工业流量检测技术的发展和应用

2.5电磁流量计
工作原理：
导电性液体在垂直于磁场的非磁性测量管内流动，相当于法拉第试 验中的导电金属杆。当有导电性液体流过时，与流动方向垂直的方向上 会产生与流量成比例的感应电动势，感应电动势的方向遵循“右手定则 （把右手放入磁场中，若磁感线垂直进入手心当磁感线为直线时，相当 于手心面向N极，大拇指指向导线运动方向，则四指所指方向为导线中 感应电动势的方向）”，其值如下式： E=kBDV 式中E为感应电动势，k为系数，B为磁感应强度，D为测量管内径，V为 平均流速。
自动检测的任务是什么
自动检测的任务主要有两种： 1.将被测参数直接测量并显示出来，以告诉人们或其他系统有 关被测对象的变化情况—测量； 2.用做自动控制系统的前端系统，以便根据参数的变化情况作 出相应的控制决策，实施自动控制—控制。
一、流量检测技术的发展
流量检测是研究物质量变的科学，质量互变规律是事物联系发展 的基本规律，因此其检测对象已不限于传统意义上的管道液体，凡 需掌握量变的地方都有流量检测的问题。流量和压力、温度并列为 三大测量参数。对于一定的流体，只要知道这三个参数就可计算其 具有的能量，在能量转换的测量中必须测量此三个参数。能量转换 是一切生产过程和科学实验的基础，因此流量仪表和压力、温度仪 表一样得到最广泛的应用。 古代流量测量：流量检测的发展可追溯到古代的水利工程和城市 供水系统。古罗马凯撒时代已采用孔板测量居民的饮用水水量。公元 前1000年左右古埃及用堰法测量尼罗河的流量。我国著名的都江堰水 利工程应用宝瓶口的水位观测水量大小等等。 近代流量测量：17世纪-20世纪托里拆利奠定差压式流量计的理论
超声流量计和电磁流量计一样，因仪表 流通通道未设置任何阻碍件，均属无阻碍流 量计，是适于解决流量测量困难问题的一类 流量计。 优点为：可做非接触式测量，为无流动 阻挠测量，无压力损失，可测量非导电性液 体； 缺点为：传播速度差法只能用于清洁液 体和气体。
2.8靶式流量计
2.8靶式流量计
工作原理：
工业流量检测技术的发展及应用



主要内容：流量检测技术的发展
流量计的分类、原理及特点

流量计的单位及标识
概
什么是自动检测
述
自动检测是在测量和检验过程中完全不需要或仅需要很少的人工 干预而自动进行并完成的。实现自动检测可以提高工厂自动化水平和 程度，减少人为干扰因素和人为差错，从而提高生产过程或设备的可 靠性及运行效率。
工作原理：
流体一次次地充满流量计的“计量空间”，然后又不断地被送往出 口。在给定流量计条件下，该计量空间的体积是确定的，只要测得转子 的转动次数，就可以得到通过流量计的流体体积的累积值。
优点为：范围度宽，操作简便；缺点为：被测介质种类、口径、介质工 作状态局限性较大，不适用于高、低温场合，噪声及振动大。
三、流量计的单位及标识
Ex dIIC
T4
IP67？
防爆电器按使用场所不同分为Ⅰ类：煤矿用防爆电器和Ⅱ类：工厂用 防爆电器；Ⅱ类防爆电器又分为IIA、IIB和IIC三类，ⅡC＞ⅡB＞ⅡA T是温度组别，电气设备按其最高表面温度被分在不同的温度组别。 最高表面温度：电气设备在规定范围内的最不利运行条件下工作时， 可能引起周围爆炸性环境点燃的电气设备任何部件所达到的最高温度。最 高表面温度应低于可燃温度。 例如：防爆传感器环境的爆炸性气体的点燃温度为100℃，那么传感器 在最恶劣的工作状态下，其任何部件的最高表面温度应低于100℃。
2.6质量流量计
省略数学推导过程，这里 直接给出结果，质量流量和时 间差成比例关系，只要检测出 时间差Δ t就可得到质量流量q。
特点：
优点是：测量准确，可测范围宽，对流体粘度不敏感，可做多 参数测量； 缺点是：易零漂，不能测低密度流体，不抗振动，不适于大管 径，压损大。
2.7超声波流量计

