第七章 流量檢測

任課教師：2015－2016學年第一學期第七章流量檢測2本章教學:一、教學要求：理解流量測量的方法和分類；掌握電磁流量計的特點和應用方法；3在生產過程中，為了有效地指導生產操作、監(jiān)視和控制生產過程，流量測量師必不可少的。隨著環(huán)境的日趨復雜，對流量測量的要求也越來越高。因此，運用不同的物理原理和規(guī)律，人們研制出各類流量檢測傳感器應用于流量測量。本章主要介紹幾種常用流量測量方法：差壓式流量測量、電磁式流量測量、渦輪式流量測量、渦街式流量測量、超聲式流量測量和質量流量測量。4二、教學時間安排：2學時

三、主要內容：流量的基本概念差壓式流量計電磁流量計本章重點：掌握該類流量計的特點和應用方法；本章難點：掌握該類流量計的特點和應用方法。四、教學過程：本章教學:5智能渦街流量計6電磁流量計7智能電磁流量計8腰輪流量計9電磁流量計10氣體渦輪流量計11渦輪流量計12V錐流量計13旋進旋渦流量計14第一節(jié)流量的基本概念1、流量測量的基本概念2、流量檢測的方法和分類15第一節(jié)流量的基本概念1、流量測量的基本概念單位時間內流體通過一定截面積的數量。體積流量－用流體的體積來表示（qv），單位為m3/h。瞬時質量流量－用流量的質量來表示（qm），簡稱質量流量，單位為kg/h。16第一節(jié)流量的基本概念1、流量測量的基本概念累積流量－一段時間內流體體積流量或質量流量的累積值累積體積流量累積質量流量流量計量－對在一定通道內流動流體的流量進行測量。流量測量的任務：根據測量目的，被測流體的種類、狀態(tài)、測量場所等條件，研究各種相應的測量方法，并保證流量量值的正確傳遞。17第一節(jié)流量的基本概念2、流量檢測的方法和分類檢測量的不同分為：體積流量質量流量18第一節(jié)流量的基本概念2、流量檢測的方法和分類（1）體積流量的測量方法1）容積法：在單位時間內以標準固定體積對流動介質連續(xù)不斷地進行度量，以排出流體固定容積數來計算流量。

橢圓齒輪流量計、旋轉活塞式流量計和刮板流量計。受流體的流動狀態(tài)影響小，適用于測量高粘度、低雷諾數的流體。

2）速度法：此法是先測出管道內的平均流速，再乘以管道截面積求得流體的體積流量。較寬的使用條件，可用于各種工況下的流體的流量檢測，利用平均流速計算流量，管路條件的影響大，流動產生渦流以及截面上流速分布不對稱等都會給測量帶來誤差。

19第一節(jié)流量的基本概念2、流量檢測的方法和分類（1）體積流量的測量方法檢測管道內流速的方法①節(jié)流式檢測方法（差壓流量計）；②電磁式檢測方法；（電磁流量計）③變面積式檢測方法；(轉子流量計)④旋渦式檢測方法；（漩渦式流量計）⑤渦輪式檢測方法；（渦輪流量計）⑥聲學式檢測方法；⑦熱學式檢測方法。20第一節(jié)流量的基本概念2、流量檢測的方法和分類（2）質量流量的測量方法（1）直接法： 利用檢測元件，使輸出信號直接反映質量流量。 利用孔板和定量泵組合實現的差壓式檢測方法； 利用同軸雙渦輪組合的角動量式檢測方法； 應用麥納斯效應的檢測方法 基于科里奧利力效應的檢測方法。（2）間接法：用兩個檢測元件分別測出兩個相應參數，通過運算間接獲取流體的質量流量。①ρqv2檢測元件和ρ檢測元件的組合；②qv檢測元件和ρ檢測元件的組合；③ρqv2檢測元件和qv檢測元件的組合。21第二節(jié)差壓式流量計（DPF）歷史悠久、技術成熟、應用最廣泛。按檢測件的作用原理分:

