自动检测技术及仪表控制系统.ppt

2020 2 4 1 6流量检测 主要内容 流量检测的基本概念体积流量检测方法 容积式 差压式和速度式容积式 椭圆齿轮式 腰轮式和皮膜式差压式 节流式 均速管 弯管 靶式和浮子等速度式 涡轮 涡街 电磁和超声波流量计等质量流量检测方法 直接式和间接式直接式 科里奥利 热式和冲量式质量流量计间接式 利用体积流量和质量流量之间的关系将多种仪表组合如体积流量计和密度计组合 体积流量计和体积流量计组合流量标准装置 液体流量标准装置和气体流量标准装置 2020 2 4 2 一 流量 flow 的概念和单位1 定义 流体的流量指在短时间内流过某一流通截面的流体数量与通过时间之比 瞬时流量 2 分类 6 1流量检测的基本概念 单位根据表示方法的不同而有不同的单位 2020 2 4 3 2 分类 6 1流量检测的基本概念 其中 qm为质量流量 s M为流体质量 t为时间s 为流体密度kg m3 为流体平均流速m s A为流通截面积 质量流量 单位时间内通过的流体的质量 重量流量 单位时间内通过的流体的重量 其中 qw为重量流量 N s w为流体重量 N 2020 2 4 4 其中 V为体积总量 M为质量总量 t为测量时间 质量流量是表示流量的最好方法 因为其它两种可由它求出 体积流量 单位时间内通过的流体的体积 其中 qV为体积流量 m3 s 为流体体积 m3 累积流量 在某段时间内流体通过的体积或质量流量总量称为累积流量或流过总量 它是体积流量或质量流量在该段时间中的积分 表示为 2020 2 4 5 1 流量检测方法及流量计分类流量检测方法 可归为体积流量检测和质量流量检测流量计 测量流量的仪表称为流量计 流量计通常由一次装置和二次仪表组成 一次装置产生一个与流量有确定关系的信号 亦称流量传感器 二次仪表则给出相应的流量值大小 见表6 1 总量计 测量流体总量的仪表称为计量表或总量计 分类按测量单位分为质量流量计和体积流量计按测量原理分为容积式 速度式和压差式流量计按测量方法分为直接测量式和间接测量式 二 流量检测方法及流量计分类 2020 2 4 6 2 流量计的测量特性 各种类型的流量计的共性 式中 qm为质量流量 x为流量计输出信号 理想的流量方程式为线性方程式 流量计的仪表系数与流出系数 仪表系数K 频率型流量计流量特性的主要参数 定义为单位流体流过流量计时流量计发出的脉冲数 流出系数C 定义为实际流量与理想流量的比值 流量方程式 流量与流量计输出信号之间关系的数学表达式 式中 K为仪表系数 m 3 N为脉冲数 次 V为流体体积 m3 2020 2 4 7 流量范围及范围度流量范围 指可测最大流量和最小流量所限定的范围 范围度 最大流量与最小流量的比值 流量计范围度的大小受仪表的原理与结构所限制 测量精确度和误差流量计标出的精确度为基本误差 而现场使用中由于偏离标定条件会产生附加误差 所以要按有关规定计算附加误差 压力损失流量计通常是一个阻力件 会给流体造成能量消耗 所以 压力损失大小是流量计选型的一个重要指标 2020 2 4 8 6 2体积流量检测方法 一 容积 volumn 式流量计原理 使被测流体充满具有一定容积的空间 然后把这部分流体从口排出 利用运动元件的往复次数或转速与流体的连续排出量成比例对被测流体进行连续的检测 故叫做容积式流量计 用来测量液体和气体的体积流量 主要用于测量累积流量 1 容积式流量计的测量机构与流量公式 组成 由测量室 运动部件 传动和显示部件构成 它的测量主体为具有固定标准容积的测量室 测量室由流量计内部的运动部件与壳体构成 在流体进 出口压力差的作用下 运动部件不断地将充满在测量室中的流体从入口排向出口 容积式流量计 差压式流量计 速度式流量计 2020 2 4 9 流量方程式 Q nV其中 V 测量室的固定容积 n 某一时间间隔内经过流量计排出流体的固定容积数 