1、流量测量方法与仪表的选用流量测量方法与仪表的选用 提纲提纲1 1 前言前言2 2 流体和流体测量基础知识流体和流体测量基础知识3 3 容积式流量检测技术容积式流量检测技术4 4 浮子流量检测技术浮子流量检测技术5 5 涡轮流量检测技术涡轮流量检测技术6 6 旋涡流量检测技术旋涡流量检测技术7 7 电磁流量检测技术电磁流量检测技术8 8 超声流量检测技术超声流量检测技术9 9 节流流量检测技术节流流量检测技术10 10 质量流量检测技术质量流量检测技术1 1 前言前言 流量测量的复杂性：流量测量的复杂性：1、被测介质对象的多样性：液体、气体、多相流。、被测介质对象的多样性：液体、气体、多相流。2
2、、流体粘性的影响；、流体粘性的影响；3、介质流动状态：层流、过渡流、湍流（紊流）。、介质流动状态：层流、过渡流、湍流（紊流）。4、介质温度、压力对流体流量测量的影响。、介质温度、压力对流体流量测量的影响。5、校验设备庞大复杂，价格昂贵，、校验设备庞大复杂，价格昂贵，等等等等 造成流量测量的复杂性，流量仪表的多样性。造成流量测量的复杂性，流量仪表的多样性。2 2 流体和流体测量基础知识流体和流体测量基础知识2.1流体的几个主要物理特性流体的几个主要物理特性2.1.1流体的密度流体的密度 流体的密度流体的密度是流体的重要物性参数之一，由下式定义：是流体的重要物性参数之一，由下式定义：=m/V 流体
3、的密度流体的密度 kg/m3 m 流体的质量流体的质量 kg V 流体的体积流体的体积 m3流体的密度是流体的温度、压力的函数。流体的密度是流体的温度、压力的函数。相对密度：在标准条件下物质密度与参考物质密度的比值。相对密度：在标准条件下物质密度与参考物质密度的比值。不可压缩性流体（一般指液体）不可压缩性流体（一般指液体），可压缩性流体（一般指气体）可压缩性流体（一般指气体）普通气体普通气体ccTPPTNNN特例：蒸汽特例：蒸汽 查表获得查表获得。真实气体真实气体饱和蒸汽密度表饱和蒸汽密度表或或 绝对压力绝对压力饱和蒸汽温度饱和蒸汽温度饱和蒸汽密度饱和蒸汽密度绝对压力绝对压力饱和蒸汽温度饱和蒸
4、汽温度饱和蒸汽密度饱和蒸汽密度Mpa摄氏度摄氏度Kg/m3MpaKg/m3摄氏度摄氏度0.199.70.58831.41957.10380.2120.11.12881.5198.37.59280.3133.41.65071.6201.48.0820.4143.52.16281.7204.38.57180.5151.82.66831.8207.19.06160.6158.83.16921.9209.89.5520.7164.93.66652.0212.410.0430.8170.44.16162.1214.810.5350.9174.34.65442.2217.211.0281.0179.95.
5、14512.3219.511.5211.1184.15.63672.4221.812.0161.2187.96.1252.5223.912.5111.3191.66.6143)(pf)(tf真实气体真实气体过热蒸汽密度表过热蒸汽密度表3/mKg 温温 度（度（）压力压力(Mpa)150 2002503003504000.11.040.930.830.760.690.650.21.581.391.251.141.050.970.32.121.871.681.521.401.290.42.352.111.911.751.620.52.842.542.302.111.950.63.332.972.6
6、92.462.270.73.833.413.082.822.600.94.864.303.883.543.261.15.915.204.674.263.921.47.556.585.895.364.931.98.987.977.216.622.411.4910.119.118.332.914.1712.3211.0510.073.417.0314.6113.0211.843.916.9915.0513.634.922.0719.2617.306.330.0825.5322.66),(tpf2 2 流体和流体测量基础知识流体和流体测量基础知识2.1.2流体的粘度流体的粘度 流体的粘度是流体分子微
