流量檢測技術

1、流量測量方法與儀表的選用流量測量方法與儀表的選用 提綱提綱1 1 前言前言2 2 流體和流體測量基礎知識流體和流體測量基礎知識3 3 容積式流量檢測技術容積式流量檢測技術4 4 浮子流量檢測技術浮子流量檢測技術5 5 渦輪流量檢測技術渦輪流量檢測技術6 6 旋渦流量檢測技術旋渦流量檢測技術7 7 電磁流量檢測技術電磁流量檢測技術8 8 超聲流量檢測技術超聲流量檢測技術9 9 節(jié)流流量檢測技術節(jié)流流量檢測技術10 10 質量流量檢測技術質量流量檢測技術1 1 前言前言 流量測量的復雜性：流量測量的復雜性： 1、被測介質對象的多樣性：液體、氣體、多相流。、被測介質對象的多樣性：液體、氣體、多相流。

2、 2、流體粘性的影響；、流體粘性的影響； 3、介質流動狀態(tài)：層流、過渡流、湍流（紊流）。、介質流動狀態(tài)：層流、過渡流、湍流（紊流）。 4、介質溫度、壓力對流體流量測量的影響。、介質溫度、壓力對流體流量測量的影響。 5、校驗設備龐大復雜，價格昂貴，、校驗設備龐大復雜，價格昂貴， 等等等等 造成流量測量的復雜性，流量儀表的多樣性。造成流量測量的復雜性，流量儀表的多樣性。2 2 流體和流體測量基礎知識流體和流體測量基礎知識2.1流體的幾個主要物理特性流體的幾個主要物理特性2.1.1流體的密度流體的密度 流體的密度流體的密度是流體的重要物性參數(shù)之一，由下式定義：是流體的重要物性參數(shù)之一，由下式定義：

3、=m/V 流體的密度流體的密度 kg/m3 m 流體的質量流體的質量 kg V 流體的體積流體的體積 m3流體的密度是流體的溫度、壓力的函數(shù)。流體的密度是流體的溫度、壓力的函數(shù)。相對密度：在標準條件下物質密度與參考物質密度的比值。相對密度：在標準條件下物質密度與參考物質密度的比值。 不可壓縮性流體（一般指液體）不可壓縮性流體（一般指液體） ，可壓縮性流體（一般指氣體）可壓縮性流體（一般指氣體） 普通氣體普通氣體ccTPPTNNN特例：蒸汽特例：蒸汽 查表獲得查表獲得。真實氣體真實氣體飽和蒸汽密度表飽和蒸汽密度表或或 絕對壓力絕對壓力飽和蒸汽溫度飽和蒸汽溫度飽和蒸汽密度飽和蒸汽密度絕對壓力絕對壓

4、力飽和蒸汽溫度飽和蒸汽溫度飽和蒸汽密度飽和蒸汽密度Mpa攝氏度攝氏度Kg/m3MpaKg/m3攝氏度攝氏度0.199.70.58831.41957.10380.2120.11.12881.5198.37.59280.3133.41.65071.6201.48.0820.4143.52.16281.7204.38.57180.5151.82.66831.8207.19.06160.6158.83.16921.9209.89.5520.7164.93.66652.0212.410.0430.8170.44.16162.1214.810.5350.9174.34.65442.2217.211.028

5、1.0179.95.14512.3219.511.5211.1184.15.63672.4221.812.0161.2187.96.1252.5223.912.5111.3191.66.6143)(pf)(tf真實氣體真實氣體過熱蒸汽密度表過熱蒸汽密度表3/mKg 溫溫 度（度（）壓力壓力(Mpa)150 2002503003504000.11.040.930.830.760.690.650.21.581.391.251.141.050.970.32.121.871.681.521.401.290.42.352.111.911.751.620.52.842.542.302.111.950.63

6、.332.972.692.462.270.73.833.413.082.822.600.94.864.303.883.543.261.15.915.204.674.263.921.47.556.585.895.364.931.98.987.977.216.622.411.4910.119.118.332.914.1712.3211.0510.073.417.0314.6113.0211.843.916.9915.0513.634.922.0719.2617.306.330.0825.5322.66),(tpf2 2 流體和流體測量基礎知識流體和流體測量基礎知識2.1.2流體的粘度流體的粘度 流

7、體的粘度是流體分子微觀作用的宏觀表現(xiàn)，可以由分子運動論來解釋。 流體的粘度隨流體溫度、壓力的變化而變化，通常，溫度升高時，液體的粘度下降，氣體的粘度上升，表征粘度的量有三個：動力粘度、運動粘度、恩氏粘度。流體的粘度流體的粘度平板上流層間的內摩擦力平板上流層間的內摩擦力 dhduAT單位面積上的內摩擦力，即內摩擦壓力：單位面積上的內摩擦力，即內摩擦壓力：動力粘度，單位動力粘度，單位 ，常用常用P（泊）、（泊）、cP(厘泊厘泊) dhduSPaSPacP3101SPa310水的動力粘度水的動力粘度柴油柴油機油機油t0206010020400401.791.010.470.2856312138442

8、12)( tfSPacP3101運動粘度：運動粘度：sm /2Stsm4210/1smcSt/10126（1）流量：）流量：體積流量：體積流量： （ ） （ ）標準狀態(tài)下體積流量：標準狀態(tài)下體積流量： ( )標準狀態(tài)標準狀態(tài) :工況狀態(tài)工況狀態(tài)：壓力壓力P 溫度溫度TuAtVqVsm /3uAqV3600hm /3vNNVNqTPPTqhNm /3MPaPN101. 0KTN293質量流量：質量流量： （ ） （ ）累積流量、流量總量：累積流量、流量總量： VmquAtmqsKg /Vmqq6 . 3ht/tqdtqVvttv21tqdtqmmttm21（1）層流和湍流）層流和湍流雷諾數(shù)：雷諾

