自動(dòng)化檢測(cè)儀表第6講

1、 自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng)第二編過(guò)程參數(shù)檢測(cè)技術(shù)第二編過(guò)程參數(shù)檢測(cè)技術(shù)4.溫度檢測(cè)5.壓力檢測(cè)6.流量檢測(cè)7.物位檢測(cè)8.機(jī)械量檢測(cè)9.成分分析儀表6 流量檢測(cè)6.1 流量檢測(cè)基本概念6.2 體積流量檢測(cè)方法6.3 質(zhì)量流量檢測(cè)方法6.4 流量標(biāo)準(zhǔn)裝置6.1.1 流量的概念和單位 流量：短暫時(shí)間內(nèi)流過(guò)某一流通截面的流體數(shù)量與通過(guò)時(shí)間之比，該時(shí)間足夠短以至可認(rèn)為在此期間的流動(dòng)是穩(wěn)定的。 體積流量： 質(zhì)量流量： 流體平均流速 累積流量VdVqvAdtmdMqvAdt vVAdAqvAAVtVq dtmtMq dt6 流量檢測(cè)6.1.2 流量檢測(cè)方法及流量計(jì)分類(lèi) 6.1.2.1 流量檢測(cè)方法及流量

2、計(jì)分類(lèi) 檢測(cè)方法：體積流量檢測(cè)，質(zhì)量流量檢測(cè) 流量計(jì)：由流量傳感器和二次儀表構(gòu)成類(lèi)別類(lèi)別儀表名稱(chēng)儀表名稱(chēng)體積流量計(jì)容積式流量計(jì)橢圓齒輪流量計(jì)、腰輪流量計(jì)、皮膜式流量計(jì)等差壓式流量計(jì)節(jié)流式流量計(jì)、均速管流量計(jì)、彎管流量計(jì)、靶式流量計(jì)、浮子流量計(jì)等速度式流量計(jì)渦輪流量計(jì)、渦街流量計(jì)、電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)等質(zhì)量流量計(jì)推導(dǎo)式質(zhì)量流量計(jì)體積流量經(jīng)密度補(bǔ)償或溫度、壓力補(bǔ)償求得質(zhì)量流量等直接式質(zhì)量流量計(jì)科里奧利流量計(jì)、熱式流量計(jì)、沖量式流量計(jì)等6 流量檢測(cè)6.1.2 流量檢測(cè)方法及流量計(jì)分類(lèi) 6.1.2.2 流量計(jì)的測(cè)量特性 1）流量方程式：流量與流量計(jì)輸出信號(hào)之間的關(guān)系 2）儀表系數(shù)：?jiǎn)挝涣黧w流過(guò)流量

3、計(jì)時(shí)流量計(jì)發(fā)出的脈沖數(shù)流出系數(shù)：實(shí)際流量與理想流量的比值 3）流量范圍及范圍度 4）測(cè)量精確度和誤差 5）壓力損失/KN V/mmCqq6 流量檢測(cè)6.2.1 容積式流量計(jì) 6.2.1.1 容積式流量計(jì)的測(cè)量機(jī)構(gòu)與流量公式 構(gòu)成：測(cè)量室、運(yùn)動(dòng)部件、傳動(dòng)和顯示部件 流量方程式： 體積總量=固定容積某時(shí)間間隔內(nèi)經(jīng)過(guò)流量計(jì)排出流體的固定容積數(shù)QnV6 流量檢測(cè)6.2.1 容積式流量計(jì) 6.2.1.2 幾種容積式流量計(jì) 1）橢圓齒輪流量計(jì) 進(jìn)出口液體壓力差驅(qū)動(dòng)齒輪，兩個(gè)齒輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，流量計(jì)將排出4個(gè)半月形容積的流體。6 流量檢測(cè)6.2.1 容積式流量計(jì) 2）腰輪流量計(jì)：原理與橢圓齒輪流量計(jì)相同，只是