可由计数器通过传动部件测出 Q 被测流体的体积总量 在测量较小流量时 要考虑泄漏量的影响 通常仪表有最小流量的测量限度 2 几种容积式流量计 flowmeter 1 椭圆齿轮流量计椭圆齿轮流量计的测量本体由一对相互啮合的椭圆齿轮和壳体构成 其工作原理如图所示 运动部件的形式 往复运动 活塞式油量表 和旋转运动 腰轮流量计 2020 2 4 10 齿轮的转数通过变速机构驱动机械计数器来显示总流量 还可以通过电磁转换装置转换成脉动信号 对其计数就可得到总流量 两个齿轮每转动一圈 流量计将排出4个半月形容积的流体 通过椭圆齿轮流量计的总量可表示为 2020 2 4 11 特点 适用于高粘度液体的测量 流量计基本误差 0 2 0 5 范围度为10 1 工作温度要低于120 以防止齿轮卡死 在使用时要注意防止齿轮的磨损与腐蚀 以延长仪表寿命 2 腰轮流量计原理与椭圆齿轮流量计相同 为减小两转子的磨损 在壳体外与腰轮同轴的齿轮作为传递转动力矩之用 因此比椭圆齿轮能保持长期稳定性 特点 可以测量液体和气体 也可以测高粘度流体 基本误差为 0 2 0 5 范围度为10 1 工作温度要低于120 压力损失小于0 02MPa 3 皮膜式家用煤气表 2020 2 4 12 安装注意事项 选型时要考虑被测介质的物性参数和工作状态 如温度 粘度 压力 密度和流量范围等 流量计的安装地点应满足技术性能规定的条件 安装前必须进行检定 可以水平安装也可以垂直安装 流量计上游要加过滤器 调节流量的阀门应位于流量计下游 为维护方便需设置旁通管路 安装时注意流量计外壳上的流向标志应与被测流体的流动方向一致 使用过程中 被测流体应该充满管道 并工作在仪表规定的流量范围内 当环境改变时 应对仪表进行修正 仪表要定期清洗和检定 3 容积式流量计的安装与使用 2020 2 4 13 工作原理 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 通过测量差压值可以求得流体流量 组成 产生差压的装置 流体流过差压产生装置形成静压差 和差压计 测量差压值 产生差压的装置 节流件 孔板 喷嘴 文丘利管等 动压管 均速管 弯管等 靶和浮子等 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 二 差压式流量计 2020 2 4 14 1 节流 throttle 式流量计 可测量液体 气体 或蒸汽节流式流量计中产生差压的装置称节流装置 其主体是一个局部收缩的阻力件 称为节流元件 通过节流元件改变流体流通截面 从而在节流元件前后形成压力差 常见的节流装置如图所示 孔板 喷嘴 文丘里管 2020 2 4 15 节流装置 取压管及内部的节流孔板 节流孔板 后取压管 前取压管 流体通过节流孔板时 流速加快 后取压管处的压力减小 2020 2 4 16 节流装置外形 节流孔板 后取压管 2020 2 4 17 节流式流量计外形 2020 2 4 18 节流装置的另一种形式 文丘里管或文丘里喷嘴 文丘里喷嘴的压力损失较小 流体入口 狭窄部位 2020 2 4 19 节流装置分类 标准节流装置和非标准节流装置两大类 标准节流装置的型式已经标准化 在规定了取压方式和前后直管段长度 流体的种类和流动条件下 有标准的流量 差压关系 而非标准节流装置由于使用条件差异大 故没有标准化 用于解决脏污和高粘度流量的测量 节流式流量计的特点 结构简单 无可动部件 可靠性高 复现性能好 适用性较广 它适用于各种工况下的单相流体 适用的管道直径范围宽 可以配用通用差压计 装置又标准化 其缺点是安装要求严格 流量计前后要求较长的直管段 测量范围窄 一般范围度为3 1 压力损失较大 对于较小直径的管道测量比较困难 D 50mm 精度不够高 1 2 2020 2 4 20 假设流体为不可压缩的理想流体 流体流经孔板时 