各種流量計(jì)工作原理結(jié)構(gòu)圖

1、第一節(jié) 節(jié)流式流量檢測(cè)如果在管道中安置一個(gè)固定的阻力件，它的中間是一個(gè)比管道截面小的孔，當(dāng)流體流過該阻力件的小孔時(shí)，由于流體流束的收縮而使流速加快、靜壓力降低，其結(jié)果是在阻力件前后產(chǎn)生一個(gè)較大的壓力差。它與流量(流速)的大小有關(guān)，流量愈大，差壓也愈大，因此只要測(cè)出差壓就可以推算出流量。把流體流過阻力件流束的收縮造成壓力變化的過程稱節(jié)流過程，其中的阻力件稱為節(jié)流件。 作為流量檢測(cè)用的節(jié)流件有標(biāo)準(zhǔn)的和特殊的兩種。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件包括標(biāo)準(zhǔn)孔板、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴和標(biāo)準(zhǔn)文丘里管，如圖9.1所示。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)化的節(jié)流件，在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)都有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定要求和計(jì)算所需的有關(guān)數(shù)據(jù)、圖及程序；可直接按照標(biāo)準(zhǔn)制造、安裝和使用，不必進(jìn)

2、行標(biāo)定。 圖9.1 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置特殊節(jié)流件也稱非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件，如雙重孔板、偏心孔板、圓缺孔板、1/4圓缺噴嘴等，他們可以利用已有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行估算，但必須用實(shí)驗(yàn)方法單獨(dú)標(biāo)定。特殊節(jié)流件主要用于特殊；介質(zhì)或特殊工況條件的流量檢測(cè)。 目前最常見的節(jié)流件是標(biāo)準(zhǔn)孔板，所以在以下的討論中將主要以標(biāo)準(zhǔn)孔板為例介紹節(jié)測(cè)式流量檢測(cè)的原理、設(shè)計(jì)以及實(shí)現(xiàn)方法等。 一、檢測(cè)原理 設(shè)穩(wěn)定流動(dòng)的流體沿水平管流經(jīng)節(jié)流件，在節(jié)流件前后將產(chǎn)生壓力和速度的變化，如剛9.2所示。在截面1處流體未受節(jié)流件影響，流束充滿管道，管道截面為A1，流體靜壓力為p1，平均流速為v1，流體密度為1。截面2是經(jīng)節(jié)流件后流束收縮的最小截面，其截面積為

3、A2，壓力為P2，平均流速為v2，流體密度為2。圖9.2中的壓力曲線用點(diǎn)劃線代表管道中心處?kù)o壓力，實(shí)線代表管壁處?kù)o壓力。流體的靜壓力和流速在節(jié)流件前后的變化情況，充分地反映了能量形式的轉(zhuǎn)換。在節(jié)流件前，流體向中心 圖9.2 流體流經(jīng)節(jié)流件時(shí)壓力和流速變化情況加速，至截面2處，流束截面收縮到最小，流速達(dá)到最大，靜壓力最低。然后流束擴(kuò)張，流速逐漸降低，靜壓力升高，直到截面3處。由于渦流區(qū)的存在，導(dǎo)致流體能量損失，因此在截面3處的靜壓力P3不等于原先靜壓力p1，而產(chǎn)生永久的壓力損失。 設(shè)流體為不可壓縮的理想流體，在流經(jīng)節(jié)流件時(shí)，流體不對(duì)外作功，和外界沒有熱能交換，流體本身也沒有溫度變化，則根據(jù)伯努利

4、方程，對(duì)于截面1、2處沿管中心的流線有以下能量關(guān)系： （9-1） 因?yàn)槭遣豢蓧嚎s流體，則。由于流速分布的不均勻，截面1、2處平均流速與管中心的流速有以下關(guān)系： （9-2）式中C1，C2為截面1、2處流速分布不均勻的修正系數(shù)?？紤]到實(shí)際流體有粘性，在流動(dòng)時(shí)必然會(huì)產(chǎn)生摩擦力，其損失的能量為，為能量損失系數(shù)。在考慮上述因素后，截面1、2處的能量關(guān)系可寫成： （9-3）根據(jù)流體的連續(xù)性方程，有 （9-4）又設(shè)節(jié)流件的開孔面積為A0 ，定義開口截面比m=A。A1 ，收縮系數(shù)=A2A0 。聯(lián)解式(9-2)-式（9-4）可得 （9-5） 因?yàn)榱魇钚〗孛?的位置隨流速而變，而實(shí)際取壓點(diǎn)的位置是固定的；另外實(shí)

5、際取壓是在管壁取的，所測(cè)得的壓力是管壁處的靜壓力?？紤]到上述因素，設(shè)實(shí)際取壓點(diǎn)處取得的壓力為，用它代替式(9-5)中管軸中心的靜壓力時(shí)，需引入一個(gè)取壓系數(shù)，并且取 （9-6）將上式代入（9-5），并根據(jù)質(zhì)量流量的定義，可寫出質(zhì)量流量與差壓的關(guān)系： （9-7） 令流量系數(shù)為 （9-8）于是流體的質(zhì)量流量可簡(jiǎn)寫為 （9-9）體積流量為 （9-10） 對(duì)于可壓縮性流體，考慮到氣體流經(jīng)節(jié)流件時(shí)，由于時(shí)間很短，流體介質(zhì)與外界來不及進(jìn)行熱交換，可認(rèn)為其狀態(tài)變化是等熵過程，這樣，可壓縮性流體的流量公式與不可壓縮性流體的流量公式就有所不同。但是，為了方便起見，可以采用和不可壓縮性流體相同的公式形式和流量系數(shù)，

6、只是引入一個(gè)考慮到流體膨脹的校正系數(shù)，稱可膨脹性系數(shù)，并規(guī)定節(jié)流件前的密度為1，則可壓縮性流體的流量與差壓的關(guān)系為 （9-11）式中可膨脹性系數(shù)的取值為小于等于1，如果是不可壓縮性流體，則=1。 式（9-11）成為流量方程，也稱流量公式。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，流量系數(shù) 常用流出系數(shù)C來表示，它們之間的關(guān)系為： （9-12）式中，稱為直徑比。這樣，流量方程也可寫成： （9-13）二、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置 節(jié)流裝置包括節(jié)流件、取壓裝置和符合要求的前、后直管段。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置是指節(jié)流件和取壓裝置都標(biāo)準(zhǔn)化，節(jié)流件前后的測(cè)量管道也符合有關(guān)規(guī)定。它是通過大量試驗(yàn)總結(jié)出來的，裝置一經(jīng)設(shè)計(jì)和加工完畢便可直接投入使用，無需進(jìn)行單