4、一對(duì)測(cè)量轉(zhuǎn)子是兩個(gè)不帶齒的腰形輪腰輪流量計(jì)工作原理腰輪流量計(jì)工作原理6 流量檢測(cè)6.2.1 容積式流量計(jì) 3）皮膜式家用煤氣表家用煤氣表結(jié)構(gòu)示意家用煤氣表結(jié)構(gòu)示意6 流量檢測(cè)6.2.1 容積式流量計(jì) 6.2.1.3 容積式流量計(jì)的安裝與使用 被測(cè)介質(zhì)的物性參數(shù)和工作狀態(tài) 安裝地點(diǎn)應(yīng)滿足技術(shù)性能規(guī)定的條件 流量計(jì)上游要加裝過(guò)濾器 定期清洗和檢定6 流量檢測(cè)6.2.2 差壓式流量計(jì)在流通管道上設(shè)置流動(dòng)阻力件，流體通過(guò)阻力件時(shí)將產(chǎn)生壓力差，此壓力差與流體流量之間有確定的數(shù)值關(guān)系，通過(guò)測(cè)量差壓值可以求得流體流量。產(chǎn)生差壓的裝置： 孔板、噴嘴、文丘利管 動(dòng)壓管、均速管、彎管其它型式： 靶式流量計(jì)、浮子流

5、量計(jì)6 流量檢測(cè)6.2.2 差壓式流量計(jì) 6.2.2.1 節(jié)流式流量計(jì) 節(jié)流裝置：產(chǎn)生差壓，主體是一個(gè)局部收縮阻力件，改變流體流通截面，從而在節(jié)流元件前后形成壓力差 節(jié)流裝置分為標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置。 主要缺點(diǎn)是安裝要求嚴(yán)格，流量計(jì)前后要求較長(zhǎng)直管段。6 流量檢測(cè)6.2.2 差壓式流量計(jì) 1）節(jié)流式流量計(jì)測(cè)量原理及流量方程式 水平管道的能量方程式 連續(xù)方程式 流體流經(jīng)節(jié)流件時(shí)壓力和流速流體流經(jīng)節(jié)流件時(shí)壓力和流速變化情況變化情況2211221222pvpv1 112 22AvA v111222vpvp節(jié)流件入口處：流速 ，靜壓 ，密度最小收縮截面處：流速 ，靜壓 ，密度6 流量檢測(cè)6.2.2 差

6、壓式流量計(jì) 122021242220100240024/41212121VmAd DAAdvppAqA vpAqA vAp由于節(jié)流件很短，假定流體密度在流經(jīng)節(jié)流件時(shí)沒(méi)有變化即；用節(jié)流件開(kāi)孔面積代替最小收縮截面面積 ；節(jié)流裝置的直徑比-流體流經(jīng)孔板時(shí)的平均流速體積流量質(zhì)量流量6 流量檢測(cè)6.2.2 差壓式流量計(jì) 14ReRe1/1C1ppEECE流量系數(shù) ：與節(jié)流件形式、直徑比、取壓方式、流動(dòng)雷諾數(shù)及管道粗糙度等多種因素有關(guān)界限雷諾數(shù)時(shí)， 可以認(rèn)為是一個(gè)常數(shù)可膨脹系數(shù) ：因流體密度改變引起流量系數(shù)變化的修正，與節(jié)流件形式、 值、及氣體熵指數(shù)有關(guān)漸進(jìn)速度系數(shù) ：；流出系數(shù) ：則流量方程式的普遍形式

7、為：22VmpqKCE dqKCE dp；6 流量檢測(cè)6.2.2 差壓式流量計(jì) 2）節(jié)流式流量計(jì)的組成和標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置節(jié)流式流量計(jì)的組成節(jié)流式流量計(jì)的組成11節(jié)流元件；節(jié)流元件；22引壓管路；引壓管路；33三閥組；三閥組；44差壓計(jì)差壓計(jì)6 流量檢測(cè)6.2.2 差壓式流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置示意標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置示意節(jié)流裝置取壓方式節(jié)流裝置取壓方式6 流量檢測(cè)6.2.2 差壓式流量計(jì) 3）節(jié)流裝置的設(shè)計(jì)和計(jì)算：以節(jié)流裝置的流量方程式為依據(jù) 4）節(jié)流式流量計(jì)的安裝與使用條件差壓計(jì)的安裝示意差壓計(jì)的安裝示意6 流量檢測(cè)6.2.2 差壓式流量計(jì) 5）非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置(a)1/4(a)1/4圓噴嘴圓噴嘴(b)(b)錐

