傳感器與檢測(cè)技術(shù).ppt

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流量檢測(cè) 6 1流量檢測(cè)基本概念 6 1 1流量的概念和單位定義 短暫時(shí)間內(nèi)流過某一流通截面的流體數(shù)量與通過時(shí)間之比 體積流量 用流體的體積來表示 qv 瞬時(shí)質(zhì)量流量 用流量的質(zhì)量來表示 qm 簡稱質(zhì)量流量 累積流量 一段時(shí)間內(nèi)流體體積流量或質(zhì)量流量的累積值 累積體積流量 累積質(zhì)量流量 6 1 2流量檢測(cè)方法及流量計(jì)分類 6 1 2 1流量檢測(cè)方法及流量計(jì)分類檢測(cè)方法 體積流量檢測(cè) 質(zhì)量流量檢測(cè) 流量計(jì) 由流量傳感器和二次儀表構(gòu)成 6 1 2 2流體特性和流量計(jì)的測(cè)量特性 流體特性1 黏滯性 衡量流體黏滯性大小的物理量稱為動(dòng)力黏度 2 層流和紊流 層流 流體在細(xì)管中流動(dòng)的流線平行于管軸時(shí)的流動(dòng) 紊流 流體在細(xì)管中流動(dòng)的流線相對(duì)混亂的流動(dòng) 利用雷諾數(shù)可以判斷流動(dòng)的形式 在層流流動(dòng)狀態(tài)時(shí) 流量與壓力降成正比 在紊流流動(dòng)狀態(tài)時(shí) 流量與壓力降的平方根成正比 雷諾數(shù) 雷諾數(shù)是表征流體流動(dòng)時(shí)慣性力與粘性力之比 利用細(xì)管直徑d 可求出雷諾數(shù)Rd Rd 2320時(shí)為層流 Rd 2320時(shí)為紊流 3 流體連續(xù)性方程 流體在管道內(nèi)作穩(wěn)定流動(dòng)的情況 即流體在穩(wěn)定流動(dòng) 且不可壓縮時(shí) 流過各截面流體的體積為常量 因此利用上式 很方便的求出流體流過管道不同截面時(shí)的流速 揭示流體在運(yùn)動(dòng)時(shí)壓強(qiáng) 流速等運(yùn)動(dòng)要素隨空間位置的變化關(guān)系 伯努利方程式 z 單位質(zhì)量液體位能 位置水頭 單位質(zhì)量液體壓能 壓強(qiáng)水頭 單位質(zhì)量液體動(dòng)能 流速水頭 動(dòng)能修正系數(shù) 一般為1 05 1 1 常取1 0 單位質(zhì)量液體通過流段的平均能量損失 水頭損失 4 流體的能量方程 2 流量計(jì)的測(cè)量特性 各種類型的流量計(jì)的共性 式中 qm為質(zhì)量流量 x為流量計(jì)輸出信號(hào) 理想的流量方程式為線性方程式 流量計(jì)的儀表系數(shù)與流出系數(shù) 儀表系數(shù)K 頻率型流量計(jì)流量特性的主要參數(shù) 定義為單位流體流過流量計(jì)時(shí)流量計(jì)發(fā)出的脈沖數(shù) 流出系數(shù)C 定義為實(shí)際流量與理想流量的比值 流量方程式 流量與流量計(jì)輸出信號(hào)之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式 式中 K為儀表系數(shù) m 3 N為脈沖數(shù) 次 V為流體體積 m3 流量范圍及范圍度流量范圍 指可測(cè)最大流量和最小流量所限定的范圍 范圍度 最大流量與最小流量的比值 流量計(jì)范圍度的大小受儀表的原理與結(jié)構(gòu)所限制 測(cè)量精確度和誤差流量計(jì)標(biāo)出的精確度為基本誤差 而現(xiàn)場(chǎng)使用中由于偏離標(biāo)定條件會(huì)產(chǎn)生附加誤差 所以要按有關(guān)規(guī)定計(jì)算附加誤差 壓力損失流量計(jì)通常是一個(gè)阻力件 會(huì)給流體造成能量消耗 所以 壓力損失大小是流量計(jì)選型的一個(gè)重要指標(biāo) 一 容積 volumn 式流量計(jì)原理 使被測(cè)流體充滿具有一定容積的空間 然后把這部分流體從口排出 利用運(yùn)動(dòng)元件的往復(fù)次數(shù)或轉(zhuǎn)速與流體的連續(xù)排出量成比例對(duì)被測(cè)流體進(jìn)行連續(xù)的檢測(cè) 故叫做容積式流量計(jì) 用來測(cè)量液體和氣體的體積流量 主要用于測(cè)量累積流量 1 容積式流量計(jì)的測(cè)量機(jī)構(gòu)與流量公式 組成 由測(cè)量室 運(yùn)動(dòng)部件 傳動(dòng)和顯示部件構(gòu)成 它的測(cè)量主體為具有固定標(biāo)準(zhǔn)容積的測(cè)量室 測(cè)量室由流量計(jì)內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)部件與殼體構(gòu)成 