9、數(shù)：雷諾數(shù)是一個表征流體慣性力與粘性力之比的無量綱參數(shù)。 雷諾數(shù)：雷諾數(shù)： ReuDuDvR2320eDeeDRR時為層流時為層流,否則為湍流否則為湍流。 臨界雷諾數(shù)：臨界雷諾數(shù)：（2）速度分布：）速度分布： 對流量測量具有直接的作用，測中心流速得到流量。對流量測量具有直接的作用，測中心流速得到流量。在層流狀態(tài)下：在層流狀態(tài)下：220()4fgJurrhJLfh水頭損失水頭損失 J水力坡度水力坡度,表示單位長度上的水頭損失表示單位長度上的水頭損失,由管壁粗糙度決定由管壁粗糙度決定 元管截面上平均流速元管截面上平均流速 2max00|4rgJur20max182udAgJvruA220()4gJ

10、urr 在湍流狀態(tài)下在湍流狀態(tài)下：max0nuyur00 yrRe0max12uru處m axuun41031/60.8910.7941.11051/70.9060.8202.21061/100.9330.862壓力損失、局部損失壓力損失、局部損失沿程損失：層流沿程損失：層流 湍流湍流 經濟流速：液體經濟流速：液體 0.52m/s 氣體氣體 525m/s v2v pp（3）流動基本方程）流動基本方程連續(xù)性方程：質量守恒連續(xù)性方程：質量守恒 對于可壓縮流體對于可壓縮流體 ： 111222mu Au Aq12c1122vu Au Aq常常數(shù)數(shù)常數(shù)常數(shù)則：則：對于不可壓縮流體對于不可壓縮流體：伯努力

11、方程：能量守恒伯努力方程：能量守恒單位質量流體所具有的能量單位質量流體所具有的能量長度量綱長度量綱221211221122ppgzugzuc2211221222pupuzzcgggg在流量儀表中常簡化為：在流量儀表中常簡化為：212puc練習題1：如圖所示：在異徑管道上同時檢測三點壓力，如果管道內有流體流過，則哪一點的壓力最高，那一點的壓力最低？如果流體不流動，三者的大小如何？ABC按測量原理、結構分類：按測量原理、結構分類： 容積式、容積式、 浮子浮子 、渦輪、旋渦、電磁流量、渦輪、旋渦、電磁流量、超聲、節(jié)流、質量流量檢測超聲、節(jié)流、質量流量檢測 按應用領域分類：計量儀表，過程控制儀表。按應

12、用領域分類：計量儀表，過程控制儀表。3 3 容積式流量檢容積式流量檢測技術測技術（1）容積式流量計的測量原理與結構）容積式流量計的測量原理與結構美國塔海爾橢圓齒輪流量計美國塔海爾橢圓齒輪流量計 FPP 容積式流量計容積式流量計上海西派埃氣體腰輪流量計上海西派埃氣體腰輪流量計容積式流量計容積式流量計氣體腰輪流量計工作原理圖氣體腰輪流量計工作原理圖 （2）容積式流量計的測量原理：）容積式流量計的測量原理： 流過的流體體積：流過的流體體積： ：轉數(shù)，：轉數(shù)， ：計量空間體積：計量空間體積又又 n：圈數(shù)：圈數(shù)NvV Nv)(242abRnnvV容積式流量計的誤差特性容積式流量計的誤差特性指示值：指示值

13、： ：齒輪比：齒輪比 由由 得，得，設設 為真值，為指示值，誤差：為真值，為指示值，誤差：VIvIVIVIE11NINvVIvV設漏流流量為設漏流流量為 ，通過流量計的流量，通過流量計的流量為為 ，總流量為，總流量為 ，總漏流量為，總漏流量為 ，則則 ， 為時間，轉子計量了為時間，轉子計量了 個空間時：個空間時： 指示值：指示值：qvqVVqqVVvvqVNqqVvIVNvVvNI整理得到：整理得到：代入誤差公式：代入誤差公式： )1 (11vqqvIVIVIE)1(vqqIvV（1）特點）特點精度高，精度高， ，一般用于計量儀表；，一般用于計量儀表；范圍寬，一般為范圍寬，一般為1010303

14、0：1 1或更大，可用于高精度或更大，可用于高精度流體的測量；流體的測量；無需前后直管段，在流速場畸變時對計量精度沒有無需前后直管段，在流速場畸變時對計量精度沒有影響；影響；是直讀式儀表，無需外部能源，可直接獲得累計總是直讀式儀表，無需外部能源，可直接獲得累計總量，清晰明了，操作簡便；量，清晰明了，操作簡便；%1%2 . 0需定期檢定，體積大，笨重；需定期檢定，體積大，笨重；一般均需加裝過濾器，需定期清理，維護工一般均需加裝過濾器，需定期清理，維護工作量大；作量大；最常見故障是流入臟污介質，造成流量計運最常見故障是流入臟污介質，造成流量計運轉不靈活甚至卡死。轉不靈活甚至卡死。（2）適用范圍）適

15、用范圍（3）安裝）安裝4 浮子流量 檢測技術浮子流量計又稱為浮子流量計又稱為轉子流量計，或面轉子流量計，或面積流量計。在流量積流量計。在流量測量過程中前后壓測量過程中前后壓降不變，故又稱為降不變，故又稱為恒壓降流量計。恒壓降流量計?？肆_尼玻璃管浮子流量計克羅尼玻璃管浮子流量計克羅尼克羅尼H250浮子流量計浮子流量計克羅尼微小金屬管浮子流量計克羅尼微小金屬管浮子流量計克羅尼克羅尼H250浮子流量計結構浮子流量計結構天大泰和天大泰和TDF數(shù)顯式智能浮子流量計數(shù)顯式智能浮子流量計 結構：結構： 原理：浮子流量計的測量本體由一根自下向上擴原理：浮子流量計的測量本體由一根自下向上擴大的垂直錐管和一只可以

16、沿著錐管的軸向自由移大的垂直錐管和一只可以沿著錐管的軸向自由移動的浮子組成，當被測流體自錐管下端流入流量動的浮子組成，當被測流體自錐管下端流入流量計時，由于流體的作用，浮子上下端面產生一差計時，由于流體的作用，浮子上下端面產生一差壓，該差壓即為浮子的上升力。當差壓值大于浸壓，該差壓即為浮子的上升力。當差壓值大于浸在流體中浮子的重量時，浮子開始上升。隨著浮在流體中浮子的重量時，浮子開始上升。隨著浮子的上升，浮子最大外徑與錐管之間的環(huán)形面積子的上升，浮子最大外徑與錐管之間的環(huán)形面積逐漸增大，流體的流速則相應下降，作用在浮子逐漸增大，流體的流速則相應下降，作用在浮子上的上升力逐漸減小，直至上升力等于