8、形入口孔板錐形入口孔板(c)(c)圓缺孔板圓缺孔板(d)V(d)V內(nèi)錐流量計(jì)內(nèi)錐流量計(jì)6 流量檢測(cè)6.2.2 差壓式流量計(jì) 6.2.2.2 均速管流量計(jì) 流體流經(jīng)均速管產(chǎn)生與流量有確定關(guān)系的差壓信號(hào)。 均速管的實(shí)用流量方程式： D為管道內(nèi)徑 k為均速管流量系數(shù)，由實(shí)驗(yàn)確定均速管流量計(jì)結(jié)構(gòu)圖均速管流量計(jì)結(jié)構(gòu)圖22V244qD vD k6 流量檢測(cè)6.2.2 差壓式流量計(jì) 6.2.2.3 彎管流量計(jì) 流體通過(guò)管道彎頭時(shí)，受到角加速的作用而產(chǎn)生的離心力會(huì)在彎頭的外半徑側(cè)與內(nèi)半徑側(cè)之間形成差壓，此差壓的平方根與流體流量成正比。 彎管流量計(jì)的流量方程式：彎管流量計(jì)示意彎管流量計(jì)示意2V24qD k6 流

9、量檢測(cè)6.2.2 差壓式流量計(jì) 6.2.2.4 靶式流量計(jì) 靶：管流中垂直于流動(dòng)方向安裝的圓盤(pán)形阻擋件 流體經(jīng)過(guò)時(shí)對(duì)靶產(chǎn)生作用力，此作用力與流速有一定關(guān)系 以直徑比 表示流量公式：靶式流量計(jì)結(jié)構(gòu)原理靶式流量計(jì)結(jié)構(gòu)原理11力平衡轉(zhuǎn)換器；力平衡轉(zhuǎn)換器；22密封膜片；密封膜片；33杠桿；杠桿；44靶；靶；55測(cè)量導(dǎo)管測(cè)量導(dǎo)管/d DV12aFqk D6 流量檢測(cè)6.2.2 差壓式流量計(jì) 6.2.2.5 浮子流量計(jì)1）測(cè)量原理及結(jié)構(gòu)浮子的力平衡公式： 代入節(jié)流流量方程式得：浮子流量計(jì)測(cè)量原理浮子流量計(jì)測(cè)量原理fffp AVg fffA：浮子截面積；V ：浮子體積：浮子密度V02fffgVqAA6 流量

10、檢測(cè)6.2.2 差壓式流量計(jì) A0為環(huán)隙面積，與浮子高度h對(duì)應(yīng) 對(duì)于小錐度錐形管，近似有 ，則 浮子流量計(jì)的類(lèi)型：直讀式，遠(yuǎn)傳式0AchV2fffgVqchA電遠(yuǎn)傳浮子流量計(jì)電遠(yuǎn)傳浮子流量計(jì)工作原理工作原理11浮子；浮子；22錐形管；錐形管；33連動(dòng)桿；連動(dòng)桿；44鐵心；鐵心；55差動(dòng)線圈差動(dòng)線圈6 流量檢測(cè)6.2.2 差壓式流量計(jì) 2）浮子流量計(jì)的使用和安裝 使用時(shí)需要進(jìn)行密度校正 被測(cè)介質(zhì)的物性參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)與流量計(jì)標(biāo)定介質(zhì)不同時(shí)，必須對(duì)流量計(jì)指示值進(jìn)行修正。浮子流量計(jì)的安裝浮子流量計(jì)的安裝11浮子流量計(jì)；浮子流量計(jì)；22截止截止閥；閥；33旁通閥旁通閥6 流量檢測(cè)6.2.3 速度式流量計(jì)

