1、4 4 流量检测技术及仪表流量检测技术及仪表 过程检测技术及仪表过程检测技术及仪表4.1 概述概述 4.2 节流式流量计节流式流量计 4.3 电磁流量计电磁流量计 4.4 涡街式流量计涡街式流量计 4.5 涡轮流量计涡轮流量计 4.6 超声波流量计超声波流量计 4.7 光纤流量计光纤流量计 4.8 质量流量计质量流量计 4.9 靶式流量计靶式流量计 4.10 均速管流量计均速管流量计 4.11 容积式流量计容积式流量计 4.12 弯管流量计弯管流量计 4.13 转子流量计转子流量计 4.14 相关流量计相关流量计 4.15 流量标准装置流量标准装置 4.16 流量检测仪表的选用流量检测仪表的选
2、用 体积流量体积流量q qv v ：单位时间内通过某截面的：单位时间内通过某截面的流体的体积流体的体积,单位为单位为m m3 3/s/s。用流体的平均流束用流体的平均流束V V表示表示,体积流量可写成体积流量可写成 qv=vA 质量流量质量流量q qm m ：单位时间内通过某截面的：单位时间内通过某截面的流体的质量流体的质量,用平均流速表示用平均流速表示,则为则为vmqvAqAvvdAqAmvdAq流流 量量:单位时间内流过管道某一截面的流体数量，称为单位时间内流过管道某一截面的流体数量，称为瞬瞬 时流量时流量。瞬时流量有。瞬时流量有体积流量和质量流量体积流量和质量流量。累积流量累积流量:在某
3、一段时间间隔内流过管道某一截面的流体量的在某一段时间间隔内流过管道某一截面的流体量的 总和总和,即瞬时流量在某一段时间内的即瞬时流量在某一段时间内的累积值累积值,称为称为 总量总量。（1）速度式流量计：）速度式流量计：通过测量流体在管路内已知截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。面流过的流速大小实现流量测量。l管道中流量敏感元件（如孔板、转子、涡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、频率信变换成压差、位移、转速、冲力、频率信号来间接测量流量。如号来间接测量流量。如:差压式、
4、转子、涡差压式、转子、涡轮、电磁、旋涡和超声波等流量传感器。轮、电磁、旋涡和超声波等流量传感器。（2 2）容积式流量计：）容积式流量计：根据已知容积的容室在单位时间内所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、圆齿轮、旋转活塞式和刮板等流量传感器。旋转活塞式和刮板等流量传感器。（3）质量式流量计）质量式流量计：一种是根据质量流量与体积流量的关一种是根据质量流量与体积流量的关 系系,测出体积流量再乘被测流体密度的间接质量流量传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、感器。常用的温
5、度、压力自动补偿的补偿式质量流量压力自动补偿的补偿式质量流量 传感器。传感器。另一种是直接测量流体质量流量的直接式质另一种是直接测量流体质量流量的直接式质量量 流量传感器。如热式、惯性力式、动量矩式质量流量流量传感器。如热式、惯性力式、动量矩式质量流量传传 感器等。感器等。利用管路内的节流装置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将管道中流体的瞬时流量转换成节流装置前后的压力差。前后的压力差。节流式流量计又称差压式流量计。节流式流量计又称差压式流量计。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
6、变送器或差压计）等组成。流量变送器或差压计）等组成。l节流装置节流装置的作用是把被测的作用是把被测流体的流量转换成压差信流体的流量转换成压差信号号,差压计则对压差进行差压计则对压差进行测量并显示测量值。测量并显示测量值。l引压导管引压导管将节流装置前后将节流装置前后产生的差压传送给差压变产生的差压传送给差压变送器（或流量变送器）。送器（或流量变送器）。l差压变送器差压变送器能把差压信号能把差压信号转换为与流量对应的标准转换为与流量对应的标准电信号或气信号电信号或气信号,以供显以供显示、记录或控制。示、记录或控制。4.2.1 1 节流装置节流装置 节流装置节流装置是差压式流量传感器的流量敏感检测
