第三章 流量检测

第三章流量检测

内容提要：

1.差压式流量计

2.转子流量计

3.旋涡流量计

4.质量流量计

5.其她流量计

★8学时★

基本概念：

介质流量就就是控制生产过程达到优质高产和安全生产以及进行经济核算

所必需得一个重要参数。

流量大小:单位时间内流过管道某一截面得流体数量得大小,即瞬时流量。

总量:在某一段时间内流过管道得流体流量得总和，即瞬时流量在某一段时间

内得累计值。

1、差压式流量计

差压式（也称节流式）流量计就就是基于流体流动得节流原理,利用流体流经

节流装置时产生得压力差而实现流量测量得。

通常就就是由能将被测流量转换成压差信号得节流装置和能将此压差转换

成对应得流量值显示出来得差压计以及显示仪表圻组成。

节流现象与流量基本方程式

⑴节流现象

流体在有节流装置得管道中流动时，在节流装置前后得管壁处，流体得静压力

产生差异得现象称为节流现象。节流装置包括节流件和取压装置。

如图3-1孔板装置及压力、流速分布图

注意:要准确测量出截面I、n处得压力有困难,因为产生最低静压力p2.得

截面n得位置随着流速得不同会改变。因此就就是在孔板前后得管壁上选择两个

固定得取压点，来测量流体在节流装置前后得压力变化。因而所测得得压差与流

量之间得关系，与测压点及测压方式得选择就就是紧密相关得。

(2)节流基本方程式

流量基本方程式就就是阐明流量与压差之间定量关系得基本流量公式。她就

就是根据流体力学中得伯努利方程和流体连续性方程式推导而得得。

Q=a叱艮3M=c(£FzJ2Pz

VA

可以看出:要知道流量与压差得确切关系，关键在于a得取值。流量与压力差△

P得平方根成正比。

标准节流装置

国内外把最常用得节流装置、孔板、喷嘴、文丘里管等标准化,并称为“标

准节流装置”。

标准化得具体内容包括节流装置得结构、尺寸、加工要求、取压方法、使用

条件等。

例:如图(孔板断面示意图)，标准孔板对尺寸和公差、粗糙度等都有详细规定。

其中“。应在0、2〜0、8之间;最小孔径应不小于12、5mm;直孔部分得厚

度方=(()、005—0、02)D;总厚度HV0、05幺锥面得斜角”=30°〜45°等等,

需要时可参阅设计手册。

我国规定:标准节流装置取压方法分为角接取压法、法兰取压法。

例:标准孔板采用角接取压法和法兰取压法，标准喷嘴为角接取压法。

如图:环式取压结构

1-管道法兰;2一环室;3一孔板;4一夹紧环

环室取压法能得到较好得测量精度，但就就是加工制造和安装要求严格，如果

由于加工和现场安装条件得限制,达不到预定得要求时，其测量精度仍难保证，所

以，在现场使用时,为了加工和安装方便，有时不用环室而用单独钻孔取压，特别就

就是对大口径管道。

优点缺点

标准孔板应用广泛，结构简单，安装流体经过孔板后压力损失大，当工艺管

方便,适用于大流量得测量道上不允许有较大得压力损失时，便不宜采

用。

标准喷嘴压力损失较孔板小结构比较复杂，不易加工

和标准文丘里

管

标准节流装置仅适用于测量管道直径大于50mm，雷诺数在104〜105以上得

流体，而且流体应当清洁，充满全部管道，不发生相变。

节流装置将管道中流体流量得大小转换为相应得差压大小，但这个差压信号

还必须由导压管引出，并传递到相应得差压计，以便显示出流量得数值。

差压式流量计得测量误差

在现场实际应用时，往往具有比较大得测量误差,有得甚至高达10%~2（必）。

注意:不仅需要合理得选型、准确得设计计算和加工制造，更要注意正确得安

装、维护和符合使用条件等,才能保证差压式流量计有足够得实际测量精度。

误差产生得原因:被测流体工作状态得变动;节流装置安装不正确;孔板入口边

缘得磨损;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。

导压管要正确地安装，防止堵塞与渗漏，否则会引起较大得测量误差。对于不

同得被测介质，导压管得安装亦有不同得要求，下面分类讨论。

如图3-3测量液体流量时得取压点位置

如图3-4测量液体流量时得连接图

1一节流装置;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测量液体得流量时，应该使两根导压管内都充满同样得液体而无气泡，以