在流體進(jìn) 出口壓力差的作用下 運(yùn)動(dòng)部件不斷地將充滿在測(cè)量室中的流體從入口排向出口 6 2體積流量檢測(cè)方法 流量方程式 Q nV其中 V 測(cè)量室的固定容積 n 某一時(shí)間間隔內(nèi)經(jīng)過流量計(jì)排出流體的固定容積數(shù) 可由計(jì)數(shù)器通過傳動(dòng)部件測(cè)出 Q 被測(cè)流體的體積總量 在測(cè)量較小流量時(shí) 要考慮泄漏量的影響 通常儀表有最小流量的測(cè)量限度 2 幾種容積式流量計(jì) flowmeter 1 橢圓齒輪流量計(jì)橢圓齒輪流量計(jì)的測(cè)量本體由一對(duì)相互嚙合的橢圓齒輪和殼體構(gòu)成 其工作原理如圖所示 運(yùn)動(dòng)部件的形式 往復(fù)運(yùn)動(dòng) 活塞式油量表 和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 腰輪流量計(jì) 齒輪的轉(zhuǎn)數(shù)通過變速機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)械計(jì)數(shù)器來顯示總流量 還可以通過電磁轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換成脈動(dòng)信號(hào) 對(duì)其計(jì)數(shù)就可得到總流量 兩個(gè)齒輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈 流量計(jì)將排出4個(gè)半月形容積的流體 通過橢圓齒輪流量計(jì)的總量可表示為 特點(diǎn) 適用于高粘度液體的測(cè)量 流量計(jì)基本誤差 0 2 0 5 范圍度為10 1 工作溫度要低于120 以防止齒輪卡死 在使用時(shí)要注意防止齒輪的磨損與腐蝕 以延長儀表壽命 2 腰輪流量計(jì)原理與橢圓齒輪流量計(jì)相同 為減小兩轉(zhuǎn)子的磨損 在殼體外與腰輪同軸的齒輪作為傳遞轉(zhuǎn)動(dòng)力矩之用 因此比橢圓齒輪能保持長期穩(wěn)定性 特點(diǎn) 可以測(cè)量液體和氣體 也可以測(cè)高粘度流體 基本誤差為 0 2 0 5 范圍度為10 1 工作溫度要低于120 壓力損失小于0 02MPa 3 皮膜式家用煤氣表 安裝注意事項(xiàng) 選型時(shí)要考慮被測(cè)介質(zhì)的物性參數(shù)和工作狀態(tài) 如溫度 粘度 壓力 密度和流量范圍等 流量計(jì)的安裝地點(diǎn)應(yīng)滿足技術(shù)性能規(guī)定的條件 安裝前必須進(jìn)行檢定 可以水平安裝也可以垂直安裝 流量計(jì)上游要加過濾器 調(diào)節(jié)流量的閥門應(yīng)位于流量計(jì)下游 為維護(hù)方便需設(shè)置旁通管路 安裝時(shí)注意流量計(jì)外殼上的流向標(biāo)志應(yīng)與被測(cè)流體的流動(dòng)方向一致 使用過程中 被測(cè)流體應(yīng)該充滿管道 并工作在儀表規(guī)定的流量范圍內(nèi) 當(dāng)環(huán)境改變時(shí) 應(yīng)對(duì)儀表進(jìn)行修正 儀表要定期清洗和檢定 3 容積式流量計(jì)的安裝與使用 6 2 2差壓式流量計(jì) 二 組成 一 基本原理在流通管道上設(shè)置流動(dòng)阻力件 流體通過阻力件時(shí)將產(chǎn)生壓力差 此壓力差與流體流量之間有確定的數(shù)值關(guān)系 通過測(cè)量差壓值可以求得流體流量 產(chǎn)生差壓的裝置 節(jié)流件 孔板 噴嘴 文丘利管等 動(dòng)壓管 均速管 彎管等 靶和浮子等 6 2 2 1節(jié)流式流量計(jì) 節(jié)流裝置 產(chǎn)生差壓 主體是一個(gè)局部收縮阻力件 改變流體流通截面 從而在節(jié)流元件前后形成壓力差 根據(jù)伯努利方程 對(duì)截面I I 處沿管中心的流體有以下能量關(guān)系 根據(jù)流體的連續(xù)性方程得 可以根據(jù)流量的定義 計(jì)算流體的體積流量和質(zhì)量流量 在實(shí)際計(jì)算過程中 應(yīng)考慮幾個(gè)因素 流量系數(shù) 由于用節(jié)流件的開孔面積代替最小收縮截面 p有不同取壓位置等因素的影響 必然造成測(cè)量偏差 為此引入流量系數(shù) 則流量方程式為 流量系數(shù)是一個(gè)影響因素復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)系數(shù) 對(duì)于節(jié)流法測(cè)量流量具有重要的意義 