7、元件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。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、常用的节流元件有孔板、喷嘴、文丘里管。工业生产喷嘴、文丘里管。工业生产过程中常采用孔板。过程中常采用孔板。孔板孔板 喷嘴喷嘴 文丘里管文丘里管 标准孔板是最为简单和典型的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。孔板、孔板、喷嘴、文丘里管的结构形式、相对尺寸、技术要求、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节流装置。标准节流装置按照规定的技术要求和试验数据
8、来设计、加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。量测量的精度。圆缺孔板圆缺孔板 圆缺孔板形状似扇形，它的开孔是一个圆的一部分圆缺孔板形状似扇形，它的开孔是一个圆的一部分(圆缺部分圆缺部分)，这个，这个圆的直径是管道直径的圆的直径是管道直径的98%，如图所示。主要用于脏污介质含有固体微粒，如图所示。主要用于脏污介质含有固体微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，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
9、于上方。测量时管道应水平安装。其开孔位于上方。测量时管道应水平安装。适用范围：适用范围：管径管径50mmD350mm(可达可达500mm)，0.350.75，雷诺数：雷诺数：104ReD106。取压方式采用法兰取压和缩流取压。取压方式采用法兰取压和缩流取压。偏心孔板偏心孔板 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，如图所示。其取压方式也有两种：法兰取压和缩径取压。取压和缩径取压。适用范围：适用范围：管径管径100mmD1000mm，直径比，
10、直径比0.460.84，雷诺数雷诺数105ReD106。4.2.2 节流原理与流量方程式节流原理与流量方程式4.2.2.1 4.2.2.1 节流原理节流原理 流体在装有节流装置的管道中流流体在装有节流装置的管道中流动时，会在节流装置前后的管壁处产动时，会在节流装置前后的管壁处产生静压力差，这种现象称为生静压力差，这种现象称为节流原理节流原理。用节流元件测量流量时用节流元件测量流量时,流体流过节流装置前后产生压流体流过节流装置前后产生压力差力差p(p=pp(p=p1 1-p-p2 2),),流过的流量越大流过的流量越大,节流装置前后的压节流装置前后的压差也越大差也越大,流量与压差之间存在一定关系
11、。通过检测节流装流量与压差之间存在一定关系。通过检测节流装置前后管壁处的静压差置前后管壁处的静压差pp就能得知流体的流量大小就能得知流体的流量大小 。v1v2v1p1p2p3p1-p3pv（a）（b）（c）p2节流现象及流体流经节流装置时压力和流速分布图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 4.2.2.2 流量方程式流量方程式 假设节流件上游入口前的流速为假设节流件上游入口前的流速为V V1010,密度为密度为1 1,静压为静压为p p1010,流过节流件时的流速、密度和静压分别为流过节流件时的流速、密度和静压分别为V V2020、2 2和和p p2020,对于对于不可
12、压缩理想流体不可压缩理想流体,能量方程能量方程为为:流体的流体的连续方程连续方程为为:A A1 1V V1 1=A=A2 2V V2 2 联立求解得到流量与压差之间的联立求解得到流量与压差之间的流量方程式流量方程式为为:体积流量方程体积流量方程：质量流量方程：质量流量方程：222202021010vpvpPaAqv20paAqm20 对于对于可压缩流体可压缩流体,压力变化必然会引起密度压力变化必然会引起密度的改变的改变,在公式中应引入流束膨胀系数在公式中应引入流束膨胀系数,公公式应变为式应变为:102PAaqvPAaqm102/12414.3103600246pdCQt/1003996.024