節(jié)流式、動壓頭式、水力阻力式、離心式、動壓增益式和射流式等幾大類，節(jié)流式和動壓頭式應用最為廣泛。節(jié)流式特點：結構簡單、使用壽命長，適應能力強，幾乎能測量各種工況下的流量。

22第二節(jié)差壓式流量計（DPF）1、差壓式流量計組成及測量原理2、節(jié)流裝置23第二節(jié)差壓式流量計（DPF）1、差壓式流量計組成及測量原理1）差壓式流量計組成差壓式流量計組成框圖節(jié)流裝置：安裝于管道中產生差壓，節(jié)流件前后的差壓與流量成開方關系。引壓導管：取節(jié)流裝置前后產生的差壓，傳送給差壓變送器。差壓變送器：產生的差壓轉換為標準電信號（4-20mA）。24第二節(jié)差壓式流量計（DPF）1、差壓式流量計組成及測量原理1）差壓式流量計組成25第二節(jié)差壓式流量計（DPF）1、差壓式流量計組成及測量原理1）差壓式流量計組成26第二節(jié)差壓式流量計（DPF）1、差壓式流量計組成及測量原理1）差壓式流量計組成27第二節(jié)差壓式流量計（DPF）1、差壓式流量計組成及測量原理1）差壓式流量計組成28第二節(jié)差壓式流量計（DPF）1、差壓式流量計組成及測量原理1）差壓式流量計組成差壓式（也稱節(jié)流式）流量變送器外形圖29第二節(jié)差壓式流量計（DPF）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換，但參加轉換的能量總和不變。用節(jié)流元件測量流量時，流體流過節(jié)流裝置前后產生壓力差△p（△p

=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系，這就是差壓式流量傳感器測量原理。1、差壓式流量計組成及測量原理測量原理30第二節(jié)差壓式流量計（DPF）孔板附近的流速和壓力分布1、差壓式流量計組成及測量原理測量原理31第二節(jié)差壓式流量計（DPF）測量原理1、差壓式流量計組成及測量原理32對于可壓縮流體（如各種氣體、蒸汽）流過節(jié)流裝置時，壓力發(fā)生改變必然引起密度的改變，因此對于可壓縮流體上式應引入氣體可膨脹系數，則式變?yōu)椋旱诙?jié)差壓式流量計（DPF）差壓式流量計的流量公式1、差壓式流量計組成及測量原理測量原理33第二節(jié)差壓式流量計（DPF）2、節(jié)流裝置按其標準化程度分：

(1)標準節(jié)流裝置 按照標準文件設計、制造、安裝和使用，無須經實流校準即可確定其流量值并估算流量測量誤差;

(2)非標準節(jié)流裝置 成熟程度較差，尚未列入標準文件的檢測件。34第二節(jié)差壓式流量計（DPF）2、節(jié)流裝置標準型節(jié)流裝置

節(jié)流裝置=節(jié)流元件+取壓裝置+上下游測量導管圖7.2.3標準型節(jié)流裝置（a）孔板（b）噴嘴35第二節(jié)差壓式流量計（DPF）2、節(jié)流裝置標準型節(jié)流裝置

標準節(jié)流裝置ISO5167或GB／T2624中所包括的節(jié)流裝置稱為標準節(jié)流裝置。標準孔板標準噴嘴經典文丘里管文丘里噴嘴。36第二節(jié)差壓式流量計（DPF）2、節(jié)流裝置標準型節(jié)流裝置--標準孔板

標準孔板圖37第二節(jié)差壓式流量計（DPF）2、節(jié)流裝置標準型節(jié)流裝置--標準孔板孔板的三種取壓方式

38第二節(jié)差壓式流量計（DPF）2、節(jié)流裝置標準型節(jié)流裝置--標準孔板標準孔板使用范圍（d和D的單位用mm）39第二節(jié)差壓式流量計（DPF）2、節(jié)流裝置標準型節(jié)流裝置--標準噴嘴ISA1932噴嘴40第二節(jié)差壓式流量計（DPF）2、節(jié)流裝置標準型節(jié)流裝置--標準噴嘴長徑噴嘴

