正比关系。成正比关系。QvD变送器结构变送器结构 变变送送器器由由测测量量管管和和转转换换器两部分组成。器两部分组成。测测量量管管两两侧侧分分别别绕绕有有马马鞍形的励磁线圈。鞍形的励磁线圈。为为了了避避免免直直流流磁磁场场产产生生的的直直流流感感应应电电势势使使电电极极周周围围导导电电液液体体电电解解，导导致致电电极极表表面面极极化化，而而减减

37、小小感感应应电电势势，一般采用交流励磁。一般采用交流励磁。为为了了避避免免磁磁力力线线被被测测量量管管的的管管壁壁短短路路，并并使使测测量量导导管管在在磁磁场场中中尽尽可可能能地地降降低低涡涡流流损损耗耗，测测量量导导管管应应由由非非导导磁磁的的高高阻阻材材料料制制成成，如如不不锈锈钢钢。但但内内壁壁必必须须涂涂一一层绝缘衬里，如环氧树脂。以防止感应电势被短路。层绝缘衬里，如环氧树脂。以防止感应电势被短路。优点：优点：测量导管内无任何阻碍物，因而被测流体的压测量导管内无任何阻碍物，因而被测流体的压力损失很小。力损失很小。可以测量各种导电液体的流量，如酸、碱、盐可以测量各种导电液体的流量，如酸、

38、碱、盐溶液，流体可以含有固体颗粒、悬浮物或纤维等。溶液，流体可以含有固体颗粒、悬浮物或纤维等。输出信号与流量之间的关系不受流体的物理性输出信号与流量之间的关系不受流体的物理性质（例温度、压力、粘度等）变化和流动状态的影质（例温度、压力、粘度等）变化和流动状态的影响。响。测量响应速度快，可用来测量脉动流量。测量响应速度快，可用来测量脉动流量。由由于于感感应应电电势势数数值值很很小小，后后级级采采用用高高放放大大倍倍数数的的放放大大器器，很很容容易易受受外外界界电电磁磁场场干干扰扰的的影响。影响。缺点缺点只只能能用用来来测测量量导导电电液液体体的的流流量量，要要求求导导电电率率不不小小于于水水的的

39、导导电电率率。不不能能测测量量气气体体、蒸蒸汽汽及及石石油油制品等的流量。制品等的流量。3、旋涡式流量计旋涡式流量计利利用用流流体体遇遇到到阻阻碍碍物物后后产产生生的的旋旋涡涡来来测测量量流流量量。可可以以用用来来测测量量管管道道中中的的液液体体、气气体体和和蒸蒸汽汽的的流流量量。旋旋涡涡式式流流量量计计有有两两类类：旋旋进进型型旋旋涡涡流流量量计计和和卡卡曼型旋涡流量计（常称涡街流量计）。曼型旋涡流量计（常称涡街流量计）。旋进型旋进型卡曼型卡曼型涡街流量计测量原理涡街流量计测量原理在在测测量量管管道道中中垂垂直直插插入入一一个个非非流流线线形形的的柱柱状状物物（圆圆柱柱或或三三角角柱柱）作作

40、为为阻阻流流体体。当当流流体体受受到到阻阻碍碍物物阻阻挡挡时时，会会在在阻阻碍碍物物的的下下游游处处产产生生两两列列平平行行、且且上上下下交交替替出出现现的的旋旋涡涡。因因为为这这些些旋旋涡涡有有如如街街道道旁旁的的路路灯灯，故故有有“涡涡街街”之之称称，又又因因此此现现象象首首先先被卡曼（被卡曼（Karman）发现，也称作）发现，也称作“卡曼涡街卡曼涡街”。实实验验表表明明，当当两两列列旋旋涡涡的的间间距距h和和同同列列相相邻邻两两个个旋旋涡涡之之间间的的距距离离 l 之之比比能能满满足足hl时时，所所产产生生的的涡涡街街是稳定的。满足如下关系：是稳定的。满足如下关系：f 单侧旋涡发生频率单