17、浸在流體上的上升力逐漸減小，直至上升力等于浸在流體中的浮子的重量時，浮子便穩(wěn)定在某一高度上。中的浮子的重量時，浮子便穩(wěn)定在某一高度上。這時浮子在錐管中的高度這時浮子在錐管中的高度h與所通過的流量有對與所通過的流量有對應的關系。應的關系。 流量方程流量方程:在圖中截面在圖中截面1與截面與截面2處列伯努力方程處列伯努力方程連續(xù)性方程連續(xù)性方程可得可得 迎面壓差阻力：迎面壓差阻力： 22222211upup2211uAuA212122211221)1 (21ucuAApppfAucF2121 迎面壓差阻力：迎面壓差阻力： 浮子受到的浮力：浮子受到的浮力： 浮子自重：浮子自重： 當浮子在流體中處于平衡

18、當浮子在流體中處于平衡 狀態(tài)時，有狀態(tài)時，有 即：即： 所以所以 fAucF2121fgVF2ffgVW21FFWfffAucgV221)(gAgVcufff)(21 ，其中其中A是環(huán)隙面積是環(huán)隙面積 故故gAgVcufff)(21Auqv)tantan()(42222hhDDDAffffffvAgVhhDq)(2)tan(tan2如果錐半角足夠小，則忽略二次項得到：如果錐半角足夠小，則忽略二次項得到：fffffffvAgVkAgVhDq)(2)(2tan)(hfqvffffvAgVhhDq)(2)tan(tan2定量分析流量公式中二次項的影響定量分析流量公式中二次項的影響寫成寫成 ，其中，其

19、中例：某例：某DN80浮子流量計，浮子直徑浮子流量計，浮子直徑Df=68mm，行程，行程60mm，錐管大端直徑錐管大端直徑94mm，小端直徑，小端直徑68mm， ffffvAgVhhDq)(2)tan(tan2AhDqfv)tan(fffAgVhA)(2tan60/13tan AAq81)60136868(2Aq681%05.16816881212AAAqqq流量公式：流量公式： 液體流量的刻度換算：液體流量的刻度換算： 刻度狀態(tài)：刻度狀態(tài)： 下標下標 “0” 工作狀態(tài)：工作狀態(tài)： 無下標無下標 可得到可得到：fffvAgvkq00)(20fffvAgvkq)(20000fvvqqffffvA

20、gVhhDq)(2)tan(tan2氣體流量的刻度換算：氣體流量的刻度換算： 氣體：氣體： 故：故： 刻度狀態(tài)氣體密度，刻度狀態(tài)氣體密度， 工作狀態(tài)氣體密度工作狀態(tài)氣體密度0ff00vvqq 0000fvvqq0 氣體流量的刻度換算：工作狀態(tài)與刻度狀態(tài)為同種氣體氣體流量的刻度換算：工作狀態(tài)與刻度狀態(tài)為同種氣體 ， 刻度狀態(tài)氣體密度，刻度狀態(tài)氣體密度， 工作狀態(tài)氣體密度工作狀態(tài)氣體密度 由理想氣體狀態(tài)方程：由理想氣體狀態(tài)方程： ，得，得 刻度狀態(tài)壓力、溫度刻度狀態(tài)壓力、溫度 工作狀態(tài)壓力、溫度工作狀態(tài)壓力、溫度00vvqq 0Tp,000TpTppTTp000pTTpqqvv00000,Tp 氣

21、體流量的刻度換算：工作狀態(tài)與刻度狀態(tài)為不同氣體氣體流量的刻度換算：工作狀態(tài)與刻度狀態(tài)為不同氣體 ， 刻度狀態(tài)氣體密度，刻度狀態(tài)氣體密度， 工作狀態(tài)氣體密度工作狀態(tài)氣體密度 理想氣體狀態(tài)方程：理想氣體狀態(tài)方程： ：工作氣體在刻度狀態(tài)下的密度：工作氣體在刻度狀態(tài)下的密度 00vvqq 00100TpTp0001TppTpTTpqqvv00010001可設定：可設定：l工作流體密度工作流體密度l工作壓力、溫工作壓力、溫度度l輸出信號量程輸出信號量程l可靠性高，用于過程控制系統(tǒng)，適合于中可靠性高，用于過程控制系統(tǒng)，適合于中小流量的測量，量程比小流量的測量，量程比10:1，準確度，準確度1.5%2.5%

22、，前，前5D后后3D直管段，一般應豎直管段，一般應豎直安裝，介質自下而上，必要時需加裝旁直安裝，介質自下而上，必要時需加裝旁通管路和磁過濾器。對玻璃管浮子流量計：通管路和磁過濾器。對玻璃管浮子流量計：結構簡單，成本低，直觀，但是被測介質結構簡單，成本低，直觀，但是被測介質需透明，可靠性差，不能測高溫高壓介質。需透明，可靠性差，不能測高溫高壓介質。l常見故障：浮子卡死，可用敲擊的辦法。常見故障：浮子卡死，可用敲擊的辦法。5 5 渦輪流量渦輪流量 檢測技術檢測技術5.1 5.1 渦輪流量計的結構及原理渦輪流量計的結構及原理 渦輪流量計的工作原理渦輪流量計的工作原理渦輪流量計是葉輪式速度流量計的一種

23、。渦輪流量計是葉輪式速度流量計的一種。 渦輪流量傳感器的結構：渦輪流量傳感器的結構：外殼、導流器、葉輪外殼、導流器、葉輪（直葉片、螺旋葉片）、軸承（滑動、滾動）、放（直葉片、螺旋葉片）、軸承（滑動、滾動）、放大器。大器。式中：式中：K為渦輪流量計的儀表系數(shù)，為渦輪流量計的儀表系數(shù)，1/L或或1/m3。vKqf 放大器工作原理：放大器工作原理：理想情況下理想情況下K應為一常數(shù)。應為一常數(shù)。切割磁力線，在葉片上產生感應電勢，耦合到線切割磁力線，在葉片上產生感應電勢，耦合到線圈上產生信號，經放大后輸出。圈上產生信號，經放大后輸出。信號脈沖頻率：信號脈沖頻率：Kfqv流量：流量： 對葉輪作受力分析：對