7、獨(dú)標(biāo)定。這意味著，在標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的設(shè)計(jì)、加工、安裝和使用中必須嚴(yán)格按照規(guī)定的技術(shù)要求、規(guī)程和數(shù)據(jù)進(jìn)行，以保證流量測(cè)量的精度。 下面以標(biāo)準(zhǔn)孔板為例介紹標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的結(jié)構(gòu)、特性和安裝等的技術(shù)要求及規(guī)程： 圖9.3 標(biāo)準(zhǔn)孔板(1)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件孔板 標(biāo)準(zhǔn)孔板是一塊具有與管道軸線同心的圓形開孔的、兩面平整且平行的金屬薄板，其剖面圖如圖9.3所示。它的結(jié)構(gòu)形式和要求如下(詳見標(biāo)準(zhǔn)GBT262493)：1)標(biāo)準(zhǔn)孔板的節(jié)流孔直徑d是一個(gè)很重要的尺寸，在任何情況必須滿足同時(shí)，節(jié)流孔直徑d值應(yīng)取相互之間大致有相等角度的四個(gè)直徑測(cè)量結(jié)果的平均值，并要求任一單測(cè)值與平均值之差不得超過直徑平均值的士0.05。節(jié)流孔應(yīng)為圓

8、筒形并垂直于上游端面A。 2)孔板上游端面A的平面度(即連接孔板表面上任意兩點(diǎn)的直線與垂直于軸線的平面之間的斜度)應(yīng)小于0.5，在直徑小于D且與節(jié)流孔同心的圓內(nèi)，上游端面A的粗糙度必須小于或等于10-4d；孔板的下游端面B無需達(dá)到與上游端面A同樣的要求，但應(yīng)通過目視進(jìn)行檢查。 3)節(jié)流孔厚度e應(yīng)在O.005D與O.02D之間，在節(jié)流孔的任意點(diǎn)上測(cè)得的各個(gè)e值之間的差不得大于O.001D；孔板厚度E應(yīng)在e與0.05D之間(當(dāng)50mmD64mm時(shí)，E可以等于3.2mm)，在孔板的任意點(diǎn)上測(cè)得的各個(gè)E值之差不超過0.001D；如果E>e，孔板的下游側(cè)應(yīng)有一個(gè)擴(kuò)散的圓錐表面，該表面的粗糙度應(yīng)達(dá)到

9、上游端面A的要求，圓錐面的斜角F為45土15。 4)上游邊緣G應(yīng)是尖銳的(即邊緣半徑不大于0.0004d)，無卷口、無毛邊，無目測(cè)可見的任何異常；下游邊緣H和I的要求可低于上游邊緣G，允許有些小缺陷。(2)標(biāo)準(zhǔn)取壓裝置 不同的節(jié)流件應(yīng)采用不同形式的取壓裝置。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)孔板，我國(guó)國(guó)家規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)的取壓方式有角接取壓法、法蘭取壓法和D一取壓法。1)角接取壓角接取壓的取壓口位于上、下游孔板前后端面處，取壓口軸線與孔板各相應(yīng)端面之間的間距等于取壓口直徑之半或取壓口環(huán)隙寬度之半。取壓口可以是環(huán)隙取壓口和單獨(dú)鉆孔取壓口，分別如圖9.4中的a.和b.。當(dāng)采用環(huán)隙取壓時(shí)，通常要求環(huán)隙在整個(gè)圓周上穿通管道，或者每個(gè)

10、夾持環(huán)應(yīng)至少由四個(gè)開孔與管道內(nèi)部連通，每個(gè)開孔的中心線彼此互成等角度，而每個(gè)開孔面積不小于12mm2；當(dāng)采用單獨(dú)鉆孔取壓時(shí)，取壓口的軸線應(yīng)盡可能以90°與管道軸線相交。顯然，環(huán)隙取壓由于環(huán)室的均壓作用，便于測(cè)出孔板兩端的平穩(wěn)差壓，有利于提高測(cè)量精度，但是夾持環(huán)的加工制造和安裝要求嚴(yán)格。當(dāng)管徑D>500mm時(shí)，一般采用單獨(dú)鉆孔取壓。環(huán)隙寬度或單獨(dú)鉆孔取壓口的直徑口通常取410mm之間。 圖9.4 角接取壓口 2)法蘭取壓和D一取壓法蘭取壓裝置是沒有取壓口的法蘭，D一取壓裝置是沒有取壓口的管段，以及為保證取壓口的軸線與節(jié)流件斷面的距離而用來夾緊節(jié)流件的法蘭，如圖9.5所示。圖中的法

11、蘭取壓口的間距、是分別從節(jié)流件上、下游端面量起，而D一取壓口的間距、都是從節(jié)流件上游端量起。、的取值見下表。取壓口的最小直徑可根據(jù)偶然阻塞得可能及良好的動(dòng)態(tài)特性來決定，沒有任何限制，但上游和下游取壓口應(yīng)具有相同的直徑，并且取壓口的軸線與管道軸線相交成直角。取壓方式/mm/ mm0.6>0.60.6>0.6法蘭取壓25.4±125.4±0.5（D<150）25.4±1(150D1000)25.4±125.4±0.5（D<150）25.4±1(150D1000)D一取壓D±0.1D0.5D±0.

12、02D0.5D±0.01D 表9-1 取壓口間距、的取值 (3)直管段 節(jié)流裝置應(yīng)安裝在符合要求的兩段直管段之間。節(jié)流裝置上游及下游側(cè)的直管段(如圖9.5所示)分為如下三段：節(jié)流件至上游第一個(gè)局部阻力件，其距離為；上游第一與第二個(gè)局部阻力件，距離為節(jié)流件至下游第一個(gè)局部阻力件，距離為。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置對(duì)直段管、的要求如下：1)直管段應(yīng)是有恒定橫截面積的圓筒形管道，用目測(cè)檢查管道應(yīng)該是直的。2)管道內(nèi)表面應(yīng)該清潔，無積垢和其他雜質(zhì)。節(jié)流件上游10D的內(nèi)表面相對(duì)平均粗度應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定。3)節(jié)流裝置上、下游側(cè)最短直管段長(zhǎng)度隨上游側(cè)阻力件的形式和節(jié)流件的直徑比而異最短直管段長(zhǎng)度見表9-2。表中所

13、列長(zhǎng)度是最小值，實(shí)際應(yīng)用時(shí)建議采用比所規(guī)定的長(zhǎng)度更的直管段。表中的閥門應(yīng)全開，調(diào)節(jié)流量的閥門應(yīng)位于節(jié)流裝置的下游。如果直管段長(zhǎng)度用表中括號(hào)內(nèi)的數(shù)值時(shí)，流出系數(shù)的不確定度要算術(shù)相加±O.5的附加不確定度。如果在流裝置上游串聯(lián)了幾個(gè)阻力件(除全為90°彎頭外)，則在第一個(gè)和第二個(gè)阻力件之間的長(zhǎng)可按第二個(gè)阻力件的形式，并取=0.7(不論實(shí)際值是多少)取表中數(shù)值的一半，串聯(lián)幾個(gè)90°彎頭時(shí)=O。 圖9.5 節(jié)流件上、下游阻力件及直管段長(zhǎng)度表9-2 孔板、噴嘴和文丘里噴嘴所要求的最短直管段長(zhǎng)度mm 比 節(jié)流件上游側(cè)阻流件形式和最短直管段長(zhǎng)度 節(jié)流件下游最短直管段長(zhǎng)度(包括在