超声流量计是通过检测流体流动对超声束(或超声脉冲)的作 用以测量流量的仪表。根据对信号检测的原理超声流量计可分为 传播速度差法(时差法、相位差法和频差法)、多普勒法、波束偏 移法等。
2.2差压式流量计
差压式流量计是根据安装于管道中流量检测件产生的差压,已知 的流体条件和检测件与管道的几何尺寸来计算流量的仪表。
经典流体力学原理--伯努利方程（飞机的动力学原理也是这个）： 伯努利方程是理想流体定常流动的动力学方程，意为流体在忽略粘性 损失的流动中，流线上任意两点的压力势能、动能与位势能之和保持 不变，即总能量守恒。 p+(1/2)ρv2+ρgh=C 式中p、ρ、v分别为流体的压强、密度和速度；h为铅垂高度；g为重 力加速度；C为常量。
特点：
优点是：压损小，测量范围大，抗腐 蚀； 缺点是：不能测量导电率低的液体， 不耐高低温。
2.6质量流量计

质量流量计主要有科里奥利质量流量计（主测液体）和热式质 量流量计（主测气体）两种。
力学概念：科里奥利力 科里奥利力是对旋转体系中进行直线运动的质点由于惯性相对于 旋转体系产生的直线运动的偏移的一种描述。科里奥利力来自于运动 物体所具有的惯性。 当一个质点相对于惯性系做直线运动时，相对于旋转体系，其轨 迹是一条曲线。立足于旋转体系，我们认为有一个力驱使质点运动轨 迹形成曲线，这个力就是科里奥利力（注意力的方向）。从物理学的 角度考虑，科里奥利力与离心力一样，都不是真实存在的力，而是惯 性作用在非惯性系内的体现。
2.1浮子流量计
工作原理：
被测流体从下向上经过锥管和浮子形成的环隙时，浮子上下端产生 差压形成浮子上升的力，直到上升力等于浸在流体中浮子重量时，浮子 便稳定在某一高度，浮子在锥管中高度和通过的流量有对应关系。
特点：
优点为：是结构简单，易维护，价格低廉；缺点为：压损大，精度差， 一般作为直观流动指示或者测量准确度不高的现场指示仪表。
2.6质量流量计
2.6质量流量计
工作原理
以单直管形测量管为例（经典的是U形测量管，但单直管形测量管的原 理比较直观）。
质量流量计用测量管以固有的频率及一定的振幅振荡来代替恒定的角 速度ω ，当流体流过测量管时就会受到科里奥利力作用。 由于在流体出入口的监测点流体运动方向相反，所以其产生的科里奥 利力方向也是相反的，入口处的科里奥利力抑制了检测点处的振动，而出 口处的科里奥利力增益了检测点处的振动，所以导致本应具有振动同相位 的两个监测点出现了相位差θ 即时间差Δ t。
三、流量计的单位及标识
Ex dIIC T4 IP67？
Ex：防爆公用标志。 隔爆型电气设备（d）：是指把能点燃爆炸性混合物的部件封闭在一 个外壳内，该外壳能承受内部爆炸性混合物的爆炸压力并阻止和周围的 爆炸性混合物传爆的电气设备。 增安型电气设备（e）：正常运行条件下，不会产生点燃爆炸性混合 物的火花或危险温度，并在结构上采取措施，提高其安全程度，以避免 在正常和规定过载条件下出现点燃现象的电气设备。 本安型电气设备（i）：在正常运行或在标准试验条件下所产生的火 花或热效应均不能点燃爆炸性混合物的电气设备。 ia等级：在正常工作状态下，以及电路中存在一个故障或两个故障 时，均不能点燃爆炸性气体混合物。 ib等级：在正常工作状态下，以及电路中存在一个故障时，不能点 燃爆炸性气体混合物。 ia型仪表适用于0区和1区， ib型仪表仅适用于1区。 0区：爆炸性气体环境连续出现或长时间存在的场所。 1区：在正常运行时，可能出现爆炸性气体环境的场所。 2区：在正常运行时，不可能出现爆炸性气体环境，如果出现也是 偶尔发生并且仅是短时间存在的场所。
2.2差压式流量计
种类繁多：孔板流量计、喷嘴流量计、文丘里流量计、V锥流量计等。
工作原理
在流体的管道上装有一个节流装置，其内装有一个孔板，中心开有 一个圆孔，其孔径比管道内径小，在孔板前流体稳定的向前流动，流过 孔板时由于孔径变小，截面积收缩，使稳定流动状态被打乱，因而流速 加快，流体的静压随之降低，于是在孔板前后产生压力降落，即差压。 流量与差压的平方根成正比。
容积式流量计与差压式流量计、浮子流量计并列为三类使用量最 大的流量计，常应用于昂贵介质（油品、天然气等）的总量测量。
2.4涡街流量计

