第八章流量測(cè)量技術(shù)2

信息采集技術(shù)8.2.2容積式流量計(jì)容積式流量計(jì)是一種直接測(cè)量型流量計(jì)。利用機(jī)械測(cè)量元件，把流體連續(xù)不斷地分隔為單個(gè)的固定容積排出，計(jì)算單位時(shí)間或某一時(shí)間的流量。容積式流量計(jì)的安裝與使用：1、被測(cè)流體的流動(dòng)方向應(yīng)與流量計(jì)外殼上的流向標(biāo)志一致。2、避免雜質(zhì)進(jìn)入。3、調(diào)節(jié)流量的閥門(mén)應(yīng)位于流量計(jì)的下游。4、無(wú)設(shè)置直管段的要求。5、流量計(jì)需定期清洗和檢定。電子信息工程系信息采集技術(shù)1、橢圓齒輪流量計(jì)具有衛(wèi)生、保潔、耐酸、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，可用于液體飲料、日用化妝液及醫(yī)藥工業(yè)等要求衛(wèi)生保潔場(chǎng)合，以及冶金、化工等工業(yè)部門(mén)腐蝕性溶液的流量計(jì)量。2、腰輪流量計(jì)是精確測(cè)量燃?xì)饬髁康膬x表。儀表基于容積式測(cè)量原理，其特點(diǎn)是精確度高、結(jié)構(gòu)緊湊堅(jiān)固、入口無(wú)需直管段、使用壽命長(zhǎng)，適于安裝在環(huán)境狹窄的場(chǎng)合，在嚴(yán)酷的氣候條件下精確測(cè)量負(fù)荷變動(dòng)大的氣體流量。壓力損失特低，量程比特寬。電子信息工程系信息采集技術(shù)8.2.3速度式流量計(jì)利用測(cè)量管道內(nèi)流體流動(dòng)速度來(lái)測(cè)量流量的。1、渦輪流量計(jì)渦輪流量傳感器的結(jié)構(gòu)如圖所示。它是在管道中安裝一個(gè)可自由轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪,流體流過(guò)葉輪使葉輪旋轉(zhuǎn),流量越大,流速越高,則動(dòng)能越大,葉輪轉(zhuǎn)速也越高。測(cè)量出葉輪的轉(zhuǎn)速或頻率,就可確定流過(guò)管道的流體流量和總量。渦輪流量傳感器具有安裝方便、精度高（可達(dá)0.1級(jí)）、反應(yīng)快、刻度線性及量程寬等特點(diǎn),信號(hào)易遠(yuǎn)傳,且便于數(shù)字顯示,可直接與計(jì)算機(jī)配合進(jìn)行流量積算和控制。電子信息工程系信息采集技術(shù)2、渦街流量計(jì)電子信息工程系信息采集技術(shù)3、電磁流量計(jì)(EMF)是利用法拉第電磁感應(yīng)定律制成的一種測(cè)量導(dǎo)電液體體積流量的儀表。近年來(lái)世界范圍的產(chǎn)量約占工業(yè)流量?jī)x表臺(tái)數(shù)的5%～6.5%?；驹硎欠ɡ陔姶鸥袘?yīng)定律，即導(dǎo)體在磁場(chǎng)中切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)在其兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。導(dǎo)電性液體在垂直于磁場(chǎng)的非磁性測(cè)量管內(nèi)流動(dòng)，與流動(dòng)方向垂直的方向上產(chǎn)生與流量成比例的感應(yīng)電勢(shì)。優(yōu)點(diǎn)：

1、不易阻塞。2、不產(chǎn)生因檢測(cè)流量所形成的壓力損失。3、體積流量，不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導(dǎo)率變化的影響。電子信息工程系信息采集技術(shù)4、前置直管段要求較低。5、測(cè)量范圍度大，通常為20：1～50：1，可選流量范圍寬。滿度值液體流速可在0.5～10m/s內(nèi)選定。6、口徑范圍比其他品種流量?jī)x表寬，從幾毫米到3m。7、可測(cè)正反雙向流量。缺點(diǎn)：

1、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。2、不能測(cè)量氣體、蒸汽和含有較多較大氣泡的液體。3、通用型EMF由于襯里材料和電氣絕緣材料限制，不能用于較高溫度的液體；有些型號(hào)儀表用于過(guò)低于室溫的液體，因測(cè)量管外凝露（或霜）而破壞絕緣。電子信息工程系信息采集技術(shù)4、超聲流量計(jì)（USF）是通過(guò)檢測(cè)流體流動(dòng)時(shí)對(duì)超聲束（或超聲脈沖）的作用，以測(cè)量體積流量的儀表。按測(cè)量原理分類有：①傳播時(shí)間法；②多普勒效應(yīng)法；③波束偏移法；④相關(guān)法；⑤噪聲法。要求有直管段（前10D，后5D）。電子信息工程系信息采集技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：

