測(cè)量?jī)x表與自動(dòng)化

第四章

流量測(cè)量及變送

4.1流量概述4.1.1流量定義及表示方法4.1.2流量?jī)x表分類

4.2差壓式流量計(jì)4.3靶式流量計(jì)4.4容積式流量計(jì)4.5轉(zhuǎn)子流量計(jì)4.6其他流量計(jì)4.7質(zhì)量流量計(jì)意義：生產(chǎn)中需要經(jīng)常測(cè)量各種介質(zhì)（液體、氣體和蒸汽等）的流量，以便為生產(chǎn)操作和控制提供依據(jù)為了進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算，經(jīng)常需要知道在一段時(shí)間內(nèi)流過的介質(zhì)總量1.定義：流量—流經(jīng)管道某一有效截面的流體數(shù)量2.表示方法(1)瞬時(shí)流量—流體在單位時(shí)間內(nèi)流過管道某一截面的數(shù)量（流量計(jì)）

體積流量

質(zhì)量流量(2)累積流量—某一段時(shí)間內(nèi)流過管道的流體流量的總和（計(jì)量表）

體積流量

質(zhì)量流量4.1.1流量的定義及表示方法4.1.1流量的定義及表示方法3.氣體體積流量測(cè)量采用標(biāo)準(zhǔn)立方米（仿質(zhì)量單位）,與使用地點(diǎn)的壓力、溫度無關(guān)。

如：空氣1標(biāo)準(zhǔn)立方米=1.2041千克（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)為0.101325MPa，20℃）100標(biāo)準(zhǔn)立方米/h=120.41Kg/h

天然氣

設(shè)相對(duì)密度為d=0.6，則 1標(biāo)準(zhǔn)立方米=1.2041*0.6=0.7225千克100標(biāo)準(zhǔn)立方米/h=72.25Kg/h采用能量單位更加合理天然氣使用20℃，煤氣使用0℃或20℃（歷史原因決定）。合同溫度流量計(jì)測(cè)出工況體積流量，需經(jīng)壓力、溫度換算物理標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)：0℃，0.101325MPa工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)：20℃，0.101325MPa4.1.2流量?jī)x表分類1.速度式流量計(jì)測(cè)量流體在管道內(nèi)的流速作為測(cè)量依據(jù)來計(jì)算流量的儀表。如：差壓式流量計(jì)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、電磁流量計(jì)、渦輪流量計(jì)等2.容積式流量計(jì)以單位時(shí)間內(nèi)所排出的流體的固定容積的數(shù)目作為測(cè)量依據(jù)來計(jì)算流量如：橢圓齒輪流量計(jì)、活塞式流量計(jì)等3質(zhì)量流量計(jì)以測(cè)量流體流過的質(zhì)量M為依據(jù)的流量計(jì)。分直接式和間接式直接式：量熱式、角動(dòng)量式、陀螺式和科里奧利力式等間接式：用密度和容積流量經(jīng)運(yùn)算得到第四章

流量測(cè)量及變送

4.1流量概述4.2差壓式流量計(jì)4.2.1概述4.2.2工作原理4.2.3標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置4.2.4三閥組與差壓計(jì)4.2.5差壓式流量計(jì)的安裝4.2.6特點(diǎn)及應(yīng)用差壓式（也稱節(jié)流式）流量計(jì)基于流體流動(dòng)的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)產(chǎn)生的壓力差實(shí)現(xiàn)測(cè)量。目前最成熟、最常用的方法。差壓式流量計(jì)組成:1.節(jié)流裝置(節(jié)流件和取壓裝置)v→△P2.引壓管路與三閥組將△P→差壓計(jì)，回零檢查及維修3.差壓計(jì)(差壓變送器)△P→4～20mA4.2.1概述4.2.2工作原理1.節(jié)流原理分析節(jié)流裝置：包括節(jié)流元件和取壓裝置節(jié)流元件-使管道中的流體產(chǎn)生局部收縮的元件有：孔板、噴嘴、文丘里管節(jié)流現(xiàn)象：應(yīng)用了流體的動(dòng)壓能和靜壓能相互轉(zhuǎn)換的原理截面1之前：流體流速為，管內(nèi)靜壓力為截面1：靜壓力升至

，大于管中心壓力孔板中心：流速加快，靜壓力減小為截面2：流束最小截面處，流速最大4.2.2工作原理1.節(jié)流原理分析截面3：流束擴(kuò)大，流速減小恢復(fù)到原來的流動(dòng)狀態(tài)，壓力為

。規(guī)定：節(jié)流元件前的壓力稱為“正壓”，標(biāo)“+”元件后的壓力稱為“負(fù)壓”{非真空度)，標(biāo)“-”結(jié)論：流體在有節(jié)流裝置的管道中流動(dòng)時(shí)，節(jié)流元件導(dǎo)致流體（克服摩擦力）產(chǎn)生壓損流量↑，產(chǎn)生的靜壓差↑測(cè)量靜壓差△P,可測(cè)量流量4.2.2工作原理2.流量基本方程推導(dǎo)依據(jù):

伯努利方程（能量守恒）+流動(dòng)連續(xù)性方程（質(zhì)量守恒）（1）理論流量公式--國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)單位

