第十一章 速度式流量计课件

1、自动检测技术及仪表自动检测技术及仪表Test & Measurement Technologyand Automation InstrumentsCISTBUCT2012TMT&AI 检测仪表检测仪表l节流式流量计（差压流量计）节流式流量计（差压流量计）l孔板流量计孔板流量计TMT&AI 检测仪表检测仪表l节流式流量计（差压流量计）节流式流量计（差压流量计）l流量公式流量公式l引入流量系数引入流量系数l考虑介质膨胀系数考虑介质膨胀系数 TMT&AI 检测仪表检测仪表l节流式流量计（差压流量计）节流式流量计（差压流量计）l流量公式流量公式l若为圆型管道，并定义孔板

2、管道直径比和流出系数若为圆型管道，并定义孔板管道直径比和流出系数TMT&AI 检测仪表检测仪表l节流式流量计（差压式流量计）节流式流量计（差压式流量计）l内锥式流量计内锥式流量计l毕托管毕托管l均速管流量计均速管流量计l弯管式流量计弯管式流量计TMT&AI 检测仪表检测仪表l节流式流量计（差压式流量计）节流式流量计（差压式流量计）l靶式流量计靶式流量计l浮子式流量计浮子式流量计第第部分部分过程参数检测过程参数检测第三章检测仪表第三章检测仪表流量检测仪表流量检测仪表涡轮式流量计涡轮式流量计涡街式流量计涡街式流量计TMT&AI 检测仪表检测仪表l涡轮式流量计涡轮式流量计l涡

3、街式流量计涡街式流量计l卡门涡街卡门涡街l漩涡发生与检出漩涡发生与检出TMT&AI 检测仪表检测仪表l涡轮式流量计涡轮式流量计l当流体流经涡轮时，由当流体流经涡轮时，由于流体的冲击作用，将于流体的冲击作用，将使涡轮发生旋转，转动使涡轮发生旋转，转动的频率与流量相关。的频率与流量相关。l涡轮流量计是一种速度涡轮流量计是一种速度式流量计。式流量计。TMT&AI 检测仪表检测仪表l涡轮式流量计涡轮式流量计l涡轮流量计主要由涡轮、导流器、磁电感应转换器、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。放大与信号变换。l磁电感应转换器是磁电感应转换器是将涡轮转换成电脉将涡轮

4、转换成电脉冲数，这是涡轮流冲数，这是涡轮流量计的关键部分。量计的关键部分。TMT&AI 检测仪表检测仪表l涡轮式流量计涡轮式流量计l流量公式流量公式TMT&AI 检测仪表检测仪表l涡轮式流量计涡轮式流量计l转速检出方法（磁通法）转速检出方法（磁通法）l叶轮用磁性的不锈钢做，管道外装上传感器，它由磁钢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，使通过感磁阻，使通过感应线圈的磁通量应线圈的磁通量随之变化。这样随之变化。这样在感应线圈的两在感应线圈的两端即感应出脉冲端即感应出脉冲

5、信号。信号。TMT&AI 检测仪表检测仪表l涡轮式流量计涡轮式流量计l特点特点l可以测量气体、液体流量，工作温度范围宽、压力高；可以测量气体、液体流量，工作温度范围宽、压力高；l测量范围度可达测量范围度可达(1020):1，测量精度较高，一般为，测量精度较高，一般为 0.5 级，在小范围内误差可以级，在小范围内误差可以0.1%；l输出频率信号便于远传及与计算机相连；输出频率信号便于远传及与计算机相连；l要求被测介质洁净，应在变送器前加过滤装置；要求被测介质洁净，应在变送器前加过滤装置；l测量受介质密度、粘度影响，不适于粘度大的液体；测量受介质密度、粘度影响，不适于粘度大的液体；l一般要

