14过程检测技术及仪表--流量测量解析.ppt

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1、专题五专题五-流量测量流量测量 概述概述流量是指单位时间内流动介质流经管道（或通道，统称流道）中某截面的数量，也称瞬时流量。在某一段时间内流过的流体总和，即瞬时流量在某一段时间内的累积值，称为累积流量。体积流量 (平均速度）单位为质量流量 单位为流量测量流量检测方法的分类体积流量 直接法（容积法）直接测出 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 腰轮流量计 刮板流量计 活塞式流量计等等 流量测量间接法（速度法）测量平均流速节流式流量计 力学转子流量计 力学涡轮流量计 力学涡街流量计 力学电磁流量计 电学超声波流量计 声学热线风速仪

2、 热学流量测量质量流量直接式：涡轮转矩式质量流量计 科里奥利质量流量计间接式：差压流量计与密度计组合 差压流量计与速度流量计组合 靶式流量计与速度流量计组合补偿：用压力、温度补偿流量测量 容积式流量计容积式流量计容积式流量计容积式流量计常见的容积式流量计有：椭圆齿轮流量计、腰轮常见的容积式流量计有：椭圆齿轮流量计、腰轮(罗茨罗茨)流量计、刮板流量计、活塞式流量计、湿式流量计及流量计、刮板流量计、活塞式流量计、湿式流量计及皮囊式流量计等。皮囊式流量计等。它是使被测流体充满具有一定容积的空间，然后再把它是使被测流体充满具有一定容积的空间，然后再把这部分流体从出口排出。这部分流体从出口排出。检测原理

3、检测原理检测原理检测原理流量计内部有流量计内部有12个转子，在流入口流体压力作用个转子，在流入口流体压力作用下使转子转动，随着转子的转动，使流体从流入口下使转子转动，随着转子的转动，使流体从流入口流向流出口。设转子与流量计壳体之间的容积已知，流向流出口。设转子与流量计壳体之间的容积已知，则通过测量转子的转速，就可得知流体流经流量计则通过测量转子的转速，就可得知流体流经流量计的流量。的流量。椭圆齿轮流量计椭圆齿轮流量计椭圆齿轮流量计椭圆齿轮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:转转转转子子子子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

4、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，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只只只只要要要要测测测测出出出出流流流流量量量量计计计计的的的的转转转转速速速速n n n n就就就就可可可可以以以以计算出被测流体的流量计算出被测流体的流量计算出被测流体的流量计算出被测流体的流量 .容积式流量计特点和要求容积式流量计特点和要求容积式流量计特点和要求容积式流量计特点和要求 计量计

5、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0.20.20.20.20.50.50.50.5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0.10.10.10.1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10:1;10:1;10:1;10:1;一般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

6、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，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，流流流流量计前要装过滤器量计前要装过滤器量计前要装

7、过滤器量计前要装过滤器;由由由由于于于于受受受受零零零零件件件件变变变变形形形形的的的的影影影影响响响响，容容容容积积积积式式式式流流流流量量量量计计计计一一一一般般般般不不不不宜宜宜宜在在在在高高高高温温温温或或或或低低低低温下使用温下使用温下使用温下使用。容积式流量计的工作特性容积式流量计的工作特性:容积式流量计的工作特性与流体的粘度、密度以容积式流量计的工作特性与流体的粘度、密度以及工作温度、压力等因素有关，相对来说，粘度及工作温度、压力等因素有关，相对来说，粘度的影响要大一些的影响要大一些 信号转换信号转换 就地显示 远传显示 椭圆齿轮流量计 刮板流量计 1、根据节流原理，当流体流经节

8、流元件（阻力件）时，在节流元件两端产生差压，该差压的大小与流量（流速）成正比。2、作为流量测量的节流元件有标准节流元件和特殊节流元件，其中标准节流元件有标准孔板、标准喷嘴、标准文丘里管节流式流量计标准孔板节流现象标准孔板检测原理设流体在水平管中沿轴线方向稳定流动，流体不对外作功，和外界没有热量交换，流体本身也没有稳定变化。设md/D，d-孔板开孔直径。D-管道内经孔板开口面积为A0，截面1、2的面积为A1、A2。收缩系数A2/A0。标准孔板检测原理对于不可压缩理想流体，则根据伯努利方程有：V10 V20为截面1、2管道中心流速截面1、2处平均流速与管中心的流速有如下关系：流体的连续性方程则 因