β--直徑比，β=d/D； A0--節(jié)流件開孔截面積d---工作條件下節(jié)流件孔徑 △P--節(jié)流裝置前后實(shí)測(cè)差壓D---管道直徑 ρ--上游流體密度 ε--可膨脹性系數(shù):（液體=1；可壓縮流體：氣體<1）C--流出系數(shù)（無量綱）。和多種因素有關(guān)，硬件條件一定且按照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)時(shí),Red>臨界值，C趨于常數(shù)4.2.2工作原理2.流量基本方程推導(dǎo)依據(jù):

伯努利方程（能量守恒）+流動(dòng)連續(xù)性方程（質(zhì)量守恒）（2）

實(shí)用流量公式---工程單位A0＝π/4d2帶入原公式單位：Q：m3/hd：mmρ：Kg/m3ΔP：Pa；結(jié)論：流量和差壓的平方根成正比。若無開方器，流量標(biāo)尺刻度為非線性因此，為減小誤差，一般流量計(jì)均應(yīng)工作在標(biāo)尺刻度的50%以上。4.2.2工作原理2.流量基本方程思考：流出系數(shù)C如何得到？通過實(shí)驗(yàn)標(biāo)定得到對(duì)節(jié)流裝置進(jìn)行標(biāo)定，通過實(shí)驗(yàn)得到Q--△P、ρ的數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理精度高0.5級(jí)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，費(fèi)用高通過查表、計(jì)算得到由被測(cè)流體額定工況下的溫度t、壓力p、差壓Δp和流量Q等通過查表、計(jì)算來得到流量系數(shù)，通?？捎靡怀?shù)表示。精度1.5級(jí)，方便，費(fèi)用低定義：按國(guó)標(biāo)(國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO5167和ISO9300、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T2624-2008)規(guī)定的技術(shù)條件設(shè)計(jì)、加工、制造和安裝的節(jié)流裝置種類：

封閉管道中有：標(biāo)準(zhǔn)孔板，標(biāo)準(zhǔn)噴嘴，標(biāo)準(zhǔn)文丘里管，標(biāo)準(zhǔn)比托管，標(biāo)準(zhǔn)音速噴嘴，標(biāo)準(zhǔn)音速噴管等；

明渠中有：標(biāo)準(zhǔn)堰（薄壁堰、三角堰、矩形堰、寬頂堰）。特點(diǎn)：無需濕標(biāo)標(biāo)定，可直接使用，誤差不會(huì)超出規(guī)定的數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置=標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件+標(biāo)準(zhǔn)取壓裝置4.2.3標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置1.標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件標(biāo)準(zhǔn)孔板

Orificeplate結(jié)構(gòu)：一塊具有圓形開孔并與管道同心的圓片狀平板，迎流方向?yàn)橐粋€(gè)具有銳利直角入口邊緣的圓柱部分，順著流向是一段擴(kuò)大的圓錐體。通?？装搴穸取?.1D特點(diǎn)：壓力損失較大；

一般只適用于潔凈流體注：節(jié)流孔的直徑均應(yīng)≥12.5mm4.2.3標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置ISAl932噴嘴長(zhǎng)徑噴嘴1.標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件（2）標(biāo)準(zhǔn)噴嘴

Flownozzle結(jié)構(gòu)：由圓弧收縮和圓筒形喉部組成。

分為ISAl932噴嘴和長(zhǎng)徑噴嘴特點(diǎn)：測(cè)量精度高于孔板

壓力損失略小于孔板；

較適宜帶有污垢介質(zhì)4.2.3標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置1.標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件（3）標(biāo)準(zhǔn)文丘里管

Venturitube分為經(jīng)典文丘里管和文丘里噴嘴經(jīng)典文丘里管結(jié)構(gòu)：由入口圓筒段、圓錐收縮段、圓筒形喉部及圓錐形擴(kuò)散段組成。上下游取壓口做成單獨(dú)管壁取壓口形式，由均壓環(huán)將幾個(gè)（不少于4個(gè)）取壓口連接特點(diǎn)：壓力損失小于噴嘴；

尤適宜帶有污垢介質(zhì)4.2.3標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置標(biāo)準(zhǔn)文丘里管

Venturitube適合低壓、大管徑，低流速各類氣體流量精確測(cè)量。如：鋼鐵廠熱風(fēng)爐的助燃風(fēng)、冷風(fēng)、煤氣計(jì)量（高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣）及熱電廠的鍋爐一次風(fēng)、二次風(fēng)大管徑、低流速管道計(jì)測(cè)測(cè)量范圍寬、安裝方便4.2.3標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置2.標(biāo)準(zhǔn)取壓裝置（1）角接取壓

結(jié)構(gòu)：緊靠節(jié)流件前后端面取壓。

分為環(huán)室和單獨(dú)鉆孔環(huán)室：緊貼節(jié)流件上下游兩側(cè)端面

有一環(huán)形縫隙，流體靜壓經(jīng)縫隙進(jìn)入環(huán)狀空間（環(huán)室），從環(huán)室的引壓孔引出壓力測(cè)量。單獨(dú)鉆孔：緊靠節(jié)流件兩側(cè)的夾緊環(huán)（或法蘭）上鉆孔（孔徑4~10mm），直接取出壓力測(cè)量。適于孔板、ISA1932噴嘴19角接取壓

環(huán)室取壓：用于400mm以下管徑，精度高。加工安裝復(fù)雜單獨(dú)鉆孔：適用于管徑大于200mm的流量測(cè)量。安裝方便環(huán)室取壓標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置