6、求水平安装，直管段上游为一般要求水平安装，直管段上游为 20D，下游为，下游为 15D。TMT&AI 检测仪表检测仪表l涡轮式流量计涡轮式流量计l切向式涡轮流量计（叶轮式流量计）切向式涡轮流量计（叶轮式流量计）TMT&AI 检测仪表检测仪表l涡轮式流量计涡轮式流量计l多流束切线流叶轮流量计（水表）多流束切线流叶轮流量计（水表）TMT&AI 检测仪表检测仪表l涡街式流量计涡街式流量计l属旋涡流量计类型，属旋涡流量计类型， 它是利用流体振荡它是利用流体振荡的原理进行流量测的原理进行流量测量。量。TMT&AI 检测仪表检测仪表l涡街式流量计涡街式流量计l卡门涡街卡门涡

7、街l1513 年年 Leonardo da Vinci 研究水中阻挡物后静态漩涡研究水中阻挡物后静态漩涡的形成；的形成；l1878 年年 VStrouhal 研究琴弦上产生漩涡感应的声音进研究琴弦上产生漩涡感应的声音进行研究，发现流动特征参数行研究，发现流动特征参数 Sr；l1912 年年 T.von Karman 发现圆柱形阻挡物使流体产生交发现圆柱形阻挡物使流体产生交替分离的稳定的漩涡列替分离的稳定的漩涡列卡门涡街。卡门涡街。TMT&AI 检测仪表检测仪表l涡街式流量计涡街式流量计l卡门涡街卡门涡街l根据实验，当根据实验，当 Re40 时粘性流体绕过圆柱体时，会发时粘性流体绕过圆柱

8、体时，会发生边界层分离，在圆柱体后面产生一对不稳定的旋转方生边界层分离，在圆柱体后面产生一对不稳定的旋转方向相反的对称旋涡；向相反的对称旋涡；lRe40后，对称旋涡不断增长；后，对称旋涡不断增长；l至至 Re60 时，这对不稳定的对称旋涡，最后形成几乎时，这对不稳定的对称旋涡，最后形成几乎稳定的非对称性的、多少有些规则的、旋转方向相反、稳定的非对称性的、多少有些规则的、旋转方向相反、上下交替脱落的旋涡，这种旋涡具有一定的脱落频率，上下交替脱落的旋涡，这种旋涡具有一定的脱落频率，称为卡门涡街。称为卡门涡街。 TMT&AI 检测仪表检测仪表l涡街式流量计涡街式流量计l卡门涡街卡门涡街TMT

9、&AI 检测仪表检测仪表l涡街式流量计涡街式流量计l卡门涡街卡门涡街TMT&AI 检测仪表检测仪表l涡街式流量计涡街式流量计l卡门涡街卡门涡街l介质于介质于 250Re2105 范围内的流动，式中无量纲数范围内的流动，式中无量纲数 St 称为斯特劳哈数。称为斯特劳哈数。l当当 Re1000 时，斯特劳哈数时，斯特劳哈数 St 近似地等于常数。近似地等于常数。TMT&AI 检测仪表检测仪表l涡街式流量计涡街式流量计l工作原理工作原理l漩涡发生体漩涡发生体l漩涡检测传感器漩涡检测传感器l流量公式流量公式TMT&AI 检测仪表检测仪表l涡街式流量计涡街式流量计l工作原

10、理工作原理l漩涡发生体漩涡发生体单漩涡发生体、多漩涡发生体单漩涡发生体、多漩涡发生体l漩涡检测传感器漩涡检测传感器TMT&AI 检测仪表检测仪表l涡街式流量计涡街式流量计l工作原理工作原理l漩涡发生体漩涡发生体l漩涡检测传感器漩涡检测传感器热敏电阻式、电容热敏电阻式、电容式、应力式、超声式、应力式、超声波式、电阻式、其波式、电阻式、其它检测方法它检测方法TMT&AI 检测仪表检测仪表l涡街式流量计涡街式流量计l工作原理工作原理l漩涡发生体漩涡发生体l漩涡检测传感器漩涡检测传感器热敏电阻式：差动热敏电阻式：差动 第一对称，双臂工作第一对称，双臂工作电容式：差动电容式：差动 交流电