7、观作用的宏观表现，可以由分子运动论来解释。流体的粘度随流体温度、压力的变化而变化，通常，温度升高时，液体的粘度下降，气体的粘度上升，表征粘度的量有三个：动力粘度、运动粘度、恩氏粘度。流体的粘度流体的粘度平板上流层间的内摩擦力平板上流层间的内摩擦力 dhduAT单位面积上的内摩擦力，即内摩擦压力：单位面积上的内摩擦力，即内摩擦压力：动力粘度，单位动力粘度，单位 ，常用常用P（泊）、（泊）、cP(厘泊厘泊)dhduSPaSPacP3101SPa310水的动力粘度水的动力粘度柴油柴油机油机油t0206010020400401.791.010.470.285631213844212)(tfSPacP3
8、101运动粘度：运动粘度：sm/2Stsm4210/1smcSt/10126（1）流量：）流量：体积流量：体积流量：（）（）标准状态下体积流量：标准状态下体积流量：()标准状态标准状态:工况状态工况状态：压力压力P 温度温度TuAtVqVsm/3uAqV3600hm/3vNNVNqTPPTqhNm/3MPaPN101.0KTN293质量流量：质量流量：（）（）累积流量、流量总量：累积流量、流量总量：VmquAtmqsKg/Vmqq6.3ht/tqdtqVvttv21tqdtqmmttm21（1）层流和湍流）层流和湍流雷诺数：雷诺数：雷诺数是一个表征流体惯性力与粘性力之比的无量纲参数。雷诺数：雷
9、诺数：ReuDuDvR2320eDeeDRR时为层流时为层流,否则为湍流否则为湍流。临界雷诺数：临界雷诺数：（2）速度分布：）速度分布：对流量测量具有直接的作用，测中心流速得到流量。对流量测量具有直接的作用，测中心流速得到流量。在层流状态下：在层流状态下：220()4fgJurrhJLfh水头损失水头损失 J水力坡度水力坡度,表示单位长度上的水头损失表示单位长度上的水头损失,由管壁粗糙度决定由管壁粗糙度决定 元管截面上平均流速元管截面上平均流速 2max00|4rgJur20max182udAgJvruA220()4gJurr 在湍流状态下在湍流状态下：max0nuyur00 yrRe0max
10、12uru处m axuun41031/60.8910.7941.11051/70.9060.8202.21061/100.9330.862压力损失、局部损失压力损失、局部损失沿程损失：层流沿程损失：层流 湍流湍流 经济流速：液体经济流速：液体 0.52m/s 气体气体 525m/s v2v pp（3）流动基本方程）流动基本方程连续性方程：质量守恒连续性方程：质量守恒 对于可压缩流体对于可压缩流体：111222mu Au Aq12c1122vu Au Aq常常数数常数常数则：则：对于不可压缩流体对于不可压缩流体：伯努力方程：能量守恒伯努力方程：能量守恒单位质量流体所具有的能量单位质量流体所具有的
11、能量长度量纲长度量纲221211221122ppgzugzuc2211221222pupuzzcgggg在流量仪表中常简化为：在流量仪表中常简化为：212puc练习题1：如图所示：在异径管道上同时检测三点压力，如果管道内有流体流过，则哪一点的压力最高，那一点的压力最低？如果流体不流动，三者的大小如何？ABC按测量原理、结构分类：按测量原理、结构分类：容积式、容积式、浮子浮子、涡轮、旋涡、电磁流量、涡轮、旋涡、电磁流量、超声、节流、质量流量检测超声、节流、质量流量检测 按应用领域分类：计量仪表，过程控制仪表。按应用领域分类：计量仪表，过程控制仪表。3 3 容积式流量检容积式流量检测技术测技术（1
12、）容积式流量计的测量原理与结构）容积式流量计的测量原理与结构美国塔海尔椭圆齿轮流量计美国塔海尔椭圆齿轮流量计 FPP 容积式流量计容积式流量计上海西派埃气体腰轮流量计上海西派埃气体腰轮流量计容积式流量计容积式流量计气体腰轮流量计工作原理图气体腰轮流量计工作原理图（2）容积式流量计的测量原理：）容积式流量计的测量原理：流过的流体体积：流过的流体体积：转数，：转数，：计量空间体积：计量空间体积又又 n：圈数：圈数NvV Nv)(242abRnnvV容积式流量计的误差特性容积式流量计的误差特性指示值：指示值：齿轮比：齿轮比 由由 得，得，设设 为真值，为指示值，误差：为真值，为指示值，误差：VIvI