24、葉輪作受力分析： 流體對葉輪的推動力矩流體對葉輪的推動力矩Tr； 軸與軸承之間的機械摩擦阻力矩軸與軸承之間的機械摩擦阻力矩Trm； 流體對渦輪的粘性阻力矩流體對渦輪的粘性阻力矩Trf； 電磁阻力矩電磁阻力矩Tre；efmddrrrrTTTTtJ類比：Ftumdd0dd ,tC葉輪的轉動慣量為葉輪的轉動慣量為J，運動速度為，運動速度為根據牛頓第二運動定律可寫出渦輪的運動方程為：根據牛頓第二運動定律可寫出渦輪的運動方程為：在渦輪正常運動之后：在渦輪正常運動之后：Tre較小，始動時并不小。較小，始動時并不小。 0fmrrrTTT有有式中：式中：r為平均半徑。故分析為平均半徑。故分析f，而且僅分析圓周

25、上的，而且僅分析圓周上的受力受力fr即可。根據力學中物體所受沖量即可。根據力學中物體所受沖量 等于動量等于動量的變化量，考慮渦輪進、出口的周向動量變量。的變化量，考慮渦輪進、出口的周向動量變量。 rfTrrtf以下分析推動力矩以下分析推動力矩Tr：進口絕對速度僅沿軸向，進口絕對速度僅沿軸向，為為u1，無周向分量，即，無周向分量，即ru0cos11u出口絕對速度出口絕對速度22wuur 絕對速度絕對速度 坐標速度坐標速度 相對速度相對速度式中：式中： 為葉輪轉速。為葉輪轉速。為流體相對于葉輪的速度為流體相對于葉輪的速度rur2w222211coscoscosVuVuVutfrvqtV22vcos

26、uqfr根據前述動量定理：根據前述動量定理：v2v1vqqquAq 21AA 122sinuu根據流體力學中的連續(xù)性方程，進、出口軸向流量根據流體力學中的連續(xù)性方程，進、出口軸向流量相等。相等。22vcosuqfr 902)tg()tg(1v1vruquuqfrr根據圖中的速度三角形：根據圖中的速度三角形：因此：因此：為葉輪結構角，螺旋升角。為葉輪結構角，螺旋升角。22vcosuqfr122sinuutgctgcos12122uuuuurr)tg(1vruqrrfTrrAquv1推動力矩：推動力矩：)tg(1vruqfr0fmrrrTTT2v2f2v2mvtgqrTqrTrAqrr代入代入得：

27、得：vqfK Zf22v2f2v2mtg2qrTqrTrAZKrrZ是葉輪葉片數(shù)；是葉輪葉片數(shù)；f是脈沖頻率。是脈沖頻率。儀表系數(shù)：儀表系數(shù)：可整理為：可整理為：它反映儀表的性能；它反映儀表的性能；2v2f2v2mvtgqrTqrTrAqrr 渦輪流量計的特性分析：渦輪流量計的特性分析： 理想特性曲線理想特性曲線 假設：假設： ，則有，則有 ，式中均，式中均為葉輪的幾何參數(shù)，故為葉輪的幾何參數(shù)，故K是一常量。是一常量。0fmrrTTrAZKtg22v2f2v2mtg2qrTqrTrAZKrr 始動流量始動流量 ，反映渦輪的靈敏度。，反映渦輪的靈敏度。l 阻力矩中主要為機械摩擦阻力矩阻力矩中主要

28、為機械摩擦阻力矩Trm ，流體粘性阻，流體粘性阻力可忽略，力可忽略， 。l 輸出脈沖頻率為零，輸出脈沖頻率為零， ，即，即l 整理得：整理得：vminq0frT0f0tg2vmin2mqrTrAr1tgmvminrATqr2v2f2v2mtg2qrTqrTrAZKrr 實際特性曲線與流量變化的關系，此時實際特性曲線與流量變化的關系，此時 v1fqCTrv21vtg2qrCrAZqfK0 0mrfrTTa 流體層流流動時：流體層流流動時：為動力粘度為動力粘度故故2v2f2v2mtg2qrTqrTrAZKrr22v1tg2rCrAZqfKb 流體處于湍流流動狀態(tài)時：流體處于湍流流動狀態(tài)時：2v2f

29、2v2mtg2qrTqrTrAZKrr2v2fqCTrl 精度高：液體精度高：液體0.15%0.5%，氣體，氣體1%1.5%；l 重復性好：重復性好：0.05%0.2%；l 量程比寬：量程比寬：1050：1；l 脈沖信號輸出，抗干擾能力強；脈沖信號輸出，抗干擾能力強；l 耐壓高、壓力損失小、反應速度快；耐壓高、壓力損失小、反應速度快；l 有可動部件，易磨損；有可動部件，易磨損；l 對介質有一定的清潔度要求；對介質有一定的清潔度要求；l 需要一定長度的前、后直管段。需要一定長度的前、后直管段。特點：特點：安裝：安裝：l 除特殊設計渦輪流量傳感器應水平安裝；除特殊設計渦輪流量傳感器應水平安裝；l

30、渦輪上游和下游直管段長度應分別大于渦輪上游和下游直管段長度應分別大于10d和和5d；l 流體流動方向應和傳感器上的箭頭指向一致；流體流動方向應和傳感器上的箭頭指向一致；l 在傳感器上游安裝過濾器避免流體中雜質的影響；在傳感器上游安裝過濾器避免流體中雜質的影響；l 測量易氣化液體，應安裝消氣器；測量易氣化液體，應安裝消氣器；l 流體不能完全充滿管路時，應安裝背壓管；流體不能完全充滿管路時，應安裝背壓管；l 調節(jié)閥、溫度計、壓力計等應安裝在渦輪下游；調節(jié)閥、溫度計、壓力計等應安裝在渦輪下游；l 為檢修方便，應設置旁路管道。為檢修方便，應設置旁路管道。使用：使用：l 根據被測流體的粘度選擇不同設計的