1、非接觸測(cè)量。夾裝式換能器USF可無(wú)需停流截管安裝，只要在既設(shè)管道外部安裝換能器即可。這是USF在工業(yè)用流量?jī)x表中具有的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，因此可作移動(dòng)性（即非定點(diǎn)固定安裝）測(cè)量，適用于管網(wǎng)流動(dòng)狀況評(píng)估測(cè)定。2、無(wú)壓力損失。

USF為無(wú)流動(dòng)阻撓測(cè)量，無(wú)額外壓力損失。3、可采用干法標(biāo)定流量計(jì)的儀表系數(shù)是可從實(shí)際測(cè)量管道及聲道等幾何尺寸計(jì)算求得的，既可采用干法標(biāo)定，（帶測(cè)量管段式除外）。4、適用于大型圓形管道和矩形管道。且原理上不受管徑限制，其造價(jià)基本上與管徑無(wú)關(guān)。對(duì)于大型管道不僅帶來(lái)方便，可認(rèn)為在無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)流校驗(yàn)的情況下是優(yōu)先考慮的選擇方案。電子信息工程系電子信息工程系信息采集技術(shù)5、多普勒USF可測(cè)量固相含量較多或含有氣泡的液體。

可測(cè)量非導(dǎo)電性液體，在無(wú)阻撓流量測(cè)量方面是對(duì)電磁流量計(jì)的一種補(bǔ)充。

6、可解決一些特殊測(cè)量問(wèn)題。

因易于實(shí)行與測(cè)試方法（如流速計(jì)的速度-面積法，示蹤法等）相結(jié)合，可解決一些特殊測(cè)量問(wèn)題，如速度分布嚴(yán)重畸變測(cè)量，非圓截面管道測(cè)量等。7、判斷所測(cè)液體類別。

某些傳播時(shí)間法USF附有測(cè)量聲波傳播時(shí)間的功能，即可測(cè)量液體聲速以判斷所測(cè)液體類別。例如，油船泵送油品上岸，可核查所測(cè)量的是油品還是倉(cāng)底水。