13、VIVIE11NINvVIvV设漏流流量为设漏流流量为 ，通过流量计的流量，通过流量计的流量为为 ，总流量为，总流量为 ，总漏流量为，总漏流量为 ，则则 ，为时间，转子计量了为时间，转子计量了 个空间时：个空间时：指示值：指示值：qvqVVqqVVvvqVNqqVvIVNvVvNI整理得到：整理得到：代入误差公式：代入误差公式：)1(11vqqvIVIVIE)1(vqqIvV（1）特点）特点精度高，精度高，一般用于计量仪表；，一般用于计量仪表；范围宽，一般为范围宽，一般为10103030：1 1或更大，可用于高精度或更大，可用于高精度流体的测量；流体的测量；无需前后直管段，在流速场畸变时对计量
14、精度没有无需前后直管段，在流速场畸变时对计量精度没有影响；影响；是直读式仪表，无需外部能源，可直接获得累计总是直读式仪表，无需外部能源，可直接获得累计总量，清晰明了，操作简便；量，清晰明了，操作简便；%1%2.0需定期检定，体积大，笨重；需定期检定，体积大，笨重；一般均需加装过滤器，需定期清理，维护工一般均需加装过滤器，需定期清理，维护工作量大；作量大；最常见故障是流入脏污介质，造成流量计运最常见故障是流入脏污介质，造成流量计运转不灵活甚至卡死。转不灵活甚至卡死。（2）适用范围）适用范围（3）安装）安装4 浮子流量 检测技术浮子流量计又称为浮子流量计又称为转子流量计，或面转子流量计，或面积流量
15、计。在流量积流量计。在流量测量过程中前后压测量过程中前后压降不变，故又称为降不变，故又称为恒压降流量计。恒压降流量计。克罗尼玻璃管浮子流量计克罗尼玻璃管浮子流量计克罗尼克罗尼H250浮子流量计浮子流量计克罗尼微小金属管浮子流量计克罗尼微小金属管浮子流量计克罗尼克罗尼H250浮子流量计结构浮子流量计结构天大泰和天大泰和TDF数显式智能浮子流量计数显式智能浮子流量计 结构：结构：原理：浮子流量计的测量本体由一根自下向上扩原理：浮子流量计的测量本体由一根自下向上扩大的垂直锥管和一只可以沿着锥管的轴向自由移大的垂直锥管和一只可以沿着锥管的轴向自由移动的浮子组成，当被测流体自锥管下端流入流量动的浮子组成
16、，当被测流体自锥管下端流入流量计时，由于流体的作用，浮子上下端面产生一差计时，由于流体的作用，浮子上下端面产生一差压，该差压即为浮子的上升力。当差压值大于浸压，该差压即为浮子的上升力。当差压值大于浸在流体中浮子的重量时，浮子开始上升。随着浮在流体中浮子的重量时，浮子开始上升。随着浮子的上升，浮子最大外径与锥管之间的环形面积子的上升，浮子最大外径与锥管之间的环形面积逐渐增大，流体的流速则相应下降，作用在浮子逐渐增大，流体的流速则相应下降，作用在浮子上的上升力逐渐减小，直至上升力等于浸在流体上的上升力逐渐减小，直至上升力等于浸在流体中的浮子的重量时，浮子便稳定在某一高度上。中的浮子的重量时，浮子便
17、稳定在某一高度上。这时浮子在锥管中的高度这时浮子在锥管中的高度h与所通过的流量有对与所通过的流量有对应的关系。应的关系。流量方程流量方程:在图中截面在图中截面1与截面与截面2处列伯努力方程处列伯努力方程连续性方程连续性方程可得可得 迎面压差阻力：迎面压差阻力：22222211upup2211uAuA212122211221)1(21ucuAApppfAucF2121 迎面压差阻力：迎面压差阻力：浮子受到的浮力：浮子受到的浮力：浮子自重：浮子自重：当浮子在流体中处于平衡当浮子在流体中处于平衡 状态时，有状态时，有 即：即：所以所以 fAucF2121fgVF2ffgVW21FFWfffAucgV
18、221)(gAgVcufff)(21 ，其中其中A是环隙面积是环隙面积 故故gAgVcufff)(21Auqv)tantan()(42222hhDDDAffffffvAgVhhDq)(2)tan(tan2如果锥半角足够小，则忽略二次项得到：如果锥半角足够小，则忽略二次项得到：fffffffvAgVkAgVhDq)(2)(2tan)(hfqvffffvAgVhhDq)(2)tan(tan2定量分析流量公式中二次项的影响定量分析流量公式中二次项的影响写成写成 ，其中，其中例：某例：某DN80浮子流量计，浮子直径浮子流量计，浮子直径Df=68mm，行程，行程60mm，锥管大端直径锥管大端直径94mm
