流量檢測及儀表

2.5流量檢測及儀表

機(jī)泵、壓縮機(jī)的出口流量常常是生產(chǎn)裝置的負(fù)荷（設(shè)備的處理量），必須進(jìn)行嚴(yán)格檢測和控制。以便為生產(chǎn)操作和控制提供依據(jù)。同時，為了進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算，經(jīng)常需要知道在一段時間（如一班、一天等）內(nèi)流過的介質(zhì)總量。所以，介質(zhì)流量（液體、氣體和蒸汽等）是控制生產(chǎn)過程達(dá)到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)和安全生產(chǎn)以及進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算所必需的一個重要參數(shù)。

流量（瞬時流量）：單位時間內(nèi)流過管道某一截面的流體的數(shù)量。

累積流量（總流量）：某一時段內(nèi)流過的流體的總合。瞬時流量在某一時段的累積量。

質(zhì)量流量(M)：單位時間內(nèi)流過某截面的流體的質(zhì)量。單位：(kg/s)

體積流量(Q)：單位時間內(nèi)流過某截面的流體的體積。單位：（m3/s）流量的基本概念

對于氣體，密度受溫度、壓力變化影響較大，如在常溫常壓附近，溫度每變化10℃，密度變化約為3%；壓力每變化10kPa，密度約變化3%。

因此在測量氣體流量時，必須同時測量流體的溫度和壓力。為了便于比較，常將在工作狀態(tài)下測得的體積流量換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（溫度為20℃，壓力為一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）的體積流量，用符號Qn表示，單位：m3/s。標(biāo)準(zhǔn)的壓力下的體積流量(Qn)：折算到標(biāo)準(zhǔn)的壓力和溫度下的體積流量。（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下）2.5.1差壓式流量變送器（工業(yè)應(yīng)用最廣泛）

2.5.2靶式流量計(jì)2.5.3轉(zhuǎn)子流量計(jì)2.5.4橢圓齒輪流量計(jì)2.5.5渦輪流量計(jì)2.5.6電磁流量計(jì)主要研究內(nèi)容

差壓式（也稱節(jié)流式）流量變送器（圖3-1）是基于流體流動的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時產(chǎn)生的壓力差而實(shí)現(xiàn)流量測量的。它是目前生產(chǎn)中測量流量最成熟，最常用的方法之一。通常是由節(jié)流裝置產(chǎn)生的壓差信號，通過差壓流量變送器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電信號，以供顯示、記錄或控制用。

2.5.1差壓式流量變送器

圖3-1差壓式（也稱節(jié)流式）流量變送器外形圖

節(jié)流裝置是差壓式流量傳感器的流量敏感檢測元件，是安裝在流體流動的管道中的阻力元件。常用的節(jié)流元件有孔板、文丘里管等。

它們的結(jié)構(gòu)形式、相對尺寸、技術(shù)要求、管道條件和安裝要求等均已標(biāo)準(zhǔn)化，故又稱標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件，如圖3-2所示一、節(jié)流裝置

圖3-2標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件(a)孔板(b)文丘里管

在管道中流動的流體具有動壓能和靜壓能，在一定條件下這兩種形式的能量可以相互轉(zhuǎn)換，但參加轉(zhuǎn)換的能量總和不變。用節(jié)流元件測量流量時，流體流過節(jié)流裝置前后產(chǎn)生壓力差Δp(Δp=p1-p2)，且流過的流量越大，節(jié)流裝置前后的壓差也越大，流量與壓差之間存在一定關(guān)系，這就是差壓式流量傳感器測量原理。