使两根导压,管内得液体密度相等。

a）取压点应该位于节流装置得下半部，与水平线夹角a为0°〜45°。

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

1：2（）〜1：1（））,使气泡易于排出。

c）在引压导管得管路中，应有排气得装置。

②测量气体流量忖，上述得这些基本原则仍然适用。

a）取压点应在节流装置得上半部。

b）引压导管最好垂直向上，至少亦应向上倾斜一定得坡度，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，则需加装贮液罐和排放阀，如图3-5o

③测量蒸汽得流量时，要实现上述得基本原虬必须解决蒸汽冷凝液得等液

位问题，以消除冷凝液液位得高低对测量精度得影响。常见得接法见图3-6所示。

差压计或差压变送器安装或使用不正确也会引起测量误差。

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，如图3-7所示。

测量腐蚀性（或因易凝固不适宜直接进入差压计）得介质流量时，必须采取隔

离措施。常用得两种隔离罐形式如图3-8所示。

2、转子流量计

工作原理:以压降不变，利用节流面积得变化来测量流量得大小，即转子流量计

采用得就就是恒压降、变节流面积得流量测量方法。如图3-9所示。

转子流量计中转子得平衡条件就就是

V（g-O）g=（P-P2）A

v（A-pzk

邸=P|-Pi=-------;------

A

根据转子浮起得高度就可以判断被测介质得流量大小

M=例，2

将P、=~~土厘代入以上两式:

A

电远传式转子流量计

她可以将反映流量大小得转子高度力转换为电信号，适合于远传，进行显示或

记录。

LZD系列电远传式转子流量计主要由流量变送及电动显示两部分组成。

流量变送部分如图所示:差动变压器结构

转换原理:若将转子流量计得转子与差动变压器得铁芯连接起来，使转子随流

量变化得运动带动铁芯一起运动，那么，就可以将流量得大小转换成输出感应电势

得大小。

电动显示部分（如图:LTD系列电远传转子流量计）

转子流量计得指示值修正(教材中不涉及，选学)

转子流量计得流量标尺上得刻度值，对用于测量液体来讲就就是代表20C时

水得流量值，对用于测量气体来讲则就就是代表20℃,0、1()133MPa压力下空气

得流量值。所以，在实际使用时，要根据具体体情况进行修正。

⑴液体流量测量时得修正

2gV(g一4,)