19、，小端直径，小端直径68mm，ffffvAgVhhDq)(2)tan(tan2AhDqfv)tan(fffAgVhA)(2tan60/13tan AAq81)60136868(2Aq681%05.16816881212AAAqqq流量公式：流量公式：液体流量的刻度换算：液体流量的刻度换算：刻度状态：刻度状态：下标下标“0”工作状态：工作状态：无下标无下标 可得到可得到：fffvAgvkq00)(20fffvAgvkq)(20000fvvqqffffvAgVhhDq)(2)tan(tan2气体流量的刻度换算：气体流量的刻度换算：气体：气体：故：故：刻度状态气体密度，刻度状态气体密度，工作状态气体
20、密度工作状态气体密度0ff00vvqq 0000fvvqq0 气体流量的刻度换算：工作状态与刻度状态为同种气体气体流量的刻度换算：工作状态与刻度状态为同种气体 ，刻度状态气体密度，刻度状态气体密度，工作状态气体密度工作状态气体密度 由理想气体状态方程：由理想气体状态方程：，得，得 刻度状态压力、温度刻度状态压力、温度 工作状态压力、温度工作状态压力、温度00vvqq 0Tp,000TpTppTTp000pTTpqqvv00000,Tp 气体流量的刻度换算：工作状态与刻度状态为不同气体气体流量的刻度换算：工作状态与刻度状态为不同气体 ，刻度状态气体密度，刻度状态气体密度，工作状态气体密度工作状态
21、气体密度 理想气体状态方程：理想气体状态方程：工作气体在刻度状态下的密度：工作气体在刻度状态下的密度 00vvqq 00100TpTp0001TppTpTTpqqvv00010001可设定：可设定：l工作流体密度工作流体密度l工作压力、温工作压力、温度度l输出信号量程输出信号量程l可靠性高，用于过程控制系统，适合于中可靠性高，用于过程控制系统，适合于中小流量的测量，量程比小流量的测量，量程比10:1，准确度，准确度1.5%2.5%，前，前5D后后3D直管段，一般应竖直管段，一般应竖直安装，介质自下而上，必要时需加装旁直安装，介质自下而上，必要时需加装旁通管路和磁过滤器。对玻璃管浮子流量计：通管
22、路和磁过滤器。对玻璃管浮子流量计：结构简单，成本低，直观，但是被测介质结构简单，成本低，直观，但是被测介质需透明，可靠性差，不能测高温高压介质。需透明，可靠性差，不能测高温高压介质。l常见故障：浮子卡死，可用敲击的办法。常见故障：浮子卡死，可用敲击的办法。5 5 涡轮流量涡轮流量 检测技术检测技术5.1 5.1 涡轮流量计的结构及原理涡轮流量计的结构及原理 涡轮流量计的工作原理涡轮流量计的工作原理涡轮流量计是叶轮式速度流量计的一种。涡轮流量计是叶轮式速度流量计的一种。涡轮流量传感器的结构：涡轮流量传感器的结构：外壳、导流器、叶轮外壳、导流器、叶轮（直叶片、螺旋叶片）、轴承（滑动、滚动）、放（直
23、叶片、螺旋叶片）、轴承（滑动、滚动）、放大器。大器。式中：式中：K为涡轮流量计的仪表系数，为涡轮流量计的仪表系数，1/L或或1/m3。vKqf 放大器工作原理：放大器工作原理：理想情况下理想情况下K应为一常数。应为一常数。切割磁力线，在叶片上产生感应电势，耦合到线切割磁力线，在叶片上产生感应电势，耦合到线圈上产生信号，经放大后输出。圈上产生信号，经放大后输出。信号脉冲频率：信号脉冲频率：Kfqv流量：流量：对叶轮作受力分析：对叶轮作受力分析：流体对叶轮的推动力矩流体对叶轮的推动力矩Tr；轴与轴承之间的机械摩擦阻力矩轴与轴承之间的机械摩擦阻力矩Trm；流体对涡轮的粘性阻力矩流体对涡轮的粘性阻力矩
24、Trf；电磁阻力矩电磁阻力矩Tre；efmddrrrrTTTTtJ类比：Ftumdd0dd ,tC叶轮的转动惯量为叶轮的转动惯量为J，运动速度为，运动速度为根据牛顿第二运动定律可写出涡轮的运动方程为：根据牛顿第二运动定律可写出涡轮的运动方程为：在涡轮正常运动之后：在涡轮正常运动之后：Tre较小，始动时并不小。较小，始动时并不小。0fmrrrTTT有有式中：式中：r为平均半径。故分析为平均半径。故分析f，而且仅分析圆周上的，而且仅分析圆周上的受力受力fr即可。根据力学中物体所受冲量即可。根据力学中物体所受冲量 等于动量等于动量的变化量，考虑涡轮进、出口的周向动量变量。的变化量，考虑涡轮进、出口的
25、周向动量变量。rfTrrtf以下分析推动力矩以下分析推动力矩Tr：进口绝对速度仅沿轴向，进口绝对速度仅沿轴向，为为u1，无周向分量，即，无周向分量，即ru0cos11u出口绝对速度出口绝对速度22wuur 绝对速度绝对速度 坐标速度坐标速度 相对速度相对速度式中：式中：为叶轮转速。为叶轮转速。为流体相对于叶轮的速度为流体相对于叶轮的速度rur2w222211coscoscosVuVuVutfrvqtV22vcosuqfr根据前述动量定理：根据前述动量定理：v2v1vqqquAq 21AA 122sinuu根据流体力学中的连续性方程，进、出口轴向流量根据流体力学中的连续性方程，进、出口轴向流量相