13、pdCthm/3pdCQM2141003996.0hkg/如果如果 以以 表示PkPa/12645.02pdCEQtpdCEMt212645.0*实用流量方程实用流量方程 如果式中流量如果式中流量Q Q 以以m m3 3/h/h 表示；表示；A A1 1=dt=dt2 2/4,/4,其中其中dtdt为在流体工作温为在流体工作温度下节流件开孔直径，以度下节流件开孔直径，以mmmm表示，压差表示，压差P P仍以仍以PaPa表示，流体工作密度表示，流体工作密度仍以仍以kgkg/m/m3 3表示，则得流量实用方程为：表示，则得流量实用方程为：4.2.3 取压方式取压方式不同的节流装置应采用不同的取压方
14、式。不同的节流装置应采用不同的取压方式。标准孔板的取压方式有角接取压、法兰取压和径距取压标准孔板的取压方式有角接取压、法兰取压和径距取压（D-D/2取压），其中角接取压又分环室取压和单独钻孔取压。取压），其中角接取压又分环室取压和单独钻孔取压。流流向向流流向向流流向向环室取压环室取压 单独钻孔取压单独钻孔取压 法兰取压法兰取压 标准孔板的几种取压方式标准孔板的几种取压方式 法兰取压法兰取压环室取压环室取压单独钻孔取压单独钻孔取压1-1角接取压；角接取压；2-2法兰取压；法兰取压；3-3径距取压；径距取压；4-4缩流取压；缩流取压；5-5管接取压管接取压 由节流装置、差压引由节流装置、差压引压导
15、管及差压计（或差压压导管及差压计（或差压变送器）等组成。变送器）等组成。l节流装置是将被测流体的流量值变节流装置是将被测流体的流量值变换成差压信号换成差压信号pp，由压力信号管，由压力信号管路输送到差压变送器路输送到差压变送器(或差压计或差压计)。l被测流量与差压被测流量与差压pp成平方根关系，成平方根关系，是非线性的，为了得到线性刻度，是非线性的，为了得到线性刻度，可加开方运算电路或加开方器。可加开方运算电路或加开方器。l流量变送器带有开方运算，变送器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。的输出电流就与流量成线性关系。l显示仪表显示流量的大小。显示仪表显示流量的大小。标
16、准孔板及其安装方法标准孔板及其安装方法 节流装置前后必须有足够长的直管段，一般节流件节流装置前后必须有足够长的直管段，一般节流件 前为前为1020D，节流件后为，节流件后为5D（D为管道内径）。为管道内径）。节流装置的几何尺寸必须符合设计要求。节流装置的几何尺寸必须符合设计要求。节流装置的开孔必须与管道的轴线同心，且节流装置前后节流装置的开孔必须与管道的轴线同心，且节流装置前后 长度为长度为2D的管道内不得有任何凸出物如测温装置等）。的管道内不得有任何凸出物如测温装置等）。孔板安装方向必须正确，即流体从圆柱形一侧流入，从圆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
17、反，则显示值比实际值偏小锥形一侧流出。如果装反，则显示值比实际值偏小。导压管路应尽量短，其走向必须符合有关规范要求，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、排气阀或排污阀等必要时必须安装集气器、排气阀或排污阀等。被测介质应充满管道，流速应尽量平稳，且通过节流装置被测介质应充满管道，流速应尽量平稳，且通过节流装置 时不发生相变时不发生相变。被测介质在节流装置前后应始终保持单向流体被测介质在节流装置前后应始终保持单向流体 使用中要保证导压管路畅通，并不得泄漏，要根据待测介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质定期进行排气或排污。测量如
18、人工煤气等易引起节流装置几何尺寸变化甚至堵塞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，必须进行定期清刷的介质流量时，必须进行定期清刷。根据根据法拉弟电磁感应定律法拉弟电磁感应定律测量导电性液体的流量。测量导电性液体的流量。当有当有一定电导率一定电导率的流体在管道中流动时就切割磁力线。的流体在管道中流动时就切割磁力线。在导体（流动介质）的两端也会产生感应电动势在导体（流动介质）的两端也会产生感应电动势,其大小与其大小与磁感应强度、管径大小、流体流速大小有关。即磁感应强度、管径大小、流体流速大小有关。即BDvdtdEx体积流量体积流量q qv v与流体的流速与流体的流速v
