流量检测技术及仪表92页PPT

量 流量传感器。如热式、惯性力式、动量矩式质量流量
传
4.2 节流式流量计
节流式流量计又称差压式流量计。
利用管路内的节流装置, 将管道中流体的瞬时流量转换成节流装置 前后的压力差。
节流式流量计测量系统主要由节流装置、引压导管和差压变送器（或 流量变送器或差压计）等组成。
节流装置的作用是把被测 流体的流量转换成压差信 号, 差压计则对压差进行 测量并显示测量值。
⑷ 孔板安装方向必须正确，即流体从圆柱形一侧流入，从圆 锥形一侧流出。如果装反，则显示值比实际值偏小 。
⑸ 导压管路应尽量短，其走向必须符合有关规范要求， 必要时必须安装集气器、排气阀或排污阀等 。
⑹ 被测介质应充满管道，流速应尽量平稳，且通过节流装置 时不发生相变 。
⑺ 被测介质在节流装置前后应始终保持单向流体
⑼ 安装点振动问题
4.4 涡街式流量计
两种：① 应用自然振荡的卡曼漩涡列原理，称为卡 曼涡街流量传感器（或涡街流量传感器）。
② 应用强迫振荡的漩涡漩进原理，称为漩进 漩涡流量传感器。
4.4.1 测量原理
利用流体振荡原理工作。 在管道中垂直于流体流动方向插入一根非流线形的阻流体 （也叫漩涡发生体），阻流体的下游两侧会交替出现漩涡。
《过程检测技术及仪表》
4 流量检测技术及仪表
内容安排：
4.1 概述 4.2 节流式流量计 4.3 电磁流量计 4.4 涡街式流量计 4.5 涡轮流量计 4.6 超声波流量计 4.7 光纤流量计 4.8 质量流量计
4.9 靶式流量计 4.10 均速管流量计 4.11 容积式流量计 4.12 弯管流量计 4.13 转子流量计 4.14 相关流量计 4.15 流量标准装置 4.16 流量检测仪表的选用
偏心孔板
这种孔板的孔是偏心的，它与一个和管道同心的圆相切，这个圆 的直径等于管道直径的98%，如图所示。其取压方式也有两种：法兰 取压和缩径取压。
适用范围：管径100mm≤D≤1000mm，直径比0.46≤β≤0.84， 雷诺数105≤ReD≤106。
4.2.2 节流原理与流量方程式 4.2.2.1 节流原理
4
1 4
d t2
p/
0.003919 C64dt2 p/ m3 / h
MQ 0.0031 9 C 946d12 pkg / h
如果 P以 k Pa 表示
Q 0.12C 6d E 4 t25 p/
M 0.12C 6d E 4 t25 p
几点说明：
电磁流量传感器产生的感应电动势信号是很微 小的, 须通过电磁流量转换器来显示流量。
常用的电磁流量转换器能把传感器的输出感应电 动势信号放大并转换成标准电流信号（0-10 mA或 4-20 mA）或一定频率的脉冲信号, 配合单元组合 仪表或计算机对流量进行显示、记录、运算、报 警和控制等。
孔板
喷嘴
文丘里管
孔板、 喷嘴、文丘里管的结构形式、相对尺寸、技术要求、 管道条件和安装要求等均已标准化，故又称标准节流装置。
标准孔板是最为简单和典型的标准节流装置。
标准节流装置按照规定的技术要求和试验数据来设计、加 工、安装，无需检测和标定，可以直接投产使用，并可保证流 量测量的精度。
圆缺孔板
圆适的用直圆范径缺围是孔：管板雷管道形诺径直状数50径似：m的m扇10≤9形4D8≤R%≤，3e，D5它≤0如m1的0m图6开。(所可孔取达示是压5。一方00主式个m要m采圆)用用，的于法0一.3脏兰部5≤取污分β≤压介(0圆.和质75缺缩含，部流有分取固)压，体。这微个粒 的液体和气体的流量测量，圆缺开孔一般位于下方，但对于含气泡的液体， 其开孔位于上方。测量时管道应水平安装。
p10v120 p20v220
2 2
流体的连续方程为:
A1V1ρ=A2V2ρ
联立求解得到流量与压差之间的流量方程式为:
体积流量方程：
质量流量方程：
2P
qv aA0

qmaA 0 2p
对于可压缩流体, 压力变化必然会引起密度 ρ的改变, 在公式中应引入流束膨胀系数ε, 公 式应变为:
在导体（流动介质）的两端也会产生感应电动势, 其大小与
磁感应强度、管径大小、流体流速大小有关。即
Ex