9、为流束最小截面2的位置随流速而变，实际取 压点的位置是固定的，当用固定取压点处 ，代替 ，时，需引入一个取压系数 则 令 ，流量系数为：节流式流量计 于是流体流量为：流量方程式中的流量系数也可用流出系数C来代替，C的定义是 式中 渐近速度系数 显然C是实际流量系数与取和 均为1的流量系数的比值。这样把收缩系数和取压系数的影响统一归到一个参数流出系数C节流式流量计 对于可压缩流体，则引入一个膨胀系数流量方程式的讨论 1、流量系数（或流出系数C）与节流元件形式（d/D）、取压方式、Re，管道情况等有关.节流式流量计取压方式 取压方式(即取压点的位置)不同,流量系数不同，目前主要的取压方式有：角接取

10、压、法兰取压、取压法 节流式流量计角接取压法环隙取压单独钻孔取压夹持环流体法兰取压、法兰取压、D-D/2取压法取压法 管壁粗糙度 对于标准孔板的流量系数，角接取压法是在相对平 均粗糙度K/D0.00038的管道中测定的，法兰取 压法和 取压法是在K/D0.001的管道中测定 的，其中K是管道内壁绝对平均粗糙度。节流式流量计2、可膨胀系数 对于可压缩流体，需引入可膨胀系数对流量方程进行修正。3、节流件的开孔面积 与材料的热膨胀系数 管道和孔板的开孔直径一般是在20时的值，当温度发生变化时，热胀冷缩，其直径也要变化。孔板：管道：节流式流量计4、流体密度 流量方程式中所用的密度是指被测介质在节流元件

11、前的工作状态（温度、压力）下的值。实际工作时，流体的密度会流体压力的变化而变化。因此，当工作时实际流体密度与设计时不同时，应进行修正。节流式流量计标准节流装置 节流装置包括节流件、取压装置和符合要求的前、后直管段标准节流件孔板 按照国际GB262493规定标准取压装置直流段孔板流量计节流式流量计节流式流量计（特点）结构简单，工作可靠；管径D501000mm；量程比3：1；几乎能测各种工况下的介质，但不能有脏污物；标准孔板节流式流量计标准节流装置的设计与计算 已知管道内径，节流件开孔直径，取压方式，被测流体参数等必要条件，根据所测得的差压值，计算被测流体的流量 已知管道内径，被测流体参数，预计的

12、流量范围以及其他必要条件，要求选择适当的流量标尺上限、差压上限、节流装置的形式，并确定节流件的开孔直径 节流式流量计节流式流量计的安装节流式流量计的安装节流式流量计的安装节流式流量计的安装 原理总结：原理总结：原理总结：原理总结：节流装置引压管差压变送器显示仪表/控制器流体在管道中正常流动（流体在管道中正常流动（流体在管道中正常流动（流体在管道中正常流动（v v v v、p p p p）节流件使流体收束，流速增大，压力降低节流件使流体收束，流速增大，压力降低节流件使流体收束，流速增大，压力降低节流件使流体收束，流速增大，压力降低节流件前后出现节流件前后出现节流件前后出现节流件前后出现“压差压差

13、压差压差”“压差压差压差压差”与流量有关与流量有关与流量有关与流量有关再采用差压变送器，将差压信号转换为统一的标准信号，便于显示及控制再采用差压变送器，将差压信号转换为统一的标准信号，便于显示及控制再采用差压变送器，将差压信号转换为统一的标准信号，便于显示及控制再采用差压变送器，将差压信号转换为统一的标准信号，便于显示及控制 在在在在各各各各种种种种标标标标准准准准的的的的节节节节流流流流装装装装置置置置中中中中以以以以标标标标准准准准孔孔孔孔板板板板的的的的应应应应用用用用最最最最为为为为广广广广泛泛泛泛，它它它它具具具具有有有有结结结结构构构构简简简简单单单单、安安安安装装装装使使使使用用