流束断面变化 流速显著增加 因而动能增加 为保证能量守恒 故静压力减小 流体流经孔板后 断面逐渐增加恢复到原来的状态 流速逐渐降低为原来值 静压力回升 但由于能量损失 部分用于摩擦 撞击和涡流 所以压力有损失 不能回到原来的值 1 节流式流量计测量原理及流量方程式 流束开始收缩 中央压力下降 流束最小收缩截面 流速最快 静压最低 2020 2 4 21 能量守恒定律 伯努力方程 对于管道中的不可压缩流体 任何两个垂直于流速的截面均有下式成立 连续性定律 同一流管内流过两个截面的流体质量相等 连续性方程为 测量原理 能量守恒定律和流动连续性定律为基础 令 则 2020 2 4 22 可以根据流量的定义 计算流体的体积流量和质量流量 在实际计算过程中 应考虑几个因素 流量系数 由于用节流件的开孔面积代替最小收缩截面 p有不同取压位置等因素的影响 必然造成测量偏差 为此引入流量系数 则流量方程式为 流量系数是一个影响因素复杂的实验系数 对于节流法测量流量具有重要的意义 实验证明 在管道直径 节流件型式 开孔尺寸和取压位置确定的情况下 只与流体的雷诺数Re有关 当Re大于临界值时 流量系数可以认为是一个常数 因此节流式流量计应工作在临界雷诺数以上 通常要求流速不低于一定值 与Re及 的关系对于不同的节流件形式各有相应的经验公式计算 并列有图表可查 附 雷诺数 判别粘性流体流动状态的参数 Re Lv L 流场几何尺寸 v 流体速度 流体密度 运动粘滞系数 s Re临界值一般取2000 Re 2000 紊流 Re 2000 层流 2020 2 4 23 可膨胀系数 对于可压缩流体 考虑流体通过节流件时的膨胀效应 再引入可膨胀系数作为因流体密度改变引起流量系数改变的修正 可压缩流体的流量方程式 流出系数C 用流出系数C代替流量系数 进行修正 两个系数的关系是 利用流出系数来分析各种因素对流量的影响显得更加方便 在不同 和不同的Re下 C的变化范围要比 的变化范围小许多 尤其是对各种文丘里管 在一定条件下 C是一个不随管径 直径比和雷诺数变化的常数 这就简化了节流装置的计算 节流式流量计的流量方程式普遍形式 2020 2 4 24 如图节流装置产生的差压信号 通过压力传输管道引至差压计 经差压计转换成电信号或气信号送至显示仪表 2 节流式流量计的组成和标准节流装置 组成 由节流元件 引压管路 三阀组和差压计四部分构成 2020 2 4 25 标准孔板是一块中心开有圆孔的金属薄圆平板 圆孔的入口朝着流动方向 有尖锐的直角边缘 圆孔直径d由所选取的差压计量程而定 0 2 0 75 其结构简单体积小 加工易成本低 应用多 精度低 压力损失大 用于清洁的流体 标准喷嘴由两个圆弧曲面构成的入口收缩部分和与之相接的圆筒形喉部组成 0 32 0 8 压力损失小 精确度高 结构较复杂 体积大 加工困难 成本较高 用于高速蒸汽流量测量 文丘里管具有圆锥形的入口收缩段和喇叭形的出口扩散段 压力损失少 精度高 加工难 成本高 用于低压损 高精度测量的场合 它的流道连续变化 所以可以用于赃污流体的流量测量 并在大管径流量测量方面应用较多 a 标准节流件 标准孔板 标准喷嘴 文丘里管 2020 2 4 26 三种标准节流件比较 压力损失 孔板 喷嘴 文丘里管成本 孔板 喷嘴 文丘里管精度 孔板 喷嘴 文丘里管 b 取压位置 标准节流装置规定了由节流件前后引出差压信号的几种取压方式 包括取压位置和取压口的结构形式 理论取压和径距取压一般不用 角接取压和法兰取压较为常用 2020 2 4 27 c 测量管段 为了确保流体流动在节流件前达到充分发展的湍流速度分布 要求在节流件前后有一段足够长的直管段 最小管段长度与节流件前的局部阻力件形式有关 节流装置的测量管段通常取节流件前10D 节流件后5D的长度 以保证节流件的正确安装和使用条件 整套装置事先装配好后整体安装在管道上 3 