204.2.3標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置2.標(biāo)準(zhǔn)取壓裝置（2）法蘭取壓

結(jié)構(gòu)：距節(jié)流件前后端面1英寸(25.4mm)處取壓僅適于孔板適于孔板、長(zhǎng)頸噴嘴（3）徑距取壓

結(jié)構(gòu)：均距節(jié)流元件前端面1D、后端面D/2處取壓4.2.4三閥組與差壓計(jì)

節(jié)流裝置僅產(chǎn)生△P

，差壓計(jì)測(cè)量△P用于顯示、記錄或控制1.差壓計(jì)（1）雙波紋管差壓計(jì)或U型管（就地指示，無需能源）（2）差壓變送器差壓計(jì)的顯示刻度：線性：差壓百分?jǐn)?shù)非線性（方根）：流量百分?jǐn)?shù)4.2.4三閥組與差壓計(jì)2.三閥組作用：可使一體化結(jié)構(gòu)牢固，減少泄漏點(diǎn)；可在線確認(rèn)變送器的零點(diǎn)與修正；一旦變送器出現(xiàn)故障需要檢修或更換時(shí)，

可在不中斷工藝情況下進(jìn)行，非常方便；調(diào)零或更換變送器時(shí)，三閥組操作程序：置1、3閥為“全閉”位置（順時(shí)針方向擰緊），置2閥為“微開”（逆時(shí)針擰2圈）變送器重新投入運(yùn)行操作：先關(guān)閉2閥，置1、2閥為“全開”位置

一體化差壓流量計(jì)4.2.4三閥組與差壓計(jì)

一體化差壓流量計(jì)4.2.4三閥組與差壓計(jì)安裝時(shí)應(yīng)注意方向，裝反雖也可測(cè)量，但誤差無法估計(jì)例：

用一臺(tái)電容式差壓變送器與節(jié)流裝置配用測(cè)量流量。

原先設(shè)計(jì)流量范圍0-125m3/h，差壓范圍0-80kPa,密度103kg/m3。當(dāng)差壓變送器輸出12mA時(shí)，實(shí)際流量為多少？

解：

或：流量測(cè)量時(shí)，差壓變送器通常無遷移例：

用一臺(tái)電容式差壓變送器與節(jié)流裝置配用測(cè)量流量。

原先設(shè)計(jì)流量范圍0-125m3/h，差壓范圍0-80kPa,密度103kg/m3?，F(xiàn)在測(cè)量密度800kg/m3的介質(zhì)流量。問：（1）實(shí)際流量范圍為多少？（2）當(dāng)差壓變送器輸出12mA時(shí)，實(shí)際流量為多少？

解：（1）（2）4.2.5差壓式流量計(jì)的安裝為保證流體的穩(wěn)定流動(dòng)，節(jié)流裝置前后應(yīng)嚴(yán)格保證直管段的要求。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定滿足最小直管段的要求精度較高場(chǎng)合，要求上游側(cè)10D和下游側(cè)5D的直管段。4.2.6特點(diǎn)及應(yīng)用（1）優(yōu)點(diǎn)：

1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固,性能穩(wěn)定可靠,使用壽命長(zhǎng);

2)應(yīng)用范圍廣泛,占流量計(jì)全部用量的1/4~1/3。流體——單相、混相、潔凈、臟污、粘性流等;工作狀態(tài)——常壓、高壓、真空、常溫、高溫、低溫等;管徑——從幾mm到幾m;流動(dòng)條件——亞音速、音速、脈動(dòng)流等。（2）缺點(diǎn)：

1)測(cè)量精度普遍偏低，0.5級(jí);

2)現(xiàn)場(chǎng)安裝條件要求高，需修正;

3)壓損大(指孔板、噴嘴等)第四章

流量測(cè)量及變送

4.1流量概述4.2差壓式流量計(jì)4.3靶式流量計(jì)4.3.1工作原理4.3.2特點(diǎn)4.4容積式流量計(jì)4.5轉(zhuǎn)子流量計(jì)4.6其他流量計(jì)4.7質(zhì)量流量計(jì)4.3.1工作原理工作原理：流體動(dòng)壓原理結(jié)構(gòu)：測(cè)量部分—靶、杠桿、密封膜片、測(cè)量管路工作過程：流體對(duì)靶的作用力1.流體對(duì)靶的沖擊力，即流體的動(dòng)壓力2.靶節(jié)流作用，在前后側(cè)產(chǎn)生的壓差3.流體對(duì)靶的粘滯摩擦力F–流體作用于靶上的力；K—比例常數(shù)，與靶形狀及雷諾數(shù)有關(guān)；Ad—垂直于流速的靶面積，ρ—流體密度；v—環(huán)形流通截面的平均流速。

設(shè)管徑為D，靶徑為d，則環(huán)形流通面積為:測(cè)得F，則可知Q總結(jié)：工作原理:介質(zhì)流動(dòng)對(duì)靶產(chǎn)生作用力—流量系數(shù)4.3.1工作原理例：靶式流量計(jì)，原先設(shè)計(jì)流量范圍0-125m3/h，密度103kg/m3。實(shí)際測(cè)密度800kg/m3的介質(zhì)流量，實(shí)際流量范圍為多少？當(dāng)差壓變送器輸出12mA時(shí)，實(shí)際流量為多少？