14、用用方方方方便便便便的的的的特特特特点点点点，适适适适用用用用于于于于大大大大流流流流量量量量的的的的测测测测量量量量。孔孔孔孔板板板板的的的的最最最最大大大大缺缺缺缺点点点点是是是是流流流流体体体体流流流流经经经经节节节节流流流流件件件件后后后后压压压压力力力力损损损损失失失失较较较较大大大大，当当当当工工工工艺艺艺艺管管管管路路路路不不不不允允允允许许许许有有有有较较较较大大大大的的的的压压压压力力力力损损损损失失失失时时时时，一一一一般般般般不不不不宜宜宜宜选选选选用用用用孔孔孔孔板板板板流流流流量量量量计计计计。标标标标准准准准喷喷喷喷嘴嘴嘴嘴和和和和标标标标准准准准文文文文丘丘丘丘里

15、里里里管管管管的的的的压压压压力力力力损损损损失失失失较较较较小小小小，但但但但结构比较复杂，不易加工。结构比较复杂，不易加工。结构比较复杂，不易加工。结构比较复杂，不易加工。虽虽虽虽然然然然节节节节流流流流式式式式流流流流量量量量计计计计的的的的应应应应用用用用非非非非常常常常广广广广泛泛泛泛，但但但但是是是是如如如如果果果果使使使使用用用用不不不不当当当当往往往往往往往往会会会会出出出出现现现现很很很很大大大大的的的的测测测测量量量量误误误误差差差差，有有有有时时时时甚甚甚甚至至至至高高高高达达达达1010101020202020。下下下下面面面面列列列列举举举举一一一一些些些些造造造造成

16、成成成测测测测量量量量误误误误差差差差的的的的原原原原因因因因，以以以以便便便便在在在在安安安安装装装装使使使使用用用用过过过过程程程程中中中中得到充分的注意，并予以适当的解决。得到充分的注意，并予以适当的解决。得到充分的注意，并予以适当的解决。得到充分的注意，并予以适当的解决。节流式流量计误差产生的原因节流式流量计误差产生的原因实际工况与设计要求不符，如：温度、压力、湿度以及相实际工况与设计要求不符，如：温度、压力、湿度以及相应的流体重度、粘度、雷诺数等参数数值发生变化，则会应的流体重度、粘度、雷诺数等参数数值发生变化，则会造成较大的误差。为了消除这种误差，必须按新工艺重新造成较大的误差。为

17、了消除这种误差，必须按新工艺重新设计计算，或加以必要的修正。设计计算，或加以必要的修正。节流装置安装不正确节流装置安装不正确，在安装时，特节流装置安装不正确节流装置安装不正确，在安装时，特别要注意节流装置的安装方向。别要注意节流装置的安装方向。在使用中，要保持节流装置的清洁。如在节流装置处防止在使用中，要保持节流装置的清洁。如在节流装置处防止有沉淀、结焦、堵塞等现象。有沉淀、结焦、堵塞等现象。节流装置的磨损，应注意日常检查、维修，必要时应换用节流装置的磨损，应注意日常检查、维修，必要时应换用新的孔板。新的孔板。导压管安装不正确，或有诸塞、渗漏现象。导压管安装不正确，或有诸塞、渗漏现象。皮托管流

18、量计1、皮托管流量计，属于差压式流量计2、皮托管工作原理设流体在管道中流动时流速为设流体在管道中流动时流速为v0 0、压力为、压力为p p0 0，流至，流至皮托管前段（也叫驻点）时流速降为皮托管前段（也叫驻点）时流速降为0 0，压力升为，压力升为p p1 1，伯努力方程为：伯努力方程为：皮托管流量计皮托管测量基本公式：皮托管测量基本公式：又称恒压降变面积流量计，适用 于中小流量。检测原理 流体在锥形管中自下而上流动，其中的浮子（转子）将稳定在 某一个位置转子流量计转子流量计对浮子受力分析：（浮子重力=浮力+流体阻力)A0环状流通面积；Af浮力面积（最大）C阻力系数转子流量计转子流量计对流量方程