节流装置的设计和计算 a 已知管道内径及现场布置情况 已知流体的性质和工作参数 给出流量测量范围 要求设计标准节流装置 具体为 选择节流件型式 选择差压计型式及量程范围 计算确定节流件开孔尺寸 提出加工要求 建议节流件在管道上的安装位置 估算流量测量误差 该过程已经编制成软件可直接使用 b 已知管道内径及节流件开孔尺寸 取压方式 被测流体参数等必要条件 要求根据测得的差压值计算流量 一般是实验工作需要 为了准确得到流量 要测出流体温度和压力等参数 2020 2 4 28 a 标准节流装置的使用条件 节流装置仅适用于圆形测量管道 在节流装置前后的直管段上 内壁表面应无可见坑凹 毛刺和沉积物 对相对粗糙度和管道圆度均有规定 管径大小也有一定限制 D最小 50mm 适用于单相 均质流体且充满管道 流速恒定或缓慢变化 b 节流式流量计的安装 节流式流量计应按照手册要求进行安装 以保证测量精度 节流装置安装时要注意节流件开孔必须与管道同轴 节流件方向不能装反 管道内部不得有突出物 在节流件装置附近 不得安装测温元件或开设其他测压口 4 节流式流量计的安装与使用条件流量系数是在一定的条件下通过实验得到的 因此对管道选择流量计的安装和使用均有规定 2020 2 4 29 c 取压口位置和引压管路的安装 与测压仪表的要求类似 应保证差压计能够正确 迅速地反映节流装置产生的差压值 引压导管应按被测流体的性质和参数要求使用耐压 耐腐蚀的管材 引压管内径不得小于6mm 长度最好在16m以内 引压管应垂直或倾斜敷设 其倾斜度不得小于1 12 倾斜方向视流体而定 d 差压计用于测量差压信号 其差压值远远小于系统的工作压力 因此 导压管与差压计连接处应安装截断阀 截断阀后装平衡阀 在仪表投入时 平衡阀可以起到单向过载保护作用 在仪表运行过程中 打开平衡阀 可以进行仪表的零点校验 差压计的安装示意图如图6 8所示 根据被测流体和节流装置与差压计的相对位置 差压信号管路有不同的敷设方式 2020 2 4 30 图 a 被测流体是液体的情况 要保证导压管中充满液体 图 b 气体的情况 要保证导压管中只有气体 减少测量误差 图 c 被测流体是蒸汽的情况 在靠近节流装置处安装冷凝器是为了保证两导压管内的冷凝水位在同一高度 2020 2 4 31 原理 基于动压管测速原理发展而成 流体流经均速管产生压差信号 此压差信号与流体流量有确定关系 经过压差计可测出流体流量 2 均速管流量计 又称阿纽巴管 结构是一个横跨管道的多孔动压管 如图6 10所示 一般在测量管的迎流方向开有对称的两对总压测出孔 是4个面积相等的半环形和扁型区域 各孔测得的全压由于开口位置不同而不一样 在管内自动取平均后由内插管引出 在测量管的中间位置背着来流方向开一测量静压的圆孔 由内插管引出静压 测压差可求管道截面的平均流速 从而实现测量流量的目的 2020 2 4 32 2020 2 4 33 均速管的流量方程式为 式中D为管道内径 k为均速管流量系数 它与测量管的结构尺寸有关 是由实验确定的校正系数 总压检出口的位置 总压的平均值决定了压差 而其与开口位置有关 一般规定总压检出口的位置 中心 与管道中心的距离分别为r2 3 0 4597R r1 4 0 8881R R为管道半径 特点 结构简单 便于安装 价格便宜 压力损失小 能耗少 准确度及长期稳定性较好 其准确度可达 1 稳定度 1 均速管流量计尤其适用于大口径管道的流量测量 但它产生的差压信号较低 需要配用低量程差压计 被测流体中不能含有固体粉尘和固体物 在测量脏污流体时 建议使用清洗流定时清洗 2020 2 4 34 原理 流体流经管道弯头时 受角加速度的作用而产生的离心力会在弯头的内半径与外半径之间形成压差 其平方根与流量成正比 流量方程式 D为弯头内径 是入口和出口处直径的平均值 K为弯管的流量系数 与其结构参数和流体流速有关 需实验确定特点 