41、侧旋涡发生频率St 斯特劳哈尔系数斯特劳哈尔系数v 流体平均流速流体平均流速d 圆柱体直径圆柱体直径 式中：式中：v公公式式表表明明，St 为为常常数数时时，单单侧侧旋旋涡涡的的发发生生频频率率 f 与流体平均流速与流体平均流速v成正比成正比。v测得测得 f 便可算出体积流量便可算出体积流量QQ=A1v=A1Stfd A1管道中旋涡发管道中旋涡发生体处流通截面积。生体处流通截面积。A1 A1q旋旋涡涡流流量量计计的的特特点点是是精精确确度度高高、测测量量范范围围宽宽、没没有有运运动部件、压力损失小。动部件、压力损失小。旋涡频率的检测旋涡频率的检测 旋涡频率的检测方法很多。如：热敏检测法旋涡频率

42、的检测方法很多。如：热敏检测法、超声波检测法、电容检测法、应力检测法等。超声波检测法、电容检测法、应力检测法等。这这些些方方法法都都是是利利用用旋旋涡涡的的局局部部压压力力、密密度度、流流速速等等的的变变化化作作用用于于敏敏感感元元件件，产产生生电电信信号号，再再经经放放大整形，得到脉冲信号输出。例大整形，得到脉冲信号输出。例1：热敏检测法热敏检测法如如图图所所示示，圆圆柱柱形形内内腔腔的的中中心心位位置置上上安安装装一一个个铂铂电电阻阻，通通以以电电流流时时产产生生热热量量，使使内内腔腔温温度度高高于于腔腔外外。当当流流体体产产生生旋旋涡涡时时，产产生生旋旋涡涡的的一一侧侧流流体体流流速速低

43、低，静静压压高高，使使一一部部分分流流体体由由导导压压孔孔进进入入内内腔腔，向向未未产产生生旋旋涡涡的的一一侧侧流流出出，带带走走一一部部分分热热量量，铂铂丝丝温温度度降降低低，电电阻阻减减小小。每每产产生生一一个个旋旋涡涡，铂铂电电阻阻就就变变小一次。小一次。测测量量出出铂铂电电阻阻变变化化的的频频率率就就测测定定了了旋旋涡涡频频率，也就测得了流量。率，也就测得了流量。铂铂丝丝阻阻值值的的变变化化频频率率，采采用用一一个个不不平平衡衡电电桥桥进进行行转转换换，经经放放大大和和整整形形，再再变变换换成成直直流流电电流流信信号号输输出出，供供显显示示，累累积积流量或进行自动控制。流量或进行自动控

44、制。铂电阻丝铂电阻丝电桥输出信号频率电桥输出信号频率fv=2f例例2：超声波检测法超声波检测法如如图图所所示示，A为为发发射射换换能能器器，发发射射出出超超声声波波。B为为接接收收换能器，接收换能器，接收A发射的超声波。发射的超声波。由由于于旋旋涡涡的的旋旋转转方方向向、压压力力和和流流体体密密度度的的周周期期变变化化，导导致致了了对对超超声声波波的的折折射射、反反射射和和吸吸收收等等效效应应，而而形形成成了了对对超超声声波波束束的的调调制制作作用用，这这时时B所所接接收收到到的的不不再再是是一一个个等等幅幅波波信信号号，其其幅幅度度变变化化的的次次数数与与旋旋涡涡个数一致，从而测得流速的大小

45、。个数一致，从而测得流速的大小。4、超声波流量计、超声波流量计 超声波流量测量属于非接触式测量。它通过发射超声波流量测量属于非接触式测量。它通过发射超声波，穿过流动的流体，被接收后，经过信号处理超声波，穿过流动的流体，被接收后，经过信号处理反映出流体的流速。根据流速便能算出流量。反映出流体的流速。根据流速便能算出流量。超声波的测量有多种不同的方式。如：传播时间超声波的测量有多种不同的方式。如：传播时间法、旋涡法、多普勒效应法等。法、旋涡法、多普勒效应法等。传播时间法传播时间法 根据声波在流体中的传播速度顺流时会增大、根据声波在流体中的传播速度顺流时会增大、逆流时会减小的原理测流速。检测方法有：

