08 3.6 流量检测2.pptx

第1页：3.6.3转子（浮子）流量计

3.6.3转子（浮子）流量计

• (浮子)流量计转子(浮子)流量计是以浮子在垂直锥形管中随着流量变化而升降(改变流通面积)方式来进行测量的体积流量仪表。
• 转子流量计外形图

第2页：基本结构和测量原理

基本结构和测量原理

• ①基本结构②检测原理
• 基本检测依据：节流原理
• 转子的重量不变，平衡时节流元件前后的差压值基本保持不变。
• 锥形管通道，不同流量对应不同平衡位置，对应不同的节流面积。
• 属恒压降、变截面流量计。③示意动画D0≈df

第3页：检测原理动画示意

检测原理动画示意

第4页：2流体作

2流体作

2）流量方程：①转子受力浮子本身垂直向下的重力f1流体对浮子的垂直向上的浮力f用于浮子垂直向上的阻力f3Vf：浮子的体积；ρf：浮子的密度；ρ：流体的密度；Af：浮子的最大横截面积；ξ：阻力系数；v：流体在环形流通截面上的平均流速。

第5页：流量方程

流量方程

②：a.流速受力平衡式：环形流通面流速

第6页：环形流通面积A0D

环形流通面积A0D

• 转子所在处锥形管内径；D0：标尺零处锥形管直径；φ：锥形管锥半角；df：浮子最大直径。
• δφD

第7页：流量方程由于锥角φ很小

流量方程由于锥角φ很小

• tgφ很小，忽略(htgφ)2项，注意到D0≈df保持流量系数α为常数，则流量与转子所处高度h成近似线性关系，测得h可知流量大小。
• α：转子流量计流量系数由：流量方程则

第8页：应用注意事项

应用注意事项

• ①转子形状与流量系数α流量系数α与转子形状、流体流动状况及其物理性质有关。在锥形管和浮子的形状已经确定的情况下，一般可认为α是雷诺数的函数。
• 流体雷诺数大于界限雷诺数时流量系数α可视为常数。

第9页：标定流量计出厂标定介质

标定流量计出厂标定介质

②：液体标定介质：水；气体标定介质：空气a.液体密度的修正液体介质，一般只需进行密度修正，修正公式：qv、qv’：流量计标定刻度流量和被测介质的实际流量；ρ、ρ’：标定流体密度和被测介质密度；ρf：转子的密度

第10页：气体介质压力、温度标定

气体介质压力、温度标定

• 被测流体温度、压力与标定状态参数不同时需对流量计进行重新标定。

修正关系式

p、p’：标定流体的和被测流体的绝对压力；T、T’：标定流体和被测流体的热力学温度。

第11页：改变仪表量程操作

改变仪表量程操作

• 可通过改变转子材料，即改变转子密度来实现改变仪表量程。

注意事项

改变前后的转子应满足几何相似条件。

• 量程扩大后灵敏度降低，相反则灵敏度增大。

第12页：转子流量计分类

转子流量计分类

• ①玻璃管转子流量计主要特点：由玻璃锥形管、转子和支撑结构组成。
• 流量示值刻在锥形管上，由转子位置高度直接读出流量值。
• 玻璃管转子流量计结构简单，价格低廉，使用方便，可制成防腐蚀仪表；耐压低；多用于透明流体的现场测量。

第13页：金属管转子流量计

金属管转子流量计

主要特点

金属管转子流量计的锥形管采用金属材料制成，其流量检测原理与玻璃管转子流量计相同。

• 金属管转子流量计测量时通过转换机构实现转子位移的信号变换。

类型

就地指示型、电气信号远传型。

第14页：电远传式转子流量计结构

电远传式转子流量计结构

及工作原理

第15页：转子流量计的应用

转子流量计的应用

• 转子流量计的特点适用于中小管径和低雷诺数的中小流量测量；结构简单，使用维护简便，对直管段的要求不高，刻度近似线性；压力损失小且恒定，灵敏度高，量程比宽(10 : 1)；仪表基本误差为量程的1%~2%，精度一般在1.5级左右。
• 仪表受被测介质密度、粘度、温度、压力、安装质量等因素的影响较大