31、渦輪傳感器；根據被測流體的粘度選擇不同設計的渦輪傳感器；l 根據被測流體的溫度、壓力、密度確定傳感器儀表根據被測流體的溫度、壓力、密度確定傳感器儀表系數(shù)；系數(shù)；l 為防止渦輪發(fā)生氣蝕，應保證渦輪前壓力高于該液為防止渦輪發(fā)生氣蝕，應保證渦輪前壓力高于該液體氣化壓力。體氣化壓力。l 根據被測流體為渦輪選用合適的軸承。根據被測流體為渦輪選用合適的軸承。維護：維護：l 定期拆洗，并檢查各部件；定期拆洗，并檢查各部件；l 注意軸和軸承磨損情況，并及時更換磨損了的注意軸和軸承磨損情況，并及時更換磨損了的軸和軸承；軸和軸承；l 注意每運行一年，應進行全面檢查、檢定儀表注意每運行一年，應進行全面檢查、檢定儀表

32、系數(shù)。系數(shù)。l 傳感器拆下不用時，應在清洗后兩端加保護套，傳感器拆下不用時，應在清洗后兩端加保護套，妥善保存。妥善保存。6 6 旋渦流量旋渦流量 檢測技術檢測技術 l旋渦流量計利用流體振動進行流量測量旋渦流量計利用流體振動進行流量測量l兩種：兩種：渦街流量計渦街流量計和旋進旋渦流量計和旋進旋渦流量計 旋進旋渦流量計旋進旋渦流量計l渦街流量計渦街流量計l渦街的產生渦街的產生l 根據伯努力方程，根據伯努力方程， 如圖所示：如圖所示：l 在在A-B-C區(qū)間，區(qū)間，u p ，流體從高壓區(qū)流向低壓區(qū)，流體從高壓區(qū)流向低壓區(qū)，容易克服能量損失，除去一部分能量消耗，尚可容易克服能量損失，除去一部分能量消耗，

33、尚可順利流動。如沒有能量損失，由伯努力方程，能順利流動。如沒有能量損失，由伯努力方程，能量守恒量守恒 。l 在在C-D-E區(qū)間，區(qū)間，u p ，流體從低壓區(qū)流向高壓區(qū)。，流體從低壓區(qū)流向高壓區(qū)。如果沒有能量損失，動能完全轉化為壓力能，是如果沒有能量損失，動能完全轉化為壓力能，是不會產生旋渦的。實際上存在能量損失，沒有足不會產生旋渦的。實際上存在能量損失，沒有足夠的動能來補充所需要的壓力能，出現(xiàn)旋渦。夠的動能來補充所需要的壓力能，出現(xiàn)旋渦。 Cu2p2l 旋渦頻率旋渦頻率d為圓柱體直徑，為圓柱體直徑，Sr為斯特羅哈數(shù)，當為斯特羅哈數(shù)，當Re=3*102 2*105時，時，Sr為一常數(shù)為一常數(shù)du

34、Srf1udRel分析上式，通過測頻率來求分析上式，通過測頻率來求u1 qv，要求，要求Sr為常數(shù)，與為常數(shù)，與 等無關。按此判斷等無關。按此判斷DN50管道中水的測量上限為管道中水的測量上限為4m/s，空氣的，空氣的測量上限為測量上限為60m/s。l實際應用時采用梯形柱量程會增大。實際應用時采用梯形柱量程會增大。l從雷諾數(shù)使用范圍看，應有三個數(shù)量級的從雷諾數(shù)使用范圍看，應有三個數(shù)量級的測量范圍，實際上達不到。這是由于升力測量范圍，實際上達不到。這是由于升力的原因。的原因。l 旋渦頻率：旋渦頻率：l 旋渦升力：旋渦升力：當當u較小時，雖然有旋渦存在，但是由于信號微弱，檢測不較小時，雖然有旋渦存

35、在，但是由于信號微弱，檢測不出來。出來。21max212sin2uCFtuCFhhduSrf1l 渦街舉例：煙筒、旗子、汽車導流板、橫幅渦街舉例：煙筒、旗子、汽車導流板、橫幅l 渦街流量計計算公式：渦街流量計計算公式：根據連續(xù)性公式根據連續(xù)性公式定義截面比定義截面比 可得可得AuuA11AAm1fSrdmDqv24DdDdDdDdAAm25. 11)arccos1(21221KfDdDSrdfqv)25. 11 (42)25. 11 (/42DddDSrKl從理論上講，從理論上講，K應為一常數(shù)。實際上如圖所應為一常數(shù)。實際上如圖所示，而且水與空氣的儀表系數(shù)有示，而且水與空氣的儀表系數(shù)有0.5%

36、的偏差。的偏差。1ul 問題存在于：測得的速度是旋渦發(fā)生體兩側的流問題存在于：測得的速度是旋渦發(fā)生體兩側的流速速 ，而不是截面上的平均流速，而不是截面上的平均流速 由于流形的不同，由于流形的不同， 具有不同的函具有不同的函數(shù)關系。數(shù)關系。 u)(1ufu ABB現(xiàn)場顯示型現(xiàn)場顯示型遠傳型遠傳型YOKOGAWA現(xiàn)場顯示型現(xiàn)場顯示型遠傳型遠傳型ROSEMOUNT雙傳感器雙傳感器天大泰和天大泰和溫壓補償式溫壓補償式溫度補償式溫度補償式l傳感器：表體、旋渦發(fā)生體、檢測元件傳感器：表體、旋渦發(fā)生體、檢測元件l轉換器：前置放大、信號處理轉換器：前置放大、信號處理（1）旋渦發(fā)生體）旋渦發(fā)生體（2）旋渦信號檢