19、v关系为关系为 vDqv241可得可得:vvxkqqDBE4 两电极间的感应电动势两电极间的感应电动势E Ex x与流量与流量q qV V成线性关系成线性关系,通过测量感应电动势通过测量感应电动势E Ex x来间接测量被测流体的流量来间接测量被测流体的流量q qV V值。值。l常用的电磁流量转换器能把传感器的输出感应电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（动势信号放大并转换成标准电流信号（0-10 mA0-10 mA或或4-20 mA4-20 mA）或一定频率的脉冲信号）或一定频率的脉冲信号,配合单元组合配合单元组合仪表或计算机对流量进行显示、记录、运算、
20、报仪表或计算机对流量进行显示、记录、运算、报警和控制等。警和控制等。l电磁流量传感器电磁流量传感器只能测量导电介质的流体流量只能测量导电介质的流体流量。l电磁流量传感器产生的感应电动势信号是很微电磁流量传感器产生的感应电动势信号是很微小的小的,须通过电磁流量转换器来显示流量。须通过电磁流量转换器来显示流量。由传感器和转换器两部分组成，再加上流量显示、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记录或累积仪即可构成电磁流量计测量系统。传感器传感器转换器转换器显示、记录或累积仪显示、记录或累积仪 传感器传感器安装在工艺管道上，其作用是将流经管道的液体安装在工艺
21、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标准信号420mA DC输出；输出；显示、记录或累积仪显示、记录或累积仪接收转换接收转换器送来的器送来的420mA DC信号信号,实现对被测流休流量的指示、记实现对被测流休流量的指示、记录或积算录或积算。4.3.3 电磁流量计的应用问题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待测液体常见问题及解决办法 含有气泡含有气泡 非满管非满
22、管 电导率剧变电导率剧变 电导率太低电导率太低 流速问题流速问题 4.3.3.2 选型及安装应考虑的问题选型及安装应考虑的问题 空间电磁波干扰问题空间电磁波干扰问题 待测液体非对称流动待测液体非对称流动 电极及衬里材料选择问题电极及衬里材料选择问题 励磁稳定性问题励磁稳定性问题 混合相流体流量测量问题混合相流体流量测量问题 电极与励磁线圈对称性问题电极与励磁线圈对称性问题 传感器接地传感器接地 连接电缆问题连接电缆问题 安装点振动问题安装点振动问题两种：两种：应用自然振荡的卡曼漩涡列原理，称为应用自然振荡的卡曼漩涡列原理，称为卡卡 曼涡街流量传感器（或涡街流量传感器）曼涡街流量传感器（或涡街流
23、量传感器）。应用强迫振荡的漩涡漩进原理，称为应用强迫振荡的漩涡漩进原理，称为漩进漩进 漩涡流量传感器。漩涡流量传感器。该漩涡列称为卡曼涡列（也称为涡街）。该漩涡列称为卡曼涡列（也称为涡街）。对于圆柱体，当两列漩涡的间距对于圆柱体，当两列漩涡的间距h h与同列中相邻漩涡的间与同列中相邻漩涡的间距距L L满足满足h/Lh/L=0.281=0.281条件时，卡曼涡列才是稳定的条件时，卡曼涡列才是稳定的。每一列漩涡产生的频率每一列漩涡产生的频率f与流速与流速v、圆柱体直径、圆柱体直径d的关系为的关系为 dvSfr利用流体振荡原理工作利用流体振荡原理工作。hLdvhLdvDD 在管道中垂直于流体流动方向
24、插入一根非流线形的阻流体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。（也叫漩涡发生体），阻流体的下游两侧会交替出现漩涡。1.52.53.54.55.5lgRe0.150.200.250.30StSt与雷诺数的关系与雷诺数的关系 当雷诺数在当雷诺数在500150000范围内时，斯特罗哈尔系数范围内时，斯特罗哈尔系数Sr基本上是一个常数，可以基本上是一个常数，可以认为频率认为频率f只受流速只受流速v和漩涡发和漩涡发生体的特征尺寸生体的特征尺寸d的影响。的影响。当测得漩涡的频率后，就可得到流体的流速当测得漩涡的频率后，就可得到流体的流速v，进
25、而求得流体的体积流量进而求得流体的体积流量qv。可采用热、电、声等多种方法，如：热敏检可采用热、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，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，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。二次仪表显示、记录或累积。导压孔导压孔铂电阻丝铂电阻丝圆柱形漩涡发生体圆柱形漩涡发生体热敏电阻热敏电阻三角柱形