第16页：安装使用仪表应垂直安装在管道

安装使用仪表应垂直安装在管道

• 上，流体必须自下而上通过流量计，不应有明显的倾斜。

垂直管道安装

水平管道安装：切断阀切断阀旁通阀

第17页：3刻度内

3刻度内

• 仪表投入时前后切断阀门要缓慢开启，投入运行后，关闭旁路阀。
• 流量计的最佳测量范围为测量上限的1/3～2/。

第18页：3.6.4涡街流量计

3.6.4涡街流量计

• 一种应用流体振动原理测量流量的仪表。
• 它利用流体自然振动的卡门漩涡列原理进行流量测量（通过测量振动频率获得流量信号）。
• 演示图

第19页：组成涡街流量计

组成涡街流量计

• 的主体是漩涡发生体。
• 在均匀流动的流体中，垂直地插人一个具有非流线型截面的柱体，称为漩涡发生体。
• 流体流过漩涡发生体时，在其两侧会产生旋转方向相反、交替出现的漩涡，并随着流体流动，在下游形成两列不对称的漩涡列，称之为“卡门涡列”或“涡街”。
• 旋涡发生体管道

第20页：涡街示意图

涡街示意图

：涡街特点：根据冯·卡门的理论证明，当两列漩涡之间的距离h和同列中相邻漩涡的间距L满足关系h／L=0.281时，涡街是稳定的。

第21页：检测原理实验证明

检测原理实验证明

• 在一定的雷诺数范围内，稳定的漩涡产生频率（f）与漩涡发生体形状和流体流速u的关系如下：d：漩涡发生体的特征尺寸；St：称为斯特罗哈尔数。
• St与漩涡发生体形状及流体雷诺数有关，并且在一定的雷诺数的范围（500-150 000）内，St值基本不变。

结论

漩涡产生的频率仅决定于流体的流速u和漩涡发生体的特征尺寸，而与流体的物理参数如温度、压力、密度、粘度及组成成分无关。

第22页：常见涡街发生体漩涡发生体有多

常见涡街发生体漩涡发生体有多

种截面形状，主要有

圆柱、三角柱、矩形柱、T形柱等，如图：

• 圆柱体St=0.21，
• 三角柱体St=0.16，St与雷诺数关系图

第23页：流量方程式设漩涡发生体为圆柱

流量方程式设漩涡发生体为圆柱

3）体，直径为d，管道内径为D，流体的平均流速为u，则在漩涡发生体处的流通截面积流量方程式：当d／D < 0.3时，可近似为根据

第24页：漩涡频率的测量

漩涡频率的测量

• 漩涡频率的检出有多种方式，可以将检测元件放在漩涡发生体内，检测由于漩涡产生的周期性的流动变化频率，也可以在下游设置检测器进行检测。
• 不同的旋涡发生体对流体的影响不同，导致旋涡的成长过程及流体在旋涡发生体周围的流动状态不同，因此，针对不同的漩涡发生体其频率的检测方法各不相同。

第25页：圆柱形漩涡发生体频率检测原理

圆柱形漩涡发生体频率检测原理

• 图：旋涡产生脉动流体通过铂电阻丝，交替地对电阻丝产生冷却作用，改变其阻值。
• 此过程产生与漩涡频率一致的脉冲信号，通过检测此脉冲信号实现流量检测。
• 另外，也可以在空腔间采用压电式或应变式检测元件代替铂电阻测出漩涡频率。

第26页：三角形漩涡发生体原理图三角柱

三角形漩涡发生体原理图三角柱

• 体迎流面对称地嵌入两个热敏电阻作为检测桥路的两臂，以恒定电流加热使其温度稍高于流体，在交替产生的漩涡的作用下，两个电阻被周期地冷却，使其阻值改变，阻值的变化由桥路测出，即可测得漩涡产生频率，从而测出流量。
• 三角柱漩涡发生体可以得到更强烈更稳定的漩涡，应用较多。