14、本表中的所有阻流件) 單個(gè)90。彎頭或三通(流體僅從一個(gè)支管流出) 在同一平面上的兩個(gè)或多個(gè)90。彎頭 在不同平面上的兩個(gè)或多個(gè)90。彎頭 漸縮管(在1.5D：3D的長(zhǎng)度內(nèi)由2D 為D) 慚擴(kuò)管(在1D至2D的長(zhǎng)度內(nèi)由O.5D變?yōu)镈)球型閥全開 全孔球閥或閘閥全開0.200.250.300.350.400.450.500.550.600.650.700.750.8010(6)10(6)10(6)12(6)14(7)14(7)14(7)16(8)18(9)22(11)28(14)36(18)46(23)14(7)14(7)16(8)16(8)18(9)18(9)20(10)22(11)26(13

15、)32(16)36(18)42(21)50(25)34(17)34(17)34(17)36(18)36(18)38(19)40(20)44(22)48(24)54(27)62(31)70(35)80(40)55555556(5)8(5)9(5)11(6)14(7)22(11)30(15)16(8)16(8)16(8)16(8)16(8)17(9)18(9)20(10)22(11)25(13)30(15)38(19)54(27)18(9)18(9)18(9)18(9)20(10)20(10)22(11)24(12)26(13)28(14)32(16)36(18)44(22)12(6)12(6)1

16、2(6)12(6)12(6)12(6)12(6)14(7)14(7)16(8)20(10)24(12)30(15)4(2)4(2)5(2.5)5(2.5)6(3)6(3)6(3)6(3)7(3.5)7(3.5)7(3.5)8(4)8(4)例9.1 如圖9.5所示，設(shè)閥門為全開閘閥，管道直徑D=300mm，孔板開孔直徑d=120mm，試確定直管段、的長(zhǎng)度。解 直徑比由表9-2查得 =14D，=6D， =1/2×20D把D=300mm，代入，即可求得各直管段長(zhǎng)度： =3000mm =4200mm =1800mm三、節(jié)流式流量計(jì) 節(jié)流式流量計(jì)是基于節(jié)流裝置的一種流量檢測(cè)儀表，也稱差壓型流量

17、計(jì)。它由節(jié)流裝置(節(jié)件和取壓裝置)、引壓導(dǎo)管、差壓計(jì)和顯示儀表組成，框圖如圖9.6所示。 圖9.6 節(jié)流式流量計(jì)框圖節(jié)流裝置把流體流量轉(zhuǎn)換成差壓，通過引壓導(dǎo)管送到差壓計(jì)。差壓計(jì)進(jìn)一步將差壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流，顯示儀表把接收到的電流信號(hào)通過標(biāo)尺指示流量，標(biāo)尺長(zhǎng)度忙。由于節(jié)流裝置是一個(gè)非線性環(huán)節(jié)，因此顯示儀表的流量指示標(biāo)尺也必須是非線性刻度，這給尺寸設(shè)計(jì)和讀數(shù)帶來不便，誤差也相對(duì)會(huì)增大一些。為解決流量指示的非線性問題，需要在檢測(cè)系統(tǒng)中增加一個(gè)非線性補(bǔ)償環(huán)節(jié)(即開方器)。開方器可以依附在差壓計(jì)(這種差壓計(jì)稱帶開方器的差壓計(jì))內(nèi)，即差壓計(jì)輸出與差壓之間的關(guān)系為；也可以在差壓計(jì)后插入一個(gè)開方器，開方器輸出為

18、，由開方器輸出到顯示儀表。增加一個(gè)開方器后，標(biāo)尺長(zhǎng)度與流量即成為線性關(guān)系 （9-14）例9.2 有一臺(tái)節(jié)流式流量計(jì)，滿量程為10kgs，當(dāng)流量為滿刻度的65和30時(shí)，試求流量值在標(biāo)尺上的相應(yīng)位置(距標(biāo)尺起始點(diǎn))，設(shè)標(biāo)尺總長(zhǎng)度為100mm。解 如果流量計(jì)不帶開方器，則標(biāo)尺長(zhǎng)度與流量的關(guān)系為由題意，可求得 如果流量計(jì)帶開方器，則標(biāo)尺長(zhǎng)度與流量為線性關(guān)系，由(9-14)式可得，當(dāng)=6.5kgs和3.0kgs，標(biāo)尺離起始點(diǎn)的距離分別為 節(jié)流式流量計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制造，工作可靠，使用壽命較長(zhǎng)，適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。幾乎能測(cè)量各種工況下的介質(zhì)流量，是一種應(yīng)用很普遍的流量計(jì)。使用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，只要嚴(yán)格按照有關(guān)

19、規(guī)定和規(guī)程設(shè)計(jì)、加工和安裝節(jié)流裝置，流量計(jì)不需進(jìn)行標(biāo)定可直接使用。但是流量產(chǎn)生的壓力損失大，流量計(jì)的刻度一般是非線性的，流量測(cè)量范圍也較窄，正常情況下量程比只有3：1，不能測(cè)量直徑在50mm以下的小口徑與大于1000mm的大口徑的流量，也不能測(cè)量臟污介質(zhì)和粘度較大的介質(zhì)的流量，同時(shí)還要求流體的雷諾數(shù)要大于某個(gè)臨界值。第二節(jié) 電磁式流量檢測(cè)電磁式流量檢測(cè)方法目前應(yīng)用最廣泛的是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律進(jìn)行流量測(cè)量的電磁流量計(jì)，它能檢測(cè)具有一定電導(dǎo)率的酸、堿、鹽溶液，腐蝕性液體以及含有固體顆粒(泥漿、礦漿等)的液體流量。但不能檢測(cè)氣體、蒸汽和非導(dǎo)電液體的流量。一、 檢測(cè)原理 導(dǎo)體在磁場(chǎng)中作切割磁力線運(yùn)

20、動(dòng)時(shí)，在導(dǎo)體中便會(huì)有感應(yīng)電勢(shì)，其大小與磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度、導(dǎo)體在磁場(chǎng)內(nèi)的有效長(zhǎng)度及導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)速度成正比。同理，如圖9.7所示，導(dǎo)電的流體介質(zhì)在磁場(chǎng)中作垂直方向流動(dòng)而切割磁力線時(shí)，也會(huì)在管道兩邊的電極上生感應(yīng)電勢(shì)。感應(yīng)電勢(shì)的方向由右手定則確定，其大小由下式?jīng)Q定： （9-15）式中Ex為感應(yīng)電勢(shì)；B為磁感應(yīng)強(qiáng)度；D為管道直徑，即導(dǎo)電流體垂直切割磁力線的長(zhǎng)度；v為垂直于磁力線方向的流體速度。因?yàn)轶w積流量等于流體流速v與管道截面積A的乘積，故 （9-16）將上式代入（9-15），可得 （9-17） 由上式可知，在管道直徑D已確定并維持磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變時(shí)，這時(shí)體積流量與感應(yīng)電勢(shì)具有線性關(guān)系，而感應(yīng)電勢(shì)與流