解：（1）（2）可測(cè)臟污介質(zhì)：污水、高溫渣油、漿液、瀝青等小口徑（15～200mm）氣、液體，高粘度，低雷諾數(shù)，含顆?？蓽y(cè)壓力高達(dá)數(shù)十Mpa，溫度達(dá)500℃壓損小，約為標(biāo)準(zhǔn)孔板的一半有直管段要求，回零檢查不便4.3.2特點(diǎn)

4.1流量概述、4.2差壓式流量計(jì)4.3靶式流量計(jì)4.4容積式流量計(jì)4.4.1基本原理4.4.2橢圓齒輪流量計(jì)4.4.3腰輪流量計(jì)4.4.4特點(diǎn)第四章

流量測(cè)量及變送

常用：橢圓齒輪流量計(jì)（奧巴爾流量計(jì)Ovalgearflowmeter）

腰輪流量計(jì)(羅茨流量計(jì)Rootsflowmeter)、

刮板流量計(jì)（Sliding-vaneFlowmeter）V0—固定體積；N—測(cè)量元件的轉(zhuǎn)數(shù)；k—與流量計(jì)結(jié)構(gòu)有關(guān)的系數(shù)。4.4.1工作原理應(yīng)用容積法測(cè)流量又稱排量流量計(jì)(PositiveDisplacementFlowmeter，PDF)經(jīng)測(cè)量元件將流體連續(xù)地分割成固定體積的單元流體，根據(jù)測(cè)量元件的動(dòng)作次數(shù)得到總量。即容積分界法。圖a：P1＞P2

，A為主動(dòng)輪，B為從動(dòng)輪；圖b：A、B均為主動(dòng)輪；圖c：B為主動(dòng)輪，A為從動(dòng)輪；

誤差來自泄漏量4.4.2橢圓齒輪流量計(jì)特點(diǎn)：適合于中、小流量，測(cè)量范圍：3L～540M3/h液體；口徑：10～250mm；精度：0.2～0.5。由一對(duì)表面光滑的“8”字形轉(zhuǎn)子（腰輪）代替橢圓齒輪。測(cè)量室內(nèi)無齒輪，泄漏量減小，可用來測(cè)低粘度介質(zhì)，甚至氣體。允許微小顆粒通過，可測(cè)液體或氣體缺點(diǎn)：體積大、笨重，維修不便，壓損較大，運(yùn)行中有震動(dòng)精度：0.1～0.5，可作標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)?？趶剑?6～500mm。4.4.3腰輪流量計(jì)1.精度高，可達(dá)0.1級(jí)；2.管道安裝條件對(duì)計(jì)量精度沒有影響，不要求直管段；3.直讀式無需外部能源；若要遠(yuǎn)傳可以另接發(fā)訊器（輸出脈沖信號(hào)）。4.特別適合高粘度流體測(cè)量。泄漏量與被測(cè)介質(zhì)粘度有關(guān)，粘度太小會(huì)增大泄漏量5.要求被測(cè)流潔凈，在流量計(jì)前加裝過濾器6.壓力損失大。結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積笨重，故適合于中、小口徑。7.一般不適用于高溫或低溫場(chǎng)合。溫度范圍在-30～160℃，壓力最高為10MPa。4.4.3容積式流量計(jì)的主要特點(diǎn)

4.1流量概述、4.2差壓式流量計(jì)4.3靶式流量計(jì)4.4容積式流量計(jì)4.5轉(zhuǎn)子流量計(jì)4.5.1分類4.5.2工作原理4.5.3轉(zhuǎn)子流量計(jì)示值修正

第四章

流量測(cè)量及變送

組成：一根自下而上的垂直錐管

+

一只隨流體流量大小上下移動(dòng)的轉(zhuǎn)子錐管角度：40分~3度。轉(zhuǎn)子可制成不同形狀分類：1.玻璃管浮子流量計(jì)

用于就地指示，不能用于高溫、

高壓場(chǎng)合，不能遠(yuǎn)傳，易碎2.金屬管浮子流量計(jì)

用于遠(yuǎn)傳，高溫、高壓場(chǎng)合

4.5.1分類浮子受力分析：浮子本身重力：浮力：流體的動(dòng)壓力：

平衡時(shí)：V—環(huán)形流通面積的平均流速；C—轉(zhuǎn)子阻力系數(shù)；Ar—轉(zhuǎn)子迎流面的最大截面積；Vr—轉(zhuǎn)子體積；ρr—轉(zhuǎn)子的密度；ρ—被測(cè)流體的密度4.5.2工作原理（變面積式或恒壓降式）

轉(zhuǎn)子流量計(jì)的刻度是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(20℃，0.101325MPa)下，以水或空氣為介質(zhì)單獨(dú)標(biāo)定得到的。實(shí)用時(shí)，若被測(cè)介質(zhì)密度或工作狀態(tài)不同，必須進(jìn)行修正。1.液體流量的修正標(biāo)定時(shí)：實(shí)測(cè)時(shí)：則修正公式為：Q0—用水標(biāo)定時(shí)的刻度流量；ρw—水的密度Q—介質(zhì)密度為ρ的實(shí)際流量。4.5.3轉(zhuǎn)子流量計(jì)示值修正例：已知被測(cè)液體的實(shí)際最大流量為500m3／h,工作狀態(tài)下的密度為0.8g／cm3,試選擇一臺(tái)轉(zhuǎn)子為不銹鋼材料(密度為7.92g／cm3),測(cè)量范圍合適的轉(zhuǎn)子流量計(jì)用于此介質(zhì)的流量測(cè)量。解：轉(zhuǎn)子流量計(jì)的工作狀態(tài)下流量轉(zhuǎn)換公式為：被測(cè)液體工業(yè)標(biāo)態(tài)下的最大流量為441.35m3／h.(20℃，0.101325MPa)條件下水的密度是998.2Kg/cm3