C)=做

4A

如果被测介质得黏度与水得黏度相差不大，可近似认为6就就是常数，则有

整理后得

l(Pr-PW)Pf

xQf=K°Q/

\(pt-pf)pw

QvU-P/R

同理可导得质量流量得修正公式为

当采用耐酸不锈钢作为转子材料时,0t=7、9g/cm3，水得密度0w=1g/cm3,

代入(3-34)与式(3-36)得

当介质密度Of变化时，密度修正系数KQ、得数值见下表。

密度修正系数表

3KQKMKQKM0KQKM

0、0、1、0、0、1、01、1、0、

406705169597122502728々

0、0、1、1、1、1、1、51、0、

45646435000000005297837

0、()、61、1、1、0、1、60、0>

5083365050289790323827

0、0、1、1、1、00、1、1、0、

55719307105696065351818

0、0、1、1、1、0、1、1、0、

607542561508494370376809

0>60、71、1、21、0、1、1、0、8

58721101119277540100

0、0、1、1、1、0、1、1、40、

70819170251399118027792

()、()、81、11、1、0、1、1、40、

755134301658978553785

()、80、1、1、1、1()、81、1、0、

088210235938490477778

0、0、1、01、1、0、1、1、0、

85912734022087295504771

0、0、1、1、1、0、2、1、0、

909440464524585900529764

例:现用一只以水标定得转子流量计来测量苯得流量，已知转子材料为不锈钢,

0=7、9g/Cm3,苯得密度为0仁0、83gzem3。试问流量计读数为3、6L/s时，苯

得实际流量就就是多少？

Pf

解:由式:KQ=或查上表:K°=0.9

Pf

将此值代入式00=得

Q=——xQ.=—X3.6=4£/5

FfKQ°0.9

即苯得实际流量为4Z/5o

(2)气体流量测定时得修正

对被测介质得密度、工作压力和温度均需进行修正。

当已知仪表显示刻度要计算实际得工作介质流量时，可按下式修正。

注意:上式计算得到得就就是被测介质在单位时间(小时)内流过转子流量

计得•标准状态下得容积数(标准立方米),而不就就是被测介质在实际工作状态下

得容积流量。

例:某厂用转子流量计来测量温度为27℃,表压为0、16MPa得空气流量，问

转子流量计读数为38Nm3/h时，空气得实际流量就就是多少？

解巳知Q0=38Nm3/h,/?/=0、16十0、10133=()、26133\1P

a,n=27+273=300K,TO=293Km=0、10133MPa,21=QO=1、293Kg/N

m3。

将上列数据代入上式，便可得

1.293二0.26133

Qi=x38y60.3M//〃

1.2930.10133

即这时空气得流量为60、3Nm3/ho

(3)蒸汽流量测量时得换算

转子流量计用来测量水蒸气流量时，若将蒸汽流量换算为水流量,可按式

P[Pw

Q)=xM/=K"Mf计算。

{pt-p^PfPw

若转子材料为不锈钢,01=7、9g/cm3,则有

P「P、、

Q)=-----义Mf=

\[p1~pf)pfxAv

当pf«p,时,2=29.56

可以看出:若已知某饱和蒸汽(温度不超过200℃)流量值时，可从上式换算成

相应得水流量值，然后按转子流量计规格选择合适口径得仪表。

3、漩涡流量计

特点:精度高、测量范围宽、没有运动部件、无机械磨损、维护方便、压力

损失小、节能效果明显。

卡曼涡街：

(a)圆柱卡曼涡街

漩涡流量计就就是利用有规则得漩涡剥离现象来测量流体流量得仪表。

满足h/L=0、281时，则所产生得涡街就就是稳定得。由圆柱体形成得卡曼

漩涡，其单侧漩涡产生存频率为

漩涡频率得检测方法:热敏检测法、电容检测法、应力检测法、超声检测法

如图:圆柱检出器原理图

4、质量流量计

直接式质量流量计

科氏力流量计得测量原理就就是基于流体在振动管中流动叱将产生与质量

流量成正比得科里奥利力。

如图:科氏力流量计测量原理

质量流量

A,K0

M=—^s

45

优点:能够直接测量质量流量,不受流体物性（密度、黏度等）得影响，测量精度

高；测量值不受管道内流场影响，没有上、下游直管段长度得要求;可测各种非牛

顿流体以及黏滞和含微粒得浆液。

缺点:她得阻力损失较大;零点不稳定;管路振动会影响测量精度。

间接式质量流量计

⑴测量体积流量Q得仪表与密度计配合（如图）

质量流量：町=心2

（2）测量0。2得仪表与密度计配合

质量流量:/郎=K,Q

⑶测量0Q2得仪表与测量Q得仪表配合

质量流量:2=K《=K/,Q

)Q

5、其她流量计

椭圆齿轮流量计

工作原理：

通过椭圆齿轮流量计得体积流量

Q=4%

使用特点：

令适用于高黏度介质得流量测量。

◊测量精度较高，压力损失较小,安装使用也较方便。

◊椭圆齿轮流量计得入口端必须加装过滤器。

令椭圆齿轮流量计得使用温度有一定范围。

令椭圆齿轮流量计得结构复杂，加工成本较高。

涡轮流量计

1一涡轮;2—导流器;3—磁电感应转换器;4—外壳；5—前置放大器

优点:安装方便；测量精度高，可耐高压;反应快，可测脉动流量;输出信号为电

频率信号，便于远传，不受干扰。

缺点:一般应加过滤器；安装时，前后要有一定得直管段。

电磁流量计

电磁流量计原理图：

能够测量酸、碱、盐溶液以及含有固体颗粒（例如泥浆）或纤维液体得流量。

感应电势得方向由右手定则判断，大小由下式决定

Ex=K'BDv

而加u

4

将其代入上式，得

「4K'BD”