11、 原理：均基于與流體流速有關(guān)的各種物理現(xiàn)象 6.2.3.1 渦輪流量計(jì) 利用安裝在管道中可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪感受流體的速度變化 流量方程式 f：信號(hào)脈沖頻率； ：儀表常數(shù)Vfq渦輪流量計(jì)結(jié)構(gòu)示意渦輪流量計(jì)結(jié)構(gòu)示意11緊固環(huán)；緊固環(huán)；22殼體；殼體；33前導(dǎo)流件；前導(dǎo)流件；44止推片；止推片；55葉輪；葉輪；66磁電轉(zhuǎn)換器；磁電轉(zhuǎn)換器；77軸承；軸承；88后導(dǎo)流件；后導(dǎo)流件；6 流量檢測(cè)6.2.3 速度式流量計(jì) 6.2.3.2 渦街流量計(jì) 原理：流體流過(guò)非流線型阻擋體時(shí)會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定的漩渦列，漩渦的產(chǎn)生頻率與流體流速有著確定的關(guān)系 構(gòu)成：漩渦發(fā)生體 漩渦產(chǎn)生頻率d：漩渦發(fā)生體的特征尺寸；St：斯特羅哈

12、爾數(shù) 流量方程式：K：儀表系數(shù)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得/fSt v dV/qfK6 流量檢測(cè)6.2.3 速度式流量計(jì) 測(cè)量幾乎不受流體參數(shù)變化的影響 不足：流體流速分布情況和脈動(dòng)情況將影響測(cè)量準(zhǔn)確度，漩渦發(fā)生體被玷污也會(huì)引起誤差三角柱渦街檢測(cè)器原理示意三角柱渦街檢測(cè)器原理示意6 流量檢測(cè)6.2.3 速度式流量計(jì) 6.2.3.3 電磁流量計(jì) 原理：導(dǎo)電流體在磁場(chǎng)中垂直于磁力線方向流過(guò)，在流通管道兩側(cè)的電極上將產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，感應(yīng)電勢(shì)的大小與流體速度有關(guān) 感應(yīng)電勢(shì) 流量方程式：ECBDv2V44DDEqvECBK6 流量檢測(cè)6.2.3 速度式流量計(jì)電磁流量計(jì)測(cè)量原理電磁流量計(jì)測(cè)量原理電磁流量計(jì)結(jié)構(gòu)電磁流量計(jì)結(jié)

13、構(gòu)11外殼；外殼；22激磁線圈；激磁線圈；33襯里；襯里；44測(cè)量管；測(cè)量管；55電極；電極；66鐵心鐵心6 流量檢測(cè)6.2.3 速度式流量計(jì) 6.2.3.4 超聲流量計(jì) 原理：超聲波在流體中傳播，將受到流體速度的影響，檢測(cè)接收的超聲波信號(hào)可以測(cè)知流速 傳播速度差法，多普勒效應(yīng)法，聲束偏移法，相關(guān)法 傳播速度差法：超聲波在流體中順流傳播與逆流傳播的速度不同；時(shí)間差法，相差法，頻差法6 流量檢測(cè)6.2.3 速度式流量計(jì)12LLttcvcv順流傳播時(shí)間：；逆流傳播時(shí)間：cv一般有，則1222Lvtttc 6 流量檢測(cè)6.2.3 速度式流量計(jì) 頻差法： 頻差法不受聲速影響，不必考慮流體溫度變化對(duì)聲速