實(shí)驗(yàn)證明 在管道直徑 節(jié)流件型式 開孔尺寸和取壓位置確定的情況下 只與流體的雷諾數(shù)Re有關(guān) 當(dāng)Re大于臨界值時(shí) 流量系數(shù)可以認(rèn)為是一個(gè)常數(shù) 因此節(jié)流式流量計(jì)應(yīng)工作在臨界雷諾數(shù)以上 通常要求流速不低于一定值 與Re及 的關(guān)系對(duì)于不同的節(jié)流件形式各有相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算 并列有圖表可查 可膨脹系數(shù) 對(duì)于可壓縮流體 考慮流體通過節(jié)流件時(shí)的膨脹效應(yīng) 再引入可膨脹系數(shù)作為因流體密度改變引起流量系數(shù)改變的修正 可壓縮流體的流量方程式 流出系數(shù)C 用流出系數(shù)C代替流量系數(shù) 進(jìn)行修正 兩個(gè)系數(shù)的關(guān)系是 利用流出系數(shù)來分析各種因素對(duì)流量的影響顯得更加方便 在不同 和不同的Re下 C的變化范圍要比 的變化范圍小許多 尤其是對(duì)各種文丘里管 在一定條件下 C是一個(gè)不隨管徑 直徑比和雷諾數(shù)變化的常數(shù) 這就簡化了節(jié)流裝置的計(jì)算 節(jié)流式流量計(jì)的流量方程式普遍形式 如圖節(jié)流裝置產(chǎn)生的差壓信號(hào) 通過壓力傳輸管道引至差壓計(jì) 經(jīng)差壓計(jì)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)或氣信號(hào)送至顯示儀表 節(jié)流式流量計(jì)的組成 組成 由節(jié)流元件 引壓管路 三閥組和差壓計(jì)四部分構(gòu)成 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置示意 三種標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件比較 壓力損失 孔板 噴嘴 文丘里管成本 孔板 噴嘴 文丘里管精度 孔板 噴嘴 文丘里管 節(jié)流裝置取壓方式 角接取壓 法蘭取壓 a 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的使用條件 節(jié)流裝置僅適用于圓形測(cè)量管道 在節(jié)流裝置前后的直管段上 內(nèi)壁表面應(yīng)無可見坑凹 毛刺和沉積物 對(duì)相對(duì)粗糙度和管道圓度均有規(guī)定 管徑大小也有一定限制 D最小 50mmb 節(jié)流式流量計(jì)的安裝 節(jié)流式流量計(jì)應(yīng)按照手冊(cè)要求進(jìn)行安裝 以保證測(cè)量精度 節(jié)流裝置安裝時(shí)要注意節(jié)流件開孔必須與管道同軸 節(jié)流件方向不能裝反 管道內(nèi)部不得有突出物 在節(jié)流件裝置附近 不得安裝測(cè)溫元件或開設(shè)其他測(cè)壓口 節(jié)流式流量計(jì)的安裝與使用條件流量系數(shù)是在一定的條件下通過實(shí)驗(yàn)得到的 因此對(duì)管道選擇流量計(jì)的安裝和使用均有規(guī)定 c 取壓口位置和引壓管路的安裝 與測(cè)壓儀表的要求類似 應(yīng)保證差壓計(jì)能夠正確 迅速地反映節(jié)流裝置產(chǎn)生的差壓值 引壓導(dǎo)管應(yīng)按被測(cè)流體的性質(zhì)和參數(shù)要求使用耐壓 耐腐蝕的管材 引壓管內(nèi)徑不得小于6mm 長度最好在16m以內(nèi) 引壓管應(yīng)垂直或傾斜敷設(shè) 其傾斜度不得小于1 12 傾斜方向視流體而定 d 差壓計(jì)用于測(cè)量差壓信號(hào) 其差壓值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于系統(tǒng)的工作壓力 因此 導(dǎo)壓管與差壓計(jì)連接處應(yīng)安裝截?cái)嚅y 截?cái)嚅y后裝平衡閥 在儀表投入時(shí) 平衡閥可以起到單向過載保護(hù)作用 在儀表運(yùn)行過程中 打開平衡閥 可以進(jìn)行儀表的零點(diǎn)校驗(yàn) 差壓計(jì)的安裝示意圖如圖6 8所示 根據(jù)被測(cè)流體和節(jié)流裝置與差壓計(jì)的相對(duì)位置 差壓信號(hào)管路有不同的敷設(shè)方式 圖 a 被測(cè)流體是液體的情況 要保證導(dǎo)壓管中充滿液體 圖 b 氣體的情況 要保證導(dǎo)壓管中只有氣體 減少測(cè)量誤差 圖 c 被測(cè)流體是蒸汽的情況 在靠近節(jié)流裝置處安裝冷凝器是為了保證兩導(dǎo)壓管內(nèi)的冷凝水位在同一高度 