注意：需將工作狀態(tài)下流量轉(zhuǎn)換為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下流量！ρa(bǔ)—工業(yè)標(biāo)態(tài)下空氣的密度4.5.3轉(zhuǎn)子流量計(jì)示值修正

2.氣體流量的修正標(biāo)定時(shí)：實(shí)測(cè)時(shí)：工作狀態(tài)下流量：例：用轉(zhuǎn)子流量計(jì)測(cè)量二氧化碳?xì)獾牧髁?。測(cè)量時(shí)被測(cè)氣體的溫度是40℃，表壓是0.49×105Pa，若流量計(jì)讀數(shù)為120Nm3／h，問二氧化碳的實(shí)際流量是多少?解：已知Q0=120Nm3／h，T0=293.15K，P0=0.10133MPa

P=0.049＋0.10133=0.15033MPa，T=40＋273.15=313K由氣體性質(zhì)表查得：20℃，0.10133MPa條件下：ρ0＝1.205kg／m3，ρ1＝1.842kg／m3。則帶入修正公式得：1.適用于小管徑、小流量氣體或低粘度液體測(cè)量。常用儀表口徑：40～50mm以下，最小為1～4mm。玻璃管最大口徑100mm，金屬為150mm。2.壓力損失較低，平衡時(shí)為恒壓降。3.受介質(zhì)密度、粘度、溫度、壓力等影響，精度較低，最高1.0級(jí)左右。4.5.4特點(diǎn)第四章

流量測(cè)量及變送

4.6其他流量計(jì)4.6.1電磁流量計(jì)4.6.2渦街流量計(jì)4.6.3旋進(jìn)漩渦流量計(jì)4.6.4渦輪流量計(jì)4.6.5V錐流量計(jì)(補(bǔ)充)4.6.6超聲波流量計(jì)（補(bǔ)充）

Ex—感應(yīng)電勢(shì)；B—磁感應(yīng)強(qiáng)度；D—管道內(nèi)徑；v—垂直于磁力線方向的流速；C—比例系數(shù)，即單位換算系數(shù)。4.6.1電磁流量計(jì)1.概述：(EMF,Electromagnetic

Flowmeter)若介質(zhì)為導(dǎo)電液體，可利用電磁感應(yīng)進(jìn)行測(cè)量2.結(jié)構(gòu)：測(cè)量管（非導(dǎo)磁）、磁極、測(cè)量電極3.測(cè)量原理k—儀表常數(shù)，取決磁感應(yīng)強(qiáng)度、管徑

弗來明右手定則4.6.1電磁流量計(jì)4.特點(diǎn)及使用壓損小,可測(cè)含固體顆粒、懸浮物或腐蝕性等介質(zhì)；輸出線性,且不受介質(zhì)物理性質(zhì)影響；測(cè)量范圍寬。量程比可達(dá)100:1，口徑1～2000mm，精度可達(dá)0.5級(jí)；反應(yīng)速度快，可測(cè)脈動(dòng)流和正、反兩向流。使用溫度為0～200℃，壓力<6.4MPa；缺點(diǎn)：

僅適用于導(dǎo)電液體。不能測(cè)量電導(dǎo)率很低的液體，如石油制品和有機(jī)溶劑等。不能測(cè)量氣體、蒸汽和含有較多較大氣泡的液體。易受外界磁場(chǎng)干擾，必須有良好的屏蔽措施電磁流量計(jì)在紹興污水處理廠使用典型應(yīng)用大管徑：要求低壓損的大管徑供水管道中小管徑：固液雙相等難測(cè)流體或高要求流體小、微小管徑：醫(yī)藥、食品等有衛(wèi)生要求的場(chǎng)所4.6.1電磁流量計(jì)流體振蕩原理—特定流動(dòng)條件下，一部分流體動(dòng)能轉(zhuǎn)化為流體振動(dòng)，其振動(dòng)頻率與流速有確定關(guān)系。包括：

1.自然振蕩—渦街流量計(jì)2.強(qiáng)迫振蕩—旋進(jìn)漩渦流量計(jì)特點(diǎn)：輸出為脈沖頻率；精度為中上水平；無可動(dòng)部件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；應(yīng)用范圍廣泛，可適用于液體、氣體和蒸汽。旋渦流量計(jì)流體繞過非流線形物體時(shí)，物體尾流左右兩側(cè)產(chǎn)生的成對(duì)的、交替排列的、旋轉(zhuǎn)方向相反的反對(duì)稱渦旋。發(fā)現(xiàn)人：馮·卡門（TheodorevonKármán1881~1963）美藉匈牙利力學(xué)家，近代力學(xué)的奠基人之一1992年8月3日匈牙利發(fā)行了一枚紀(jì)念他的郵票4.6.2渦街流量計(jì)4.6.2渦街流量計(jì)卡門/卡曼渦（Kaman