21、體的溫度、壓力、密度和粘度等無關(guān)。根據(jù)上述原理制成的流量檢測(cè)儀表稱電磁流量計(jì)。 圖9.7 電磁式流量檢測(cè)原理 圖9.8 電磁流量計(jì)結(jié)構(gòu)二、電磁流量計(jì)的結(jié)構(gòu) 電磁流量計(jì)的結(jié)構(gòu)如圖9.8所示，它主要由磁路系統(tǒng)、測(cè)量導(dǎo)管、電極、襯里、外殼以及轉(zhuǎn)換器等部分組成。 (1)磁路系統(tǒng) 用于產(chǎn)生均勻的直流或交流磁場(chǎng)。直流磁場(chǎng)可以用永久磁鐵來實(shí)現(xiàn)，其結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。但是，在電極上產(chǎn)生的直流電勢(shì)會(huì)引起被測(cè)液體的電解，因而在電極上發(fā)生極化現(xiàn)象，破壞了原有的測(cè)量條件；當(dāng)管道直徑較大時(shí)，永久磁鐵也要求很大，這樣既笨重又不經(jīng)濟(jì)。所以，工業(yè)生產(chǎn)用的電磁流量計(jì)，大多采用交變磁場(chǎng)，且是用50Hz工頻電源激勵(lì)產(chǎn)生的。產(chǎn)生交變磁場(chǎng)勵(lì)

22、磁線圈的結(jié)構(gòu)型式因?qū)Ч艿目趶讲煌兴煌?，圖9.8是一種集中繞組式結(jié)構(gòu)。它由兩只串聯(lián)或并聯(lián)的馬鞍形勵(lì)磁組組成，上下各一只夾持在測(cè)量導(dǎo)管上。為形成磁路，減少干擾及保證磁場(chǎng)均勻，在線圈外圍有若干層硅鋼片疊成的磁軛。 (2)測(cè)量導(dǎo)管 其作用是讓被測(cè)液體通過。它的兩端設(shè)有法蘭，以便與管道連接。為使磁力線通過測(cè)量導(dǎo)管時(shí)磁通不被分路并減少渦流，測(cè)量導(dǎo)管必須采用不導(dǎo)磁、低導(dǎo)電率、低導(dǎo)熱率和具有一定機(jī)械強(qiáng)度的材料制成，一般可選用不銹鋼、玻璃鋼、鋁及其他高強(qiáng)度塑料等。(3)電極 電極的結(jié)構(gòu)如圖9.9所示，它的作用是把被測(cè)介質(zhì)切割磁力線時(shí)所產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)引出。為了不影響磁通分布，避免因電極引入的干擾，電極一般由

23、非導(dǎo)磁的不銹鋼材料制成。 電極要求與襯里齊平， 以便流體通過時(shí)不受阻礙。電極的安裝位置宜在管道的水平方向，以防止沉淀物堆積在電極上而影響測(cè)量精度。 圖9.9 電極的結(jié)構(gòu) (4)襯里 在測(cè)量導(dǎo)管的內(nèi)側(cè)及法蘭密封面上，有一層完整的電絕緣襯里。它直接接觸被測(cè)介質(zhì)，主要作用是增加測(cè)量導(dǎo)管的耐磨與耐蝕性，防止感應(yīng)電勢(shì)被金屬測(cè)量導(dǎo)管管壁短路。因此，襯里必須是耐腐、耐磨以及能耐較高溫度的絕緣材料。(5)外殼 一般用鐵磁材料制成，它是保護(hù)勵(lì)磁線圈的外罩，并可隔離外磁場(chǎng)的干擾。（6)轉(zhuǎn)換器 流體流動(dòng)產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)十分微弱，采用50Hz交流電源供電，因而各種干挽因素的影響很大。轉(zhuǎn)換器的目的是將感應(yīng)電勢(shì)放大并能抑制

24、主要的干擾信號(hào)。三、正交干擾信號(hào)的產(chǎn)生與抑制采用交變磁場(chǎng)時(shí)，設(shè)磁感應(yīng)強(qiáng)度B=Bmsinmt，則感應(yīng)電勢(shì)為 （9-18） 應(yīng)用交變磁場(chǎng)可以有效地消除極化現(xiàn)象，但隨之而來的電磁干擾信號(hào)明顯增大，主要的干擾信號(hào)是所謂的正交干擾信號(hào)，它是指其相位和被測(cè)感應(yīng)電勢(shì)Ex，相差90°造成這種干擾的主要原因是：在電磁流量計(jì)工作時(shí)，管道內(nèi)充滿導(dǎo)電液體，這樣，電極引線、被測(cè)液體和轉(zhuǎn)換器的輸入阻抗構(gòu)成閉合回路。而交變磁通不可避免地會(huì)穿過該閉合回路，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，交變磁場(chǎng)在閉合回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)為： （9-19）式中K為系數(shù)，把交變磁場(chǎng)代入上式，得 （9-20） 比較式（9-18）和式（9-20）可以看

25、出，信號(hào)電勢(shì)Ex與干擾電勢(shì)et的頻率相同，而相位上相差90°，所以習(xí)慣上稱此項(xiàng)干擾為正交干擾(也稱90°干擾)。嚴(yán)重時(shí)，正交干擾et可能與信號(hào)電勢(shì)Ex相當(dāng)，甚至超過Ex。所以，必須設(shè)法消除此項(xiàng)影響，否則會(huì)引起測(cè)量誤差，甚至造成流量計(jì)無法工作。消除正交干擾的方法很多，目前主要采用的方法有：(1)利用信號(hào)引出線路自動(dòng)補(bǔ)償，如圖9.10所示，從一根電極上引出兩根導(dǎo)線，并分別繞過磁極形成兩個(gè)從一根電極上引出兩根導(dǎo)線，并分別繞過磁極形成兩個(gè)回路內(nèi)產(chǎn)生方向相反的感應(yīng)電勢(shì)，通過調(diào)零電位器，使進(jìn)入儀表的干擾電勢(shì)相互抵消，以減小正交干擾電勢(shì)進(jìn)入轉(zhuǎn)換器的輸入電路。 圖9.10 利用引出線自動(dòng)補(bǔ)