d
dt
BDv
N B Ex
S
体积流量qv与流体的流速v关系为
可得:
qv

1 D2v
4
Ex 4D Bqv kqv
两电极间的感应电动势Ex与流量qV成线性关系, 通过测量感应电动势Ex来间接测量被测流体的流量 qV值。
（2）容积式流量计：根据已知容积的容室在单位时间内所 排出流体的次数来测量流体的瞬时流量和总量。有椭 圆齿轮、 旋转活塞式和刮板等流量传感器。
（3）质量式流量计 ：一种是根据质量流量与体积流量的关 系, 测出体积流量再乘被测流体密度的间接质量流量传 感器。常用的温度、 压力自动补偿的补偿式质量流量 传感器。另一种是直接测量流体质量流量的直接式质
A
用流体的平均流束V表示, 体积流量可写成
qv=vA
质量流量qm ：单位时间内通过某截面的流体的质量,
qm vdA
A
用平均流速表示, 则为qmvA qv
流量测量方法：
（1）速度式流量计：通过测量流体在管路内已知截 面流过的流速大小实现流量测量。
管道中流量敏感元件（如孔板、转子、涡 轮、靶子、非线性物体等）把流体的流速 变换成压差、位移、转速、冲力、频率信 号来间接测量流量。如:差压式、转子、涡 轮、电磁、旋涡和超声波等流量传感器。
⑻ 使用中要保证导压管路畅通，并不得泄漏，要根据待测介 质定期进行排气或排污 。
⑼ 测量如人工煤气等易引起节流装置几何尺寸变化甚至堵塞 的介质流量时，必须进行定期清刷 。
4.3 电磁流量计
4.3.1 基本原理
根据法拉弟电磁感应定律测量导电性液体的流量。 当有一定电导率的流体在管道中流动时就切割磁力线。
引压导管将节流装置前后 产生的差压传送给差压变 送器（或流量变送器）。
差压变送器能把差压信号 转换为与流量对应的标准 电信号或气信号, 以供显 示、记录或控制。
4.2.1 节流装置
节流装置是差压式流量传感器的流量敏感检测元件, 安装在流体流动的管道中的阻力元件。
常用的节流元件有孔板、 喷嘴、文丘里管。工业生 产过程中常采用孔板。
4.1 概述
流 量:单位时间内流过管道某一截面的流体数量，称为瞬
时流量。瞬时流量有体积流量和质量流量。
累积流量:在某一段时间间隔内流过管道某一截面的流体量的
总和, 即瞬时流量在某一段时间内的累积值, 称为
总量。 体积流量qv ：单位时间内通过某截面的流体的体积, 单位为m3/s。
qv vdA
4.3.3 电磁流量计的应用问题
4.3.3.1 待测液体常见问题及解决办法
⑴ 含有气泡
⑵ 非满管
⑶ 电导率剧变
⑷ 电导率太低 ⑸ 流速问题
4.3.3.2 选型及安装应考虑的问题
⑴ 空间电磁波干扰问题 ⑶ 电极及衬里材料选择问题 ⑸ 混合相流体流量测量问题 ⑺ 传感器接地
⑵ 待测液体非对称流动 ⑷ 励磁稳定性问题 ⑹ 电极与励磁线圈对称性问题 ⑻ 连接电缆问题
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ （a）
p p1
v v1（ b ）
（c） v1
节流现象及流体流经节流装置时压力和流速分布图
4.2.2.2 流量方程式
假设节流件上游入口前的流速为V10, 密度为ρ1, 静压为 p10, 流过节流件时的流速、密度和静压分别为V20、ρ2和p20, 对于不可压缩理想流体, 能量方程为:
Sr基本上是一个常数，可以 0.20 0.15
认为频率f只受流速v和漩涡发 1.5
生体的特征尺寸d的影响。
2.5
3.5
4.5
5.5 lg R e
St与雷诺数的关系
当测得漩涡的频率后，就可得到流体的流速v， 进而求得流体的体积流量qv 。
4.4.2 漩涡频率的测量
可采用热、电、声等多种方法，如：热敏检 测法、应力检测法、电容检测法、超声检测法等， 这些方法是利用敏感元件把漩涡处的压力、流速 及密度等的周期性变化转换为周期性的电信号， 然后经放大整形等处理后得到方波脉冲，最后由 二次仪表显示、记录或累积。
流量变送器带有开方运算，变送器 的输出电流就与流量成线性关系。
显示仪表显示流量的大小。
标准孔板及其安装方法
4.2.5 节流式流量计的应用问题
⑴ 节流装置前后必须有足够长的直管段，一般节流件 前为10～20D，节流件后为5D（D为管道内径）。
⑵ 节流装置的几何尺寸必须符合设计要求。
⑶ 节流装置的开孔必须与管道的轴线同心，且节流装置前后 长度为2D的管道内不得有任何凸出物如测温装置等）。
电磁流量传感器只能测量导电介质的流体流量。
4.3.2 电磁流量测量系统
由传感器和转换器两部分组成，再加上流量显示、 记录或累积仪即可构成电磁流量计测量系统 。
传感器
转换器
显示、记录或累积仪
传感器安装在工艺管道上，其作用是将流经管道的液体 流量线性地变换成感应电动势，并将此信号传送到转换器 ； 转换器是将传感器送来的感应电动势进行处理后变成统一的 标准信号4～20mA DC输出；显示、记录或累积仪接收转换 器送来的4～20mA DC信号,实现对被测流休流量的指示、记 录或积算 。
L
L
v
d
hD
v
d
hD
该漩涡列称为卡曼涡列（也称为涡街）。
对于圆柱体，当两列漩涡的间距h与同列中相邻漩涡的间
距L满足h/ L =0.281条件时，卡曼涡列才是稳定的 。
每一列漩涡产生的频率f与流速v、圆柱体直径d的关系为