二、測量原理

圖3-3孔孔板板前前后后流流體體的的速速度度與與壓壓力力的的分分布布圖圖圖3-3為為節(jié)節(jié)流流件件前前后后流流速速和和壓壓力力分分布布情情況況，，圖圖中中充充分分地地反反映映了了能能量量形形式式的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換。。由于于流流動動是是穩(wěn)穩(wěn)定定不不變變的的，，即即流流體體在在同同一一時時間間內(nèi)內(nèi)通通過過管管道道截截面面A和節(jié)節(jié)流流件件開開孔孔截截面面A0的流流體體量量應(yīng)應(yīng)相相同同，，這這樣樣通通過過截截面面A0的流流速速必必然然比比通通過過截截面面A時快快。。在在流流速速變變化化的的同同時時，，流流體體的的動動壓壓能能和和靜靜壓壓能能也也發(fā)發(fā)生生變變化化，，根根據(jù)據(jù)能能量量守守恒恒定定律律，，因因而而在在孔孔板板前前后后出出現(xiàn)現(xiàn)了了靜靜壓壓差差。。通通過過測測量量此此靜靜壓壓差差便便可可以以求求出出流流量量。。流量量方方程程式式為為：流量量公公式式中中的的為可可膨膨脹脹性性系系數(shù)數(shù)、α為為流流量量系系數(shù)數(shù)。。αα與節(jié)節(jié)流流裝裝置置的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)形形式式、、取取壓壓方方式式、、節(jié)節(jié)流流裝裝置置開開孔孔直直徑徑、、流流體體流流動動狀狀態(tài)態(tài)（（雷雷諾諾數(shù)數(shù)））及及管管道道條條件件等等因因素素有有關(guān)關(guān)。。對對于于標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)節(jié)節(jié)流流裝裝置置，，α值可可直直接接從從有有關(guān)關(guān)手手冊冊中中查查出出。。節(jié)流流裝裝置置是將將被被測測流流體體的的流流量量值值變變換換成成差差壓壓信信號號ΔΔp，節(jié)節(jié)流流裝裝置置輸輸出出的的差差壓壓信信號號由由壓壓力力信信號號管管路路輸輸送送到到差差壓壓變變送送器器（（或或差差壓壓計(jì)計(jì)））。。由流流量量基基本本方方程程式式可可以以看看出出，，被測測流流量量與與差差壓壓ΔΔp成平平方方根根關(guān)關(guān)系系，，對于于直直接接配配用用差差壓壓計(jì)計(jì)顯顯示示流流量量時時，，流流量量標(biāo)標(biāo)尺尺是是非非線線性性的的，，為為了了得得到到線線性性刻刻度度，，可可加加開開方方運(yùn)運(yùn)算算電電路路或或加加開開方方器器。。如如差差壓壓流流量量變變送送器器帶帶有有開開方方運(yùn)運(yùn)算算，，變變送送器器的的輸輸出出電電流流就就與與流流量量成成線線性性關(guān)關(guān)系系。。顯顯示示儀儀表表才才能能顯顯示示流流量量的的大大小小。。要使使儀儀表表的的指指示示值值與與通通過過管管道道的的實(shí)實(shí)際際流流量量相相符符，，必必須須做做到到以以下下幾幾點(diǎn)點(diǎn)：：（1））差壓壓變變送送器器的的壓壓差差和和顯顯示示儀儀表表的的流流量量標(biāo)標(biāo)尺尺有有若若干干種種規(guī)規(guī)格格，，選選擇擇時時應(yīng)應(yīng)與與節(jié)節(jié)流流裝裝置置孔孔徑徑匹匹配配。。（2））在測測量量蒸蒸汽汽和和氣氣體體流流量量時時，，常常遇遇到到工工作作條條件件的的密密度度ρ與設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)時時的的密密度度ρc不相相同同，，這這時時必必須須對對示示數(shù)數(shù)進(jìn)進(jìn)行行修修正正。。