11、桥交流电桥应力式：差动应力式：差动 第一对称，双臂工作第一对称，双臂工作电阻式：简单变换电阻式：简单变换超声波式超声波式其它检测方法其它检测方法TMT&AI 检测仪表检测仪表l涡街式流量计涡街式流量计l工作原理工作原理l漩涡发生体漩涡发生体l漩涡检测传感器漩涡检测传感器热敏电阻式：易被沾污、存在热滞后、测量范围窄热敏电阻式：易被沾污、存在热滞后、测量范围窄电容式：不能用于脏污介质和腐蚀性介质电容式：不能用于脏污介质和腐蚀性介质应力式：对管道振动敏感，压电晶体稳定性差应力式：对管道振动敏感，压电晶体稳定性差超声波式：受温度、流场变化的影响较大超声波式：受温度、流场变化的影响较大电阻式：易

12、被沾污、不能用于脏污和腐蚀性介质、受温电阻式：易被沾污、不能用于脏污和腐蚀性介质、受温度影响较大度影响较大其它方法（光纤式、电磁式、电感式、振动体式等）其它方法（光纤式、电磁式、电感式、振动体式等）TMT&AI 检测仪表检测仪表l涡街式流量计涡街式流量计l特点特点l适用于气体、液体和蒸汽介质，其测量几乎不受流体参适用于气体、液体和蒸汽介质，其测量几乎不受流体参数（温度、压力、密度、粘度）变化的影响；数（温度、压力、密度、粘度）变化的影响；l涡街流量计在仪表内部无可动部件，使用寿命长；涡街流量计在仪表内部无可动部件，使用寿命长；l压力损失小（孔板的压力损失小（孔板的 ），输出为频率信号；

13、），输出为频率信号；l有较宽的范围度有较宽的范围度 30:130:1，测量精度也比较高；，测量精度也比较高；l不适用于低雷诺数的测量（不适用于低雷诺数的测量（ReD = 2104）；）；l流体流速分布情况和脉动情况将影响测量准确度；流体流速分布情况和脉动情况将影响测量准确度；l旋涡发生体被沾污也会引起误差。旋涡发生体被沾污也会引起误差。TMT&AI 检测仪表检测仪表l涡街式流量计涡街式流量计l旋进式漩涡流量计旋进式漩涡流量计l也是基于流体振荡原理也是基于流体振荡原理 漩涡进动现象漩涡进动现象TMT&AI 检测仪表检测仪表l关于流量计名称关于流量计名称l容积式流量计容积式流量计

14、转子转子与壳体构成的定排量容积与壳体构成的定排量容积l转转子（浮子）式流量计子（浮子）式流量计 变面积式差压流量计变面积式差压流量计l涡涡街式流量计街式流量计 流体振荡原理流体振荡原理l涡涡轮（叶轮）式流量计轮（叶轮）式流量计 流体推动叶轮旋流体推动叶轮旋转转第第部分部分过程参数检测过程参数检测第三章检测仪表第三章检测仪表流量检测仪表流量检测仪表电磁式流量计电磁式流量计超声波流量计超声波流量计TMT&AI 检测仪表检测仪表l电磁式流量计电磁式流量计l电磁流量计是利用法电磁流量计是利用法拉第电磁感应定律制拉第电磁感应定律制成的一种测量导电液成的一种测量导电液体体积流量的仪表。体体积流量的

15、仪表。TMT&AI 检测仪表检测仪表l电磁式流量计电磁式流量计l工作原理工作原理l1832 年法拉第发现了电磁感应定律；年法拉第发现了电磁感应定律；l试图采用地心磁场的感应电压试图采用地心磁场的感应电压确定泰晤士河的河水流速。确定泰晤士河的河水流速。l1941 年年 Thuelemann，1954 年年Shercliff 研究了电磁流量计的研究了电磁流量计的性能，建立均匀磁场和点电极性能，建立均匀磁场和点电极理论的标准模型。理论的标准模型。TMT&AI 检测仪表检测仪表l电磁式流量计电磁式流量计l工作原理工作原理TMT&AI 检测仪表检测仪表l电磁式流量计电磁式流量计l

