检测仪表与传感器(流量检测)

t f w t w f
例1
现用一只以水标定的转子流量计来测量苯 的流量，已知转子材料为不锈钢， ρt=7.9g/cm3，苯的密度为ρf=0.83g/cm3。 试问流量计读数为3.6L/s时，苯的实际流 量是多少？
（2）对气体转子流量计刻度修正
当气体不是空气，且不在基准状态，刻度
（3）节流装置的安装使用
①节流装置的开孔和管道轴线同心，端
面与管道轴线垂直。 ②节流装置前后应有直管道，内壁不应 有凸出物和明显的粗糙或不平的地方。
③用于直径D≥50mm的管道中。
④被测介质应充满全部管道且连续流动。
⑤管内流束（流动状态）应稳定
⑥被测介质应不发生相变。
3．差压式流量计测量误差
在实际使用时，由于使用不当，往往测
❖差压式：恒截流面积，变压差化
❖ 转子流量计 ： 恒压降，变截流面积
转子流量计有
玻璃管转子流量计LZB
金属管转子流量计LZ
对仪表前直管段要求不高
适于高温、高 压和强腐蚀性 介质；
可用于易燃、
易爆危险场合 金属管浮子流量计
4. 电远传式转子流量计（LZD系列）
转子高度信号→电信号→显示仪表供
1.定义 流量 ： 单位时间内流过管道某一截面 的流体数量。 （瞬时流量） 总流量：某一段时间内流过管道流
量的总和。
流量的表示方法
两者关系
质量流量(M) 体积流量(Q)
M Q
Q M
M 总 Mdt
0
t

Q总 Qdt
0
t
（ρ—流体密度）
（t—时间）
流量计
总量计
常用的流量单位：t/h、kg/h、kg/s、
K越大，量程范围越小。
量程范围的调整：
①改变K，即改变变送器的结构或电 磁特性。 ②调整θ，可在4º ～15 º 之间调整。
三．转子流量计 rotary flowmeter
1.特点
气体、液体（粘度大的除外）
压力损失小，反应快。
结构简单，价格便宜。 精度受所测介质压力、温度、粘度影响
适于小管径（≤50mm）、小流量的测量。
铁芯 初级线圈
1 2 3
骨架 次级线圈
差动变压器结构
4
e1 5 U e2 6
流量变送原理 流量Q↑→h↑→铁芯↑→
铁芯在中点上方，输出u=e1-e2＞0 铁芯在中点时， 输出u=e1-e2=0 铁芯在中点下方，输出u=e1-e2＜0 转换原理
将转子与铁芯相连，转子随流量变化的运动带 动铁芯一起移动，就可将h位号→电信号u输出
2）当转子的密度变化时（形状不变），测水
2 gV ( t w ) Q h w A
Q0
（
t w t w

t ↑， Q ↑，增大测量范围）
3）当流体不是水，且转子的密度变化
Q测 h
2 gV ( t f )
f A
Q0
标准孔板
标准喷嘴
标准文丘里管
标准孔板 标准喷嘴 标准文丘里管
角接取压标准孔板
角接取压标准孔板(带前10D后5D测量管)
标准喷嘴
标准文丘里管
（1）常用标准节流装置的特点
标准孔板：简单、方便，适于大流量测量
缺点：压力损失大。
标准喷嘴和文丘里管：压力损失较小
缺点：结构较复杂，不易加工。
（2）工作原理
△P
F1 测量力 偏转 推板 测量膜片 主杠杆
顺时针
矢量板
F2
向上
偏转
连杆
副杠杆
逆时针
铁芯
移动
偏转 差动 电压 0 反馈 Ff 放大器 副杠杆 变压器 线圈 顺时针
当Mf= M2 副杠杆平衡，放大器输出 0与△P成比例
I 0 KPtg
K——电动压力变送器放大系数 K与变送器的结构及电磁特性有关
显示、记录、调节控制。
分两大部分
流量变送部分
电动显示部分
广泛适用于国防、化 工、石油、冶金、电 力、环保、医药、和 轻工等部门的液体、 气体流量测量和自动 控制。 适应：腐蚀性流体(如 氯气、盐水、盐酸、 硝酸和硫酸等)的流量 测量。
LZ-B型金属管转子流量计
（1）流量变送部分（差动变压器）
（293K）、0.10133MPa 下标定的。
测液体流量：以水标定刻度
测气体流量：以空气标定刻度
实际使用时，若不是工业基准状态，须对
指示值进行修正。
（1）对液体流量进行修正：

只需对ρ修正
Q h