（3））顯示示儀儀表表刻刻度度通通常常是是線線性性的的，，測測量量值值（（差差壓壓信信號號））要要經(jīng)經(jīng)過過開開方方運(yùn)運(yùn)算算進(jìn)進(jìn)行行線線性性化化處處理理后后再再送送顯顯示示儀儀表表。。（4））節(jié)流裝裝置應(yīng)應(yīng)正確確安裝裝。（5））接至差差壓變變送器器的壓壓差應(yīng)應(yīng)該與與節(jié)流流裝置置前后后壓差差相一一致，，這就就需要要正確確安裝裝差壓壓信號號管路路，信號管管路安安裝舉舉例(如下下)：：①被被測流流體為為清潔潔液體體時，，導(dǎo)壓壓管路路安裝裝方式式如圖圖3-4所所示示。a)垂垂直管管道差差壓儀儀表在在管道道下方方b)差差壓壓儀表表在管管道上上方圖3-4清清潔潔液體體時安安裝示示意圖圖②被被測流流體為為清潔潔的干干燥氣氣體時時，導(dǎo)導(dǎo)壓管管路安安裝方方式如如圖3-5所所示：b)差差壓壓儀表表在管管道上上方圖3-5清清潔干干氣體體時的的安裝裝圖示示意圖圖③被被測流流體為為蒸汽汽時，，導(dǎo)壓壓管路路安裝裝如圖圖3-6所所示。。圖3-6測測量蒸蒸汽時時的安安裝圖圖示意意圖④被被測流流體為為潔凈凈濕氣氣體時時，導(dǎo)導(dǎo)壓管管路安安裝如如圖3-7所所示。。圖3-7測測量量潔凈凈濕氣氣體時時的安安裝圖圖示意意圖返回在流體體通過過的管管道中中，垂垂直于于流動動方向向插上上一塊塊圓盤盤形的的靶。。流體體通過過時對對靶片片產(chǎn)生生推力力，經(jīng)經(jīng)杠桿桿系統(tǒng)統(tǒng)產(chǎn)生生力矩矩。力力矩與與流量量的平平方近近似成成正比比。靶式流流量計(jì)計(jì)適用用于測測量粘粘稠性性及含含少量量懸浮浮固體體的液液體。。2.5.2靶靶式流流量計(jì)計(jì)圖3-8靶靶式流流量計(jì)計(jì)返回浮子流流量計(jì)計(jì)是以浮浮子在在垂直直錐形形管中中隨著著流量量變化化而升升降，，改變變它們們之間間的流流通面面積來來進(jìn)行行測量量的體體積流流量儀儀表，，又稱稱轉(zhuǎn)子流流量計(jì)計(jì)。在美國國、日日本常常稱作作變面面積流流量計(jì)計(jì)（VariableAreaFlowmeter）。。轉(zhuǎn)子流流量計(jì)計(jì)利用流流體節(jié)節(jié)流作作用測測量流流體的的體積積流量量。結(jié)結(jié)構(gòu)有有錐管管和浮浮子。。轉(zhuǎn)子子流量量計(jì)的的特點(diǎn)：：結(jié)構(gòu)構(gòu)簡單單，直直觀；；使用用維護(hù)護(hù)方便便；壓壓力損損失小小。2.5.3轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子流量量計(jì)工作原原理：：如圖所所示，，被測測流體體從下下向上上經(jīng)過過錐管1和浮子2形成成的環(huán)環(huán)隙3時，，浮子子上下下端產(chǎn)產(chǎn)生差差壓形形成浮浮子上上升的的力，，當(dāng)浮浮子所所受上上升力力大于于浸在在流體體中浮浮子重重量時時，浮浮子子便上上升，，環(huán)隙隙面積積隨之之增大大，環(huán)環(huán)隙處處流體體流速速立即即下降降，浮浮子上下端端差壓壓降低低，作用于于浮子子的上上升力力亦隨隨著減減少，，直到到上升升力等等于浸浸在流流體中中浮子子重量量時，，浮子子便穩(wěn)穩(wěn)定在在某一一高度度。浮浮子在在錐管管中高高度和和通過過的流流量有有對應(yīng)應(yīng)關(guān)系系。圖3-9工工作作原理理它是直直讀累累積式式流體體流量量計(jì)，，是由由裝有有一對對橢圓圓齒輪輪轉(zhuǎn)子子的計(jì)計(jì)量室室、密密封聯(lián)聯(lián)軸器器（小小口徑徑流量量計(jì)采采用靈靈敏度度高的的磁性性聯(lián)軸軸器））和計(jì)計(jì)數(shù)機(jī)機(jī)構(gòu)組組成。。