41第二節(jié)差壓式流量計（DPF）2、節(jié)流裝置非標準節(jié)流裝置（1）低雷諾數：1/4圓孔板，錐形入口孔板，雙重孔板，雙斜孔板，半圓孔板等；（2）臟污介質：圓缺孔板，偏心孔板，環(huán)狀孔板，楔形孔板，彎管節(jié)流件等；（3）低壓損：羅洛斯管，道爾管，道爾孔板，雙重文丘里噴嘴，通用文丘里管等；（4）脈動流節(jié)流裝置；（5）臨界流節(jié)流裝置：音速文丘里噴嘴；（6）混相流節(jié)流裝置。42第三節(jié)電磁流量計利用法拉第電磁感應定律，測量導電液體體積流量特點：測量通道是光滑直管，不易阻塞適用于測量含有固體顆粒或纖維的液固二相流體；不產生因檢測流量所形成的壓力損失；不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導率變化影響；前置直管段要求較低；測量范圍度大，通常為20:1～50:1；不能測量電導率很低的液體；不能用于較高溫度的液體。43第三節(jié)電磁流量計1、電磁流量計結構與原理2、電磁流量計的選用與安裝44第三節(jié)電磁流量計1、電磁流量計結構與原理基本原理：法拉第電磁感應定律： 導體在磁場中切割磁力線運動時產生感應電動勢。電磁流量計測量原理45第三節(jié)電磁流量計1、電磁流量計結構與原理46第三節(jié)電磁流量計1、電磁流量計結構與原理導電性液體在垂直于磁場的非磁性測量管內流動，與流動方向垂直的方向上產生與流量成比例的感應電勢液體的體積流量式中,K為儀表常數，K=4kB/πD

在管道直徑確定，磁感應強度不變的條件下，體積流量與電磁感應電勢有一一對應的線性關系，而與流體密度、粘度、溫度、壓力和電導率無關。47第三節(jié)電磁流量計1、電磁流量計結構與原理電磁流量計的構成電磁流量計＝流量傳感器＋轉換器48第三節(jié)電磁流量計1、電磁流量計結構與原理電磁流量計的構成--電磁流量計流量傳感器外殼磁路系統測量管襯里電極49第三節(jié)電磁流量計1、電磁流量計結構與原理電磁流量計的構成--電磁流量計流量傳感器 ①外殼（鐵磁材料制成）

功能：保護激磁線圈，隔離外磁場的干擾。 ②磁路系統

功能：產生均勻的直流或交流磁場直流磁場可用永久磁鐵來實現，結構簡單工業(yè)現場電磁流量計，一般都采用交變磁場，磁感應強度為感應電勢為50第三節(jié)電磁流量計1、電磁流量計結構與原理電磁流量計的構成--電磁流量計流量傳感器 ③測量管

流過被測流體，兩端設有法蘭，用做連接管道。測量導管采用不導磁、低導電率、低導熱率并據有一定機械強度的材料制成，一般可選用不銹鋼、玻璃鋼、鋁及其它高強度的材料。 ④襯里

在測量導管內壁的一層耐磨、耐腐蝕、耐高溫的絕緣材料。

主要功能：增加測量導管的耐磨性與腐蝕性，防止感應電勢被金屬測量導管壁短路。51第三節(jié)電磁流量計1、電磁流量計結構與原理電磁流量計的構成--電磁流量計流量傳感器⑤電極：正確引出感應電勢信號用不銹鋼非導磁材料制成，安裝時要求與襯里齊平52第三節(jié)電磁流量計1、電磁流量計結構與原理電磁流量計的構成--轉換器功能：放大感應電勢、抑制主要的干擾信號。 采用了交變磁場克服了極化現象，但增加了電磁正交干擾信號，正交干擾信號的相位和被測感應電勢相差900