19、各参数的讨论 流量系数 流量系数与锥形管的锥度，浮子的几何形状以及被测流体的雷诺数等因素有关 流体密度 流量刻度与流体密度有关，出厂时流体是用在标准状态（20，760mmHg）下用水和空气进行标定的，若使用的流体密度不一样，需要进行刻度修正转子流量计转子流量计转子流量计转子流量计流量修正1、介质为水的流量方程当转子流量计的转子高度为h时，流量qv0v0与h的关系满足：式中：qv0v0为用水标定时的流量刻度 w w为水的密度 转子流量计转子流量计2、介质不是水的流量方程 流量qvfvf与h的关系满足：qvfvf和f f分别为被测介质的实际流量和密度 转子流量计转子流量计3、如果被测介质的粘度和水

20、的粘度相差不大，可以近似认为是常数，则它们的流量关系有：此即为液体介质流量修正公式转子流量计转子流量计例：现有一只以水标定的转子流量计用来测量苯的流量，已知转子的材料为不锈钢（密度7.9g/cm3），苯的密度为0.83g/cm3，请问流量计读数为3.6L/s时，苯的实际流量是多少？转子流量计转子流量计解：质量流量的修正公式质量流量的修正公式因此因此转子流量计转子流量计气体流量测量时的修正公式 温度单位是绝对温标，压力为绝对压力。温度单位是绝对温标，压力为绝对压力。（P P0 0=1.0133*105Pa=1.0133*105Pa，T T0 0=273K=273K）0 0 空气标准状态密度（空气

21、标准状态密度（1.293kg/m31.293kg/m3）f0f0 被测介质标准状态密度被测介质标准状态密度PfPf、Tf-Tf-分别为被测时的压力和温度分别为被测时的压力和温度 Q Q0 0 显示流量显示流量 Q Qf0f0 实际流量（标准状态）实际流量（标准状态）信号转换 转子流量计根据显示方式的不同可分为两类：直接指示型的转子流量计电远传转子流量计转子流量计转子流量计转子流量计转子流量计转子流量计的特点 主要适用于中小管径、较低雷诺数的中小流量的检测；结构简单，使用方便，工作可靠，仪表前直管段长度要求不高；基本误差约为仪表量程的12%，量程比可达101；易受工作介质密度，粘度，纯净度等影响

22、转子流量计转子流量计涡轮流量计1基本工作原理 涡轮流量计是从叶轮流量计（水表）基础上发展起来的流体冲击涡轮叶片，使涡轮旋转，涡轮的旋转速度随流量的变化而变化，通过涡轮外的磁电转换装置可将涡轮的旋转转换成电脉冲，转动的频率与流量等相关涡轮流量计图涡轮流量计1叶轮2止推片3感应线圈4永久磁钢5外壳6前后导流架涡轮流量计主要由涡轮、导流器、磁电感应转换器、放大与信号变换组成。磁电感应转换器是将涡轮转换成电脉冲数，这是涡轮流量计的关键部分。叶轮用磁性的不锈钢做，管道外装上传感器，它由磁钢和线圈组成。当叶片转动时周期也改变检测器中磁路的磁阻，使通过感应线圈的磁通量随之变化。这样，在感应线圈的两端即感应出

23、脉冲信号。涡轮流量计涡轮流量计当涡轮旋转时，它的运动方程为当涡轮旋转时，它的运动方程为 式中式中 涡轮的转动惯量；涡轮的转动惯量；涡轮旋转角加速度；涡轮旋转角加速度；推动涡轮旋转的力矩，即驱动力矩；推动涡轮旋转的力矩，即驱动力矩；阻碍涡轮旋转的各种阻力矩。阻碍涡轮旋转的各种阻力矩。流量方程流量方程 涡轮角速度涡轮角速度 -仪表转换系数仪表转换系数 -与叶轮半径和流体性质相关系数与叶轮半径和流体性质相关系数 涡轮流量计特点和要求 1、流量与涡轮转速之间成线性关系，量程比一般为1O：1；2、涡轮流量计的测量精度较高，可达到0.5级以上；3、反应迅速，可测脉动流量；4、主要用于中小口径的流量检测；涡