结构简单 安装维修方便 无附加的压力损失 对介质的要求低 缺点 产生的压差非常小 是未标准化的仪表 只用于特殊的管道条件 3 弯管流量计 2020 2 4 35 原理 其变换元件为一个形状简单的靶 一般是一个薄圆盘 流体在流动中受到阻力而在靶的前后形成静压差 靶上所受流体的作用力与流速之间存在着一定的关系 通过测量作用力可知流速 从而确定流量 流量方程式 4 靶式流量计 为流体通过环隙截面的流速 为流体的密度 F为作用力 Ka为流量系数 需实验确定 特点 结构简单 适于测量高粘度 高脏污的流量 压力损失大 测量精度不高 标定 干式 在保证实验条件下 通过挂重物产生的力代替靶在工作时所受流体的作用力而进行流量计的标定 用此方法还可以进行零点和量程的调整 仪表的校验 2020 2 4 36 原理 也是利用节流原理测量流体的流量 但它的差压值基本保持不变 是通过节流面积的变化反映流量的大小 故又称恒压降变截面流量计 也有称作转子流量计 适用范围 可测量液体 气体等多种介质的流量 特别是中小管径 中小流量和较低雷诺数的流量测量 节流式流量计在管径过小时 节流装置未实现标准化 常采用浮子式流量计 5 浮子流量计 特点 结构简单 使用维护方便 对仪表前后直管段长度要求不高 压力损失小而且恒定 测量范围比较宽 刻度为线性 浮子流量计测量精度为 2 左右 但仪表测量受被测介质的密度 粘度 温度 压力 纯净度影响 还受安装位置的影响 2020 2 4 37 结构 测量主体由一根自下向上扩大的垂直锥管和一只可以沿锥管轴向上下移动的浮子组成 流体由锥管的下端进入 经过浮子与锥管的环隙从上端流出 1 测量原理及结构 测量原理 浮子受力 重力 流体的浮力和因节流作用而在浮子上下端面产生差压形成的上升力 平衡时 浮子就稳定在一定的位置上 流量增大时 环形截面中流速增加 上下面的静压差增加 浮子向上浮起 在新的位置处 环形流通截面增大 流速降低 静压差减小 达到新的平衡 平衡位置的高度与所通过的流量有对应的关系 这个高度就代表流量值的大小 2020 2 4 38 根据浮子在锥管中的受力平衡条件 可以写出力平衡公式 式中 p为差压 Af Vf分别为浮子的截面积和体积 f 分别为浮子和流体的密度 g为重力加速度 式中 A0为环隙面积 它与浮子高度相h对应 为流量系数 将此式代入节流流量方程式 则有 2020 2 4 39 对于小锥度锥管 近似有A0 ch 系数c与浮子和锥管的几何形状及尺寸有关 流量方程式写作 此式给出了流量与浮子高度之间的关系 这个关系近似线性 流量系数 与流体粘度 浮子形式 锥管与浮子的直径比及流速分布等有关 每种流量计有相应的界限雷诺数 在低于此值情况下 不再是常数 流量计应工作在 为常数的范围 即大于一定的雷诺数 分类 采用玻璃锥管的直读式浮子流量计和采用金属锥管的远传式浮子流量计 直读式浮子流量计主要由玻璃锥管 浮子和支撑结构组成 流量表尺直接刻在锥管上 由浮子位置高度读出流量值 远传式浮子流量计可采用金属锥形管 它的信号远传方式有电动和气动两种类型 测量转换机构将浮子的移动转换为电信号或气信号进行远传及显示 图6 14电远传浮子流量计工作原理1 浮子2 锥管3 连动杆4 铁心5 差动线圈 2020 2 4 40 2 浮子流量计的使用和安装 a 浮子流量计的刻度换算 浮子流量计是一种非通用性仪表 出厂时需单个标定刻度 测量液体的流量计用常温水标定 测量其他的浮子流量计用常温常压的空气标定 在实际测量时 如果被测介质不是水或空气 则流量计的指示值与实际流量值之间存在差别 因此 要对其进行刻度换算修正 当已知被测介质的密度何流量测量范围等参数后 可以根据以上公式选择合适量程的浮子流量计 2020 2 4 41 对于一般液体介质 当温度和压力变化时 流体的粘度变化不会超过10mPa s 只需进行密度校正 根据前述流量方程式 可以得到修正式为 