26、漩涡发生体三角柱形漩涡发生体圆柱体漩涡检测方法：圆柱体漩涡检测方法：根据漩涡发生处流体的流根据漩涡发生处流体的流速与压力会周期性变化的特征工作的。速与压力会周期性变化的特征工作的。通过测量通过测量铂电阻丝的电阻阻值变化频率即可求得被测流量铂电阻丝的电阻阻值变化频率即可求得被测流量的大小。电阻阻值变化可用电桥来测量。的大小。电阻阻值变化可用电桥来测量。l 把铂热电阻丝用电流加热到比流体温度高出把铂热电阻丝用电流加热到比流体温度高出 某个温度，流体通过铂热电阻丝时，带走它某个温度，流体通过铂热电阻丝时，带走它 的热量，从而改变它的电阻值；的热量，从而改变它的电阻值；l 此电阻值的变化与发出漩涡的频
27、率相对应，此电阻值的变化与发出漩涡的频率相对应，便可检测出与流速成比例的频率。便可检测出与流速成比例的频率。三角柱体漩涡检测方法三角柱体漩涡检测方法：埋在三角柱正面的两埋在三角柱正面的两只热敏电阻（负温度系数）与其它两只固定电阻只热敏电阻（负温度系数）与其它两只固定电阻构成一个电桥，电桥通以恒定电流使热敏电阻的构成一个电桥，电桥通以恒定电流使热敏电阻的温度升高。每产生一个漩涡，与漩涡在同一侧的温度升高。每产生一个漩涡，与漩涡在同一侧的热敏电阻的阻值就减小一次，上、下两侧漩涡交热敏电阻的阻值就减小一次，上、下两侧漩涡交替有规律出现，上、下两个热敏电阻的阻值交替替有规律出现，上、下两个热敏电阻的阻
28、值交替变化。电桥的输出电压变化频率就为双侧漩涡频变化。电桥的输出电压变化频率就为双侧漩涡频率，通过测量电桥的输出电压的变化频率，即可率，通过测量电桥的输出电压的变化频率，即可求得被测流量的大小。求得被测流量的大小。l埋在三角柱正面的两只热敏电阻与其它两只固定埋在三角柱正面的两只热敏电阻与其它两只固定电阻构成一个电桥，电桥通以恒定电流使热敏电电阻构成一个电桥，电桥通以恒定电流使热敏电阻的温度升高。阻的温度升高。l由于产生漩涡处的流速较大，使热敏电阻的温度由于产生漩涡处的流速较大，使热敏电阻的温度降低，阻值改变，电桥输出信号。降低，阻值改变，电桥输出信号。l随着漩涡交替产生，电桥输出一系列与漩涡发
29、生随着漩涡交替产生，电桥输出一系列与漩涡发生频率相对应的电压脉冲。频率相对应的电压脉冲。由传感器、转换器及显示由传感器、转换器及显示/记录仪等组成。记录仪等组成。传感传感器器主要包括漩涡发生体和漩涡检测器，用于把待测主要包括漩涡发生体和漩涡检测器，用于把待测流量转换成相应的频率信号；流量转换成相应的频率信号；转换器转换器是将传感器输是将传感器输出的频率信号进行放大及整形等处理，最后输出出的频率信号进行放大及整形等处理，最后输出420mA DC标准信号标准信号；显示；显示/记录仪接收转换器的输记录仪接收转换器的输出信号，显示出信号，显示/记录待测流量的大小。记录待测流量的大小。4.4.4.2 安
30、装问题安装问题4.4.4 应用问题应用问题4.4.4.1 仪表选型问题仪表选型问题 涡轮流量传感器类似于叶涡轮流量传感器类似于叶轮式水表，是一种速度式流量轮式水表，是一种速度式流量计计。测量时测量时,当流体通过涡轮叶片与管道间的间隙时当流体通过涡轮叶片与管道间的间隙时,流体对叶片前后产流体对叶片前后产生压差推动叶片生压差推动叶片,使涡轮旋转使涡轮旋转,在涡轮旋转的同时在涡轮旋转的同时,高导磁性的涡轮叶片周高导磁性的涡轮叶片周期性地改变磁电系统的磁阻值期性地改变磁电系统的磁阻值,使通过线圈的磁通量发生周期性的变化使通过线圈的磁通量发生周期性的变化,在线圈两端产生感应电势在线圈两端产生感应电势,经
31、过放大和整形经过放大和整形,可得到足以可测出频率的方可得到足以可测出频率的方波脉冲波脉冲,将脉冲送入计数器就可求得累积总量。将脉冲送入计数器就可求得累积总量。安装方便。安装方便。测量精度高，可耐高压。测量精度高，可耐高压。反应快，可测脉动流量。反应快，可测脉动流量。输出信号为电频率信号，便于远传，不受干扰。输出信号为电频率信号，便于远传，不受干扰。一般需要加过滤器。一般需要加过滤器。安装时，前后要有一定的直管段。安装时，前后要有一定的直管段。F1发射的超声波先到达发射的超声波先到达 T1 非接触式流量测量仪表，利用超声波在流体中的传非接触式流量测量仪表，利用超声波在流体中的传播特性来测量流体流