24、轮流量计四、涡街流量计四、涡街流量计 涡街流量计也称漩涡流量计涡街流量计也称漩涡流量计漩涡流量计有两种：一种是应用自然振荡的卡门漩涡漩涡流量计有两种：一种是应用自然振荡的卡门漩涡列原理而制成的称为卡门漩涡流量计；另一种是应用列原理而制成的称为卡门漩涡流量计；另一种是应用强迫振荡的漩涡旋进原理而制成的称为旋进式漩涡流强迫振荡的漩涡旋进原理而制成的称为旋进式漩涡流量计量计检测原理（卡门漩涡流量计）检测原理（卡门漩涡流量计）若在流体中垂直于流向放置一个圆柱体或棱柱体，若在流体中垂直于流向放置一个圆柱体或棱柱体，在它下游两侧就会交替出现漩涡，两侧漩涡的旋转在它下游两侧就会交替出现漩涡，两侧漩涡的旋转方

25、向相反，并轮流地从柱体上分离出来，这两排平方向相反，并轮流地从柱体上分离出来，这两排平行的非对称的漩涡列称为卡门涡街。行的非对称的漩涡列称为卡门涡街。漩涡发生体是漩涡流量计的核心。漩涡发生体的形漩涡发生体是漩涡流量计的核心。漩涡发生体的形状主要有圆柱形、方柱形和三角柱形，也有组合式状主要有圆柱形、方柱形和三角柱形，也有组合式的。的。漩涡频率的检测漩涡频率的检测 漩涡频率的检测有很多，一般与漩涡发生体形状有关热电丝圆柱体热敏电阻三角柱压电元件组合式超声波检测元件三角柱涡街流量计的特点涡街流量计的特点 精度高精度高 0.21.0%。量程比量程比100：120：1。几乎不受流体性几乎不受流体性质变化

26、的影化的影 响响结构构简单。频率率输出，便于数字化出，便于数字化测量，量，f f与与v v成正比成正比涡街和旋进流量计涡街和旋进流量计检测原理：基于电磁感应定律 当导电流体（相当于导体）在磁场中作垂直于磁场方向流动而切割磁力线时，在两电极上也会产生感应电势，其方向由右手定则判断，其大小为：因为 ，则 k是仪表常数电磁流量计电磁流量计电磁流量计的结构磁路系统：直流磁场简单，但使管道中的导电液体电解、电极极化常采用交流BBmsint交变磁场按励磁绕组不同主要有两种结构：集中绕组；分组绕组式。测量管：用不导磁，低导电率，低导热率具有一定强度，让被测流体通过，不锈钢、玻璃钢、高强度塑料电磁流量计电磁流

27、量计电极：测量感应电势衬里：直接接触被测介质，主要作用是增加测量管的耐磨与耐蚀性，防止感应电势被金属测量管管壁短路 外壳：一般用铁磁材料制成，它是保护励磁线圈的外罩，并可隔离外磁场的干扰 转换电路：流体流动产生的感应电势十分微弱，而且各种干扰因素的影响也很大，转换电路的目的是将感应电势放大并能抑制主要的干扰信号 电磁流量计电磁流量计电磁流量计的转换电路 主要由前置放大、差动交流放大、高通滤波、采样电路和差动直流放大等部分组成 采样电路电磁流量计信号转换电路框图差动直流放大高通滤波差动交流放大前置放大电磁流量计电磁流量计电磁流量计电磁流量计励磁方式励磁方式1.1.直流励磁采用直流励磁或永久磁铁，

28、使其产直流励磁采用直流励磁或永久磁铁，使其产生恒定的磁场。生恒定的磁场。2.2.交流励磁交流励磁3.3.恒定电流方波励磁交流励磁虽有较大优越性，恒定电流方波励磁交流励磁虽有较大优越性，但交流磁场又会带来一系列的电磁干扰问题。过但交流磁场又会带来一系列的电磁干扰问题。过去大多数的电磁流量计都采用工频去大多数的电磁流量计都采用工频(50Hz)(50Hz)电源交电源交流励磁，目前大多数采用恒定电流方波励磁，工流励磁，目前大多数采用恒定电流方波励磁，工频交流方式已经很少用了。频交流方式已经很少用了。电磁流量计电磁流量计采用直流励磁或永久磁铁，使其产生恒定的磁场。采用直流励磁或永久磁铁，使其产生恒定的磁