式中q v为被测介质的实际流量 qv0为流量计标定刻度流量 为被测介质密度 0为标定介质密度 f为浮子密度 0为标定状态下空气密度 为测量时气体密度 对于气体介质 由于 f 或 0 上式可简化为 2020 2 4 42 例 某转子流量计测二氧化碳气的流量 测量时被测气体的温度是40 压力是49 03kPa 表压力 若流量计的读数为120m3 h 问实际流量是多少 已知标定时绝对压力P 98 06kPa t 20 此时二氧化碳的重度为18 07N m3 空气的重度为11 82N m3 解 2020 2 4 43 b 浮子流量计的安装与使用 安装使用前必须核对所须测量范围 工作压力和介质温度是否与被选流量计相符 如图 仪表应垂直安装在管道上 流体必须自下而上通过流量计 不应有明显的倾斜 流量计前后有截断阀 并安装有旁路管道 仪表投入时前后阀门要缓慢开启 投入运行后关闭旁路阀 最佳测量范围为上限的三分之一到三分之二刻度内 当被测介质的物性常数 密度 粘度 和状态常数 温度 压力 与流量计标定时不同时 必须要对指示值进行修正 2020 2 4 44 玻璃转子流量计 流体入口 流体出口 转子 2020 2 4 45 测量原理 基于与流体速度有关的各种物理现象 仪表的输出与流速有确定的关系 即可知流体的体积流量 种类很多 各有特点和适用范围 1 涡轮流量计 turbineflowmeter 涡轮流量计是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 从而测定管道内的流体流量 1 涡轮流量计的构成和流量方程式结构 如图6 16所示 流量计主要由壳体 导流器 支承 涡轮和磁电转换器组成 涡轮是测量元件 三 速度式流量计 涡轮 turbine 流量计 涡街 eddy 流量计 电磁 electromagnetic 流量计 超声波 ultrasonic 流量计 2020 2 4 46 涡轮 测量元件 由导磁系数较高的不锈钢材料制成 轴芯上装有数片呈螺旋形或直形的叶片 流体作用于叶片 使涡轮转动 壳体和前后导流件 由非导磁系数较高的不锈钢材料制成 导流件由四片互相垂直的直片组成 用以去掉来流中的旋涡 使流体平行于轴线流动 轴承 导流件上装有滚动轴承或滑动轴承 用来支撑转动的涡轮 磁电转换器 将涡轮的转速转换为电信号 正对着叶轮 永久磁铁产生的磁力线穿过线圈中的铁芯和流量计的壳体 经叶片和空气而闭合 当叶轮在被测流体的推动下转动时 叶片正对着铁芯和偏离铁芯时磁路的磁阻变化最大 此时线圈中磁通发生很大的变化 从而在线圈中感应出交变电势来 电势的频率是叶片通过铁芯处的频率 与叶轮的转速成正比 而叶轮的转速与流体的流速成正比 2020 2 4 47 流量方程式表示为 式中 qv 体积流量 f 信号脉冲频率 仪表常数 其与涡轮结构等因素有关 流量较小时 随流量的增加而增大 只有达到一定值时近似为常数 在使用范围内应保持其为常数 对每台流量计 仪表常数是用实际流体标定而取得的 涡轮流量计的显示仪表是一个脉冲频率测量和计数的仪表 根据单位时间的脉冲数和一段时间的脉冲数 分别显示瞬时流量和累积流量 2020 2 4 48 2 涡轮流量计的特点和使用特点 可测液体 气体流量 但要求被测介质洁净 且液体的粘度不能太大 测量精度较高 0 5级 刻度为线性 输出频率信号便于远传及与计算机相连 仪表的工作范围较宽和较高的耐压能力 压力损失小 安装 一般应水平安装 并保证其前后有一定的直管段 为保证介质洁净 表前应装过滤装置 如果被测液体易气化或含有气体时 要在仪表前装消气器 缺点 制造困难 成本高 由于涡轮高速转动 轴承易磨损 降低了长时期运行的稳定性 影响使用寿命 通常涡轮流量计主要用于测量精度要求高 流量变化快的场合 还用作标定其他流量的标准仪表 2020 2 4 49 叶轮式风流速 流量计 参考北京北方大河仪器仪表有限公司资料 