26、償正交干擾(2)在轉(zhuǎn)換器的放大電路中進(jìn)一步采取補(bǔ)償措施，例如，在主放大器的反饋網(wǎng)絡(luò)上設(shè)置正交干擾抑制器。四、轉(zhuǎn)換器及其構(gòu)成原理 電磁流量計(jì)轉(zhuǎn)換器的任務(wù)是把電極檢測(cè)到的交變感應(yīng)電勢(shì)經(jīng)放大轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的直流標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。根據(jù)電磁流量計(jì)的檢測(cè)特點(diǎn)，轉(zhuǎn)換器應(yīng)滿足以下要求。 (1)要求轉(zhuǎn)換器有很高的輸入阻抗。由于感應(yīng)電勢(shì)的通道是兩個(gè)電極間的液體，被測(cè)液體的導(dǎo)電性能往往很低，例如100mm管徑，被測(cè)介質(zhì)是蒸餾水時(shí)，內(nèi)阻約為20k左右。另外，考慮到分布電容的影響，故一般希望轉(zhuǎn)換器的輸入阻抗要大于lOM，最好要超過lOOM。 (2)感應(yīng)電勢(shì)Ex比較微弱，并且伴有各種干擾信號(hào)。為此，要求轉(zhuǎn)換器除對(duì)有用信號(hào)進(jìn)行放大外，

27、還必須設(shè)法消除各種干擾。圖9.11 正交干擾自動(dòng)補(bǔ)償原理對(duì)于正交干擾電勢(shì)，雖然在信號(hào)引線時(shí)采取了一定的補(bǔ)償措施，但是，由于正交干擾電勢(shì)在工作中是變化的，因而在轉(zhuǎn)換部分還必須進(jìn)一步降低它的影響。最常用的方法是利用正交干擾電壓自動(dòng)補(bǔ)償，其原理見圖9.11所示。在轉(zhuǎn)換器的放大通道中，附加有消除正交干擾影響的負(fù)反饋線路，取出放大器輸出信號(hào)中的正交干擾電壓，深度負(fù)反饋到放大器的輸入端，與輸入信號(hào)中的正交干擾電壓相減，從而使正交干擾電壓的輸出值降低到倍，即。而信號(hào)電壓Ex不進(jìn)人負(fù)反饋線路，通過放大器后的信號(hào)電壓輸出為KEx，K為放大器的放大倍數(shù)。 為了減小與感應(yīng)電勢(shì)同相位的共模干擾信號(hào)的影響，轉(zhuǎn)換器的前置

28、放大器一般要采用差動(dòng)放大形式，利用差動(dòng)放大的抑制作用，消除共模干擾的影響。(3)由(9-18)式可知，感應(yīng)電勢(shì)與磁場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)。如果勵(lì)磁電源電壓和頻率有波動(dòng)，必然要引起磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化，從而影響測(cè)量的正確性。因此，必須在轉(zhuǎn)換器部分采取措施，以消除電源波動(dòng)的影響。圖9.12是根據(jù)上述要求設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)換器原理框圖。被測(cè)信號(hào)Ex與反饋信號(hào)Vz比較后得差值信號(hào)，經(jīng)前置放大器、主放大器、相敏整流和功率放大器得到直流電流I0。I0通過線圈產(chǎn)生磁感應(yīng)強(qiáng)度By，By=K1I0作用于霍爾乘法器與控制電流Iy相乘，得到霍爾電勢(shì)其中KH為霍爾乘法器的霍爾系數(shù)。VH經(jīng)分壓后得到反饋電壓Vz，Kz為分壓系數(shù)。由于控制電流Iy與

29、流量計(jì)的勵(lì)磁電流取自同一電源，則。因此有 圖9.12 轉(zhuǎn)換部分方框圖令正向通道的總放大倍數(shù)，反饋回路的反饋系數(shù)。這樣，當(dāng)時(shí)，有 （9-21）將式（9-17）代入（9-21），得 （9-22）由此可見，轉(zhuǎn)換器輸出的電流信號(hào)，I0 與體積流量成正比。在采用霍爾乘法器時(shí)，Iy的引人消除了由于勵(lì)磁電源電壓波動(dòng)對(duì)測(cè)量的影響；正交干擾抑制單元保證了對(duì)正交干擾的負(fù)反饋?zhàn)饔?，大大減小了正交干擾的影響。五、電磁流量計(jì)的特點(diǎn)測(cè)量導(dǎo)管內(nèi)無可動(dòng)部件或突出于管道內(nèi)部的部件，因而壓力損失極小； 只要是導(dǎo)電的，被測(cè)流體可以是含有顆粒、懸浮物等，也可以是酸、堿、鹽等腐蝕性介質(zhì)；流量計(jì)的輸出電流與體積流量成線性關(guān)系，并且不受液

30、體的溫度、壓力、密度、粘度等參數(shù)的影響；電磁流量計(jì)的量程比一般為10：1，精度較高的量程比可達(dá)100：1；測(cè)量口徑范圍大，可以從lmm到2m以上，特別適用于Im以上口徑的水流量測(cè)量；測(cè)量精度一般優(yōu)于O.5。電磁流量計(jì)反應(yīng)迅速，可以測(cè)量脈動(dòng)流量；電磁流量計(jì)的主要缺點(diǎn)有：被測(cè)流體必須是導(dǎo)電的，不能測(cè)量氣體、蒸汽和石油制品等的流量；由于襯里材料的限制，一般使用溫度為0200；因電極是嵌裝在測(cè)量導(dǎo)管上的，這也使最高工作壓力受到一定限制。第三節(jié) 容積式流量檢測(cè)容積式流量檢測(cè)是讓被測(cè)流體充滿具有一定容積的空間，然后再把這部分流體從出口排出，根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)排出的流體體積可直接確定體積流量，根據(jù)一定時(shí)間內(nèi)排出

31、的總體積數(shù)可確定流體的體積總量?；谌莘e式檢測(cè)方法的流量檢測(cè)儀表一般稱為容積式流量計(jì)。常見的容積式流量計(jì)有：橢圈齒輪流量計(jì)、腰輪(羅茨)流量計(jì)、刮板流量計(jì)、活塞式流量計(jì)、濕式流量計(jì)及皮囊式流計(jì)等，其中腰輪式、濕式、皮囊式可以測(cè)量氣體流量。一、檢測(cè)原理為了連續(xù)地在密閉管道中測(cè)量流體的流量，一般是采用容積分界方法，即由儀表殼體和活動(dòng)壁組成流體的計(jì)量室，流體經(jīng)過儀表時(shí)，在儀表的入、出口之間產(chǎn)生壓力差，推動(dòng)活動(dòng)壁旋轉(zhuǎn)，將流體一份一份地排出。設(shè)計(jì)量室的容積為V0，當(dāng)活動(dòng)壁旋轉(zhuǎn)n次時(shí)，流體流過的體積總量為Qv=nV。根據(jù)計(jì)量室的容積和旋轉(zhuǎn)頻率可獲得瞬時(shí)流量。下面主要介紹應(yīng)用橢圓齒輪和刮板的檢測(cè)原理。 圖9