32、量的播特性来测量流体流量的。直式安装直式安装斜插式安装斜插式安装优点：优点：非接触测量非接触测量 结果不受被测流体粘度、电导率及腐蚀性等因素的影响，可测各结果不受被测流体粘度、电导率及腐蚀性等因素的影响，可测各种气体和液体的流量，适应范围广。种气体和液体的流量，适应范围广。可测大口径管道内的流体流量，甚至包括河流流量。输出信号与可测大口径管道内的流体流量，甚至包括河流流量。输出信号与流量呈线性关系。流量呈线性关系。流体中的气泡或杂音会对测量结果产生较大影响流体中的气泡或杂音会对测量结果产生较大影响。缺点：缺点：结构比较复杂，成本较高。结构比较复杂，成本较高。超声波在流体中的传播速度会随流体温度
33、变化而变化，对测量超声波在流体中的传播速度会随流体温度变化而变化，对测量结果产生较大影响，必要时应予以补正。结果产生较大影响，必要时应予以补正。4.6.2.1 时差法时差法 超声波在流体中传播时，在静止流体和流动流体中的传播速度是不同的，超声波在流体中传播时，在静止流体和流动流体中的传播速度是不同的，利用这一特点可以求出流体的速度，再根据管道流体的截面积，便可知道流利用这一特点可以求出流体的速度，再根据管道流体的截面积，便可知道流体的流量。体的流量。如果在流体中设置两个超声波传感器，它们既可以发射超声波又可以接如果在流体中设置两个超声波传感器，它们既可以发射超声波又可以接收超声波，一个装在上游
34、，一个装在下游，其距离为收超声波，一个装在上游，一个装在下游，其距离为L，如下图所示。，如下图所示。有时差法、相差法、频差法、多普勒频移法及声速偏移法等。有时差法、相差法、频差法、多普勒频移法及声速偏移法等。如设顺流方向的传播时间为如设顺流方向的传播时间为t1，逆流方向的传播，逆流方向的传播时间为时间为t2，流体静止时的超声波传播速度为，流体静止时的超声波传播速度为c，流体流，流体流动速度为动速度为v，则有，则有vcLtvcLt21超声波传播时间差为超声波传播时间差为22122vcLvttt 一般来说，流体的流速远小于超声波在流体中的传播一般来说，流体的流速远小于超声波在流体中的传播速度，即速
35、度，即cv,则从上式便可得到流体的流速，即则从上式便可得到流体的流速，即tLcv22此时超声波的传输时间将由右式确定此时超声波的传输时间将由右式确定sincossincos21vcDtvcDt 在实际应用中在实际应用中,超声波传感器安装在管道的外部超声波传感器安装在管道的外部,从从管道的外面透过管壁发射和接收超声波不会给管路内流管道的外面透过管壁发射和接收超声波不会给管路内流动的流体带来影响动的流体带来影响，如下图。如下图。4.6.2.2 相差法相差法 让超声波发生器发射连续超声脉冲或周期较长的脉冲序让超声波发生器发射连续超声脉冲或周期较长的脉冲序列，则在顺流和逆流两种情况下所接收到的信号之间
36、会产生列，则在顺流和逆流两种情况下所接收到的信号之间会产生一定的相位差一定的相位差。22cLvt为超声波的角频率为超声波的角频率 由于由于、及及L为已知量，这样，测出为已知量，这样，测出即可求得即可求得v，也，也就可计算出流量的大小就可计算出流量的大小。4.6.2.3 频差法频差法 由时差法中的有关公式，可求出顺流和逆流时接收由时差法中的有关公式，可求出顺流和逆流时接收器接收到的超声波频率之差器接收到的超声波频率之差f 为为LvLvcLvcf2只要测得只要测得f，即可求出流速，即可求出流速v，进而求得流量大小。，进而求得流量大小。待测流体中不能含有过多的杂质和气泡，且粘度不能太待测流体中不能含
37、有过多的杂质和气泡，且粘度不能太大大；待测流体必须充满整个管道；必须对超声波速度进行精待测流体必须充满整个管道；必须对超声波速度进行精确的温度补偿确的温度补偿；对不同管道、不同流速及不同粘度的介质进对不同管道、不同流速及不同粘度的介质进行雷诺数补偿行雷诺数补偿。将一根多模光纤垂直地装入管道，当液体或气体流将一根多模光纤垂直地装入管道，当液体或气体流经与其垂直的光纤时，光纤受到流体涡流的作用而振动，经与其垂直的光纤时，光纤受到流体涡流的作用而振动，振动的频率与流速有关。测出频率就可知流速振动的频率与流速有关。测出频率就可知流速。光 纤光 纤 夹流 体 管 道张 紧 重 物填 隙光纤流量计结构示意