26、等。相等。22vcosuqfr 902)tg()tg(1v1vruquuqfrr根据图中的速度三角形：根据图中的速度三角形：因此：因此：为叶轮结构角，螺旋升角。为叶轮结构角，螺旋升角。22vcosuqfr122sinuutgctgcos12122uuuuurr)tg(1vruqrrfTrrAquv1推动力矩：推动力矩：)tg(1vruqfr0fmrrrTTT2v2f2v2mvtgqrTqrTrAqrr代入代入得：得：vqfK Zf22v2f2v2mtg2qrTqrTrAZKrrZ是叶轮叶片数；是叶轮叶片数；f是脉冲频率。是脉冲频率。仪表系数：仪表系数：可整理为：可整理为：它反映仪表的性能；它反
27、映仪表的性能；2v2f2v2mvtgqrTqrTrAqrr 涡轮流量计的特性分析：涡轮流量计的特性分析：理想特性曲线理想特性曲线 假设：假设：，则有，则有 ，式中均，式中均为叶轮的几何参数，故为叶轮的几何参数，故K是一常量。是一常量。0fmrrTTrAZKtg22v2f2v2mtg2qrTqrTrAZKrr 始动流量始动流量 ，反映涡轮的灵敏度。，反映涡轮的灵敏度。l 阻力矩中主要为机械摩擦阻力矩阻力矩中主要为机械摩擦阻力矩Trm，流体粘性阻，流体粘性阻力可忽略，力可忽略，。l 输出脉冲频率为零，输出脉冲频率为零，即，即l 整理得：整理得：vminq0frT0f0tg2vmin2mqrTrAr
28、1tgmvminrATqr2v2f2v2mtg2qrTqrTrAZKrr 实际特性曲线与流量变化的关系，此时实际特性曲线与流量变化的关系，此时 v1fqCTrv21vtg2qrCrAZqfK0 0mrfrTTa 流体层流流动时：流体层流流动时：为动力粘度为动力粘度故故2v2f2v2mtg2qrTqrTrAZKrr22v1tg2rCrAZqfKb 流体处于湍流流动状态时：流体处于湍流流动状态时：2v2f2v2mtg2qrTqrTrAZKrr2v2fqCTrl 精度高：液体精度高：液体0.15%0.5%，气体，气体1%1.5%；l 重复性好：重复性好：0.05%0.2%；l 量程比宽：量程比宽：1
29、050：1；l 脉冲信号输出，抗干扰能力强；脉冲信号输出，抗干扰能力强；l 耐压高、压力损失小、反应速度快；耐压高、压力损失小、反应速度快；l 有可动部件，易磨损；有可动部件，易磨损；l 对介质有一定的清洁度要求；对介质有一定的清洁度要求；l 需要一定长度的前、后直管段。需要一定长度的前、后直管段。特点：特点：安装：安装：l 除特殊设计涡轮流量传感器应水平安装；除特殊设计涡轮流量传感器应水平安装；l 涡轮上游和下游直管段长度应分别大于涡轮上游和下游直管段长度应分别大于10d和和5d；l 流体流动方向应和传感器上的箭头指向一致；流体流动方向应和传感器上的箭头指向一致；l 在传感器上游安装过滤器避
30、免流体中杂质的影响；在传感器上游安装过滤器避免流体中杂质的影响；l 测量易气化液体，应安装消气器；测量易气化液体，应安装消气器；l 流体不能完全充满管路时，应安装背压管；流体不能完全充满管路时，应安装背压管；l 调节阀、温度计、压力计等应安装在涡轮下游；调节阀、温度计、压力计等应安装在涡轮下游；l 为检修方便，应设置旁路管道。为检修方便，应设置旁路管道。使用：使用：l 根据被测流体的粘度选择不同设计的涡轮传感器；根据被测流体的粘度选择不同设计的涡轮传感器；l 根据被测流体的温度、压力、密度确定传感器仪表根据被测流体的温度、压力、密度确定传感器仪表系数；系数；l 为防止涡轮发生气蚀，应保证涡轮前
31、压力高于该液为防止涡轮发生气蚀，应保证涡轮前压力高于该液体气化压力。体气化压力。l 根据被测流体为涡轮选用合适的轴承。根据被测流体为涡轮选用合适的轴承。维护：维护：l 定期拆洗，并检查各部件；定期拆洗，并检查各部件；l 注意轴和轴承磨损情况，并及时更换磨损了的注意轴和轴承磨损情况，并及时更换磨损了的轴和轴承；轴和轴承；l 注意每运行一年，应进行全面检查、检定仪表注意每运行一年，应进行全面检查、检定仪表系数。系数。l 传感器拆下不用时，应在清洗后两端加保护套，传感器拆下不用时，应在清洗后两端加保护套，妥善保存。妥善保存。6 6 旋涡流量旋涡流量 检测技术检测技术 l旋涡流量计利用流体振动进行流量