第27页：检测旋涡信号一般方式

检测旋涡信号一般方式

c.:①用设置在旋涡发生体内的检测元件直接检测发生体两侧差压；②旋涡发生体上开设导压孔，在导压孔中安装检测元件检测发生体两侧差压；③检测旋涡发生体周围交变环流；④检测旋涡发生体背面交变差压；⑤检测尾流中旋涡列。

第28页：漩涡发生体及检测方式一览表

漩涡发生体及检测方式一览表

第29页：涡街流量计的特点与使用

涡街流量计的特点与使用

特点及使用a.特点

涡街流量计适用于气体、液体和蒸汽介质的流量测量，其测量几乎不受流体参数(温度、压力、密度、粘度)变化的影响。

• 涡街流量计在仪表内部无可动部件，使用寿命长；压力损失小；输出为频率信号；有较宽的范围度（30 : 1）；测量精度比较高，为±0.5％～±1％。
• 流体流速分布情况和脉动情况将影响测量准确度，旋涡发生体被玷污也会引起误差。
• 涡街流量计是一种正在得到广泛应用的流量仪表。

第30页：安装

安装

• 涡街流量计可以水平安装，也可以垂直安装。
• 在垂直安装时，流体必须自下而上通过，使流体充满管道。
• 在仪表上、下游要求一定的直管段，下游长度为5D，上游长度根据阻力件形式而定，约15D～40D，上游不应设流量调节阀。

第31页：安装示意图

安装示意图

第32页：直管段示意图

直管段示意图

第33页：3.6.5电磁流量计

3.6.5电磁流量计

• 测量原理及流量方程a.测量原理电磁流量计是基于法拉第电磁感应原理制成的一种流量计，其测量原理如图所示。

感应电势

C：常数；B：磁感应强度；D：管道内径；u：流体平均流速。

第34页：流量方程k

流量方程k

b.：仪表常数；注意：上式必须符合以下假定条件时才成立，即：磁场是均匀分布的恒定磁场；被测流体是非磁性的；流速轴为对称分布；流体电导率均匀且各向同性。

第35页：电磁流量计的结构

电磁流量计的结构

• 磁路系统用于产生均匀的直流或交流磁场。励磁方式：直流励磁：
• 能产生一个恒定的均匀磁场，受交流磁场干扰较小；
• 电极上产生的直流电势将使被测液体电解，破坏原来的测量条件，影响测量精度。
• 直流励磁方式只适用于非电解质液体。

第36页：交流励磁采用50Hz工频

交流励磁采用50Hz工频

• 交流励磁，可以克服直流励磁的极化现象，便于信号的放大；交流励磁会产生正交干扰和同相干扰，影响测量。
• 低频方波励磁低频方波励磁兼具直流和交流励磁的优点，能排除极化现象，避免正交干扰。

第37页：电极作用

电极作用

• 把被测介质切割磁力线时所产生的感应电势引出电极一般由非导磁的不锈钢材料制成。
• 电极要求与衬里齐平，以便流体通过时不受阻碍。
• 电极的安装位置宜在管道的水平方向，以防止沉淀物堆积在电极上而影响测量精度。

第38页：衬里

衬里

• 主要作用是增加测量导管的耐磨与耐蚀性，防止感应电势被金属测量导管管壁短路。
• 衬里必须是耐腐、耐磨以及能耐较高温度的绝缘材料。
• 外壳一般用铁磁材料制成，是保护励磁线圈的外罩，可隔离外磁场的干扰。
• 转换器主要作用是将感应电势放大并能抑制主要的干扰信号。

第39页：电磁流量计的特点

电磁流量计的特点

• 特点
• 压力损失极小，测量导管内无可动部件或突出于管道内部的部件；
• 适用于含有颗粒、悬浮物（纸浆、矿浆、煤粉）等流量测量，可以测量酸、碱、盐等腐蚀性介质；
• 流量计的输出电流与体积流量成线性关系，并且不受液体的温度、压力、密度、粘度等参数的影响；
• 电磁流量计的量程比一般为10：1，精度较高的量程比可达100 : 1；测量口径范围大，可以从lmm到2m以上，特别适用于lm以上口径的水流量测量；测量精度一般优于0.5％；
• 电磁流量计反应迅速，可以测量脉动流量；
• 被测流体必须是导电的，不能测量气体、蒸汽和石油制品等的流量；一般使用温度为0～200℃；最高工作压力有一定限制。
• 结构比较复杂