32、.13 應(yīng)用橢圓齒輪測(cè)量流量示意圖(1)應(yīng)用橢圓齒輪的檢測(cè)原理 如圖9.13所示，活動(dòng)壁是一對(duì)互相嚙合的橢圓齒輪。被測(cè)流體由左向右流動(dòng)，橢圓齒輪A在差壓=p1-p2作用下，產(chǎn)生一個(gè)順時(shí)針轉(zhuǎn)矩如圖9.13中(a)，使齒輪A順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，并把齒輪與外殼之間的初月形容積內(nèi)的介質(zhì)排出，同時(shí)帶動(dòng)齒輪B作逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。在(b)位置時(shí)，齒輪A、B均受到轉(zhuǎn)矩，并使它們繼續(xù)沿原來方向轉(zhuǎn)動(dòng)。在(c)位置時(shí)，齒輪B在差壓作用下產(chǎn)生一個(gè)逆時(shí)針轉(zhuǎn)矩，使齒輪B旋轉(zhuǎn)并帶動(dòng)A輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)又把齒輪B與外殼之間空腔內(nèi)的介質(zhì)排出。這樣齒輪交替地(或同時(shí))受力矩作用，保持橢圓齒輪不斷地旋轉(zhuǎn)，介質(zhì)以初月形空腔為單位一次又一次地

33、經(jīng)過齒輪排至出口?？梢钥闯觯瑱E圓齒輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，排出四個(gè)初月形空腔的容積，所以流體總量為 （9-23）式中V0為初月形空腔的容積，可以算得 （9-24）式中a、b為橢圓齒輪長(zhǎng)、短半軸；為齒輪的厚度。應(yīng)用腰輪檢測(cè)流量的基本原理和橢圓齒輪相同，只是活動(dòng)壁形狀為一對(duì)腰輪，并且腰輪上沒有牙齒。 圖9.14 凸輪式刮板流量計(jì)(2)應(yīng)用刮板的檢測(cè)原理 其活動(dòng)壁為兩對(duì)刮板。它有兩種主要形式，凸輪式和凹線式，其中圖9.14為凸輪式刮板流量計(jì)示意圖。它的殼體內(nèi)腔是圓形空筒，轉(zhuǎn)子是一個(gè)空心圓筒，筒邊開有四個(gè)槽，相互成90°角，可讓刮板在槽內(nèi)伸出或縮進(jìn)。四個(gè)刮板由兩根連桿聯(lián)接，也互成90°角，在

34、空間交叉，互不干擾。在每個(gè)刮板的一端裝有一小滾柱，四個(gè)滾柱分別在一個(gè)不動(dòng)的凸輪上滾動(dòng)，從而使刮板時(shí)而伸出 ，時(shí)而縮進(jìn)。轉(zhuǎn)子在人口和出口壓差作用下，連刮板一起產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，四個(gè)刮板輪流伸出、縮進(jìn)，把計(jì)量室(兩塊刮板和殼體內(nèi)壁、圓筒外壁所形成的空間)逐一排至出口。和橢圓齒輪一樣，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)動(dòng)一周便排出四個(gè)計(jì)量室容積的流體。二、容積式流量計(jì)的工作特性容積式流量計(jì)的工作特性與流體的粘度、密度以及工作溫度、壓力等因素有關(guān)，相對(duì)來說，粘度的影響要大一些。圖9.15是容積式流量計(jì)代表性的特性曲線，其中包括誤差和壓力損失兩組曲線。 由誤差曲線可以看到，多數(shù)曲線是負(fù)誤差，主要原因是儀表中有活動(dòng)壁，活動(dòng)壁與殼體內(nèi)壁問的

35、間隙產(chǎn)生流體的泄漏。在小流量時(shí)，由于轉(zhuǎn)子所受力矩小，而它本身又有一定的摩擦阻力，因而泄漏量相對(duì)較大，特別是在流量很小時(shí)，負(fù)誤差會(huì)很大；當(dāng)流量達(dá)到一定數(shù)值后，泄漏量相對(duì)較小，特性曲線比較平坦；當(dāng)流量較大時(shí)，由于流量計(jì)的入、出口間壓力降增大，導(dǎo)致泄漏量相應(yīng)增大。在相同的流量下，流體的粘度越低、越容易泄漏，誤差也就越大；對(duì)于高粘度流體，則泄漏相對(duì)較小，因此誤差變化不大。 流體流過流量計(jì)的壓力損失隨流量的增加幾乎線性上升，流體粘度愈高，壓損也愈大。三、信號(hào)轉(zhuǎn)換容積式流量計(jì)的信號(hào)轉(zhuǎn)換的任務(wù)是把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)按一定的比例關(guān)系轉(zhuǎn)換成流體的實(shí)際流量信號(hào)(瞬時(shí)值或累積值)，并進(jìn)行顯示。顯示方式有就地顯示和遠(yuǎn)傳顯示兩種

36、。下面以橢圓齒輪流量計(jì)為例作一介紹。(1)就地顯示 橢圓齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)數(shù)通過橢圓齒輪軸輸出，又經(jīng)一系列齒輪減速及轉(zhuǎn)速比調(diào)整機(jī)構(gòu)之后，直接帶動(dòng)儀表的指針和機(jī)械計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)流量和總量的顯示。其原理如圖9.16所示。 圖9.15 容積式流量計(jì)特性曲線 圖9.16 橢圓齒輪流量計(jì)的顯示原理(2)遠(yuǎn)傳顯示 遠(yuǎn)傳顯示是通過減速與速比調(diào)整后的齒輪帶動(dòng)永久磁鐵旋轉(zhuǎn)，使得干簧繼電器的觸點(diǎn)以永久磁鐵相同的旋轉(zhuǎn)頻率同步地閉合或斷開，從而發(fā)出一個(gè)個(gè)電脈沖遠(yuǎn)傳給控制室的二次儀表。通過電子計(jì)數(shù)器可進(jìn)行流量的積算，通過頻率一電壓(電流)轉(zhuǎn)換器可變成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)。四、容積式流量計(jì)的特點(diǎn) 測(cè)量精度較高，積算精度可達(dá)±O

37、.2±O.5，有的甚至能達(dá)到±O.1；量程比一般為10：1；測(cè)量口徑在10150mm左右；容積式流量計(jì)適宜測(cè)量較高粘度的液體流量，在正常的工作范圍內(nèi)，溫度和壓力對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響很小；安裝方便，對(duì)儀表前、后直管段長(zhǎng)度沒有嚴(yán)格的要求；由于儀表的精度主要取決于殼體與活動(dòng)壁之間的間隙，因此對(duì)儀表制造、裝配要求高，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)也比較復(fù)雜；要求被測(cè)介質(zhì)干凈，不含固體顆粒，否則會(huì)使儀表卡住，甚至損壞儀表，為此要求在流量計(jì)前安裝過濾器；不適宜測(cè)量較大的流量，當(dāng)測(cè)量口徑較大時(shí)，成本高，重量和體積大，維護(hù)不方便。第四節(jié) 變面積式流量檢測(cè)變面積式流量檢測(cè)是利用在下窄上寬的錐形管中的浮子所受的力平衡原