E=---------=KIJ

Xvm

注意:只能用来测量导电液体得流量，且导电率要求不小于水得导电率，不能测

量气体、蒸汽及石油制品等得流量。要引入高放大倍数得放大器，会造成测量系

统很复杂、成本高，并且易受外界电磁场得干扰。使用中要注意维护，防止电极与

管道间绝缘得破坏。安装时要远离一切磁源。不能有振动。

第四章物位检测

内容提要：

1.物位检测意义及主要类型

2.差压式液位计

3.其她物位计

★4学时★

1、物位检测意义及主要类型

本节掌握三个内容；

a、几个概念:液位、料位、液位计、界位计。

b、测量物位得两个目得:教材Pg46°

C、按其工作原理分为:直读式物位仪表、差压式物位仪表、浮力式物位仪

表、电磁式物位仪表、核辐射式物位仪表、声波矢物位仪表、光学式物位仪表。

2、差压式液位计

工作原理

如图:差压液位变送器原理图

将差压变送器得一端接液相，另一端接气相

1八=P+Hpg

P2=P

因此kp=p「［%=Hpg

当被测容器就就是敞口得，气相压力为大气压时,只需将差压变送器得负压室

通大气即可。若不需要远传信号，也可以在容器底部安装压力表，如图:压力表式液

位计所示。

工--------------k

零点迁移问题

如图：负迁移示意图

毕？X_一

在使用差压变送器测量液位时，一般来说

2=Hpg

实际应用中，正、负室压力.八分别为

Pi=2g+Hp、g+“0

Pl=4夕2g+P。

则Pl—〃2=Hp、g+h】p2g一色夕2g

W="gg-仇一4）。2g

迁移弹簧得作用:改变变送器得零点。

迁移和调零:都就就是使变送器输出得起始值与被测量起始点相对应，只不过

零点调整量通常较小，而零点迁移量则比较大。

迁移:同时改变了测量范围得上、下限，相当于测量范围得平移,她不改变量程

得大小。

例:某差压变送器得测量范围为0-5000Pa,当压差由0变化到50001%时，变

送器得输出将由4mA变化到20mA,这就就是无迁移得情况,如左图中曲线a所

示。负迁移如曲线b所示，正迁移如曲线c所示。

如图:正负迁移示意图

如图:正迁移示意图

J——

用法兰式差压变送器测量液位

为了解决测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及黏度大、易凝固等液体液位时

引压管线被腐蚀、被堵塞得问题，应使用在导压管入口处加隔离膜盒得法兰式差

压变送器，如下图所示:法兰式差压变送器测量液位示意图。

1一法兰式测量头;2一毛细管;3—变送器

法兰式差压变送器按其结构形式:单法兰式、双法兰式

3、其她物位计

电容式物位传感器

测量原理:通过测量电容量得变化可以用来检测液位、料位和两种不同液体

得分界面。

如图:电容器得组成

1一内电极;2—外电极

两圆筒间得电容量C

2加L

C=~D

In—

d

当。和d一定时，电容量C得大小与极板得长度L和介质得介电常数

s得乘积成比例。

液位得检测:对非导电介质液位测量得电容式液位传感器原理如下图所示:非

导电介质得液位测量

1—内电极;2—外电极;3—绝缘套;4—流通小孔

当液位为零时，仪表调整零点，其零点得电容为

2宓（）L

D

Inli

当液位上升为“时，电容量变为

2后“2在（Q-H）

R+-

In—In—

dd

电容量得变化为

C-J万号叽

In—

d

结论:电容量得变化与液位高度H成正比。该法就就是利用被测介质得介电

系数£与空气介电系数④不等得原理进行工作,（£-助值越大,仪表越灵敏。电容器两

极间得距离越小,仪表越灵敏。

料位得检测:用电容法可以测量固体块状颗粒体及粉料得料位。由于固体间

磨损较大，容易“滞留”，可用电极棒及容器壁组成电容器得两极来测量非导电固

体料位。

如图所示为用金属电极棒插入容器来测量料位得示意图O

1-金属电极棒;2—容器壁

电容量变化与料位升降得关系为

_2%（£4）//

电容物位计优缺点:

◊电容物位计得传感部分结构简单、使用方便。

◊需借助较复杂得电子线路。

◊应注意介质浓度、温度变化时，其介电系数也要发生变化这种情况。

核辐射物位计（见图4-11）

射线得透射强度随着通过介质层厚度得增加而减弱，具体关系如下式。

特点:

令适用于高温、高压容器、强腐蚀、剧毒、有爆炸性、黏滞性、易结晶或

沸腾状态得介质得物位测量,还可以测量高温融熔金属得液位O

令可在高温、烟雾等环境下工作。

令但由于放射线对人体有害，使用范围受到一些限制。

称重式液罐计量仪（见图4-14）

该计量仪既能将液位测得很准,又能反映出罐中真实得质量储量。

称重仪根据天平原理设计O

杠杆平衡时:（P1-P2=MgL?，由于〃2-Pl=Hpg，代入可得：

L?=^pH=KpH

如果液罐就就是均匀截面Mo=pHA

的=%

A

将此式代入＞=外丽=KpH，得:u=—M）

M"A

如果液罐得横截面积A为常数，得

式中:（=q=图1

L=KM)