16、工作原理工作原理l传感器由两根电极嵌入防磁、绝缘管中获取感应电动势，传感器由两根电极嵌入防磁、绝缘管中获取感应电动势，两个平行线圈绕在管道上建立磁场。两个平行线圈绕在管道上建立磁场。l流量公式流量公式TMT&AI 检测仪表检测仪表l电磁式流量计电磁式流量计l工作原理工作原理l传感器由两根电极嵌入防磁、绝缘管中获取感应电动势，传感器由两根电极嵌入防磁、绝缘管中获取感应电动势，两个平行线圈绕在管道上建立磁场。两个平行线圈绕在管道上建立磁场。l检测方式检测方式点电极点电极电容传感器电容传感器TMT&AI 检测仪表检测仪表l电磁式流量计电磁式流量计l工作原理工作原理l点电极点电极l电容

17、传感器电容传感器电荷等效电路电荷等效电路电压等效电路电压等效电路TMT&AI 检测仪表检测仪表l电磁式流量计电磁式流量计l工作原理工作原理l励磁方式励磁方式直流励磁直流励磁采用直流电产生磁场或采用永久磁铁。采用直流电产生磁场或采用永久磁铁。使用直流磁场易使通过测量管道的电解质液体被极化，使用直流磁场易使通过测量管道的电解质液体被极化，即电解质在电场中被电解，产生正负离子，在电场力的即电解质在电场中被电解，产生正负离子，在电场力的作用下，正负离子跑向正负极。这将导致正负电极分别作用下，正负离子跑向正负极。这将导致正负电极分别被相反极性的离子所包围，严重影响仪表的正常工作。被相反极性的离子

18、所包围，严重影响仪表的正常工作。直流励磁一般只用于测量非电解质液体，如液态金属等。直流励磁一般只用于测量非电解质液体，如液态金属等。TMT&AI 检测仪表检测仪表l电磁式流量计电磁式流量计l工作原理工作原理l励磁方式励磁方式交流励磁交流励磁目前工业上使用的电磁流量计，大都采用工频（目前工业上使用的电磁流量计，大都采用工频（50 Hz50 Hz）电源交流励磁方式，交变磁场流量计的主要优点是消除电源交流励磁方式，交变磁场流量计的主要优点是消除了电极表面的极化干扰。了电极表面的极化干扰。但由于电磁感应，会造成正交干扰、同相干扰。但由于电磁感应，会造成正交干扰、同相干扰。TMT&AI

19、检测仪表检测仪表l电磁式流量计电磁式流量计l工作原理工作原理l励磁方式励磁方式方波励磁方波励磁低频方波励磁方式结合了直低频方波励磁方式结合了直流励磁方式和交流励磁方式流励磁方式和交流励磁方式各自优点。各自优点。低频方波励磁零点稳定低频方波励磁零点稳定高频方波励磁响应速度快高频方波励磁响应速度快TMT&AI 检测仪表检测仪表l电磁式流量计电磁式流量计l工作原理工作原理l励磁方式励磁方式方波励磁方波励磁两点方法两点方法三点方法三点方法TMT&AI 检测仪表检测仪表l电磁式流量计电磁式流量计l特点特点l适用于测量各种腐蚀性酸、碱、盐溶液，固体颗粒悬浮适用于测量各种腐蚀性酸、碱、盐溶液

20、，固体颗粒悬浮物，粘性介质等溶液；管径可从直径物，粘性介质等溶液；管径可从直径 1 1mmmm 做到做到 2 2m m 以上。以上。 l电磁流量传感器反应迅速，可以测量脉动流量；电磁流量传感器反应迅速，可以测量脉动流量；l测量范围很广，量程比可达测量范围很广，量程比可达100:1100:1；l只能测量导电介质的流量；只能测量导电介质的流量； l使用温度和压力不能太高，使用温度一般低于使用温度和压力不能太高，使用温度一般低于 120120，最高工作压力一般不得超过最高工作压力一般不得超过 1.6MPa1.6MPa；l必须有足够的直管段长度。必须有足够的直管段长度。TMT&AI 检测仪表检