38、理工作的。由于流量不同，浮子的高度不同，亦即環(huán)形的流通面積要隨流量變化。常用的轉(zhuǎn)子流量計(jì)以及沖塞式流量計(jì)、汽缸活塞式流量計(jì)等屬于這種檢測(cè)方法。下面主要結(jié)合轉(zhuǎn)子流量計(jì)討論變面積式流量檢測(cè)方法的原理、特性和特點(diǎn)。 圖9.17 變面積式流量檢測(cè)原理一、檢測(cè)原理 如圖9.17所示，在一垂直的錐形管中，放置一阻力件浮子(也稱轉(zhuǎn)子)。當(dāng)流體自下而上流經(jīng)錐形管時(shí)，受到浮子阻擋產(chǎn)生一個(gè)差壓，并對(duì)浮子形成一個(gè)向上作用力。同時(shí)浮子在流體中受到向上的浮力。當(dāng)這兩個(gè)垂直向上的合力超過浮子本身所受重力時(shí)，浮子便要向上運(yùn)動(dòng)。隨著浮子的上升，浮子與錐形管間的環(huán)形流通面積增大，流速減低，流體作用在浮子上的阻力減小，直到作用在

39、浮子上的各個(gè)力達(dá)到平衡，浮子停留在某一高度。當(dāng)流量發(fā)生變化時(shí)，浮子將移到新的位置，繼續(xù)保持平衡。將錐形管沿高度方向以流量刻度時(shí)，則從浮子最高邊緣所處的位置便可以知道流量的大小。由于無論浮子處于哪個(gè)平衡高度，其前后的壓力差(也即流體對(duì)浮子的阻力)總是相同的，故這種方法又稱恒壓降式流量檢測(cè)。浮子在錐形管中流體的作用下所受到的力有：浮子本身垂直向下的重力 （9-25）流體對(duì)浮子所產(chǎn)生的垂直向上的浮力 （9-26）和流體作用在浮子上垂直向上的阻力 （9-27）式（9-25）-（9-27）中，Vf為浮子體積；f為浮子密度；為流體密度；Af為浮子的最大截面積；為阻力系數(shù)；v為流體在環(huán)形流通截面上的平均流速

40、。 當(dāng)浮子在某一位置平衡時(shí)，則 （9-28）將式（9-25）、（9-26）、（9-27）代入（9-28），整理后得流體通過環(huán)形流通面的流速為 （9-29） 設(shè)環(huán)形流通面積為A0 ，則流體的體積流量為 （9-30）式中，稱流量系數(shù)。式（9-30）是變面積式流量檢測(cè)的基本流量方程?？梢钥闯觯?dāng)錐形管、浮子形狀和材料一定時(shí)，流過錐形管的流體的體積流量與環(huán)形流通面積A0 成線性關(guān)系。而A0 又與錐形管的高度h有明確的關(guān)系，由圖9.17可知 （9-31）式中D0為標(biāo)尺零處錐形管直徑；為錐形管錐半角；df為浮子最大直徑。 在制造時(shí)，一般使D0df。由于錐角很小，一般在1211°31左右，所以tg

41、很小，如果忽略項(xiàng)，則 （9-32）將式（9-32）代入（9-30），有 （9-33）由此可見，體積流量與浮子在錐形管中的高度近似成線性關(guān)系。流量越大，則浮子所處的平衡位置越高。二、對(duì)流量方程各參數(shù)的討論(1)流量系數(shù) 實(shí)驗(yàn)證明：流量系數(shù)與錐形管的錐度，浮子的幾何形狀以及被測(cè)流體的雷諾數(shù)等因素有關(guān)。 在錐形管和浮子的形狀已經(jīng)確定的情況下，流量系數(shù)隨雷諾數(shù)變化。圖9.18是三種不同形狀的浮子流量系數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系曲線。從圖中可以看出，當(dāng)雷諾數(shù)比較小時(shí)，隨雷諾數(shù)的增加而逐漸增大，當(dāng)雷諾數(shù)達(dá)到一定值后，基本上保持平穩(wěn)。不同形狀的浮子的與雷諾數(shù)的關(guān)系曲線也不同。(2)流體密度 由于流量方程式(9-30)

42、中包括有流體的密度，因此應(yīng)用變面積式流量檢測(cè)儀表時(shí)應(yīng)事先知道流體的密度。按國(guó)家規(guī)定，轉(zhuǎn)子流量計(jì)在流量刻度時(shí)是在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(20，760mmHg)下用水(對(duì)液體)或空氣(對(duì)氣體)介質(zhì)進(jìn)行標(biāo)定的。當(dāng)被測(cè)介質(zhì)或工況改變時(shí)，應(yīng)對(duì)儀表刻度進(jìn)行修正。設(shè)被測(cè)介質(zhì)的實(shí)際密度為，當(dāng)流量計(jì)指示值為時(shí)，實(shí)際流體的流量為 （9-34）上式是在假設(shè)介質(zhì)改變或密度改變時(shí)流體的粘度與標(biāo)定用的水或空氣的粘度相差不大條件下得出的。如果粘度變化比較大，會(huì)導(dǎo)致阻力系數(shù)的變化，從而影響流量系數(shù)。 圖9.18 流量系數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系三、信號(hào)轉(zhuǎn)換 變面積式流量檢測(cè)儀表根據(jù)顯示方式的不同可分為兩類：一類是玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)，其錐形管是由玻璃制成

43、，并在管壁上標(biāo)有流量刻度，因此可以直接根據(jù)轉(zhuǎn)子的高度進(jìn)行讀數(shù)；另一類為電遠(yuǎn)傳轉(zhuǎn)子流量計(jì)，如圖9.19所示。它主要由金屬錐形管、轉(zhuǎn)子、連動(dòng)桿、鐵心和差動(dòng)線圈等組成，當(dāng)被測(cè)流體的流量變化時(shí)，轉(zhuǎn)子在錐形管內(nèi)上下移動(dòng)。由于轉(zhuǎn)子、連動(dòng)桿和鐵心為鋼性連接，轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)將帶動(dòng)鐵心一起產(chǎn)生位移，從而改變差動(dòng)變壓器的輸出，通過信號(hào)放大后可使輸出電壓或電流與流量成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此，在電遠(yuǎn)傳式轉(zhuǎn)子流量計(jì)中，錐形管和轉(zhuǎn)子的作用是將流量的大小轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子的位移，而鐵心和差動(dòng)變動(dòng)器的作用是進(jìn)一步將轉(zhuǎn)子的位移轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。 圖9.19 電遠(yuǎn)傳轉(zhuǎn)子流量計(jì)原理圖 四、轉(zhuǎn)子流量計(jì)的特點(diǎn) 轉(zhuǎn)子流量計(jì)主要適合于檢測(cè)中小管徑、較低雷諾數(shù)