2.5.4橢圓齒齒輪流量計(jì)計(jì)圖3-11橢橢圓齒輪流流量測量示示意圖返回測得旋轉(zhuǎn)頻頻率就可求求得體積流流量。2.5.6渦輪流流量計(jì)在流體流動動的管道內(nèi)內(nèi)，安裝一一個可以自自由轉(zhuǎn)動的的葉輪，當(dāng)當(dāng)流體通過過葉輪時，，流體的動動能使葉輪輪旋轉(zhuǎn)。流流體的流速速越高，動動能就越大大，葉輪轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速也就越越高。在規(guī)規(guī)定的流量量范圍和一一定的流體體粘度下，，轉(zhuǎn)速與流流速成線性性關(guān)系，因因此，測出出葉輪的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)數(shù)數(shù)，就可確確定流過管管道的流體體流量和總總量工作原理渦輪流量計(jì)計(jì)是由變送送器和顯示示儀表組成成。渦輪葉片受受力而旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速速與流體流流量（流速速）成正比比，其轉(zhuǎn)數(shù)數(shù)又可以轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成磁電電的頻率，，此頻率表表現(xiàn)為電脈脈沖，用計(jì)計(jì)數(shù)器記錄錄此電脈沖沖，就可以以得到流量量。渦輪流量計(jì)計(jì)安裝方便便，磁電感感應(yīng)轉(zhuǎn)換器器與葉片之之間不需密密封和齒輪輪傳動機(jī)構(gòu)構(gòu)，因而測測量精度高高，可耐高高壓，靜壓壓可達(dá)50MPa。。由于基于于磁電感應(yīng)應(yīng)轉(zhuǎn)換原理理，故反應(yīng)應(yīng)快，可測測脈動流量量。輸出信信號為電頻頻率信號，，便于遠(yuǎn)傳傳，不受干干擾。應(yīng)用特點(diǎn)：：渦輪流量計(jì)計(jì)的渦輪容容易磨損，，被測介質(zhì)質(zhì)中不應(yīng)帶帶機(jī)械雜質(zhì)質(zhì)，否則會會影響測量量精度和損損壞機(jī)件。。因此，一一般應(yīng)加過過濾器。安安裝時，必必須保證前前后由一定定的直管段段，以使流流向比較穩(wěn)穩(wěn)定。返回在進(jìn)行流量量測量時，，如果被測測介質(zhì)具有有導(dǎo)電性，，則可以使使用電磁流流量計(jì)來測測量。2.5.6電磁流流量計(jì)圖3-14電磁流流量計(jì)原理理圖（1）工作作原理及組組成電磁流量計(jì)計(jì)是依據(jù)法法拉第電磁磁感應(yīng)定律律來測量流流量的。由由電磁感感應(yīng)定律可可知，導(dǎo)體體在磁場中中切割磁力力線時，便便會產(chǎn)生感感應(yīng)電勢。。同理，當(dāng)當(dāng)導(dǎo)電的液液體在磁場場中作垂直直于磁力線線方向的流流動而切割割磁力線時時，也會產(chǎn)產(chǎn)生感應(yīng)電電勢。將一個直徑徑為D的管管道放在一一個均勻磁磁場中，并并使之垂直于于磁力線方方向。管道道由非導(dǎo)磁磁材料制成成，如果是金屬屬管道，內(nèi)內(nèi)壁上要裝裝有絕緣襯襯里。當(dāng)導(dǎo)導(dǎo)電液體在管道道中流動時時，便會切切割磁磁力力線。如果果在管道兩側(cè)各各插入一根根電極，則則可以引出出感應(yīng)電勢勢。其大小與磁磁場、管道道和液體流流速有關(guān)，，關(guān)系為：：式中：Ex—感應(yīng)電勢勢；B—磁感應(yīng)應(yīng)強(qiáng)度；D——管道內(nèi)徑徑；v—垂直直于磁力線線的流體速速度。K—比例系系數(shù)而體積流量量qv與流速v之之間的關(guān)系系為：代入上式，，得：將圖3－17西門門子電磁流流量計(jì)