6 2 2 2均速管流量計(jì) 流體流經(jīng)均速管產(chǎn)生與流量有確定關(guān)系的差壓信號(hào) 均速管的實(shí)用流量方程式 D為管道內(nèi)徑 k為均速管流量系數(shù) 由實(shí)驗(yàn)確定 均速管流量計(jì)結(jié)構(gòu)圖 總壓檢出口的位置 r2 3 0 4597R r1 4 0 8881R 特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡單 價(jià)格便宜 壓力損失小 準(zhǔn)確度及長期穩(wěn)定性較好 尤其適用于大口徑管道的流量測(cè)量 但它產(chǎn)生的差壓信號(hào)較低 定時(shí)清洗 6 2 2 3彎管流量計(jì) 流體通過管道彎頭時(shí) 受到角加速的作用而產(chǎn)生的離心力會(huì)在彎頭的外半徑側(cè)與內(nèi)半徑側(cè)之間形成差壓 此差壓的平方根與流體流量成正比 彎管流量計(jì)的流量方程式 彎管流量計(jì)示意 特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡單 安裝維修方便 無附加的壓力損失 對(duì)介質(zhì)的要求低 缺點(diǎn) 產(chǎn)生的壓差非常小 是未標(biāo)準(zhǔn)化的儀表 只用于特殊的管道條件 6 2 2 4靶式流量計(jì) 靶 管流中垂直于流動(dòng)方向安裝的圓盤形阻擋件 流體經(jīng)過時(shí)對(duì)靶產(chǎn)生作用力 此作用力與流速有一定關(guān)系 流量公式 靶式流量計(jì)結(jié)構(gòu)原理1 力平衡轉(zhuǎn)換器 2 密封膜片 3 杠桿 4 靶 5 測(cè)量導(dǎo)管 測(cè)力方法 通過杠桿機(jī)構(gòu)引出靶上受力 力矩平衡方式 應(yīng)變片力轉(zhuǎn)換器特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡單 適于測(cè)量高粘度 高臟污的流體 壓力損失大 測(cè)量精度不高 6 2 2 5浮子流量計(jì) 1 測(cè)量原理及結(jié)構(gòu)浮子的力平衡公式 浮子流量計(jì)測(cè)量原理 代入節(jié)流流量方程式得 原理 同樣基于節(jié)流原理 但它的差壓值基本保持不變 是通過節(jié)流面積的變化反映流量的大小 故又稱恒壓降變截面流量計(jì) 也有稱作轉(zhuǎn)子流量計(jì) A0為環(huán)隙面積 與浮子高度h對(duì)應(yīng) 對(duì)于小錐度錐形管 近似有 電遠(yuǎn)傳浮子流量計(jì)工作原理1 浮子 2 錐形管 3 連動(dòng)桿 4 鐵心 5 差動(dòng)線圈 流量方程式 分類 直讀式浮子流量計(jì) 主要由玻璃錐管 浮子和支撐結(jié)構(gòu)組成 流量表尺直接刻在錐管上 由浮子位置高度讀出流量值 遠(yuǎn)傳式浮子流量計(jì) 采用金屬錐形管 它的信號(hào)遠(yuǎn)傳方式有電動(dòng)和氣動(dòng)兩種類型 測(cè)量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)將浮子的移動(dòng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)或氣信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)傳及顯示 浮子流量計(jì)的使用和安裝 a 浮子流量計(jì)的刻度換算 浮子流量計(jì)是一種非通用性儀表 出廠時(shí)需單個(gè)標(biāo)定刻度 測(cè)量液體的流量計(jì)用常溫水標(biāo)定 測(cè)量其他的浮子流量計(jì)用常溫常壓的空氣標(biāo)定 在實(shí)際測(cè)量時(shí) 如果被測(cè)介質(zhì)不是水或空氣 則流量計(jì)的指示值與實(shí)際流量值之間存在差別 因此 要對(duì)其進(jìn)行刻度換算修正 對(duì)于一般液體介質(zhì) 只需進(jìn)行密度校正 對(duì)于氣體介質(zhì) 由于 f 或 0 上式可簡化為 例 某浮子流量計(jì)測(cè)二氧化碳?xì)獾牧髁?