21、测仪表l电磁式流量计电磁式流量计l介质电导率介质电导率l通用电磁流量计可测介质的电导率阈值在通用电磁流量计可测介质的电导率阈值在1010-4-45 51010-6-6 S/cm S/cm 之间。之间。l若干液体在若干液体在 20 20 时的电导率时的电导率石油石油(3(35)5)1010-13-13丙酮丙酮(2(26)6)1010-8-8纯水，高度蒸馏水纯水，高度蒸馏水4 41010-8-8苯苯7.67.61010-8-8液氨液氨1.31.31010-7-7甲醇甲醇(4.4(4.47.2)7.2)1010-7-7TMT&AI 检测仪表检测仪表l电磁式流量计电磁式流量计l安装安装TMT&

22、amp;AI 检测仪表检测仪表l超声波流量计超声波流量计l工作原理工作原理TMT&AI 检测仪表检测仪表l超声波流量计超声波流量计l超声波在流体中传播时，其传播受介质流动速度的超声波在流体中传播时，其传播受介质流动速度的影响，利用这一特点可以求出介质的流量。影响，利用这一特点可以求出介质的流量。l超声波的接收和发射称换能器，换能器既可兼作声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。波的收和发，也可以分开进行。TMT&AI 检测仪表检测仪表l超声波流量计超声波流量计l测量原理测量原理l时差法时差法通过测量超声波通过测量超声波脉冲顺流和逆流脉冲顺流和逆

23、流时传播的时间差来得到流体的流速。时传播的时间差来得到流体的流速。TMT&AI 检测仪表检测仪表l超声波流量计超声波流量计l测量原理测量原理l时差法时差法通过测量超声波通过测量超声波脉冲顺流和逆流脉冲顺流和逆流时传播的时间差来得到流体的流速。时传播的时间差来得到流体的流速。速度修正系数：超声波在管道内的传播长度与流速有关速度修正系数：超声波在管道内的传播长度与流速有关（Boone & Vermaas，1991）当流体的马赫数当流体的马赫数 M 0.1 时，时，超声波传播路径可近似为超声波传播路径可近似为直线。直线。TMT&AI 检测仪表检测仪表l超声波流量计超声波流量计

24、l测量原理测量原理l时差法时差法通过测量超声波通过测量超声波脉冲顺流和逆流脉冲顺流和逆流时传播的时间差来得到流体的流速。时传播的时间差来得到流体的流速。速度修正系数：速度修正系数：层流层流紊流紊流TMT&AI 检测仪表检测仪表l超声波流量计超声波流量计l测量原理测量原理l时差法时差法通过测量超声波通过测量超声波脉冲顺流和逆流脉冲顺流和逆流时传播的时间差来得到流体的流速。时传播的时间差来得到流体的流速。速度修正系数：速度修正系数：层流层流TMT&AI 检测仪表检测仪表l超声波流量计超声波流量计l测量原理测量原理l相差法相差法换能器发射连续换能器发射连续超声脉冲或者周超声脉冲或者周

25、期较长的脉冲波列，测量顺流和逆流发射时所接收到信期较长的脉冲波列，测量顺流和逆流发射时所接收到信号之间的相位差来得到流体的流速。号之间的相位差来得到流体的流速。TMT&AI 检测仪表检测仪表l超声波流量计超声波流量计l测量原理测量原理l频率法频率法通过测量顺流和通过测量顺流和逆流时超声脉冲逆流时超声脉冲的重复频率来测量流量。的重复频率来测量流量。TMT&AI 检测仪表检测仪表l超声波流量计超声波流量计l测量原理测量原理l时差法时差法/ /频率法探测器的安装频率法探测器的安装Z Z 法、法、V V 法、法、N N 法、法、W(M)W(M)法、法、X X 法、其它方法法、其它方法TMT&AI 检测仪表检测仪表l超声波流量计超声波流量计l测量原理测量原理l时差法时差法/ /频率法频率法例：采用时差法设计的超声波流例：采用时差法设计的超声波流量计，超声波换能器安装在管道量计，超声波换能器安装在管道的一侧，超声波束经过两次反射，请推导流量方程。的一侧，超声波束经过两次反射，请推导流量方程。TMT&AI