缺點(diǎn)和局限性：

1、傳播時(shí)間法只能用于清潔液體和氣體，

多普勒法只能用于測(cè)量含有一定異相的液體。2、外夾裝換能器的不能用于襯里或結(jié)垢太厚的管道。3、多普勒多數(shù)情況下測(cè)量精度不高。

4、國(guó)內(nèi)生產(chǎn)現(xiàn)有品種不能用于管徑小于DN25mm的管道。信息采集技術(shù)8.2.4質(zhì)量流量計(jì)流體的體積是流體的溫度、壓力和密度的函數(shù)。1、間接式質(zhì)量流量計(jì)采用體積流量計(jì)和密度計(jì)組合。2、直接式質(zhì)量流量計(jì)直接反映質(zhì)量流量，不受溫度、壓力、密度變化的影響。（1）熱式量流量計(jì)熱質(zhì)量流量計(jì)（ThermalMassFlowmeters）流體吸收熱量的速率直接與它的流量成比例。利用外部熱源對(duì)管道內(nèi)的被測(cè)流體加熱，熱能隨流體一起流動(dòng)，通過(guò)測(cè)量因流體流動(dòng)而造成的熱量變化來(lái)反映出流體的質(zhì)量流量。電子信息工程系信息采集技術(shù)移動(dòng)氣體的分子與熱源接觸，它們吸收熱量使熱源冷卻。當(dāng)流速增加時(shí)，有更多的分子與熱源接觸，吸收更多的熱量。熱源以這種方式散失的熱量總數(shù)與特定氣體分子數(shù)量（它的質(zhì)量）、氣體的熱學(xué)特性以及它的流動(dòng)特性成比例。本流量計(jì)多用于測(cè)量較大氣體流量。（2）差壓式質(zhì)量流量計(jì)以馬格努斯效應(yīng)為基礎(chǔ)。馬格努斯效應(yīng)（Magnuseffect）：在不可壓縮的粘滯流體中運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)圓柱和圓球受到側(cè)向力的一種現(xiàn)象。電子信息工程系信息采集技術(shù)這個(gè)效應(yīng)由德國(guó)物理學(xué)家馬格努斯于1852年發(fā)現(xiàn)，故名。他在研究炮彈飛行彈道時(shí)，發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)飛行的炮彈有時(shí)不能按預(yù)計(jì)的彈道曲線飛行；經(jīng)過(guò)多次觀察試驗(yàn)終于發(fā)現(xiàn)了該效應(yīng)。把轉(zhuǎn)動(dòng)的圓柱體或圓球，放入粘滯流體中（轉(zhuǎn)動(dòng)體的轉(zhuǎn)軸與流體的流向垂直），由于流體的粘滯性，轉(zhuǎn)動(dòng)體產(chǎn)生環(huán)流與流體相互作用，使轉(zhuǎn)動(dòng)體周圍的流體速度發(fā)生變化，造成流速不均勻。順著轉(zhuǎn)動(dòng)方向的流體流速加快；逆著轉(zhuǎn)向的流體流速減慢，根據(jù)伯努利方程可知，流速慢的正壓力大于流速快的正壓力，因此轉(zhuǎn)動(dòng)體受到側(cè)向力，此力與轉(zhuǎn)動(dòng)軸與流體的流向均垂直，故使轉(zhuǎn)動(dòng)體偏離原來(lái)運(yùn)動(dòng)方向。足球、排球、網(wǎng)球以及乒乓球等的側(cè)旋球和弧圈球的運(yùn)動(dòng)軌跡之所以有那么大的弧度，也起因于馬格努斯效應(yīng)。電子信息工程系信息采集技術(shù)（3）科里奧利質(zhì)量流量計(jì)科里奧利質(zhì)量流量計(jì)（CoriolisMassFlowmeter簡(jiǎn)稱CMF）是利用流體在直線運(yùn)動(dòng)的同時(shí)處于一旋轉(zhuǎn)系中，產(chǎn)生與質(zhì)量流量成正比的科里奧利力原理制成的一種直接式質(zhì)量流量?jī)x表?？评飱W利質(zhì)量流量計(jì)-這種流量計(jì)利用科里奧利效應(yīng)測(cè)量通過(guò)元件移動(dòng)的質(zhì)量數(shù)量，其實(shí)質(zhì)是測(cè)量流體通過(guò)一個(gè)U形管而在垂直于流動(dòng)方向上引起的振動(dòng)。流體通過(guò)U形管時(shí)伴隨有引起旋流的振動(dòng)。旋流角度越大，流量越大。電子信息工程系信息采集技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：1、直接測(cè)量質(zhì)量流量，有很高的測(cè)量精確度。2、可測(cè)量流體范圍廣泛，包括高粘度液的各種液體、含有固形物的漿液、含有微量氣體的液體、有足夠密度的中高壓氣體。3、測(cè)量管的振動(dòng)幅小，可視作非活動(dòng)件，測(cè)量管路內(nèi)無(wú)阻礙件和活動(dòng)件。4、對(duì)流速分布不敏感，因而無(wú)上下游直管段要求。5、測(cè)量值對(duì)流體粘度不敏感，流體密度變化對(duì)測(cè)量值得值的影響微小。6、可做多參數(shù)測(cè)量，如同期測(cè)量密度，并由此派生出測(cè)量溶液中溶質(zhì)所含的濃度，溫度、體積等。電子信息工程系信息采集技術(shù)缺點(diǎn)：1、零點(diǎn)不穩(wěn)定形成零點(diǎn)漂移，影響其精確度的進(jìn)一步提高，使得許多型號(hào)儀表只得采用將總誤差分為基本誤差和零點(diǎn)不穩(wěn)定度量?jī)刹糠帧?、不能用于測(cè)量低密度介質(zhì)和低壓氣體；液體中含氣量超過(guò)某一限制（按型號(hào)而異）會(huì)顯著著影響測(cè)量值。3、對(duì)外界振動(dòng)干擾較為敏感，為防止管道振動(dòng)影響，大部分型號(hào)的流量傳感器安裝固定要求較高。4、不能用于較大管徑，目前尚局限于150（200）mm以下。5、測(cè)量管內(nèi)壁磨損腐蝕或沉積結(jié)垢會(huì)影響測(cè)量精確度，尤其對(duì)薄壁管測(cè)量管的更為顯著。6、壓力損失較大，與容積式儀表相當(dāng)，有些型號(hào)甚至比容積式儀表大100%。大部分重量和體積較大。7、價(jià)格昂貴。國(guó)外價(jià)格5000～100