38、图光纤流量计结构示意图 当流体运动受到一个垂直于流动方向的非流线体阻当流体运动受到一个垂直于流动方向的非流线体阻碍时，根据流体力学原理，在某些条件下，在非流线体碍时，根据流体力学原理，在某些条件下，在非流线体的下游两侧产生有规则的漩涡，其漩涡的频率的下游两侧产生有规则的漩涡，其漩涡的频率 f与流体与流体的流速可表示为的流速可表示为dvSfrv流体流速；流体流速；d流体中物体的横向尺寸大小；流体中物体的横向尺寸大小；Sr斯特劳哈尔（斯特劳哈尔（Strouhal）系数，）系数，它是一个常数，仅与雷诺数有关。它是一个常数，仅与雷诺数有关。质量流量：质量流量：在单位时间内流经管道某一横截面的流体质量。
39、在单位时间内流经管道某一横截面的流体质量。质量流量计：质量流量计：用来测量质量流量的仪表。用来测量质量流量的仪表。在工业生产中，物料平衡和经济核算等通常都需要质在工业生产中，物料平衡和经济核算等通常都需要质量流量。对于液体而言，可以将已测得的体积流量乘以密量流量。对于液体而言，可以将已测得的体积流量乘以密度换算成质量流量度换算成质量流量 。对于气体，则须经上述换算和温压补。对于气体，则须经上述换算和温压补正后方可得到比较准确的质量流量，通常称为正后方可得到比较准确的质量流量，通常称为推导式推导式 （外（外补偿式）质量流量计，可分为温度压力补偿式和密度补偿补偿式）质量流量计，可分为温度压力补偿式
40、和密度补偿式两种。式两种。另一种另一种测量质量流量的测量质量流量的方法是使用方法是使用直接式直接式（内补偿式）（内补偿式）质量流量计，可直接测得单位时间内被测介质的质量。直质量流量计，可直接测得单位时间内被测介质的质量。直接式质量流量计又可分为科里奥利式、热式和冲量式等、接式质量流量计又可分为科里奥利式、热式和冲量式等、4.8.1.14.8.1.1科里奥利质量流量计科里奥利质量流量计 利用流体在直线运动的同时，处于一个旋转系中，产生利用流体在直线运动的同时，处于一个旋转系中，产生与质量流量成正比的科里奥利力而制成的一种直接式质量流与质量流量成正比的科里奥利力而制成的一种直接式质量流量计量计。质
41、点具有两个分量的加速度及相应的加速度力：质点具有两个分量的加速度及相应的加速度力：法向加速度：即向心加速度法向加速度：即向心加速度a ar r，其量值为，其量值为2 2r r ，方向，方向朝向朝向P P轴。轴。切向加速度：科里奥利加速度切向加速度：科里奥利加速度a at t ，其量值为，其量值为2 2vv，方向与方向与a ar r垂直。垂直。由于复合运动，在质点的由于复合运动，在质点的a at t方向上作用着科里奥利力为方向上作用着科里奥利力为2 2vvm m，而管道对质点作用着一个反向力，其值为，而管道对质点作用着一个反向力，其值为-2-2vvm m。当密度为当密度为的流体以恒定速度的流体以
42、恒定速度v在管道内流动时，任何一在管道内流动时，任何一段长度为段长度为x的管道都受到一个大小为的管道都受到一个大小为Fc 的切向科里奥利力，的切向科里奥利力，即即 Fc=2vAx A为管道的流通内截面积。为管道的流通内截面积。因为质量流量因为质量流量qm=vA，所以，所以 Fc=2qmx 直接或间接测量在旋转管道中流动流体所产生的科直接或间接测量在旋转管道中流动流体所产生的科里奥利力就可以测得质量流量。里奥利力就可以测得质量流量。流量计的测量管道是两根两端固定平行的流量计的测量管道是两根两端固定平行的U U形管，在两个形管，在两个固定点的中间位置由驱动器施加产生振动的激励能量，在管固定点的中间
43、位置由驱动器施加产生振动的激励能量，在管内流动的流体产生科里奥利力，使测量管两侧产生方向相反内流动的流体产生科里奥利力，使测量管两侧产生方向相反的挠曲。位于的挠曲。位于U U形管的两个直管管端的两个检测器用光学或电形管的两个直管管端的两个检测器用光学或电磁学方法检测挠曲量以求得质量流量。磁学方法检测挠曲量以求得质量流量。科里奥利质量流量传感器科里奥利质量流量传感器 1支承管；支承管；2检测管；检测管；3电磁检测器；电磁检测器；4电磁激励器；电磁激励器；5壳体壳体 U形管型式形管型式 形管型式形管型式 两种科里奥利质量流量计结构示意图两种科里奥利质量流量计结构示意图 4.8.1.2 热式质量流量
44、计热式质量流量计基于流体中热传递和热转移与流体质量流量的关系。基于流体中热传递和热转移与流体质量流量的关系。其工作机理是利用外热源对被测流体加热，测量因流体流其工作机理是利用外热源对被测流体加热，测量因流体流动造成的温度场变化，从而测得流体的质量流量。动造成的温度场变化，从而测得流体的质量流量。被测流体的质量流量可表示为被测流体的质量流量可表示为 TPcqpm（P为加热功率；为加热功率；cp为比定压热容；为比定压热容；T为加热器前后温差）为加热器前后温差）若采用恒定功率法，测量温差若采用恒定功率法，测量温差 T就可以求得质量流量；就可以求得质量流量；若采用恒定温差法，则测出热量的输入功率若采用