測(cè)量時(shí)被測(cè)氣體的溫度是40 壓力是49 03kPa 表壓力 若流量計(jì)的讀數(shù)為120m3 h 問實(shí)際流量是多少 已知標(biāo)定時(shí)絕對(duì)壓力P 98 06kPa t 20 此時(shí)二氧化碳的重度為18 07N m3 空氣的重度為11 82N m3 解 b 浮子流量計(jì)的安裝與使用 安裝使用前必須核對(duì)所須測(cè)量范圍 工作壓力和介質(zhì)溫度是否與被選流量計(jì)相符 圖 儀表應(yīng)垂直安裝在管道上 流體必須自下而上通過流量計(jì) 不應(yīng)有明顯的傾斜 流量計(jì)前后有截?cái)嚅y 并安裝有旁路管道 儀表投入時(shí)前后閥門要緩慢開啟 投入運(yùn)行后關(guān)閉旁路閥 最佳測(cè)量范圍為上限的三分之一到三分之二刻度內(nèi) 當(dāng)被測(cè)介質(zhì)的物性常數(shù) 密度 粘度 和狀態(tài)常數(shù) 溫度 壓力 與流量計(jì)標(biāo)定時(shí)不同時(shí) 必須要對(duì)指示值進(jìn)行修正 玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì) 流體入口 流體出口 轉(zhuǎn)子 6 2 3速度式流量計(jì) 原理 均基于與流體流速有關(guān)的各種物理現(xiàn)象 6 2 3 1渦輪流量計(jì)利用安裝在管道中可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪感受流體的速度變化核心部件 殼體 導(dǎo)流器 支承 渦輪和磁電轉(zhuǎn)換器流量方程式f 信號(hào)脈沖頻率 儀表常數(shù) 渦輪流量計(jì)結(jié)構(gòu)示意1 導(dǎo)流體 2 軸承 3 渦輪 4 殼體 5 信號(hào)放大器 特點(diǎn) 可測(cè)液體 氣體 但要求被測(cè)介質(zhì)潔凈 且液體的粘度不能太大 測(cè)量精度較高 0 5級(jí) 刻度為線性 輸出頻率信號(hào)便于遠(yuǎn)傳及與計(jì)算機(jī)相連 儀表的工作范圍較寬和較高的耐壓能力 壓力損失小 葉輪式風(fēng)流量計(jì) 參考北京北方大河儀器儀表有限公司資料 安裝 一般應(yīng)水平安裝 并保證其前后有一定的直管段 為保證介質(zhì)潔凈 表前應(yīng)裝過濾裝置 如果被測(cè)液體易氣化或含有氣體時(shí) 要在儀表前裝消氣器缺點(diǎn) 制造困難 成本高 由于渦輪高速轉(zhuǎn)動(dòng) 軸承易磨損 降低了長時(shí)期運(yùn)行的穩(wěn)定性 影響使用壽命 通常渦輪流量計(jì)主要用于測(cè)量精度要求高 流量變化快的場(chǎng)合 還用作標(biāo)定其他流量的標(biāo)準(zhǔn)儀表 6 2 3 2渦街流量計(jì) 原理 流體流過非流線型阻擋體時(shí)會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定的漩渦列 漩渦的產(chǎn)生頻率與流體流速有著確定的關(guān)系 構(gòu)成 漩渦發(fā)生體 圓柱體 三角柱體 卡門渦街 漩渦產(chǎn)生頻率 St 斯特羅哈爾數(shù) 流體的體積流量為 K 儀表系數(shù) 一體式 圓柱形旋渦發(fā)生體 鉑熱電阻絲檢測(cè)頻率三棱柱形旋渦發(fā)生體 熱敏電阻或壓電晶體 旋渦頻率的檢測(cè) 利用旋渦產(chǎn)生時(shí)引起的波動(dòng)進(jìn)行測(cè)量 有一體式和兩體式兩類 一體式的檢測(cè)元件放在旋渦發(fā)生體內(nèi) 如熱絲式 熱敏電阻式和膜片式 兩體式的檢測(cè)元件放在旋渦發(fā)生體的下游 如壓電式 超聲式和擺旗式 旋渦發(fā)生體和檢測(cè)方式一覽表 渦街流量計(jì)特點(diǎn)及使用 適用于氣體 液體和蒸汽介質(zhì)的檢測(cè) 測(cè)量幾乎不受流體參數(shù)的變化影響 壽命長 壓力損失小 輸出為頻率信號(hào) 有較寬的范圍度30 1 測(cè)量精度較高 可以水平安裝 也可以垂直安裝 不足之處是流體流速分布情況和脈動(dòng)情況將影響測(cè)量準(zhǔn)確度 漩渦發(fā)生體被玷污也會(huì)引起誤差 6 2 3 3電磁流量計(jì) 原理 導(dǎo)電流體在磁場(chǎng)中垂直于磁力線方向流過 在流通管道兩側(cè)的電極上將產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì) 感應(yīng)電勢(shì)的大小與流體速度有關(guān) 感應(yīng)電勢(shì) 流量方程式 電磁流量計(jì)的構(gòu)成 直流勵(lì)磁 直流勵(lì)碰方式用直流電產(chǎn)生磁場(chǎng)或采用永久磁鐵 它能產(chǎn)生一個(gè)恒定的均勻磁場(chǎng) 優(yōu)點(diǎn) 受交流電磁場(chǎng)干擾影響很小 缺點(diǎn) 流體極化 電解質(zhì)在電場(chǎng)中被電解 正負(fù)電極分別校相反極性的離子所包圍 嚴(yán)重影響儀表的正常工作 適用非電解質(zhì)液體 交流勵(lì)磁 采用工頻 50Hz 電源交流勵(lì)磁方式 