29、场。这种直流励磁的最大优点是受交流电磁场的干扰这种直流励磁的最大优点是受交流电磁场的干扰影响很小，因而液体中自感现象的影响可忽略不影响很小，因而液体中自感现象的影响可忽略不计。但是，直流磁场容易使通过测量管内的电解计。但是，直流磁场容易使通过测量管内的电解质液体被极化，导致正电极被负离子包围，负电质液体被极化，导致正电极被负离子包围，负电极被正离子包围，使得电极间的内阻增大，因而极被正离子包围，使得电极间的内阻增大，因而严重影响仪表的正常工作。这种直流励磁方式只严重影响仪表的正常工作。这种直流励磁方式只适用于测量电导率很高而又不能电解的液态金属适用于测量电导率很高而又不能电解的液态金属的流量。

30、的流量。电磁流量计电磁流量计 交流励磁的主要优点：能消除电极表面的极化作用，降低变送器的内阻。采用交流励磁，输出信号也是交流的，放大和转换低电平高阻抗交流信号要比直流信号容易。电磁流量计的特点：测量导管中无可动部件，压力损失小，并可测含有杂物、悬浮物等流体的流量。只要流体导电，结果与流体的温度、压力、密度、粘度无关。量程比较宽10：1。反应速度快，可测脉动流量。电磁流量计电磁流量计电磁流量计电磁流量计电磁流量计主要缺点：主要缺点：被测流体必须是导电的，不能小于水的电导率被测流体必须是导电的，不能小于水的电导率不能测量气体、蒸汽和石油制品等的流量不能测量气体、蒸汽和石油制品等的流量由于衬里材料的

31、限制，一般使用温度为由于衬里材料的限制，一般使用温度为0 0200200；因电极嵌装在测量导管上的，使工作压力限制因电极嵌装在测量导管上的，使工作压力限制(一般一般 0.25MPa)0.25MPa)电磁流量计电磁流量计电磁流量计的安装可以水平安装，也可以垂直安装，但要求液体充满管道；直管段要求：前10D，后5D以上；远离磁场；变送器前后管道有时带有较大的杂散电流，一般要把变送器前后11.5m出和变送器外壳连接在一起，共同接地。超声波流量计（超声波流量计（USFUSF）超声波流量计是上世纪超声波流量计是上世纪8080年代发展起来的一种流年代发展起来的一种流量计，随着计算机技术和电子技术的迅速发展

32、，超声量计，随着计算机技术和电子技术的迅速发展，超声波流量计也快速发展。波流量计也快速发展。目前国外目前国外USFUSF的制造商有的制造商有6060家以上，主要集中在英、家以上，主要集中在英、美、日、德。我国美、日、德。我国7070年代才有大学、研究所接触，现年代才有大学、研究所接触，现在全国约有十几家，年产量在全国约有十几家，年产量5000500070007000台。全世界台。全世界USFUSF的年销量的年销量4 4万台左右，占封闭管道流量计的万台左右，占封闭管道流量计的2%2%，销，销售额占售额占5%5%左右，其增长率为左右，其增长率为4%4%，高于流量仪表整体，高于流量仪表整体2.9%2

33、.9%的增长率水平。的增长率水平。超声波流量计超声波流量计声波在静止流体中的传播速度与流动流体中的传播速度不同。超声波的接收和发射称换能器，换能器既可兼作声波的收和发，也可以分开进行。实际应用如下几种形式。实际应用如下几种形式。时差法时差法通过测量超声波脉冲顺流和逆流时传播的时间差通过测量超声波脉冲顺流和逆流时传播的时间差来得到流体的流速。当超声波传播方向与管道轴来得到流体的流速。当超声波传播方向与管道轴线成线成角时，可以得到流速角时，可以得到流速v v与时差与时差t t之间的关之间的关系为：系为：存在问题：存在问题：c c受流体温度影响大。受流体温度影响大。t t数量级小，要求电子精度高，限