45、恒定温差法，则测出热量的输入功率P就可以求得就可以求得质量流量质量流量 非接触式对称结构的热式质量流量计非接触式对称结构的热式质量流量计 1镍管；镍管；2加热线圈；加热线圈；3测温线圈测温线圈 4调零电阻；调零电阻；5电流表电流表 当流体流动时当流体流动时则形成变化的温度则形成变化的温度场，两只测温铂电场，两只测温铂电阻值的变化使电桥阻值的变化使电桥产生不平衡电压，产生不平衡电压，测得此信号可知温测得此信号可知温差差 T，即可求得流，即可求得流体的质量流量体的质量流量。适用于微小流量测量。当需要测量较大流量时，要采用适用于微小流量测量。当需要测量较大流量时，要采用分流方法，仅测一小部分流量，再
46、求得全流量。分流方法，仅测一小部分流量，再求得全流量。4.8.1.3 冲量式质量流量计冲量式质量流量计用于测量自由落下的固体粉料的质量流量。用于测量自由落下的固体粉料的质量流量。由冲量传感器及显示仪表组成。由冲量传感器及显示仪表组成。冲量传感器感受被测介冲量传感器感受被测介质的冲力，经转换、放大等处理后输出与质量流量成比例的质的冲力，经转换、放大等处理后输出与质量流量成比例的标准信号。标准信号。1冲板；冲板；2冲板轴；冲板轴；3物料；物料；4输送机输送机 sinsin2ghQFMm 转换装置检测冲转换装置检测冲板轴的位移量，经转板轴的位移量，经转换放大后输出与流量换放大后输出与流量相对应的信号
47、。相对应的信号。适用于各种固体粉料介质的流量测量，从粉末适用于各种固体粉料介质的流量测量，从粉末到块状物以及浆状物料。到块状物以及浆状物料。流量计的选择主要考虑被测介质的大小、重量流量计的选择主要考虑被测介质的大小、重量和正常工作流量等条件。和正常工作流量等条件。正常流量应在流量计最大流量的正常流量应在流量计最大流量的30308080之间。之间。改变流量计的量程弹簧可以调整流量测量范围。改变流量计的量程弹簧可以调整流量测量范围。安装冲量式质量流量计时，要求物料必须保证自由落安装冲量式质量流量计时，要求物料必须保证自由落下，不得有外加力作用于被测物体上。下，不得有外加力作用于被测物体上。冲板安装
48、角度、进料口与冲板间角度及高度有一定要冲板安装角度、进料口与冲板间角度及高度有一定要求，并与量程选择有一定关系，选用前应进行计算求，并与量程选择有一定关系，选用前应进行计算。由多个传感器组合而成的质量流量测量系统，根据由多个传感器组合而成的质量流量测量系统，根据传感器的输出信号间接推导出流体的质量流量。传感器的输出信号间接推导出流体的质量流量。组合方式主要有以下几种：组合方式主要有以下几种：(1)(1)差压式流量传感器与密度传感器组合方式差压式流量传感器与密度传感器组合方式mvvkqqkkkqK21221(2)体积流量传感器与密度流量传感器组合方式体积流量传感器与密度流量传感器组合方式 Klq
49、vk2=Kqm(3)(3)差压式流量传感器与体积式流量传感器组合方式差压式流量传感器与体积式流量传感器组合方式mvvkqqkqk221是一种流体阻力式流量计。是一种流体阻力式流量计。4一变送器；一变送器；5一测量导管一测量导管1一靶；一靶；2一密封膜片一密封膜片；3一靶杆；一靶杆；在管道中心迎着流速方向在管道中心迎着流速方向安装一个圆盘形的靶，流体经安装一个圆盘形的靶，流体经过时，靶要受到流体的作用力，过时，靶要受到流体的作用力，该力可分为三部分：该力可分为三部分：流体对靶的直接冲击力，流体对靶的直接冲击力，即流体的动压力。即流体的动压力。靶对流体的节流作用，靶对流体的节流作用，在靶前后两侧产
50、生的静在靶前后两侧产生的静 压力差。压力差。流体对靶的黏滞摩擦力。流体对靶的黏滞摩擦力。靶式流量计的流量基本方程式靶式流量计的流量基本方程式 在被测流体的密度在被测流体的密度，管道直径，管道直径D D，靶径，靶径d d和流量系数和流量系数K Ka a已知的情况下，只要测出靶上受到的作用力已知的情况下，只要测出靶上受到的作用力F F，便可以求出流，便可以求出流过管道的流体流量过管道的流体流量q qv v。对靶受力的测量方法有多种，如力平衡式、压电式等。对靶受力的测量方法有多种，如力平衡式、压电式等。可以测量液体、气体和蒸汽的流量，测量低雷诺数流体流可以测量液体、气体和蒸汽的流量，测量低雷诺数流体