優(yōu)點(diǎn) 消除了電極表面的極化干擾 由于磁場(chǎng)是交變的 所以輸出信號(hào)也是交變信號(hào) 磁感應(yīng)強(qiáng)度為 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為 被測(cè)體積流量為 電磁流量計(jì)的測(cè)量導(dǎo)管中無阻力件 壓力損失小 其流速測(cè)量范圍寬 為0 5 10m s 范圍度可達(dá)10 1 流量計(jì)的口徑可從幾毫米到幾米以上 流量計(jì)的精度0 5 1 5級(jí) 儀表反映快 流動(dòng)狀態(tài)對(duì)示值影響小 可以測(cè)量脈動(dòng)流和兩相流 如泥漿和紙漿的流量 利用電磁流量計(jì)測(cè)量流量 要求導(dǎo)電體有一定的電導(dǎo)率 因此不能測(cè)量氣體 蒸汽和電導(dǎo)率低的石油流量 電磁流量計(jì)對(duì)直管段要求不高 前直管段長度為5D 10D 安裝地點(diǎn)應(yīng)盡量避免劇烈振動(dòng)和交直流強(qiáng)磁場(chǎng) 在垂直安裝時(shí) 流體要自下而上流過儀表 水平安裝時(shí)兩個(gè)電極要在同一平面上 要確保流體 外殼 管道間的良好接地和良好接觸 電磁流量計(jì)的特點(diǎn)及應(yīng)用 6 2 3 4超聲流量計(jì) 原理 超聲波在流體中傳播 將受到流體速度的影響 檢測(cè)接收的超聲波信號(hào)可以測(cè)知流速 傳播速度差法 超聲波在流體中順流傳播與逆流傳播的速度不同 包括時(shí)間差法 相差法 頻差法 頻差法不受聲速影響 不必考慮流體溫度變化對(duì)聲速的影響 頻差法 超聲波換能器又稱超聲波探頭 超聲波換能器的工作原理有壓電式 磁致伸縮式 電磁式等數(shù)種 在檢測(cè)技術(shù)中主要采用壓電式 超聲波探頭又分為直探頭 斜探頭 雙探頭 表面波探頭 聚焦探頭 沖水探頭 水浸探頭 高溫探頭 空氣傳導(dǎo)探頭以及其他專用探頭等 各種超聲波探頭 常用頻率范圍 0 5 10MHz 常見晶片直徑 5 30mm 接觸式直探頭 縱波垂直入射到被檢介質(zhì) 外殼用金屬制作 保護(hù)膜用硬度很高的耐磨材料制作 防止壓電晶片磨損 保護(hù)膜 接插件 原因 同樣體積的流體在不同的溫度 壓力 和成分的條件下 其密度是不同的 特別是氣體更是這樣 因此很多場(chǎng)合下要求測(cè)量質(zhì)量流量 如煉鋼時(shí)用氧氣降低碳的含量 需吹入一定的氧氣 要求知道的不是吹入多少體積的氧氣 而是多少質(zhì)量的氧氣 由于壓力溫度經(jīng)常變化 所以給出的體積流量是不能滿足要求的 質(zhì)量流量測(cè)量儀的分類 直接式和間接式直接式 質(zhì)量流量計(jì)則直接輸出與質(zhì)量相對(duì)應(yīng)的信號(hào) 反映質(zhì)量流量的大小 間接式 采用密度或溫度 壓力補(bǔ)償?shù)霓k法 測(cè)體積流量的同時(shí) 測(cè)密度或溫度 壓力值 再運(yùn)算求得質(zhì)量流量 又稱推導(dǎo)式質(zhì)量流量計(jì) 6 3質(zhì)量流量檢測(cè)方法 根據(jù)質(zhì)量流量與體積流量的關(guān)系 可以有多種儀表的組合以實(shí)現(xiàn)質(zhì)量流量測(cè)量 常見的組合方式有如下幾種 6 3 1 間接式質(zhì)量流量測(cè)量方法 6 3 1 體積流量計(jì)與密度計(jì)的組合方式 差壓式流量計(jì)與密度計(jì)的組合差壓計(jì)輸出信號(hào)正比于 qv2 密度計(jì)測(cè)量流體密度 儀表輸出為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào) 可以進(jìn)行運(yùn)算處理求出質(zhì)量流量 其計(jì)算式為 其他體積流量計(jì)與密度計(jì)組合其他流量計(jì)可以用速度式流量計(jì) 如渦輪流量計(jì) 電磁流量計(jì) 或容積式流量計(jì) 這類流量計(jì)輸出信號(hào)與密度計(jì)輸出信號(hào)組合運(yùn)算 即可求出質(zhì)量流量 差壓式流量 或靶式流量計(jì) 計(jì)與渦輪流量計(jì) 或電磁流量計(jì) 渦街流量計(jì)等 組合 通過運(yùn)算得到質(zhì)量流量 其計(jì)算式為 體積流量計(jì)與體積流量計(jì)的組合方式 流體密度是溫度 壓力的函數(shù) 通過測(cè)量流體溫度和壓力 與體積流量組合可求出流體質(zhì)量流量 溫度 壓力補(bǔ)償式質(zhì)量流量計(jì) 間接式質(zhì)量流量計(jì)特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)復(fù)雜 