消除正交干擾的方法：

信號引出線自動補償 轉換器的放大電路反饋補償。

53第三節(jié)電磁流量計1、電磁流量計結構與原理電磁流量計的構成--轉換器①轉換器與電磁流量傳感器連線自動補償方式54第三節(jié)電磁流量計1、電磁流量計結構與原理電磁流量計的構成--轉換器②轉換器組成原理55第三節(jié)電磁流量計1、電磁流量計的選用與安裝大口徑儀表較多應用于給排水工程。中小口徑常用于固液雙相流等難測流體或高要求場所如測量造紙工業(yè)紙漿液和黑液、有色冶金業(yè)的礦漿、選煤廠的煤漿、化學工業(yè)的強腐蝕液以及鋼鐵工業(yè)高爐風口冷卻水控制和監(jiān)漏，長距離管道煤的水力輸送的流量測量和控制。小口徑、微小口徑常用于醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)、生物工程等有衛(wèi)生要求的場所。56第三節(jié)電磁流量計1、電磁流量計的選用與安裝（1）選用考慮要點①精度②流速③范圍度④口徑

⑤液體電導率57第三節(jié)電磁流量計1、電磁流量計的選用與安裝（1）選用考慮要點--精度

市場上通用型電磁流量計的性能有較大差別，有些精度高、功能多，有些精度低、功能簡單。精度高的儀表基本誤差為（±0.5%～±1%）FS，精度低的儀表則為（±1.5%～±2.5%）FS，兩者價格相差1～2倍。 因此測量精度要求不很高的場所（例如非經濟核算僅以控制為目的，只要求高可靠性和優(yōu)良重復性的場所）選用高精度儀表在經濟上是不合算的。58第三節(jié)電磁流量計1、電磁流量計的選用與安裝（1）選用考慮要點--流速選定儀表口徑不一定與管徑相同，視流量而定。流程工業(yè)輸送水等粘度不同的液體，管道流速一般是經濟流速1.5～3m/s。電磁流量計用在這樣的管道上，傳感器口徑與管徑相同即可。滿度流量時液體流速可在1～10m/s范圍內選用，用于有易粘附、沉積、結垢等物質的流體，選用流速不低于2m/s，自清掃、防止粘附沉積等作用測量接近閾值的低電導液體，盡可能選定較低流速（小于0.5～1m/s）59第三節(jié)電磁流量計1、電磁流量計的選用與安裝（1）選用考慮要點--范圍度電磁流量計的范圍度較大，通常不低于20，帶有量程自動切換功能的儀表，可超過50～100。60第三節(jié)電磁流量計1、電磁流量計的選用與安裝（1）選用考慮要點--口徑國內定型產品的口徑從10mm～3000mm，實際應用還是以中小口徑居多，與大部分其他原理流量儀表（如容積式、渦輪式、渦街式或科里奧利質量式等）相比，大口徑儀表占有較大比重。61第三節(jié)電磁流量計1、電磁流量計的選用與安裝（1）選用考慮要點--液體電導率使用電磁流量計的前提是被測液體必須是導電的，不能低于閾值（即下限值）。電導率低于閾值會產生測量誤差直至不能使用，超過閾值即使變化也可以測量，示值誤差變化不大，通用型電磁流量計的閾值在10-4～（5×10-6）S/cm之間，視型號而異。使用時還取決于傳感器和轉換器間流量信號線長度及其分布電容，制造廠使用說明書中通常規(guī)定電導率相對應的信號線長度。62第三節(jié)電磁流量計1、電磁流量計的選用與安裝（2）流量傳感器安裝①安裝場所②直管段長度要求③安裝位置和流動方向④接地63第三節(jié)電磁流量計1、電磁流量計的選用與安裝（2）流量傳感器安裝--安裝場所測量混合相流體時，選擇不會引起相分離的場所；測量雙組分液體時，避免裝在混合尚未均勻的下游；測量化學反應管道時，要裝在反應充分完成段的下游；盡可能避免測量管內變成負壓；選