2 gV ( t f )
f A
（实际值）
Q0水
2 gV ( t w ) h （指示值） w A
第三章 检测仪表与传感器
Instrumentation and sensor
流量检测及仪表
§3.3流量检测及仪表
flow detection and instrument
教学内容
各种流量计的结构、测量原理及使用特点
•差压式流量计 •转子流量计
•椭圆齿轮流量计
•涡轮流量计
•电磁流量计
超声波流量计等
一.概述
α与许多因素有关 •节流装置的结构形式、取压方式、
•孔口边缘锐度、管道粗糙度 •雷诺数Re表示流体的流动状态，测量 湍流流体，α不随Re变化。
F0 F
选用标准节流装置，测量湍流流体， α为常数。
2．标准节流装置 standard throttling set
结构、尺寸、加工要求、取压方式、 使用条件等标准化的节流装置。
修正公式为：
Q1 Q0
0 p1 T0 1 1 1 Q0 1 p0 T0 K K p K T
Q0—指示的刻度值，Nm3/h ； Q1—所测介质在工业基准状态下的流量，Nm3/h ρ0；ρ1—空气和非空气在标态下密度，kg/Nm3 P1 、T1—所测介质的绝对压力MPa和绝对温度 K P0—0.1033MPa T0—293K
比较大。
LZB-（）WB系列玻璃转子流量计
日本进口FM-PZ玻璃管浮子/转子流量计
适于测量 工业机械中
的低流量
日本进口FC-C18玻璃管浮子/转子流量计
2.结构：
由一个锥形管和一个转子组成
P2
流体 流量 40′~3°
转子 高度
流量 数值
P1
转子流量计的工作原理图
3．工作原理
流体通过时，受到节流作用，在转子前后
P2
切断 阀 平衡 阀
注意
测量腐蚀性或 易凝固介质，
差压计阀安装示意图
应装隔离罐
4. 适用范围
广泛用于石油、化工、冶金、电力、
轻纺等行业。
适用于液体、蒸汽、气体的流量测量。
4.力矩平衡式差压变送器
moment balance pressure transducer
（1）作用：将△P→统一标准的气压或 电流信号，可以连续测量压差 。
差压计
引压管
孔板
差压式流量计
1.节流现象与流量基本方程式
（1）节流现象 throttle 流体在管道中流动时，在节流装
置前后的管壁处，流体的静压力
产生差异的现象。
节流件：能使流体产生局部收缩的元件
例如
孔板
斜面： 45°±15°
喷嘴 常用的节流件
文丘里管
（2）测流量的基本原理
流体流经节流装置前后产生的压力
（2）电动显示部分
变 送
T1
T2
u1
＞
u2
测量
LZD系列电远传式转子流量计
电动显示
Q↑→h↑→T1的铁芯↑→输出电信号u1→ 放大器放大→可逆电机转动→ 指针移动
凸轮转动→T2中铁芯↑→输出u2→放大 器，当u1= u2时，T2中铁芯不动，指针 指示出相应的Q 。
5.转子流量计的指示值修正
转子流量计的刻度是在工业基准状态20℃
偏低）
④导压管安装不正确，或有堵塞、渗漏 等现象 ⅰ）测量液体流量（取压点在下面， 且有排气装置）
ⅱ）测量气体流量（取压点在上面）
ⅲ）测量蒸汽流量（需装凝液罐）
⑤差压计安装或使用不正确
α
α： 0°~45°
测量液体流量时的取压点的位置
如果从底部引出，液体中的固体杂
质会沉积引起引压管线堵塞。
P1
和高压下流体流量，应用广泛。
广泛应用于： 气体、蒸汽 和液体的流 量测量。
孔板流量计
日本进口DPF差压式流量计
Байду номын сангаас
差压式流量计的组成
节流装置—将被测流量→压力差
包括 节流件（孔板、喷嘴、文丘里管）
取压装置（导压管）
差压计—测量压差而显示流量
Q △P
节流装置 引压管线
差压变送器 (差压计)
I0
标准节流装置：仅适于测量管道
≥50㎜，Re在104~105以上的流
体，且流体应当清洁，充满全部
管道，不发生相变。
（2）标准节流装置的选用 ①加工制造、安装、价格方面：孔板
最简单，文丘里管最复杂。
②要求压力损失较小时：喷嘴、文丘 里管。