Vortex

Street）美宇航局MODIS衛(wèi)星拍攝。特里斯坦-達(dá)庫(kù)尼亞島(TristandeCunha)上空氣流的變化，云團(tuán)渦街4.6.2渦街流量計(jì)流體繞流高大煙囪、高層建筑、電線、油管道和換熱器的管束時(shí)都會(huì)產(chǎn)生卡門渦街?？鼫u街的旋渦以一定的頻率產(chǎn)生、脫離和逸散，圓柱體兩側(cè)的壓強(qiáng)也以相同的頻率發(fā)生周期性變化，當(dāng)旋渦脫落頻率等于圓柱體某一振型的自振頻率時(shí)，圓柱體就會(huì)發(fā)生激烈的振動(dòng)，此現(xiàn)象屬于一種誘導(dǎo)振動(dòng)。塔科馬海峽大橋位于美國(guó)華盛頓州的塔科馬海峽。第一座塔科馬海峽大橋，綽號(hào)舞動(dòng)的格蒂，于1940年7月1日通車，四個(gè)月后戲劇性地被微風(fēng)摧毀，這一幕正好被一支攝影隊(duì)拍攝了下來，該橋因此聲名大噪。重建的大橋于1950年通車，被稱為：強(qiáng)壯的格蒂；2007年，新的平行橋通車。4.6.2旋渦流量計(jì)1.渦街流量計(jì)VortexSheddingFlowmeter（1）測(cè)量原理—流體自然振蕩垂直于流體方向插入非流線形柱狀物流速≥某值，下游兩側(cè)交替產(chǎn)生反相漩渦當(dāng)h/l=0.281

時(shí)，渦街保持穩(wěn)定單側(cè)漩渦頻率與流速的關(guān)系：St

—斯特羅哈爾(Strouhal)系數(shù)；v—發(fā)生體兩側(cè)平均流速；d—旋渦發(fā)生體的迎流面最大寬度?？ㄩT/卡曼（Karman）渦街相似理論證明：幾何形狀相同的漩渦發(fā)生體，無論尺寸大小，在相似的流場(chǎng)中具有相同的斯特羅哈爾系數(shù)。K—流量計(jì)系數(shù)，脈沖數(shù)/m3

當(dāng)管道和旋渦發(fā)生體尺寸一定，K為常數(shù)測(cè)得旋渦頻率f

，即可知流量Q。4.6.2渦街流量計(jì)4.6.2渦街流量計(jì)振動(dòng)頻率f的測(cè)量：檢測(cè)發(fā)生體兩側(cè)差壓；檢測(cè)發(fā)生體周圍交變環(huán)流；檢測(cè)發(fā)生體背面交變差壓；檢測(cè)尾流中旋渦列；檢測(cè)元件：熱（敏）電阻應(yīng)變片壓電晶體差動(dòng)電容超聲波頻率的檢測(cè)方法之—熱（敏）電阻法產(chǎn)生旋渦一側(cè)與無旋渦一側(cè)形成△P

，引起空腔內(nèi)流體移動(dòng)，交替改變電阻值。電阻變化頻率與旋渦頻率相同。電阻阻值變化橋路輸出頻率f漩渦頻率f流量Q4.6.2渦街流量計(jì)4.6.2渦街流量計(jì)頻率的檢測(cè)方法之—電容法差動(dòng)電容測(cè)量渦街頻率的傳感簧片4.6.2渦街流量計(jì)特點(diǎn)輸出脈沖，頻率與流量成正比，不受流體性質(zhì)影響

測(cè)量范圍寬，量程比可達(dá)（30:1～100:1）；(3)精度較高，0.5～1.0，可適用液體、氣體和蒸氣；(4)壓損較小。(5)特別適合大口徑（25～2700mm）、大流量、雷諾數(shù)ReD>104流體測(cè)量。(6)因采用流體振動(dòng)原理，安裝地點(diǎn)應(yīng)避免機(jī)械振動(dòng)。

1.組成：

殼體(文丘利管)；起旋器（旋渦發(fā)生器）；

頻率感測(cè)件；消旋器；轉(zhuǎn)換器

2.測(cè)量原理——流體強(qiáng)迫振蕩流體流經(jīng)擴(kuò)大管時(shí)，渦流產(chǎn)生進(jìn)動(dòng)現(xiàn)象;渦流繞自身軸線旋轉(zhuǎn)；渦流軸線繞主流軸線旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。（1）漩渦形成—起旋器（Swirler）作用下，被迫繞測(cè)量管軸線激烈旋轉(zhuǎn)，形成渦勢(shì)，中心稱為渦核（2）漩渦發(fā)展—旋渦流形成后，在文丘利管中旋進(jìn)，到達(dá)收縮段突然節(jié)流后，使漩渦流加速

4.6.3旋進(jìn)漩渦流量計(jì)VPF,Vor-tex

Precession

FlowmeterQ=f/K

旋進(jìn)漩渦流量計(jì)工作示意圖4.6.3旋進(jìn)漩渦流量計(jì)2.測(cè)量原理——流體強(qiáng)迫振蕩（3）渦核進(jìn)動(dòng)流經(jīng)擴(kuò)大管時(shí)，由于減速增壓，渦流產(chǎn)生進(jìn)動(dòng)現(xiàn)象：一是渦流繞自身軸線旋轉(zhuǎn)；二渦流軸線繞主流軸線旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，類似錐形螺旋線的前進(jìn)運(yùn)動(dòng)渦核通過檢測(cè)點(diǎn)的進(jìn)動(dòng)頻率與流體的流速成正比（4）旋渦消失出口的消旋器使渦流的進(jìn)動(dòng)逐漸消失