34、数量级小，要求电子精度高，限制了测量下限。制了测量下限。相位差法相位差法换能器发射连续超声脉冲或者周期较长的脉冲波换能器发射连续超声脉冲或者周期较长的脉冲波列，测量顺流和逆流发射时所接收到信号之间的列，测量顺流和逆流发射时所接收到信号之间的相位差相位差避免了避免了t t小，小，较大，有利于提高测量精度但较大，有利于提高测量精度但c c的影响仍较大。的影响仍较大。频率法频率法它是通过测量顺流和逆流时超声脉冲的重复频率它是通过测量顺流和逆流时超声脉冲的重复频率来测量流量的。来测量流量的。发射器发射器T发出一个超声脉冲，经过流体由接收器发出一个超声脉冲，经过流体由接收器R接收此信接收此信号，进行放大

35、后再送到发射器号，进行放大后再送到发射器T产生第二个脉冲，这样反复产生第二个脉冲，这样反复来往，其频率为来往，其频率为虽然虽然f fv v关系式中包含了关系式中包含了c c，则由，则由csincsin/D/D1 1，故与，故与前两种方法比较，声速变化所产生的误差影响小。前两种方法比较，声速变化所产生的误差影响小。特点：特点：1、是一种非接触式的流量计，因而无压力损失，不干扰、是一种非接触式的流量计，因而无压力损失，不干扰流场，能测量强腐蚀及含杂质的介质外，还可测量非导电流场，能测量强腐蚀及含杂质的介质外，还可测量非导电介质的流量，而且不受流体温度、粘度、密度的影响。介质的流量，而且不受流体温度

36、、粘度、密度的影响。2、通用性好，同一台表可测不同口径的管道内的介质流、通用性好，同一台表可测不同口径的管道内的介质流量。量。3、安装维护方便，在管道的外侧夹装就可测管道内的液、安装维护方便，在管道的外侧夹装就可测管道内的液体流量。不需要切断流量，不影响管道内流体的正常流通。体流量。不需要切断流量，不影响管道内流体的正常流通。安装时不需要阀、法兰、旁通管等，安装费用低。安装时不需要阀、法兰、旁通管等，安装费用低。4、特别适用于大口径管道的流量测量。、特别适用于大口径管道的流量测量。由于它的上述特点，由于它的上述特点，USF在流量测量中所占比重正日益增在流量测量中所占比重正日益增加。尤其在测量污

37、水等方面的应用很广泛。加。尤其在测量污水等方面的应用很广泛。超声波流量计超声波流量计 质量流量的检测方法主要有两大类质量流量的检测方法主要有两大类 ：直接式、间接式：直接式、间接式直接式直接式：直接测量被测流体的质量流量，测量原理有以下几种：1、利用能量的传递、转换相关原理测量，如量热式质量流量计等；2、利用力和加速度相关原理测量，如科里奥利式质量流量计。间接式间接式：先测中间量，后推算出质量流量，测量方法有以下几种：1、双通道检测法，即测量两个与流量有关的中间量，并对这两个中间量作运算处理，推出被测参数的质量流量；2、组合法，即通过体积流量和密度的组合测出得出质量流量；3、补偿法，通过测量被

38、测流体的温度和压力将被测流体的体积流量自动换算成标态下的体积流量，从而间接测出质量流量。质量流量计质量流量计组合式质量流量计它是在管道上串联多个(常见的是两个)检测元件(或仪表)，建立各自的输出信号与流体的体积流量、密度等之间的关系，通过组合，联立求解方程间接推导出流体的质量流量 组合式质量流量计 主要的组合方式有：1.q2检测器和密度计的组合方式能检测管道中流体的流量计有节流流量计和动压流量计，把它们与密度计组合起来就成为能间接求出质量流量的质量流量计，此种形式的质量流量计的原理如下图所示。组合式质量流量计组合式质量流量计图 q2q2检测器与密度计组合的质量流量计原理图组合式质量流量计2.q

39、V检测器和密度计的组合方式能用来检测管道中流体的体积流量qV的检测器有容积流量计、电磁流量计、超声波流量计、涡轮流量计等。组合式质量流量计图qVqV检测器和密度计组合的质量流量计原理图组合式质量流量计3.q2检测器和qV检测器的组合方式这种方式的原理图如下图所示，即由节流流量计那样的q2检测器和容积流量计或涡轮流量计那样的qV检测器组合而成。组合式质量流量计图q2q2检测器和qVqV 检测器的组合质量流量计原理直接式质量流量计 直接式质量流量检测方法有许多种:由两个用弹簧连接的涡轮构成的涡轮转矩式方法；应用麦纳斯效应的检测方法和基于科里奥利力的检测方法等 质量流量计科里奥利式质量流量计 科里奥