32、测量旋涡流量计利用流体振动进行流量测量l两种：两种：涡街流量计涡街流量计和旋进旋涡流量计和旋进旋涡流量计 旋进旋涡流量计旋进旋涡流量计l涡街流量计涡街流量计l涡街的产生涡街的产生l 根据伯努力方程，根据伯努力方程，如图所示：如图所示：l 在在A-B-C区间，区间，u p ，流体从高压区流向低压区，流体从高压区流向低压区，容易克服能量损失，除去一部分能量消耗，尚可容易克服能量损失，除去一部分能量消耗，尚可顺利流动。如没有能量损失，由伯努力方程，能顺利流动。如没有能量损失，由伯努力方程，能量守恒量守恒。l 在在C-D-E区间，区间，u p ，流体从低压区流向高压区。，流体从低压区流向高压区。如果没
33、有能量损失，动能完全转化为压力能，是如果没有能量损失，动能完全转化为压力能，是不会产生旋涡的。实际上存在能量损失，没有足不会产生旋涡的。实际上存在能量损失，没有足够的动能来补充所需要的压力能，出现旋涡。够的动能来补充所需要的压力能，出现旋涡。Cu2p2l 旋涡频率旋涡频率d为圆柱体直径，为圆柱体直径，Sr为斯特罗哈数，当为斯特罗哈数，当Re=3*102 2*105时，时，Sr为一常数为一常数duSrf1udRel分析上式，通过测频率来求分析上式，通过测频率来求u1 qv，要求，要求Sr为常数，与为常数，与 等无关。按此判断等无关。按此判断DN50管道中水的测量上限为管道中水的测量上限为4m/s
34、，空气的，空气的测量上限为测量上限为60m/s。l实际应用时采用梯形柱量程会增大。实际应用时采用梯形柱量程会增大。l从雷诺数使用范围看，应有三个数量级的从雷诺数使用范围看，应有三个数量级的测量范围，实际上达不到。这是由于升力测量范围，实际上达不到。这是由于升力的原因。的原因。l 旋涡频率：旋涡频率：l 旋涡升力：旋涡升力：当当u较小时，虽然有旋涡存在，但是由于信号微弱，检测不较小时，虽然有旋涡存在，但是由于信号微弱，检测不出来。出来。21max212sin2uCFtuCFhhduSrf1l 涡街举例：烟筒、旗子、汽车导流板、横幅涡街举例：烟筒、旗子、汽车导流板、横幅l 涡街流量计计算公式：涡街
35、流量计计算公式：根据连续性公式根据连续性公式定义截面比定义截面比 可得可得AuuA11AAm1fSrdmDqv24DdDdDdDdAAm25.11)arccos1(21221KfDdDSrdfqv)25.11(42)25.11(/42DddDSrKl从理论上讲，从理论上讲，K应为一常数。实际上如图所应为一常数。实际上如图所示，而且水与空气的仪表系数有示，而且水与空气的仪表系数有0.5%的偏差。的偏差。1ul 问题存在于：测得的速度是旋涡发生体两侧的流问题存在于：测得的速度是旋涡发生体两侧的流速速 ，而不是截面上的平均流速，而不是截面上的平均流速 由于流形的不同，由于流形的不同，具有不同的函具有
36、不同的函数关系。数关系。u)(1ufu ABB现场显示型现场显示型远传型远传型YOKOGAWA现场显示型现场显示型远传型远传型ROSEMOUNT双传感器双传感器天大泰和天大泰和温压补偿式温压补偿式温度补偿式温度补偿式l传感器：表体、旋涡发生体、检测元件传感器：表体、旋涡发生体、检测元件l转换器：前置放大、信号处理转换器：前置放大、信号处理（1）旋涡发生体）旋涡发生体（2）旋涡信号检测与转换器）旋涡信号检测与转换器l 热电阻法：热电阻法：将铂丝加热到高于流体温度将铂丝加热到高于流体温度100C左右，同时将其作为电桥的一左右，同时将其作为电桥的一个臂，产生旋涡一侧个臂，产生旋涡一侧u p 另一侧另
37、一侧u p 压差压差 内部内部流动流动 带走热量带走热量 铂丝铂丝温度温度 电阻值电阻值 电桥输出信号。电桥输出信号。特点：灵敏度高，下限低，对振特点：灵敏度高，下限低，对振动不敏感。但铂丝易断，孔易动不敏感。但铂丝易断，孔易堵。堵。l应变式：应变式：l灵敏度低、可靠性高，可用于测量液体介质灵敏度低、可靠性高，可用于测量液体介质嵌入应变片，弹性变形，改变嵌入应变片，弹性变形，改变电阻阻值电阻阻值l应力式：应力式：l灵敏度高、抗振性差，是当前应用最多的灵敏度高、抗振性差，是当前应用最多的一种检测方式一种检测方式嵌入压电陶瓷片，压力转化成嵌入压电陶瓷片，压力转化成电荷电荷l电容式：电容式：l差动电