2020 2 4 50 工作原理 属旋涡流量计类型 它是利用流体振荡的原理进行流量测量 当流体流过非线性阻挡体时会产生稳定的旋涡 旋涡的产生频率与流体速度有着确定的对应关系 测量频率的变化 就可以得知流体的流量 流量方程 2 涡街流量计 eddyflowmeter 旋涡的频率检出方式 利用旋涡产生时引起的波动进行测量 有一体式和两体式两类 一体式的检测元件放在旋涡发生体内 如热丝式 热敏电阻式和膜片式 如P85图6 17 两体式的检测元件放在旋涡发生体的下游 如压电式 超声式和摆旗式 涡街流量计特点及使用 适用于气体 液体和蒸汽介质的检测 测量几乎不受流体参数的变化影响 寿命长 压力损失小 输出为频率信号 有较宽的范围度30 1 测量精度较高 可以水平安装 也可以垂直安装 不足之处是流体流速分布情况和脉动情况将影响测量准确度 漩涡发生体被玷污也会引起误差 2020 2 4 51 上海肯特智能有限公司卡门涡街流量计演示 气体或液体管道及涡流发生锥体 2020 2 4 52 原理 基于电磁感应原理 可以测量具有一定电导率的液体的体积流量 导电流体在磁场中垂直于磁力线方向流过 根据右手定则 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 通过测量此电势可求得流体流量 优点 测量的准确度不受被测液体的粘度 密度 温度以及电导率的影响 但不能太小 测量管中没有任何阻碍被测液体流动的部件 所以几乎没有压力损失 适当选择测量管中的绝缘内衬和测量电极的材料 就可以测量各种腐蚀性溶液的流量 尤其是在测量含有固体颗粒的液体如泥浆 纸浆和矿浆等的流量时 更显示优越性 3 电磁流量计 electromagneticflowmeter 2020 2 4 53 如图 感应电势E与流速的关系由下式表示 式中 C为常数 B为磁感应强度 D为管道内径 为流体平均流速 1 电磁流量计的组成及流量方程式 2020 2 4 54 当仪表结构参数确定之后 感应电势与流速v成对应关系 则流体体积流量可以求得 其流量方程式可写作 式中 K为仪表常数 对于固定的电磁流量计 K为定值 结构如图 测量主体由磁路系统 测量导管 电极和调整转换装置组成 电磁流量计转换部分的输出电流I0与平均流速成正比 2020 2 4 55 电磁流量计的测量导管中无阻力件 压力损失小 其流速测量范围宽 为0 5 10m s 范围度可达10 1 流量计的口径可从几毫米到几米以上 流量计的精度0 5 1 5级 仪表反映快 流动状态对示值影响小 可以测量脉动流和两相流 如泥浆和纸浆的流量 利用电磁流量计测量流量 要求导电体有一定的电导率 因此不能测量气体 蒸汽和电导率低的石油流量 电磁流量计对直管段要求不高 前直管段长度为5D 10D 安装地点应尽量避免剧烈振动和交直流强磁场 在垂直安装时 流体要自下而上流过仪表 水平安装时两个电极要在同一平面上 要确保流体 外壳 管道间的良好接地和良好接触 2 电磁流量计的特点及应用 2020 2 4 56 原理 超声波在流体中传播速度受流体的流速影响 检测接收的超声波信号可测得流速 从而测得流量 特点 非接触式 从管道外测量 故无压力损失 测量结果不受被测流体的粘度 电导率的影响 可测各种液体或气体的流量 可测口径很大的管道内的流量 包括河流的流速 输出信号与被测流量成线性关系 典型方法 传播速度差法 多普勒效应法 声束偏移法 相关法 4 超声流量计 ultrasonicflowmeter 2020 2 4 57 原理 利用超声波在流体中顺流传播和逆流传播的速度变化来测量流体流速 分类 时间差法 频差法典型方法 P87 图6 20传播速度差法测量原理结构 在上下游各有两个超声波发生器T1 T2 对应有接收器R1 R2 则传播时间 顺流时间 t1 L c v 逆流时间 t2 L c v 时差法 t