14、的影響121211cvcvfftLtL；122vfffL 6 流量檢測(cè)6.3.1 間接式質(zhì)量流量測(cè)量方法 根據(jù)質(zhì)量流量和體積流量的關(guān)系，組合多種儀表測(cè)量不同參數(shù)可實(shí)現(xiàn)質(zhì)量流量測(cè)量 體積流量計(jì)與密度計(jì)組合 體積流量計(jì)與體積流量計(jì)組合 差壓式流量計(jì)與渦輪流量計(jì) 溫度、壓力補(bǔ)償式質(zhì)量流量計(jì)2VmVVqqqq6 流量檢測(cè)6.3.1 間接式質(zhì)量流量測(cè)量方法幾種推導(dǎo)式質(zhì)量流量計(jì)組合示意幾種推導(dǎo)式質(zhì)量流量計(jì)組合示意6 流量檢測(cè)6.3.2 直接式質(zhì)量流量計(jì) 6.3.2.1 科里奧利質(zhì)量流量計(jì) 原理：流體在振動(dòng)管中流動(dòng)時(shí)，將產(chǎn)生與質(zhì)量流量成正比的科里奧利力 流量方程式sK：扭角；：扭轉(zhuǎn)彈性系數(shù)；4smKqrUr

15、：振動(dòng)角速度； ： 形管跨度半徑科氏力流量計(jì)測(cè)量原理科氏力流量計(jì)測(cè)量原理6 流量檢測(cè)6.3.2 直接式質(zhì)量流量計(jì)兩種科氏力流量計(jì)結(jié)構(gòu)示意兩種科氏力流量計(jì)結(jié)構(gòu)示意11支承管；支承管；22檢測(cè)管；檢測(cè)管；33電磁檢測(cè)器；電磁檢測(cè)器；44電磁激勵(lì)器；電磁激勵(lì)器；55殼體；殼體；6 流量檢測(cè)6.3.2 直接式質(zhì)量流量計(jì) 6.3.2.2 熱式質(zhì)量流量計(jì) 原理：利用外熱源對(duì)被測(cè)流體加熱，測(cè)量因流體流動(dòng)造成的溫度場(chǎng)變化，從而測(cè)得流體的質(zhì)量流量。 流量方程式：mpPqcTpPcT：加熱功率； ：比定壓熱容；：加熱器前后溫度差6 流量檢測(cè)6.3.2 直接式質(zhì)量流量計(jì)非接觸式對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的熱式流量計(jì)示意非接觸式對(duì)稱(chēng)結(jié)

16、構(gòu)的熱式流量計(jì)示意11鎳管；鎳管；22加熱線圈；加熱線圈；33測(cè)溫線圈；測(cè)溫線圈；44調(diào)零電阻；調(diào)零電阻；55電表電表6 流量檢測(cè)6.3.2 直接式質(zhì)量流量計(jì) 6.3.2.3 沖量式流量計(jì) 原理：沖量傳感器感受被測(cè)介質(zhì)的沖力，經(jīng)轉(zhuǎn)換放大輸出與質(zhì)量流量成比例的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)沖量式流量計(jì)工作原理沖量式流量計(jì)工作原理11沖板；沖板；22沖板軸；沖板軸；33物料；物料；44輸送機(jī)輸送機(jī)6 流量檢測(cè)6.4.1 液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置 6.4.1.1 標(biāo)準(zhǔn)容積法標(biāo)準(zhǔn)容積法流量標(biāo)準(zhǔn)裝置標(biāo)準(zhǔn)容積法流量標(biāo)準(zhǔn)裝置11水池；水池；22水泵；水泵；33高位水槽；高位水槽；44溢流管；溢流管；55穩(wěn)壓容器；穩(wěn)壓容器；66活動(dòng)管接頭；活動(dòng)管接頭；77切換機(jī)構(gòu)；切換機(jī)構(gòu)；88切換擋板；切換擋板；99標(biāo)準(zhǔn)容積計(jì)量槽；標(biāo)準(zhǔn)容積計(jì)量槽；1010液位標(biāo)尺；液位標(biāo)尺；1111游標(biāo)；游標(biāo)；1212被校流量計(jì)被校流量計(jì)6 流量檢測(cè)6.4.1 液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置 6.4.1.2 標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量法 6.4.1.3 標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)法 6.4.1.4 標(biāo)準(zhǔn)體積管的校正法單