38、容，当前只有德国差动电容，当前只有德国E+H公司能成功公司能成功制造，灵敏度、抗振性均较好。制造，灵敏度、抗振性均较好。l超声式：超声式：l灵敏度、抗振性均较好，仅有日本横河公灵敏度、抗振性均较好，仅有日本横河公司成功制造。司成功制造。（3）信号处理）信号处理l 模拟信号处理：模拟信号处理：l 数字信号处理：数字信号处理：l 模拟信号处理模拟信号处理l 数字信号处理数字信号处理小流量频域图小流量频域图大流量频域图大流量频域图小流量时域图小流量时域图大流量时域图大流量时域图以以0.1MPa下气体涡街下限试验为例下气体涡街下限试验为例流量点流量点（m3/h）标准体积标准体积（L L）脉冲数脉冲数（
39、NsNs）仪表系数仪表系数（1/L1/L）平均仪表系平均仪表系数（数（1/L1/L）重复性重复性68.868.8179.346179.346175.213175.213176.813176.8132052052022022042041.14951.14951.15291.15291.15381.15381.15211.15210.1970.19751.751.7427.807427.807429.438429.438425.080425.0805195195195195105101.21321.21321.20861.20861.19981.19981.20721.20720.5640.564
40、39.639.6324.233324.233324.233324.233323.600323.6004484484594594344341.38171.38171.38171.38171.34121.34121.36821.36821.7091.70932.232.2271.974271.974267.102267.102263.200263.2003603603633633653651.32371.32371.35901.35901.38681.38681.35651.35652.3312.331普通模拟涡街普通模拟涡街流量点（流量点（m3/h）标准体标准体积积（L L）脉冲数脉冲数（NsN
41、s）仪表系数仪表系数（1/L1/L）平均仪表系数平均仪表系数（1/L1/L）重复性重复性51.851.8419.461419.461425.523425.523422.453422.4534864864914914864861.15861.15861.15391.15391.15041.15041.15431.15430.3560.35639.739.7322.446322.446328.919328.919328.430328.4303723723803803813811.15371.15371.15531.15531.16011.16011.15641.15640.2880.28832.2
42、32.2264.380264.380266.664266.664263.294263.2943213213263263213211.21421.21421.22251.22251.21921.21921.21861.21860.3430.34327.227.2450.759450.759448.852448.852446.369446.3695625625635635585581.24681.24681.25431.25431.25011.25011.25041.25040.3010.30124.824.8407.857407.857406.784406.784411.280411.28054
43、85485515515595591.34361.34361.35451.35451.35921.35921.35241.35240.5920.59222.322.3370.130370.130365.845365.845366.731366.7314874874924924944941.31581.31581.34481.34481.34701.34701.33591.33591.3031.30317.317.3284.998284.998286.110286.110285.676285.6763653653983983693691.28071.28071.39111.39111.29171.