37、測與轉換器）旋渦信號檢測與轉換器l 熱電阻法：熱電阻法：將鉑絲加熱到高于流體溫度將鉑絲加熱到高于流體溫度100C左右，同時將其作為電橋的一左右，同時將其作為電橋的一個臂，產生旋渦一側個臂，產生旋渦一側u p 另一側另一側u p 壓差壓差 內部內部流動流動 帶走熱量帶走熱量 鉑絲鉑絲溫度溫度 電阻值電阻值 電橋輸出信號。電橋輸出信號。特點：靈敏度高，下限低，對振特點：靈敏度高，下限低，對振動不敏感。但鉑絲易斷，孔易動不敏感。但鉑絲易斷，孔易堵。堵。l應變式：應變式：l靈敏度低、可靠性高，可用于測量液體介質靈敏度低、可靠性高，可用于測量液體介質嵌入應變片，彈性變形，改變嵌入應變片，彈性變形，改變電

38、阻阻值電阻阻值l應力式：應力式：l靈敏度高、抗振性差，是當前應用最多的靈敏度高、抗振性差，是當前應用最多的一種檢測方式一種檢測方式嵌入壓電陶瓷片，壓力轉化成嵌入壓電陶瓷片，壓力轉化成電荷電荷l電容式：電容式：l差動電容，當前只有德國差動電容，當前只有德國E+H公司能成功公司能成功制造，靈敏度、抗振性均較好。制造，靈敏度、抗振性均較好。l超聲式：超聲式：l靈敏度、抗振性均較好，僅有日本橫河公靈敏度、抗振性均較好，僅有日本橫河公司成功制造。司成功制造。（3）信號處理）信號處理l 模擬信號處理：模擬信號處理：l 數(shù)字信號處理：數(shù)字信號處理：l 模擬信號處理模擬信號處理l 數(shù)字信號處理數(shù)字信號處理小流

39、量頻域圖小流量頻域圖大流量頻域圖大流量頻域圖小流量時域圖小流量時域圖大流量時域圖大流量時域圖以以0.1MPa下氣體渦街下限試驗為例下氣體渦街下限試驗為例流量點流量點（m3/h）標準體積標準體積（L L）脈沖數(shù)脈沖數(shù)（NsNs）儀表系數(shù)儀表系數(shù)（1/L1/L）平均儀表系平均儀表系數(shù)（數(shù)（1/L1/L）重復性重復性68.868.8179.346179.346175.213175.213176.813176.8132052052022022042041.14951.14951.15291.15291.15381.15381.15211.15210.1970.19751.751.7427.807427

40、.807429.438429.438425.080425.0805195195195195105101.21321.21321.20861.20861.19981.19981.20721.20720.5640.56439.639.6324.233324.233324.233324.233323.600323.6004484484594594344341.38171.38171.38171.38171.34121.34121.36821.36821.7091.70932.232.2271.974271.974267.102267.102263.200263.2003603603633633653

41、651.32371.32371.35901.35901.38681.38681.35651.35652.3312.331普通模擬渦街普通模擬渦街流量點（流量點（m3/h）標準體標準體積積（L L）脈沖數(shù)脈沖數(shù)（NsNs）儀表系數(shù)儀表系數(shù)（1/L1/L）平均儀表系數(shù)平均儀表系數(shù)（1/L1/L）重復性重復性51.851.8419.461419.461425.523425.523422.453422.4534864864914914864861.15861.15861.15391.15391.15041.15041.15431.15430.3560.35639.739.7322.446322.446

42、328.919328.919328.430328.4303723723803803813811.15371.15371.15531.15531.16011.16011.15641.15640.2880.28832.232.2264.380264.380266.664266.664263.294263.2943213213263263213211.21421.21421.22251.22251.21921.21921.21861.21860.3430.34327.227.2450.759450.759448.852448.852446.369446.3695625625635635585581.

43、24681.24681.25431.25431.25011.25011.25041.25040.3010.30124.824.8407.857407.857406.784406.784411.280411.2805485485515515595591.34361.34361.35451.35451.35921.35921.35241.35240.5920.59222.322.3370.130370.130365.845365.845366.731366.7314874874924924944941.31581.31581.34481.34481.34701.34701.33591.33591.

44、3031.30317.317.3284.998284.998286.110286.110285.676285.6763653653983983693691.28071.28071.39111.39111.29171.29171.32121.32124.6034.603數(shù)字渦街數(shù)字渦街不同壓力下對比不同壓力下對比壓力（壓力（MPa）0.10.20.30.40.5模擬渦街下限模擬渦街下限(m3/h)51.740.640.232.140.1數(shù)字渦街下限數(shù)字渦街下限(m3/h)22.325.114.922.322.80 .10 .20 .30 .40 .501 02 03 04 05 06 07 08

45、 0流 量(m 3/h)壓 力 ( M P a ) a n a lo g d ig ita ll 除經典的除經典的FFT方法，許多學者還研究出了其他數(shù)方法，許多學者還研究出了其他數(shù)字信號處理方法：自適應濾波、松弛陷波周期字信號處理方法：自適應濾波、松弛陷波周期圖法、小波分析方法、圖法、小波分析方法、Hilbert-Huang方法、基方法、基于混沌理論的微弱信號檢測方法于混沌理論的微弱信號檢測方法l 目前僅目前僅ABB、橫河、羅斯蒙特三家公司制造，、橫河、羅斯蒙特三家公司制造，利用數(shù)字信號處理方法目的是從高噪聲背景下利用數(shù)字信號處理方法目的是從高噪聲背景下提取有用信號。提取有用信號。l 進動頻率

46、：進動頻率：Kuf Kvfqvl準確度較高，液體準確度較高，液體0.5%1%，氣體，氣體1%2.5%l量程比量程比10:1（數(shù)字渦街可達（數(shù)字渦街可達30:1）l頻率信號輸出，抗干擾強頻率信號輸出，抗干擾強l不受溫度、壓力、密度、黏度等工況參數(shù)不受溫度、壓力、密度、黏度等工況參數(shù)影響影響l無可動部件、壓力損失小、適用范圍廣，無可動部件、壓力損失小、適用范圍廣，特別適用于中、大口徑，需前后直管段，特別適用于中、大口徑，需前后直管段，抗震性差抗震性差常見故障與維護常見故障與維護故障現(xiàn)象故障現(xiàn)象可能原因可能原因處理方法處理方法通電后無流量時有輸出信通電后無流量時有輸出信號號1)輸入屏蔽或接地不良，輸