2AAM

第五章温度检测

内容提要：

1.概述

2.热电偶温度计

3.热电阻温度计

4.温度变送器

★6学时★

1、概述

a、温度检测方法:温度不能直接测量，只能借助于冷热不同物体之间得热交

换，以及物体得某些物理性质随冷热程度不同而变化得特性来加以间接测量。

b、了解分类情况:

c、常用温度计得种类及优抉点（见表5—1）

膨胀式温度计

膨胀式温度计就就是基于物体受热时体积膨张得性质而制成得。

压力式温度计

应用压力随温度得变化来测温得仪表叫压力式温度计。

她就就是根据在封闭系统中得液体、气体或低沸点液体得饱和蒸汽受热后体

积膨胀或压力变化这一原理而制成得,并用压力表来测量这种变化，从而测得温

度。

压力式温度计得构造由以下三部分组成

令温包

◊毛细管

◊弹簧管（或盘簧管）

辐射式温度计

辐射式高温计就就是基于物体热辐射作用来测量温度得仪表。

2、热电偶温度计

热电偶温度计就就是以热电效应为基础得测温仪表。

热电偶温度计由三部分组成:热电偶;测量仪表;连接热电偶和测量仪表得导

线。

热电偶（见图5-3热电偶温度计测温系统示意图;图5-4热电偶示意图）

热电现象及测温原理（见图5-5〜7）

EQ，to)=eAB(。-eABOo)

图5-7闭合回路:

£(/,/())=(。+Gt))

注意:如果组成热电偶回路得两种导体材料相同,则无论两接点温度如何，闭合

回路得总热电势为零;如果热电偶两接点温度相同，尽管两导体材料不同,闭合回

路得总热电势也为零;热电偶产生得热电势除了与两接点处得温度有关外,还与热

电极得材料有关。也就就就是说不同热电极材料制成得热电偶在相同温度下产生

得热电势就就是不同得。

插入第三种导线得问题

如图:热电偶测温系统连接图

图(a)总得热电势

耳=eABt)+0c(乙)+eCB(，1)+eBA(，0)

由于

e8cCl)=~eCB(，l)

分八(，0)=-)

将该两式代入前式

Ej=(/)一Go)

图(b)总得热电势

&=〃/)+^BCGo)+eCAOo)

因此eABGo)+eBC(，0)+%(“0)=0-6八8(%)=©8C(，0)+eCAOo)

耳e八8（，o）

说明:在热电偶回路中接入第三种金属导线对原热电偶所产生得热电势数值

并无影响。不过必须保证引入线两端得温度相同。

常用热电偶得种类（见表5-2）

工业上对热电极材料得要求

◊温度每增加1℃时所能产生得热电势要大,而且热电势与温度应尽可能

成线性关系；

◊物理稳定性要高；

令化学稳定性要高；

令材料组织要均匀，要有韧性，便于加工成丝;复现性好，便于成批生产,而且在

应用上也可保证良好得互换性。

热电偶得结构（见图5-10）

普通型热电偶:热电极、绝缘管、保护套管、接线盒

常用绝缘子材料

材料工作温度/'C

橡皮、绝缘漆80

扶琅150

玻璃管500

石英管1200

瓷管1400

纯氧化铝管1700

常用保护套管

材料工作温度/℃

无缝钢管

600

不锈钢管

1000

石英管

1200

瓷管

1400

A1203陶

1900以上

瓷管

补偿导线得选用（见图5-11）

采用一种专用导线，将热电偶得冷端延伸出来,这既能保证热电偶冷端温度保

持不变，又经济。

她也就就是由两种不同性质得金属材料制成，在一定温度范围内（0〜1CO℃）

与所连接得热电偶艮有相同祥热电特性，其材料又就就是廉价金属。

在使用热电偶补偿导线时，要注意型号相配。

常用热电偶得补偿导线

热电偶名称补偿导线工作端为100℃,冷端

正极负极为()℃时得标准热电势

材料颜色材料颜色/mV

销钱10一钻铜红铜锲绿0、645±0.037

银辂-银硅(银铝)铜红铜锲蓝4、095±0、105

媒铭•-铜像锲格红铜锲棕6、317±0、170

铜一铜媒铜红铜锲白4、277±0、047

冷端温度得补偿

在应用热电偶测温时，只有将冷端温度保持为0°C,或者就就是进行一定得修

正才能得出准确得测量结果。这样做，就称为热电偶得冷端温度补偿。一般采用

下述几种方法。

⑴冷端温度保持为0℃得方法(见图5-12)

(2)冷端温度修正方法

在实际生产中，冷端温度往往不就就是0℃,而就就是某一温度“，这就引起测

量误差。因此，必须对冷端温度进行修正。

⑶校正仪表零点法

若采用测温元件为热电偶时,要使测温时指示值不偏低，可预先将仪表指针调

整到