③有腐蚀性、脏污、颗粒状杂质的介
质：喷嘴较孔板好。
④喷嘴精度较高，所需的直管段较短。 ⑤高温、高压介质：孔板和喷嘴 • 低压介质：文丘里管。
产生ΔP，
Q增加→ ΔP增大→转子上升→ h增高→转
子与壁隙增大→ ΔP减小（转子重力不变）。
直到向上的力=重力，转子停止上升。Q↑， h ↑ ，测出h，即得Q。
转子在压差力和重力的共同作用下平
衡。
压差与流速有关；
压差决定转子的位置。
由转子高度可直接读取通过的流量；
转子位置h→电气信号。
平衡条件
ΔP产生的向上的力+浮力=重力
p A Vt g V f g
因为
Q F0
2
1
p
ε=1；F0~h
Q h
M h
2 gV ( t f )
f A
2 gV ( t f ) f A
v - 转子的体积 ρt - 转子的密度 ρf - 被测流体的密度 A - 转子的最大横截面 g - 重力加速度 φ - 仪表常数 h - 转子浮起的高度
1）当所测的液体不是水时，用不锈钢转
子，ρt=7.9g/cm3=7900kg/m3
Q测 h 2 gV ( t f )
f A
Q0
(t f ) w (t w ) f
t w f KQ t f w
（密度修正系数）
例2
某厂用转子流量计来测定温度为27℃， 表压为0.16MPa的空气流量，问转子流 量计读数为38Nm3/h时，空气的实际流 量时多少？
例
用一个用水标定的转子流量计来测量苯的 流量，流量计的读数为28 m3/h，已知转子 密度为7920 kg/m3的不锈钢，苯的密度为 0.831 kg/L，求苯的实际流量是多少？
（3）质量式流量计
以测量流过的质量 M 为依据 分为 直接式（直接测量） 间接式（用ρ和Θ计算）
二.压差式流量计
differential pressure flowmeter
工作原理： 基于流体的节流原理 利用流体流经节流装置时产生的压力 差来测量流量。
特点：结构简单，使用寿命长，适应性
较广，能测各种工况下单相流体
DDZ---Ⅲ电动力矩平衡差压变送器—
自平衡检测仪表（一般为0. 5级）
差压（压力）变送器
推板
检测片
矢量板
θ F3 O F1 F2 连杆
2
量程调 整螺丝
F2
θ F1 F3
差动变 压器
副杠杆 主杠杆 轴封膜片 永久 磁钢 反馈线圈
＞ Ff
放大器
I0
O1 Fi
RL
P2
P1
测量膜片
调零 弹簧
DDZ---Ⅲ型 力矩平衡差 压变送器
量误差较大。
注意：选型合理，设计、加工准确，安
装、维护正确，符合使用条件等。
测量条件较好时，测量误差为±1%~2%。
（1）造成测量误差的原因 ①被测流体工作状态的变动（如温度、压 力、湿度、粘度、Re等） ②节流装置安装不正确（有“+”一侧是流
体入口端；孔板90º 锐角一侧是入口端）
③孔板入口边缘的磨损（△P偏小，指示值
差与流量有关
流动流体的能量，包括静压能和动能
总能量=静压能+动能+损失的能量 （摩擦阻力损失）
Ⅰ
υ1
p1
Ⅱ υ2 p2
Ⅲ
υ3
△P=P1′- P2′
δP=P1′- P3′
P1′
υ2
P2
′
P3′ υ3
υ1
孔板装置及压力、流速分布图
节流装置前流体压力——正压（+）
后流体压力——负压（-） 注意 P1’、 P2’不易测出，实际上在孔板前后
m3/h、L/h、L/min
2.流量计的种类
（1）速度式流量计 以测量流体的速度为依据得到流量
如
压差式流量计
电磁流量计
转子流量计
涡轮流量计
靶式流量计
堰式流量计
（2）容积式流量计 以单位时间内所排出流体的固定容积
数目为依据。
如 椭圆齿轮流量计 （液体型） 活塞式流量计 等 受流体的流动状态影响小，适用于 高粘度、低雷诺数的流体。
选两个固定的取压点P1、 P2
测得的压差与流量之间的关系，与测 压点及测压方式的选择紧密相关的。
（3）流量基本方程
M F0 21p
Q F0 2
α - 流量系数
ε - 膨胀校正系数
F0 - 孔口截面积
1
p
ρ1 - 流体密度
ΔP - 实际测得的压力 差
流量与压力差的平方根成正比