46、逆流时会减小的原理测流速。检测方法有：时差法时差法测超声波在顺流、逆流时的传播时间差测超声波在顺流、逆流时的传播时间差 相位差法相位差法测超声脉冲在顺流、逆流时的相位差测超声脉冲在顺流、逆流时的相位差 频差法频差法测超声脉冲在顺流、逆流时的重复频率测超声脉冲在顺流、逆流时的重复频率v v 因频差法可以不受声速变化影响，使用较多。因频差法可以不受声速变化影响，使用较多。v v频差法原理频差法原理 根据超声脉冲在顺流、逆流时的重复频率差测量根据超声脉冲在顺流、逆流时的重复频率差测量流速。顺流发射的一组换能器和逆流发射的一组换能流速。顺流发射的一组换能器和逆流发射的一组换能器各自组成发射器各自组成发

47、射接收的闭路循环系统。测量时由发接收的闭路循环系统。测量时由发射换能器发射一个脉冲，经过流体传播，被接收换能射换能器发射一个脉冲，经过流体传播，被接收换能器接收放大后，再送至发射换能器发射第二个脉冲。器接收放大后，再送至发射换能器发射第二个脉冲。如此循环，两组发射如此循环，两组发射接收的循环频率分别为接收的循环频率分别为v v 可见，只要测出一定时间内两组闭路循环系统可见，只要测出一定时间内两组闭路循环系统的脉冲循环频率之差，就可测得流速。而流速乘以的脉冲循环频率之差，就可测得流速。而流速乘以管道截面积则得流量。管道截面积则得流量。两组频率差值为两组频率差值为则流速则流速特点：特点：v超超声声

48、波波流流量量计计属属非非接接触触式式测测量量，不不会会影影响响被被测测流流体体的的流流动动状状况况。测测量量液液体体流流量量精精度度可可达达级级，测测量量气体流量精度可达气体流量精度可达级。量程范围可达级。量程范围可达201。v要要求求流流体体清清洁洁，以以避避免免对对超超声声波波束束的的干干扰扰。测测量量管管前前后后要要有有足足够够长长的的直直管管段段，以以保保证证流流速速均匀。均匀。七、质量流量计七、质量流量计七、质量流量计七、质量流量计质量流量计大致分为两大类：直接式 即直接检测与质量流量成比例的量，检测元件直接反映出质量流量。推导式 即用体积流量计和密度计组合的仪表来测量质量流量，同时

49、检测出体积流量和流体密度，通过运算得出与质量流量有关的输出信号。1.1.直接式质量流量计直接式质量流量计科里奥利质量流量计科里奥利质量流量计科里奥利质量流量计（简称科里奥利质量流量计（简称CMFCMF）是利用流体在振动管中流）是利用流体在振动管中流动时，产生与质量流量成正比的科里奥力而制成的一种直接动时，产生与质量流量成正比的科里奥力而制成的一种直接式质量流量仪表。式质量流量仪表。图2-29 科里奥利力分析图1.1.1.1.直接式质量流量计直接式质量流量计直接式质量流量计直接式质量流量计科氏力流量计测量原理科氏力流量计的测量原理是基于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。图

50、2-30 科里奥利质量流量传感器 A驱动线圈 B检测探头 优点优点优点优点 能够直接测量质量流量，不受流体物性（密度、黏度等）的影响，测量精度高；测量值不受管道内流场影响，没有上、下游直管段长度的要求；可测各种非牛顿流体以及黏滞和含微粒的浆液。缺点缺点缺点缺点 它的阻力损失较大；零点不稳定；管路振动会影响测量精度。1.1.1.1.直接式质量流量计直接式质量流量计直接式质量流量计直接式质量流量计2.2.推导式质量流量计推导式质量流量计 推导式质量流量计是由体积流量计和密度计组合而成的，推导式质量流量计是由体积流量计和密度计组合而成的，其形式可以分为其形式可以分为1）检测Q2 的流量计和密度计的组