A一體化化電磁流量量計(jì)b電磁流流量計(jì)傳感感器所以，只要要測出感應(yīng)應(yīng)電勢Ex，就可知道道被測流量量Q的大大小。（2）電磁磁流量計(jì)的的使用特點(diǎn)點(diǎn)a.測量管道內(nèi)內(nèi)沒有可動動部件或突突出于管內(nèi)內(nèi)的部件，，所以幾乎乎沒有壓力力損失，可可以測量各各種腐蝕性性液體以及及帶有懸浮浮顆粒的漿漿液。b.輸出電流與與介質(zhì)流量量呈線性關(guān)關(guān)系，且不不受液體物物理性質(zhì)（溫溫度、壓力力、粘度、、密度）或或流動狀態(tài)態(tài)的影響。流速速的測量范范圍大。c.一般精度為為0.5級級到1.5級。d.被測介質(zhì)必必須是導(dǎo)電電液體，導(dǎo)導(dǎo)電率一般般要求不小小于水的導(dǎo)導(dǎo)電率。不不能測量氣氣體、蒸氣氣及石油制制品等的流流量。返回2.6物位檢測方方法與儀表表物位檢測方方法應(yīng)用浮力原原理檢測物物位應(yīng)用靜壓原原理檢測物物位應(yīng)用超聲波波反射檢測測物位物位檢測儀儀表超聲波物位位計(jì)本節(jié)主要內(nèi)內(nèi)容物位-----指容器中的的液體介質(zhì)質(zhì)的液位、、固體的料料位或顆粒物的的料位和兩兩種不同液液體介質(zhì)分分界面的總總稱。液位――容器中的液液體介質(zhì)的的高低。料位――容容器中固體體或顆粒狀狀物質(zhì)的堆堆積高度。。物位檢測的的作用①確定容器器中的貯料料數(shù)量，以以保證連續(xù)續(xù)生產(chǎn)的需需要或進(jìn)行行經(jīng)濟(jì)核核算；②為了監(jiān)視視或控制容容器的物位位，使它保保持在規(guī)定定的范圍內(nèi)內(nèi)；③對它的上上下極限位位置進(jìn)行報(bào)報(bào)警，以保保證生產(chǎn)安安全、正常常進(jìn)行。物位的基本本概念應(yīng)用浮力原原理檢測物物位應(yīng)用靜壓原原理檢測物物位應(yīng)用超聲波波反射檢測測物位物位檢測方法應(yīng)用浮力原原理檢測物物位利用漂浮于于液面上的的浮標(biāo)或浸浸沒于液體體中的浮筒筒對液位進(jìn)進(jìn)行測量的的。當(dāng)液位變化化時，前者者產(chǎn)生相應(yīng)應(yīng)的位移，，而所受到到的浮力維維持不變，，后者則發(fā)發(fā)生浮力的的變化。因因此，只要要檢測出浮浮標(biāo)的位移移或浮筒所所受到的浮浮力的變化化，就可以以知道液位位的高低。。恒浮力法液液位測量示示意圖測量原理應(yīng)用靜壓原原理檢測物物位壓力表測量量液位原理理通過液柱靜靜壓的方法法對液位進(jìn)進(jìn)行測量的的。敞口容器：多用直接接測量容器器底部壓力