44、29171.32121.32124.6034.603数字涡街数字涡街不同压力下对比不同压力下对比压力（压力（MPa）0.10.20.30.40.5模拟涡街下限模拟涡街下限(m3/h)51.740.640.232.140.1数字涡街下限数字涡街下限(m3/h)22.325.114.922.322.80.10.20.30.40.501 02 03 04 05 06 07 08 0流 量(m 3/h)压 力(M P a)a n a lo g d ig ita ll 除经典的除经典的FFT方法，许多学者还研究出了其他数方法，许多学者还研究出了其他数字信号处理方法：自适应滤波、松弛陷波周期字信号处理方法
45、：自适应滤波、松弛陷波周期图法、小波分析方法、图法、小波分析方法、Hilbert-Huang方法、基方法、基于混沌理论的微弱信号检测方法于混沌理论的微弱信号检测方法l 目前仅目前仅ABB、横河、罗斯蒙特三家公司制造，、横河、罗斯蒙特三家公司制造，利用数字信号处理方法目的是从高噪声背景下利用数字信号处理方法目的是从高噪声背景下提取有用信号。提取有用信号。l 进动频率：进动频率：Kuf Kvfqvl准确度较高，液体准确度较高，液体0.5%1%，气体，气体1%2.5%l量程比量程比10:1（数字涡街可达（数字涡街可达30:1）l频率信号输出，抗干扰强频率信号输出，抗干扰强l不受温度、压力、密度、黏度
46、等工况参数不受温度、压力、密度、黏度等工况参数影响影响l无可动部件、压力损失小、适用范围广，无可动部件、压力损失小、适用范围广，特别适用于中、大口径，需前后直管段，特别适用于中、大口径，需前后直管段，抗震性差抗震性差常见故障与维护常见故障与维护故障现象故障现象可能原因可能原因处理方法处理方法通电后无流量时有输出信通电后无流量时有输出信号号1)输入屏蔽或接地不良，输入屏蔽或接地不良，引入电磁干扰引入电磁干扰2)仪表靠近强电设备或高仪表靠近强电设备或高频脉冲干扰源频脉冲干扰源3)管道有较强振动管道有较强振动4)转换器灵敏度过高转换器灵敏度过高 1)改善屏蔽与接地，排除改善屏蔽与接地，排除电磁干扰电
47、磁干扰2)远离干扰源安装，采取远离干扰源安装，采取隔离措施加强电源滤波隔离措施加强电源滤波3)采取减震措施，加强信采取减震措施，加强信号滤波降低放大器灵敏度号滤波降低放大器灵敏度4)降低灵敏度，提高触发降低灵敏度，提高触发电平电平 通电通流后无输出信通电通流后无输出信号号1)电源出故障电源出故障2)输入信号线断线输入信号线断线3)放大器某级有故障放大器某级有故障4)检测元件损坏检测元件损坏5)无流量或流量过小无流量或流量过小6)管道堵塞或传感器管道堵塞或传感器被卡死被卡死 1)检查电源与接地检查电源与接地2)检查信号线与接线检查信号线与接线端子端子3)检测工作点，检查检测工作点，检查元器件元器
48、件4)检查传感元件及引检查传感元件及引线，检查阀门，增大线，检查阀门，增大流量或缩小管径流量或缩小管径5)检查清理管道，清检查清理管道，清洗传感器洗传感器输出信号不规则不稳输出信号不规则不稳定定1)有较强电干扰信号有较强电干扰信号2)传感器被沾污或受传感器被沾污或受潮，灵敏度降低潮，灵敏度降低3)传感器灵敏度过高传感器灵敏度过高4)传感器受损或引线传感器受损或引线接触不良接触不良5)出现两相流或脉动出现两相流或脉动流流1)加强屏蔽和接地加强屏蔽和接地2)清洗或更换传感器，清洗或更换传感器，提高放大器增益提高放大器增益3)降低增益，提高触降低增益，提高触发电平发电平4)检查传感器及引线检查传感器
49、及引线5)加强工艺流程管理，加强工艺流程管理，消除两相流或脉动流消除两相流或脉动流现象现象测量误差大测量误差大1)直管段长度不足直管段长度不足2)模拟转换电路零漂或满模拟转换电路零漂或满量程调整不对量程调整不对3)供电电压变化过大供电电压变化过大4)仪表超过检定周期仪表超过检定周期5)传感器与配管内径差异传感器与配管内径差异较大较大6)安装不同心或密封垫凸安装不同心或密封垫凸入管内入管内7)传感器沾污或损伤传感器沾污或损伤8)有两相流或脉动流有两相流或脉动流9)管道泄漏管道泄漏 1)加长直管段或加装流动加长直管段或加装流动调整器调整器2)校正零点和量程刻度校正零点和量程刻度3)检查电源检查电源
50、4)及时送检及时送检5)检查配管内径，修正仪检查配管内径，修正仪表系数表系数6)调整安装，修整密封垫调整安装，修整密封垫7)清洗更换传感器清洗更换传感器8)排除两相流或脉动流排除两相流或脉动流9)排除泄漏排除泄漏 测量管泄漏测量管泄漏1)管内压力过高管内压力过高2)公称压力选择不对公称压力选择不对3)密封件损坏密封件损坏4)传感器被腐蚀传感器被腐蚀 1)调整管压，更改安装位调整管压，更改安装位置置2)选用高一档公称压力传选用高一档公称压力传感器感器3)更换密封件更换密封件4)采取防腐和保护措施采取防腐和保护措施 l判断涡街流量计是否正常：敲击法判断涡街流量计是否正常：敲击法l探头坏：更换探头探