t2 t1 2Lv c2缺点 声速c对测量结果影响较大 频差法 令f1 1 t1 c v L f2 1 t2 c v L f f1 f2 2v L优点 测量不受声速c的影响 不必考虑流体温度变化对声速的影响 传播速度差法 2020 2 4 58 原因 同样体积的流体在不同的温度 压力 和成分的条件下 其密度是不同的 特别是气体更是这样 因此很多场合下要求测量质量流量 如炼钢时用氧气降低碳的含量 需吹入一定的氧气 要求知道的不是吹入多少体积的氧气 而是多少质量的氧气 由于压力温度经常变化 所以给出的体积流量是不能满足要求的 质量流量测量仪的分类 直接式和间接式直接式 质量流量计则直接输出与质量相对应的信号 反映质量流量的大小 间接式 采用密度或温度 压力补偿的办法 测体积流量的同时 测密度或温度 压力值 再运算求得质量流量 又称推导式质量流量计 6 3质量流量检测方法 2020 2 4 59 根据质量流量与体积流量的关系 可以有多种仪表的组合以实现质量流量测量 常见的组合方式有如下几种 一 间接式质量流量测量方法 1 体积流量计与密度计的组合方式 差压式流量计与密度计的组合差压计输出信号正比于 qv2 密度计测量流体密度 仪表输出为统一标准的电信号 可以进行运算处理求出质量流量 其计算式为 2020 2 4 60 其他体积流量计与密度计组合其他流量计可以用速度式流量计 如涡轮流量计 电磁流量计 或容积式流量计 这类流量计输出信号与密度计输出信号组合运算 即可求出质量流量 差压式流量 或靶式流量计 计与涡轮流量计 或电磁流量计 涡街流量计等 组合 通过运算得到质量流量 其计算式为 2 体积流量计与体积流量计的组合方式 2020 2 4 61 流体密度是温度 压力的函数 通过测量流体温度和压力 与体积流量组合可求出流体质量流量 3 温度 压力补偿式质量流量计 2020 2 4 62 间接式质量流量计特点 结构复杂 由于包括了其他参数仪表误差和函数误差等 其系统误差通常低于体积流量计 但目前已有多种型式的微机化仪表可实现计算功能 应用也较普遍 2020 2 4 63 优点 输出信号直接反映质量流量 其测量不受流体的温度 压力 密度变化的影响 应用较多的是科里奥利质量流量计 此外还有热式质量流量计和冲量式质量流量计等 二 直接式质量流量计 科里奥利质量流量计 热式质量流量计 冲量式质量流量计 原理 基于牛顿第二定律 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 组成 由检测科里奥利力的传感器与转换器组成 1 科里奥利质量流量计 科氏力流量计 2020 2 4 64 工作过程 扭角 与通过流体的质量有关 2020 2 4 65 质量流量与U形管扭角的关系式为 式中 为扭角 Ks为扭转弹性系数 为振动角速度 r为U形管跨度半径 也可由传感器测出U形管两侧通过中心平面的时间差 t来测量 其关系式为 此时 所得测量值与U形管的振动频率f及角速度 均无关 2020 2 4 66 振动管形状还有平行直管 形管或环形管等 也有用两根U形管等方式 图6 23所示为U型管和 型管科氏力流量计结构示意图 1 支承管2 检测管3 电磁检测器4 电磁激励器5 壳体 2020 2 4 67 特点 可直接测得质量流量信号 不受被测介质物理参数的影响 精度较高 可以测量多种液体和浆液 也可以用于多相流测量 不受管内流态影响 因此对流量计前后直管段要求不高 其范围度可达100 1 但是它的压力损失较大 存在零点漂移 管路的振动会影响其测量精度 2020 2 4 68 2 热式质量流量计 工作原理 利用加热源对流体进行加热 在其前后各放一个测温元件 通过测温度变化及加热功率即可测质量流量 质量流量可表示为 基本原理 因为流体吸收或放出的热量均与该流体的质量成正比 因此可由加热流体所需要的能量或由此能量使流体温度升高之