由于包括了其他參數(shù)儀表誤差和函數(shù)誤差等 其系統(tǒng)誤差通常低于體積流量計(jì) 但目前已有多種型式的微機(jī)化儀表可實(shí)現(xiàn)計(jì)算功能 應(yīng)用也較普遍 6 3 2直接式質(zhì)量流量計(jì) 直接式質(zhì)量流量常用檢測(cè)方法 科里奧利式質(zhì)量流量計(jì) 熱式質(zhì)量流量計(jì) 沖量式質(zhì)量流量計(jì) 差壓式質(zhì)量流量計(jì) 渦輪式質(zhì)量流量計(jì) 優(yōu)點(diǎn) 輸出信號(hào)直接反映質(zhì)量流量 其測(cè)量不受流體的溫度 壓力 密度變化的影響 原理 基于牛頓第二定律 流體在振動(dòng)管中流動(dòng)時(shí) 將產(chǎn)生與質(zhì)量流量成正比的科里奧利力 組成 由檢測(cè)科里奧利力的傳感器與轉(zhuǎn)換器組成 6 3 2 1科里奧利質(zhì)量流量計(jì) 科氏力流量計(jì) 當(dāng)質(zhì)量為m的質(zhì)點(diǎn)以速度 在對(duì)O軸作角速度 旋轉(zhuǎn)的管道內(nèi)移動(dòng)時(shí) 質(zhì)點(diǎn)受到兩個(gè)分量的加速度及其力 法向加速度 即向心力加速度 r 其量值等于 2r 方向朝向O軸 切向加速度 即科里奧利加速度 t 其量值等于2 方向與O軸垂直 當(dāng)密度為 的流體在旋轉(zhuǎn)管道中以恒定速度 流動(dòng)時(shí) 任何一段長度 x的管道都將受到一個(gè) Fc的切向科里奧利力 由于質(zhì)量流量為qm A 所以 直接或間接測(cè)量在旋轉(zhuǎn)管道中流動(dòng)流體產(chǎn)生的科里奧利力就可以測(cè)的得質(zhì)量流量 這是科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的基本原理通過旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生科里奧利力是困難的 目前產(chǎn)品均代之以管道振動(dòng)產(chǎn)生的 流量方程式 工作過程 扭角 與通過流體的質(zhì)量有關(guān) 特點(diǎn) 可直接測(cè)得質(zhì)量流量信號(hào) 不受被測(cè)介質(zhì)物理參數(shù)的影響 精度較高 可以測(cè)量多種液體和漿液 也可以用于多相流測(cè)量 不受管內(nèi)流態(tài)影響 因此對(duì)流量計(jì)前后直管段要求不高 其范圍度可達(dá)100 1 但是它的壓力損失較大 存在零點(diǎn)漂移 管路的振動(dòng)會(huì)影響其測(cè)量精度 6 3 2 2熱式質(zhì)量流量計(jì) 基本原理 因?yàn)榱黧w吸收或放出的熱量均與該流體的質(zhì)量成正比 因此可由加熱流體所需要的能量或由此能量使流體溫度升高之間的關(guān)系來測(cè)量流體的質(zhì)量流量 工作原理 利用加熱源對(duì)流體進(jìn)行加熱 在其前后各放一個(gè)測(cè)溫元件 通過測(cè)溫度變化及加熱功率即可測(cè)質(zhì)量流量 質(zhì)量流量可表示為 分類 根據(jù)測(cè)量方法 恒定功率法 使加熱功率恒定 測(cè)量溫差可以求得質(zhì)量流量 恒定溫差法 使流體溫差恒定 測(cè)出熱量的輸入功率就可以求得質(zhì)量流量 根據(jù)加熱源的位置 內(nèi)熱式和外熱式 特點(diǎn) 適用于微小流量 結(jié)構(gòu)簡單 壓力損失小 非接觸式使用壽命長 缺點(diǎn)是靈敏度低 測(cè)量時(shí)還要進(jìn)行溫度補(bǔ)償 6 3 2 3沖量式流量計(jì) 原理 沖量傳感器感受被測(cè)介質(zhì)的沖力 經(jīng)轉(zhuǎn)換放大輸出與質(zhì)量流量成比例的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào) 沖量式流量計(jì)工作原理1 沖板 2 沖板軸 3 物料 4 輸送機(jī) 對(duì)象 自由下落的固體粉料 漿狀或塊狀物料的質(zhì)量流量 水平分力 特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡單 安裝維修方便 使用壽命長 6 4流量標(biāo)準(zhǔn)裝置 除標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置外的各種儀表出廠前必須逐臺(tái)標(biāo)定 使用過程中一段時(shí)間也要校驗(yàn) 流量計(jì)的標(biāo)定隨流體的不同有很大的差異 需要建立各種類型的流量標(biāo)準(zhǔn)裝置 但標(biāo)準(zhǔn)的建立很復(fù)雜 