4.6.3旋進(jìn)漩渦流量計(jì)特點(diǎn)：

優(yōu)缺點(diǎn)基本上與渦街流量計(jì)類似。區(qū)別在于：

特別適合于各類流速低、粘度大、密度小的介質(zhì)的測(cè)量，如管道煤氣、石油液化汽、天然氣、氫氣以及各類低流速液體有直管段要求，由于抗來流能力強(qiáng)，前后直管段長(zhǎng)度比渦街流量計(jì)短。前5D,后1D；壓力損失要比渦街流量計(jì)大得多旋進(jìn)漩渦較大約為渦街的5~10倍）。測(cè)得的是整個(gè)漩渦的中心速度,所以測(cè)量精度較高，而渦街流量計(jì)只能測(cè)得局部漩渦的速度,測(cè)量精度要低些。4.6.4渦輪流量計(jì)Turbineflowmeter工作原理：動(dòng)量矩守恒

利用置于流體中的葉輪的旋轉(zhuǎn)角速度與流體流速呈比例的關(guān)系，通過測(cè)量葉輪的轉(zhuǎn)速來反映體積流量的大小。

有切線式和軸流式兩種結(jié)構(gòu)。主要有渦輪流量計(jì)(軸流式)、風(fēng)速計(jì)、水表等品種1.結(jié)構(gòu)渦輪：葉片由高導(dǎo)磁材料制成；導(dǎo)流器：流體到達(dá)渦輪前先導(dǎo)直，支承渦輪；磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換器：產(chǎn)生與葉片轉(zhuǎn)速成正比的電信號(hào)；前置放大器：放大磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換器輸出的微弱電信號(hào)2.工作原理-動(dòng)量矩守恒

渦輪運(yùn)動(dòng)方程4.6.4渦輪流量計(jì)TurbineflowmeterJ—渦輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；dω/dt—渦輪角加速度；T—推動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)力矩；Ti—阻礙旋轉(zhuǎn)的各種阻力矩阻力矩：①流體阻力矩T1②機(jī)械摩擦阻力矩T2③電磁系統(tǒng)阻力矩T3恒定時(shí):dω/dt=0，T=T1+T2+T3渦輪以角速度ω作勻速旋轉(zhuǎn)變化時(shí):dω/dt≠0，加速或減速旋轉(zhuǎn)經(jīng)一段時(shí)間又會(huì)出現(xiàn)新穩(wěn)態(tài)流量與脈沖頻率的關(guān)系為：ξ—流量系數(shù)，一定范圍內(nèi)為常數(shù)。4.6.4渦輪流量計(jì)Turbineflowmeter3.特點(diǎn)精度高，0.1～0.5%?？勺鳂?biāo)準(zhǔn)計(jì)量?jī)x表。反應(yīng)迅速，可測(cè)脈動(dòng)流量，線性。輸出頻率信號(hào)，抗干擾能力強(qiáng)。適用于氣體和低粘度液體的流量測(cè)量。介質(zhì)的密度和粘度對(duì)儀表示值有影響。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有可動(dòng)部件，安裝維修不方便，成本高，壽命短；只能測(cè)潔凈介質(zhì)，否則加裝過濾器。有直管段要求，前10D，后5D。不能用于較高粘度液體。隨著粘度的增大，流量計(jì)測(cè)量下限值提高，范圍度縮小，線性度變差。4.6.4渦輪流量計(jì)Turbineflowmeter4.6.3渦輪流量計(jì)Turbineflowmeter缺點(diǎn)（1）流體物性（密度、粘度）對(duì)儀表特性有較大影響。（2）流量計(jì)受來流流速分布畸變和旋轉(zhuǎn)流的影響較大，傳感器上下游側(cè)需設(shè)置較長(zhǎng)的直管段。前10D，后5D。（3)對(duì)被測(cè)介質(zhì)的清潔度要求較高，限制了其適用領(lǐng)域，雖可安裝過濾器以適應(yīng)臟污介質(zhì)。（4)一般液體渦輪流量計(jì)不適用于較高粘度介質(zhì)（高粘度型除外），隨著粘度的增大，流量計(jì)測(cè)量下限值提高，范圍度縮小，線性度變差。（5)渦輪高速轉(zhuǎn)動(dòng)，軸承易于磨損，降低了長(zhǎng)期運(yùn)行的穩(wěn)定性，縮短了使用壽命。4.6.3渦輪流量計(jì)Turbineflowmeter4.6.3渦輪流量計(jì)Turbineflowmeter流量方程：4.6.4V錐流量計(jì)V-coneflowmeter

源于美國(guó)McCROMETER公司，是一種極具優(yōu)勢(shì)的新型差壓1.測(cè)量原理又稱內(nèi)錐、V型。差壓式，改變了流量布局中心孔節(jié)流異徑環(huán)狀節(jié)流P1：高壓取壓口P2：低壓取壓口2.特點(diǎn)無磨蝕與積污，高穩(wěn)定性對(duì)流體有整流作用直管段要求極短，高精度量程比達(dá)15：1，壓損只有孔板的1/3對(duì)中心點(diǎn)要求很高，否則會(huì)影響精度典型應(yīng)用：測(cè)量焦?fàn)t煤氣和濕氣體4.6.4V錐流量計(jì)V-coneflowmeter