40、利式质量流量计（英文缩写CMF）研究起始于上世纪50年代，1977年，高准公司（MicroMotion）制成世界上第一台科里奥利式质量流量计，到80年代中后期各仪表厂家相继开发。1995年世界上有45家制造商推出各种不同结构的CMF。我国CMF应用起步较晚，从80年代中期引进成套设备附带少量仪表开始，目前国内已有多家仪表厂生产CMF。科里奥利式质量流量计1、科里奥利式质量流量计基本工作原理：科里奥利质量流量计(简称CMF)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利力而制成的一种直接式质量流量仪表。利用两管的振动（摆动）相位差来反映流经该U形管的质量流量。将充水软管（水不流动）两

41、端悬挂，使其中段下垂成将充水软管（水不流动）两端悬挂，使其中段下垂成U U形，静止时，形，静止时，U U形的两管处于同一平面，并垂直于地面，形的两管处于同一平面，并垂直于地面，左右摆时，两管同时弯曲，仍然保持在同一曲面左右摆时，两管同时弯曲，仍然保持在同一曲面(图图a)a)若将软管与水源相接，使水由一端流入，从另一端流若将软管与水源相接，使水由一端流入，从另一端流出（如图出（如图b b和和c c）。当）。当U U形管受外力作用向右左摆动时，形管受外力作用向右左摆动时，它将发生扭曲。扭曲的方向总是出水侧的摆动要早于它将发生扭曲。扭曲的方向总是出水侧的摆动要早于人水侧；人水侧；随着质量流量的增加，

42、这种现象变得更加明显，出水随着质量流量的增加，这种现象变得更加明显，出水侧摆动相位超前于入水侧更多。侧摆动相位超前于入水侧更多。科里奥利式质量流量计2 2利用科氏力构成的利用科氏力构成的质量流量计有直管、质量流量计有直管、弯管、单管、双管等弯管、单管、双管等多种形式多种形式双弯管型是最常见，双弯管型是最常见，如右图：如右图：科里奥利式质量流量计 双弯管型是由两根金属双弯管型是由两根金属U U形管组成，其端部连通形管组成，其端部连通并与被测管路相连。这样流体可以同时在两个并与被测管路相连。这样流体可以同时在两个U U形形管内流动；管内流动；在两管的中间在两管的中间A A、B B、C C三处各装有

43、一组压电换能三处各装有一组压电换能器。换能器器。换能器A A在外加交变电压作用下产生交变力，使在外加交变电压作用下产生交变力，使两根两根U U形管彼此一开一合地振动，相当于两根软管形管彼此一开一合地振动，相当于两根软管按相反方向不断摆动按相反方向不断摆动 。科里奥利式质量流量计换能器B和C用来检测两管的振动情况；由于B处于进口侧，C处于出口侧，则根据出口侧振动相位超前于进口侧的规律，C输出的交变信号的相位将超前于B某个相位；此相位差的大小与质量流量成正比。若将这两个交流信号的相位差经过电路进一步转换成直流420mA等标准信号，就成为质量流量变送器。科里奥利式质量流量计科里奥利式质量流量计优点科里奥利式质量流量计优点（1 1）不受介质温度、压力、粘度、密度、电导率的影）不受介质温度、压力、粘度、密度、电导率的影响；响；（2 2）精度高，可达）精度高，可达0.1%0.1%；（3 3）无可动部件，免维护产品，可靠性好，压力损失）无可动部件，免维护产品，可靠性好，压力损失低；低；（4 4）量程比大，最大可达）量程比大，最大可达100100：1 1，一般在，一般在4040：1 1（5 5）适用的流体种类多）适用的流体种类多（6 6）抗振性好，稳定性好）抗振性好，稳定性好（7 7）可测量多种参数：质量流量、密度、液体浓度、）可测量多种参数：质量流量、密度、液体浓度、粘度等。粘度等。