第40页：使用安装注意直管段

使用安装注意直管段

• 5-10D安装地点应尽量避免剧烈振动和交直流强磁场，保证在任何时候测量导管内都能充满液体。
• 在垂直安装时，流体要自下而上流过仪表，水平安装时两个电极要在同一平面上。
• 确保流体、外壳、管道间的良好接地和良好点接触。

第41页：3.6.6容积式流量计基本测量方法

3.6.6容积式流量计基本测量方法

• 利用机械测量元件，把流体连续不断地分隔为单个的固定容积部分排出，而后通过计数单位时间或某一时间间隔内经仪表排出的流体固定容积的数目来实现流量的计量。

主要特点

测量精度高，量程比宽；对上游流动状态不敏感，无前后直管段长度要求；特别适合高粘度介质的测量；对被测流体中的污物较敏感；当被测管道口径较大时，流量计比较笨重。

第42页：3.6.6.1椭圆齿轮流量计

3.6.6.1椭圆齿轮流量计

• 构成及原理图测量本体由一对相互啮合的椭圆齿轮和壳体组成，椭圆齿轮图齿轮转动的动力：流量计进、出口两端压力差。
• 原理图：

第43页：2压力作

2压力作

工作原理图(a)状态

A轮与壳体间构成容积固定的初月形测量室(图中阴影部分)。

• p1、p用于B轮上的合力矩为零，作用于A轮上的合力矩产生一个旋转力矩，使A轮作顺时针方向转动，A作为主动轮带动B轮逆时针旋转，测量室内的流体排向出口；

第44页：图B状态

图B状态

• A、B两轮均为主动轮；当两轮旋转90°到C状态。

图C状态

转子B与壳体之间构成容积固定的初月形测量室。

• 流体作用于A轮的合力矩为零，作用于B轮的合力矩产生一个旋转力矩，B轮产生逆时针旋转动力，作为主动轮带动A轮转动，将测量室内的流体排向出口。

第45页：4个初月形

4个初月形

• 流量测量椭圆齿轮每旋转一周，流量计将排出(测量室)体积的流体。

流量方程式

n：单位时间内的齿轮转动圈数V0：初月形测量室容积；R：仪表半月形测量室曲率半径；a、b：椭圆齿轮长、短半轴；δ：椭圆齿轮厚度

第46页：应用特性椭圆齿轮流量计适

应用特性椭圆齿轮流量计适

• 用于高粘度液体的测量。

流量计基本误差

±0.2％~±0.5％，量程比：l0 : 1。

工作温度

＜120℃要求介质是清洁流体。

• 或流量计的上游加装过滤器。

第47页：3.6.6.2腰轮流量计简介

3.6.6.2腰轮流量计简介

a.原理图结构腰轮流量计的转子是一对不带齿的腰形轮，在转动过程中两腰轮不直接接触而保持微小的间隙，依靠套在壳体外与腰轮同轴上的啮合齿轮来完成驱动。

第48页：工作原理与椭圆齿轮流量计原理

工作原理与椭圆齿轮流量计原理

• 相同。
• 与椭圆齿轮流量计主要区别椭圆齿轮：啮合接触磨损大，受被测流体清洁度影响较大，容易损坏和降低准确度腰轮：工作时各测量元件间都不接触，运行中磨损很小，可达较高的测量准确度，能保持流量计的长期稳定性。
• 腰轮流量计的转子线型比较合理，允许测量含有微小颗粒的流体。
• 靠附加驱动齿轮发生联动。
• 腰轮流量计动作示意图:

第49页：应用

应用

特点

可用于气体、液体极高粘度流体测量。

• 是近年来迅速发展、广泛应用的一种容积式流量计。
• 除用于工业测量外，还作为标准流量计对其他类型的流量计进行标定。
• 测量精度可达±0.1％，压力损失＜0.02MPa工作温度＜120℃