隨介質(zhì) 測(cè)量范圍和管徑大小的不同而不同 6 4 1液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置介紹幾種流量標(biāo)定方法和裝置 標(biāo)準(zhǔn)容積法標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量法標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)法標(biāo)準(zhǔn)體積管的校正法 6 4 1 1 標(biāo)準(zhǔn)容積法標(biāo)準(zhǔn)容積法所使用的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量容器是經(jīng)過精細(xì)分度的量具 其容積精度可達(dá)萬分之幾 根據(jù)需要可以制成不同的容積大小 圖6 26所示為標(biāo)準(zhǔn)容積法流量標(biāo)準(zhǔn)裝置示意圖 校驗(yàn)方法有動(dòng)態(tài)校驗(yàn)法和停止校驗(yàn)法 校驗(yàn)時(shí)要注意溫度的影響 動(dòng)態(tài)校驗(yàn)法 以一定的流量流入標(biāo)準(zhǔn)容器 讀出一定時(shí)間間隔內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)容器量 或讀出液面上升到一定高度所用時(shí)間 停止校驗(yàn)法 讓一定體積的流體進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)容器 測(cè)定開始流入到停止流入的時(shí)間間隔 注意 溫度的影響 熱脹冷縮作用使容積發(fā)生變化 特點(diǎn) 精度較高 但在標(biāo)定大流量時(shí)制造精密的大型標(biāo)準(zhǔn)容器比較困難 原理 采用高精度流量計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)儀表對(duì)其他工作用流量計(jì)進(jìn)行校正 用作高精度流量計(jì)的有容積式 渦輪式 電磁式和差壓式等形式 特點(diǎn) 校驗(yàn)方法簡單 但介質(zhì)的性質(zhì)和流量的大小要受到標(biāo)準(zhǔn)儀表的限制 6 4 1 2 標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量法 原理 是以秤代替標(biāo)準(zhǔn)容器作為標(biāo)準(zhǔn)器 用秤量一定時(shí)間內(nèi)流入容器內(nèi)的流體總量的方法來求出被測(cè)液體的流量 實(shí)驗(yàn)方法也有停止法和動(dòng)態(tài)法兩種 特點(diǎn) 精確度較高 這種方法可以達(dá)到 0 1 的精度 6 4 1 3 標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)法 6 4 1 4 標(biāo)準(zhǔn)體積管的校正法 原理 采用標(biāo)準(zhǔn)體積管流量裝置對(duì)較大流量進(jìn)行的實(shí)流標(biāo)定 廣泛應(yīng)用于石油工業(yè)標(biāo)定液體總量儀表 特點(diǎn) 可以對(duì)較大的流量進(jìn)行標(biāo)定 并且有較高精度 但在標(biāo)定中要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)體積管的溫度 壓力及流過被校表的液體的溫度壓力進(jìn)行修正 結(jié)構(gòu) 有多種類型 圖6 27為單球式標(biāo)準(zhǔn)體積管的原理示意圖 對(duì)于氣體流量計(jì) 常用的校正方法有 用標(biāo)準(zhǔn)氣體流量計(jì)的校正法用標(biāo)準(zhǔn)氣體容積的校正法使用液體標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)的置換法 還可以用音速噴嘴產(chǎn)生恒定流量值對(duì)氣體流量計(jì)進(jìn)行校正 二 氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置 為保證鐘罩下壓力恒定及消除鐘罩浸入深度變化而引起內(nèi)部壓力變化 在其上部經(jīng)滑輪懸以相應(yīng)的重物 鐘罩式氣體流量校正方法常用 但也要對(duì)溫度 壓力進(jìn)行修正 容積標(biāo)準(zhǔn)有50L 500L和2000L 標(biāo)準(zhǔn)氣體容積式校正的方法采用鐘罩式氣體流量校正 其系統(tǒng)示意圖如圖6 28所示 工作過程 被校表的累計(jì)流量一定