47、入屏蔽或接地不良，引入電磁干擾引入電磁干擾2)儀表靠近強電設備或高儀表靠近強電設備或高頻脈沖干擾源頻脈沖干擾源3)管道有較強振動管道有較強振動4)轉換器靈敏度過高轉換器靈敏度過高 1)改善屏蔽與接地，排除改善屏蔽與接地，排除電磁干擾電磁干擾2)遠離干擾源安裝，采取遠離干擾源安裝，采取隔離措施加強電源濾波隔離措施加強電源濾波3)采取減震措施，加強信采取減震措施，加強信號濾波降低放大器靈敏度號濾波降低放大器靈敏度4)降低靈敏度，提高觸發(fā)降低靈敏度，提高觸發(fā)電平電平 通電通流后無輸出信通電通流后無輸出信號號1)電源出故障電源出故障2)輸入信號線斷線輸入信號線斷線3)放大器某級有故障放大器某級有故障4

48、)檢測元件損壞檢測元件損壞5)無流量或流量過小無流量或流量過小6)管道堵塞或傳感器管道堵塞或傳感器被卡死被卡死 1)檢查電源與接地檢查電源與接地2)檢查信號線與接線檢查信號線與接線端子端子3)檢測工作點，檢查檢測工作點，檢查元器件元器件4)檢查傳感元件及引檢查傳感元件及引線，檢查閥門，增大線，檢查閥門，增大流量或縮小管徑流量或縮小管徑5)檢查清理管道，清檢查清理管道，清洗傳感器洗傳感器輸出信號不規(guī)則不穩(wěn)輸出信號不規(guī)則不穩(wěn)定定1)有較強電干擾信號有較強電干擾信號2)傳感器被沾污或受傳感器被沾污或受潮，靈敏度降低潮，靈敏度降低3)傳感器靈敏度過高傳感器靈敏度過高4)傳感器受損或引線傳感器受損或引線

49、接觸不良接觸不良5)出現(xiàn)兩相流或脈動出現(xiàn)兩相流或脈動流流1)加強屏蔽和接地加強屏蔽和接地2)清洗或更換傳感器，清洗或更換傳感器，提高放大器增益提高放大器增益3)降低增益，提高觸降低增益，提高觸發(fā)電平發(fā)電平4)檢查傳感器及引線檢查傳感器及引線5)加強工藝流程管理，加強工藝流程管理，消除兩相流或脈動流消除兩相流或脈動流現(xiàn)象現(xiàn)象測量誤差大測量誤差大1)直管段長度不足直管段長度不足2)模擬轉換電路零漂或滿模擬轉換電路零漂或滿量程調整不對量程調整不對3)供電電壓變化過大供電電壓變化過大4)儀表超過檢定周期儀表超過檢定周期5)傳感器與配管內徑差異傳感器與配管內徑差異較大較大6)安裝不同心或密封墊凸安裝不同

50、心或密封墊凸入管內入管內7)傳感器沾污或損傷傳感器沾污或損傷8)有兩相流或脈動流有兩相流或脈動流9)管道泄漏管道泄漏 1)加長直管段或加裝流動加長直管段或加裝流動調整器調整器2)校正零點和量程刻度校正零點和量程刻度3)檢查電源檢查電源4)及時送檢及時送檢5)檢查配管內徑，修正儀檢查配管內徑，修正儀表系數(shù)表系數(shù)6)調整安裝，修整密封墊調整安裝，修整密封墊7)清洗更換傳感器清洗更換傳感器8)排除兩相流或脈動流排除兩相流或脈動流9)排除泄漏排除泄漏 測量管泄漏測量管泄漏1)管內壓力過高管內壓力過高2)公稱壓力選擇不對公稱壓力選擇不對3)密封件損壞密封件損壞4)傳感器被腐蝕傳感器被腐蝕 1)調整管壓，

51、更改安裝位調整管壓，更改安裝位置置2)選用高一檔公稱壓力傳選用高一檔公稱壓力傳感器感器3)更換密封件更換密封件4)采取防腐和保護措施采取防腐和保護措施 l判斷渦街流量計是否正常：敲擊法判斷渦街流量計是否正常：敲擊法l探頭壞：更換探頭探頭壞：更換探頭l電路壞：調電位器或更換電路壞：調電位器或更換7 電磁流量 檢測技術l法拉第電磁感應定律：電路中感生電法拉第電磁感應定律：電路中感生電動勢的大小跟穿過這一電路的磁通量動勢的大小跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比的變化率成正比.ldKldBvDC)(西門子電磁流量計西門子電磁流量計ABB電磁流量計電磁流量計上海羅斯蒙特電磁流量計上海羅斯蒙特電磁流量計

52、電磁流量計電磁流量計電磁流量計電磁流量計7.1 電磁流量計的測量原理電磁流量計的測量原理法拉第電磁感應定律法拉第電磁感應定律 ukBDe BLue BekDqv4由式由式 可知，當測量管結構可知，當測量管結構一定時，體積流量和一定時，體積流量和 成正成正比，而與流體的狀態(tài)和物性參數(shù)比，而與流體的狀態(tài)和物性參數(shù)無關，測量比值即可得到體無關，測量比值即可得到體積流量。當磁感應強度為恒定積流量。當磁感應強度為恒定值時，體積流量與感生電勢成正值時，體積流量與感生電勢成正比。比。BekDqv4vqBe/Be/ 直流勵磁：最簡單的直流勵磁：最簡單的一種方式。但兩電極一種方式。但兩電極表面上形成固定的正表面

53、上形成固定的正負極性，引起被測介負極性，引起被測介質電解而產生正負離質電解而產生正負離子。這種電極間不均子。這種電極間不均衡的電化學干擾嚴重衡的電化學干擾嚴重影響流量測量，已不影響流量測量，已不再使用。再使用。 工頻正弦波勵磁：工頻正弦波勵磁：采用采用50Hz工頻交流工頻交流電，曾經是使用最電，曾經是使用最廣泛的一種勵磁方廣泛的一種勵磁方式式: 則被測體積流量為則被測體積流量為tBBmsintuDkBemsintBekDqmvsin4 正交干擾：正交干擾：流量信號：流量信號： 正交干擾：正交干擾： 特點：特點：它與流量形成的感應電勢在相位它與流量形成的感應電勢在相位差差 ，故稱其為正交干擾；，