44、的中小流量；流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，工作可靠，儀表前直管段長(zhǎng)度要求不高；流量計(jì)的基本誤差約為儀表量程的±2，量程比可達(dá)10：1；流量計(jì)的測(cè)量精度易受被測(cè)介質(zhì)密度、粘度、溫度、壓力、純凈度、安裝質(zhì)量等的影響。第五節(jié) 其他流量的檢測(cè)方法一、漩渦式流量檢測(cè)漩渦式流量檢測(cè)方法是70年代發(fā)展起來按流體振蕩原理工作的。目前已經(jīng)應(yīng)用的有兩種：一種是應(yīng)用自然振蕩的卡門漩渦列原理；另一種是應(yīng)用強(qiáng)迫振蕩的漩渦旋進(jìn)原理?，F(xiàn)在，卡門漩渦式流量檢測(cè)方法的應(yīng)用相對(duì)較多，而且發(fā)展較快，故這里只介紹這種流量檢測(cè)方法。在流體中垂直于流動(dòng)方向放置一個(gè)非流線型的物體(如圓柱體、棱柱體)、，在它的下游兩側(cè)就會(huì)交替出現(xiàn)漩渦

45、(如圖9.20所示)，兩側(cè)漩渦的旋轉(zhuǎn)方向相反，并輪流地從柱體上分離出來。這兩排平行但不對(duì)稱的漩渦列稱為卡門渦列(有時(shí)也稱渦街)。由于渦列之間的相互作用，漩渦的渦列一般是不穩(wěn)定的。實(shí)驗(yàn)證明，只有當(dāng)兩列漩渦的間距h與同列中相鄰漩渦的間距滿足為h/=O.281條件時(shí)，卡門渦列才是穩(wěn)定的。并且，單列漩渦產(chǎn)生的頻率f與柱體附近的流體流速v成正比，與柱體的特征尺寸d(漩渦發(fā)生體的迎面最大寬度)成反比，即 （9-35）式中St稱為斯特勞哈爾數(shù)，是一個(gè)無因次數(shù)。St主要與漩渦發(fā)生體的形狀和雷諾數(shù)有關(guān)。在雷諾數(shù)為50015000的范圍內(nèi)，St基本上為一常數(shù)，如圖9.21所示， 圖9.20 卡門渦列形成原理 圖9

46、.21 斯特勞哈爾數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系對(duì)于圓柱體St=0.20；對(duì)于三角柱St=0.16，在此范圍內(nèi)可以認(rèn)為頻率f只受流速v和漩渦發(fā)生體特征尺寸d的支配，而不受流體的溫度、壓力、密度、粘度等的影響。所以，當(dāng)測(cè)得頻率f后，就可得到流體的流速v，進(jìn)而可求得體積流量。漩渦發(fā)生體是流量檢測(cè)的核心，它的形狀和尺寸對(duì)于漩渦式流量檢測(cè)儀表的性能具有決定性作用。圖9.22給出了常見的幾種漩渦發(fā)生體的斷面，其中圓柱形、方柱形和三角柱形更為通用，稱為基形漩渦發(fā)生體。圓柱體的St較高，壓損低，但漩渦強(qiáng)度較弱；方柱形和三角柱形漩渦強(qiáng)烈并且穩(wěn)定，但是前者壓損大，而后者St較小。 根據(jù)卡門漩渦列原理制成的流量檢測(cè)儀表稱卡門漩

47、渦流量計(jì)。除了漩渦發(fā)生體外，流量計(jì)還包括頻率檢測(cè)，頻率一電壓(電流)轉(zhuǎn)換等部分。漩渦頻率的檢測(cè)是漩渦流量計(jì)的關(guān)鍵。考慮到安裝的方便和減小對(duì)流體的阻力，一般把漩渦頻率檢測(cè)元件附在漩渦發(fā)生體上。不同形狀的漩渦發(fā)生體，其漩渦的成長(zhǎng)過程以及流體在漩渦發(fā)生體周圍的流動(dòng)情況有所不同，因此漩渦頻率的檢測(cè)方法也不一樣。例如圓柱體漩渦發(fā)生體常用鉑熱電阻絲檢測(cè)法；三角柱漩渦發(fā)生體采用熱敏電阻或超聲波檢測(cè)法；矩形柱漩渦發(fā)生體采用電容檢測(cè)法等。 圖9.22 常見漩渦發(fā)生體斷面 圖9.23 漩渦頻率檢測(cè)原理 圓柱體漩渦發(fā)生體的鉑熱電絲在圓柱體空腔內(nèi)，如圖9.23(a)所示。由流體力學(xué)可知，當(dāng)圓柱體右下側(cè)有漩渦時(shí)，將產(chǎn)生

48、一從下到上作用在柱體上的升力。結(jié)果有部分流體從下方導(dǎo)壓孔吸入，從上方的導(dǎo)壓孔吹出。如果把鉑電阻絲用電流加熱到比流體溫度高出某一溫度，流體通過鉑電阻絲時(shí)，帶走它的熱量，從而改變它的電阻值，此電阻值的變化與放出漩渦的頻率相對(duì)應(yīng)，由此便可檢測(cè)出與流速變化成比例的頻率。 圖9.23(b)是三角柱漩渦發(fā)生體的漩渦頻率檢測(cè)原理圖。兩只熱敏電阻對(duì)稱地嵌入在三角柱迎流面中間，并和其他兩只固定電阻構(gòu)成一個(gè)電橋。電橋通以恒定電流使熱敏電阻的溫塞升高。在流體為靜止或三角柱兩側(cè)未發(fā)生漩渦時(shí)，兩只熱敏電阻溫度一致，阻值相等，電橋無電壓輸出。當(dāng)三角柱兩側(cè)交替發(fā)生漩渦時(shí)，由于散熱條件的改變，使熱敏電阻的阻值改變，引起電橋輸

49、出一系列與漩渦發(fā)生頻率相對(duì)應(yīng)的電壓脈沖。經(jīng)放大和整形后的脈沖信號(hào)即可用于流體總量的顯示，同時(shí)通過頻率一電壓(電流)轉(zhuǎn)換后輸出模擬信號(hào)，作為瞬時(shí)流量顯示。這種檢測(cè)方法的特點(diǎn)是管道內(nèi)無可動(dòng)部件，使用壽命長(zhǎng)，壓力損失較?。粶y(cè)量精度較高(約為士O.51)，量程比可達(dá)100：1；在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)，幾乎不受流體的溫度、壓力、密度、粘度等變化的影響，故用水或空氣標(biāo)定的漩渦流量計(jì)可用于其他液體和氣體的流量測(cè)量而不需標(biāo)定，尤其適用于大口徑管道的流量測(cè)量。但是流量計(jì)安裝時(shí)要求有足夠的直管段長(zhǎng)度，上游和下游的直管段分別要求不少于20D和5D，漩渦發(fā)生體的軸線應(yīng)與管路軸線垂直。二、渦輪式流量檢測(cè)渦輪式流量檢測(cè)方法是以動(dòng)量矩守恒原理為基礎(chǔ)的，如圖9.24所示，流體沖擊渦輪葉片，使渦輪輪旋轉(zhuǎn)，渦輪的旋轉(zhuǎn)速度隨流量的變化而變化，通過渦輪外的磁電轉(zhuǎn)換裝置可將渦輪的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成電脈沖。由動(dòng)量矩守恒定理可知，渦輪運(yùn)動(dòng)方程的一般形式為 （9-36） 式