涡街流量计是在流体中安放一个非流线型旋涡发生体，使流体在发 生体两侧交替地分离，释放出两串规则地交错排列的旋涡，且在一定范 围内旋涡分离频率与流量成正比的流量计。
卡门涡街是粘性不可压缩流体动力学所研究的一种现象。流体绕流 高大烟囱、高层建筑、电线、油管道和换热器的管束时都会产生卡门 涡街，出现涡街时，流体对物体会产生一个周期性的交变横向作用力， 如果力的频率与物体的固有频率相接近，就会引起共振，甚至使物体 损坏。
特点：
优点为：压损小，重复性好，抗干扰；
缺点为：量程窄，精度不高，零漂严重。
三、流量计的单位及标识
Nm3/h和m3/h？
Nm3/h（标立米每小时）是流体在标准温度和压力(STP)下的体积流 量。国际纯化学及应用化学协会（IUPAC）和美国国家标准局（NIST） 规定，标准温度为273.15 K即0℃, 标准压力为100KPa（近似于1标准大 气压101.325KPa）。 m3/h（标立米每小时）是流体在工况温度(25摄氏度）和压力（实际 压力）下的体积流量。
测量原理有力学原理、热学原理、声学原理、电学原理、光学原理 和原子物理学原理等。 按照目前最流行、最广泛的分类法分为: 浮子流量计、差压式流量 计、容积式流量计、电磁流量计、涡街流量计、质量流量计、超声流量 计、靶式流量计等。
2.1浮子流量计

浮子流量计又称转子流量计，是变面积式流量计的一种，浮子流量 计的流量检测元件是由一根自下向上扩大的垂直锥形管和一个沿着锥管 轴上下移动的浮子组所组成。
有何区别？气体和液体的温压补偿 Nm3/h和m3/h如何转换？
我们根据理想气体状态方程，算出工况和标况下气体的某一量的比， 就得到Nm3和m3的比。
例如，我们假设质量一定，根据PV/T=C，P1V1/T1=P2V2/T2，标号1为 标况，2为工况，这样就可以算出V1/V2=(P2T1)/(P1T2)，这个比值就是Nm3 和m3的比。
当介质在测量管中流动时，因其自身的动能与靶板产生压差，而产 生对靶板的作用力，使靶板产生微量的位移，其作用力的大小与介质流 速的平方成正比，其数学公式： F = CdAρ V2/2 式中F:靶板所受的作用力，Cd：流体阻力系数，A：靶板对测量管轴向 投影面积，ρ ：工况下介质密度，V：介质在测量管中的特征流速
传播速度差法类比：顺水行舟与逆水行舟。
2.7超声波流量计
工作原理：
声波在流体中传播，顺流方向声波传播速度会增大，逆流方向 则减小，同一传播距离就有不同的传播时间。利用传播速度之差与被 测流体流速的关系求取流速，称之为传播速度差法。按测量具体参数 不同，分为时差法、相位差法和频差法，三种方法没有本质的区别。
2.4涡街流量计
工作原理：
流体在管道中经过涡街流量变送器时，在三角柱的旋涡发生体后上 下交替产生正比于流速的两列旋涡，旋涡的释放频率与流过旋涡发生体 的流体平均速度及旋涡发生体特征宽度有关，通过测量旋涡频率就可以 计算出流过旋涡发生体的流体平均速度v，再由式q=vA可以求出流量q， 其中A为流体流过旋涡发生体的截面积。
基础，这是流量检测的里程碑
现代流量测量：20世纪60年代至今微电子技术和计算机技术的 飞跃发展
二、流量计的分类、原理及特点
Baidu Nhomakorabea 流量计的种类
流量测量方法和仪表的种类繁多，分类方法也很多。至今为止，可 供工业用的流量仪表种类达上百种之多。品种如此之多的原因就在于至 今还没找到一种对任何流体、任何量程、任何流动状态以及任何使用条 件都适用的流量仪表。 这上百种流量仪表，每种产品都有它特定的适用性，也都有它的局 限性。
特点：
优点为：结构简单，安装维护方便， 精度高，范围宽，压损小，适于总量计算； 缺点为：不耐强振动，不适用于高粘 度，低流速，小口径测量。
2.5电磁流量计

电磁流量计是根据电磁感应定律，在非磁性管道中，利用测量导电 流体平均速度而显示流量的流量计。
电磁流量计的工作原理是基于法拉第电磁感应定律的。电磁感应 定律就是导体在磁场中切割磁力线运动时在其两端产生感应电动势。
特点：
优点是：结构牢固，性能稳定可靠，应 用范围广泛，检测件与变送器、显示仪表分 别由不同厂家生产，便于规模经济生产； 缺点是：测量精度普遍偏低，范围度窄， 现场安装条件要求高，压损大。
2.3容积式流量计
容积式流量计又称定排量流量计，它利用机械测量元件把流体连续 不断地分割成单个已知的体积部分,根据测量室逐次重复地充满和排放 该体积部分流体的次数来测量流体体积总量。