4.6.5超聲波流量計(jì)Ultrasonic

Flowmeter

典型測(cè)量方法傳播速度法（時(shí)差法、相差法、頻差法（回鳴法sing－around）多普勒法（多普勒效應(yīng)）聲束偏移法流體噪聲法特點(diǎn)：非接觸式測(cè)量不干擾流場(chǎng)，無壓損；特點(diǎn)不受介質(zhì)特性的影響，可測(cè)各種氣、液介質(zhì)；尤其適合大管徑（可達(dá)15m）;輸出信號(hào)與被測(cè)流量成線性關(guān)系;外夾裝式超聲波氣流計(jì)便攜式超聲波流量計(jì)

4.6.5超聲波流量計(jì)Ultrasonic

Flowmeter

超聲波流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)使用4.6.5超聲波流量計(jì)Ultrasonic

Flowmeter

4.7質(zhì)量流量計(jì)4.7.1質(zhì)量流量計(jì)分類4.7.2科里奧利力4.7.3科里奧利質(zhì)量流量計(jì)第四章

流量測(cè)量及變送

測(cè)量方法：直接式：直接檢測(cè)與M成比例的變量反映質(zhì)量流量?？评飱W利式質(zhì)量流量計(jì)、動(dòng)量矩式質(zhì)量流量計(jì)、雙渦輪質(zhì)量流量計(jì)、慣性力式質(zhì)景流量計(jì)、熱式質(zhì)量流量計(jì)間接式(推導(dǎo)式)：用體積流量計(jì)和密度計(jì)組合，同時(shí)檢測(cè)

Q和ρ，經(jīng)運(yùn)算得到質(zhì)量流量。溫度、壓力補(bǔ)償式：檢測(cè)Q、t、p，由ρ與t、p的關(guān)系，計(jì)算ρ，與

Q相乘得到M。4.7.1質(zhì)量流量計(jì)分類4.7.2科里奧利力科里奧利(Gaspard-GustavedeCoriolis)法國(guó)著名科學(xué)家，1835年發(fā)現(xiàn)科里奧利力，并用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行了論述。傅科擺（1851年法國(guó)物理學(xué)家傅科，法國(guó)先賢祠）

利用流體在旋轉(zhuǎn)系中做直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生與M成正比的科里奧利力制成的直接式質(zhì)量流量計(jì)科里奧利力

Coriolisforce在勻角速度轉(zhuǎn)動(dòng)參照系中的運(yùn)動(dòng)物體，除附加慣性離心力作用外，附加的另外一種慣性力?？剖狭Φ拇笮∪Q轉(zhuǎn)動(dòng)角速度ω和物體的徑向速度v

。

fc存在條件：運(yùn)動(dòng)速度v和轉(zhuǎn)動(dòng)角速度ω必須同時(shí)存在。V與

ω

垂直

fc最大；兩者平行

fc=04.7.2科里奧利力4.7.2科里奧利力

扭曲方向總是出水側(cè)擺動(dòng)領(lǐng)先于入水側(cè)，流速越大，出水側(cè)相位領(lǐng)先于入水側(cè)越多。入口出口vwFcwvFc4.7.2科里奧利力北半球的臺(tái)風(fēng)都是向外順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的北半球鐵軌右軌磨損得總是比左軌要厲害，河流的右岸總是被沖刷的《謬誤與真知：馬桶、臺(tái)風(fēng)與地心偏轉(zhuǎn)力》“為什么北半球的馬桶沖水時(shí)水流是逆時(shí)針向內(nèi)旋轉(zhuǎn)的？”“因?yàn)榈剞D(zhuǎn)偏向力使水流一邊向下流一邊向它的右邊拐。”4.7.3科里奧利質(zhì)量流量計(jì)CMF，CoriolisMassflowmeter1.流量計(jì)組成（1）傳感器檢測(cè)流量、密度和溫度等信號(hào)；2）變送器信號(hào)處理、輸出標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)；3）外圍設(shè)備顯示、監(jiān)測(cè)和報(bào)警等。4.7.3科里奧利質(zhì)量流量計(jì)CMF，CoriolisMassflowmeter2.傳感器主要部件1）流量管（測(cè)量管）2）驅(qū)動(dòng)線圈

驅(qū)動(dòng)測(cè)量管以其固有頻率振動(dòng)。3）檢測(cè)線圈

檢測(cè)測(cè)量管位置變化，以計(jì)算質(zhì)量流量。4）熱電阻

檢測(cè)測(cè)量管溫度,進(jìn)行補(bǔ)償。4.7.3科里奧利質(zhì)量流量計(jì)CMF，CoriolisMassflowmeter各種形式流量管（測(cè)量管）3.流量計(jì)工作原理（1）質(zhì)量流量測(cè)量1）流量測(cè)量管在電磁系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)下，以測(cè)量管的固有頻率作周期性振動(dòng)，振幅約1mm。2）流體流動(dòng)在測(cè)量管上產(chǎn)生科氏力。4.7.3科里奧利質(zhì)量流量計(jì)CMF，CoriolisMassflowmeterv—流體流速w—振蕩角速度m—振動(dòng)管中流體的質(zhì)量4.7.3科里奧利質(zhì)量流量計(jì)CMF，Co