54、故稱其為正交干擾；與流量無關，即使，與流量無關，即使， 也存在也存在 ； )90sin(cos1ommtBtBdtdBeo9001eee 1tuDkBemsin 低頻矩形波勵磁：綜合直流勵磁和低頻矩形波勵磁：綜合直流勵磁和正弦波勵磁優(yōu)點的一種方式。正弦波勵磁優(yōu)點的一種方式。三值低頻矩形三值低頻矩形波勵磁：使零波勵磁：使零點更穩(wěn)定，已點更穩(wěn)定，已廣泛應用。廣泛應用。雙頻調制波雙頻調制波7.3 電磁流量計的結構電磁流量計的結構測量管組件，根據被測介質的測量管組件，根據被測介質的種類，選擇適當?shù)慕^緣材料襯種類，選擇適當?shù)慕^緣材料襯里，如耐磨橡膠，聚四氟乙烯里，如耐磨橡膠，聚四氟乙烯等；等；磁路系統(tǒng)，

55、分段式繞組；磁路系統(tǒng)，分段式繞組；電極電極 ：非磁性導電材料，如不：非磁性導電材料，如不銹鋼，關鍵是結構，不漏。銹鋼，關鍵是結構，不漏。傳感器結構簡單，無可動部件和阻流件，傳感器結構簡單，無可動部件和阻流件，無壓力損失，可測臟污、腐蝕性、液固無壓力損失，可測臟污、腐蝕性、液固兩相等導電性介質，而且只可測導電液兩相等導電性介質，而且只可測導電液體體 。準確度高，。準確度高，0.2%1%，量程比可，量程比可達達50100:1，口徑范圍從，口徑范圍從2mm至至3m，使用地點不應有強磁場干擾，管道充滿使用地點不應有強磁場干擾，管道充滿流體，前流體，前5D直管段。直管段。l襯里的確定：主要考慮耐腐襯里的

56、確定：主要考慮耐腐蝕性、耐磨性和流體溫度；蝕性、耐磨性和流體溫度；l電極的選定：考慮腐蝕性，電極的選定：考慮腐蝕性，壓力狀況等；壓力狀況等；l使用非金屬管道應使用接地使用非金屬管道應使用接地環(huán)。環(huán)。8 超聲流量 檢測技術按測量原理分為按測量原理分為 傳播速度差傳播速度差 （時差法、頻差法、相差法）（時差法、頻差法、相差法）多普勒式多普勒式相關法相關法 國外主要廠商產品介紹國外主要廠商產品介紹德國德國KROHNEKROHNE4 4聲道氣體超聲流量計聲道氣體超聲流量計高精度高精度低功耗低功耗1W1W，可使用太陽能，可使用太陽能DN80DN80流速上限流速上限 57m/s57m/sDN400DN40

57、0流速上限流速上限 30m/s30m/s示值誤差示值誤差 0.2%0.2%重復性重復性 0.20.2 ALTOSONIC IV 3 3聲道液體超聲流量計聲道液體超聲流量計獨特的三聲道截面設計獨特的三聲道截面設計傳感器專利設計傳感器專利設計數(shù)字信號處理數(shù)字信號處理(DSP)(DSP)流速測量范圍流速測量范圍0 020m/s20m/s當流速大于當流速大于0.5m/s0.5m/s時時示值誤差示值誤差 0.5%0.5%當流速小于當流速小于0.5m/s0.5m/s時時絕對誤差為絕對誤差為2.5mm/s2.5mm/s重復性重復性 0.20.2 UFM 3030KROHNEKROHNE工藝流程的氣體超聲流量

58、計工藝流程的氣體超聲流量計兩聲道通用型兩聲道通用型強化結構，保護罩強化結構，保護罩全金屬微型傳感器全金屬微型傳感器DN50DN50流速上限流速上限57m/s57m/sDN600DN600流速上限流速上限30m/s30m/s低功耗低功耗1W1W示值誤差示值誤差 1%1%重復性重復性 0.20.2 OPTISONIC 7060KROHNEKROHNE美國美國CONTROLOTRONCONTROLOTRON雙聲道固定式雙聲道固定式液體超聲流量計液體超聲流量計全天候機箱設計全天候機箱設計 1010N 雙聲道便攜式超聲流量計雙聲道便攜式超聲流量計外貼式安裝方便外貼式安裝方便3232位流量計算機位流量計算

59、機 寬脈沖時差式和多普勒兩用寬脈沖時差式和多普勒兩用 基本精度基本精度 1%1% 1010WPCONTROLOTRONCONTROLOTRON英國英國MICRONICSMICRONICS便攜式液體超聲流量計便攜式液體超聲流量計 帶圖表顯示功能帶圖表顯示功能LCD LCD 覆膜觸摸式按鍵覆膜觸摸式按鍵1616個個管徑范圍：管徑范圍：50-100050-1000毫米毫米 流速：流速：0.12-12.39m/s 0.12-12.39m/s 重復性：重復性：0.5% 0.5% 讀數(shù)誤差：讀數(shù)誤差：1-3% 1-3% 長度：長度：236mm 236mm 寬度：寬度：125mm 125mm 高度：高度：4

60、1mm 41mm 重量：小于重量：小于1.5Kg 1.5Kg PFSE 在線安裝式超聲波流量計在線安裝式超聲波流量計可安裝配套溫度傳感器可安裝配套溫度傳感器從而測得熱量從而測得熱量 U2000 MICRONICSMICRONICS日本富士電機日本富士電機FUJIFUJI新式脈沖多普勒法與新式脈沖多普勒法與傳播時間差法并用的傳播時間差法并用的新一代混合型超聲波流量計新一代混合型超聲波流量計 脈沖多普勒方式脈沖多普勒方式 流速范圍：流速范圍：0 00.3m/s0.3m/s4m/s4m/s精度：精度：0.50.51.01.0傳播時間差方式傳播時間差方式流速范圍：流速范圍： 0 00.3m/s0.3m