傳感器技術及應用 課件 項目四　流量測量

項目四流量測量

項目四流量測量項目描述：在生產過程中隨著科技的發(fā)展，工廠的自動化水平越來越高，，為了有效的指導生產操作、監(jiān)視和控制生產過程，流量測量是必不可少的。尤其是一些檢測和計量裝置，在實際中的應用越來越多。本項目就常見的幾種流量計做簡單介紹。項目目標：通過本項目學習，熟悉常用流量計的工作原理和基本結構，并熟悉工業(yè)常用的檢測方法。了解流量計的作用和分類，了解超聲波流量計的工作原理，了解電磁流量計的工作原理，了解渦輪流量計的工作原理。任務一流量測量的一般概念及流量傳感器介紹知識目標：1.了解流量相關的基本概念；2.理解流量計的分類及工作原理；3.認識常用的流量傳感器。能力目標：1.學會識別常見的流量傳感器。素質目標：1.培養(yǎng)仔細觀察、做好記錄的習慣，掌握科學的學習方法。2.學會通過網絡查閱資料，實現(xiàn)課堂學習舉一反三，養(yǎng)成查閱資料的習慣。任務一流量測量的一般概念及流量傳感器介紹

測量低粘度的介質（如水柴油汽油）測量液體流量總量（石油化工冶金）測量各種粘介質（防腐抗污能力強）圖4-1-1流量傳感器/電磁流量傳感器/齒輪流量傳感器一、流量概念及測量的重要性1.流量概念流量（瞬時流量）：單位時間內流過管道某一截面的流體的數(shù)量。累積流量（總流量）：某一時段內流過的流體的總合。瞬時流量在某一時段的累積量。(m3)質量流量(M)：單位時間內流過某截面的流體的質量。單位：(kg/s)體積流量(Q)：單位時間內流過某截面的流體的體積。（工作狀態(tài)下）單位：（m3/s）任務一流量測量的一般概念及流量傳感器介紹體積流量(Qv)：折算到標準的壓力和溫度下的體積流量。（標準狀態(tài)下）流量計：用來測量流量的儀表的統(tǒng)稱。流量的國際單位是千克/秒（kg/s）、立方米/秒（m3/s）。此外，常用的還有噸/小時（t/h）、千克/小時（kg/h）、立方米/小時（m3/h）等；質量的國際單位是千克（kg）、立方米（m3）。此外，常用的質量單位還有噸（t）。任務一流量測量的一般概念及流量傳感器介紹對于氣體，密度受溫度、壓力變化影響較大，如在常溫常壓附近，溫度每變化10℃，密度變化約為3%；壓力每變化10kPa，密度約變化3%。因此在測量氣體流量時，必須同時測量流體的溫度和壓力。為了便于比較，常將在工作狀態(tài)下測得的體積流量換算成標準狀態(tài)下（溫度為20℃，壓力為101325Pa）的體積流量，用符號Qv表示，單位符號為m3/s。任務一流量測量的一般概念及流量傳感器介紹任務一流量測量的一般概念及流量傳感器介紹2.流量測量的重要性流量計量是計量科學技術的組成部分之一，它與國民經濟、國防建設、科學研究有密切的關系。做好這一工作，對了保證產品質量、提高生產效率、促進科學技術的發(fā)展都具有重要的作用。特別是在能源危機、工業(yè)生產自動化程度愈來愈高的當今時代，流量計在國民經濟中的地位與作用更加明顯。流量計量應用范圍廣泛流量計量廣泛應用于工農業(yè)生產、國防建設、科學研究對外貿易以及人民生活各個領域之中。在石油工業(yè)生產中，從石油的開采、運輸、煉冶加工直至貿易銷售，流量計量貫穿于全過程中，任何一個環(huán)節(jié)都離不開流量計量。否則將無法保證石油工業(yè)的正常生產和貿易交往。在化工行業(yè)，流量計量不準確會造成化學成分分配比失調，無法保證產品質量，嚴重的還會發(fā)生生產安全事故。任務一流量測量的一般概念及流量傳感器介紹

在電力工業(yè)生產中，對液體、氣體、蒸汽等介質流量的測量和調節(jié)占有重要地位。流量計量的準確與否不僅對保證發(fā)電廠在參數(shù)下運行具有很大的經濟意義，而且隨著高溫高壓大容量機組的發(fā)展，流量測量已成為保證發(fā)電廠安全運行的重要環(huán)節(jié)。如大容量鍋爐瞬時給水流量中斷或減少，都可能造成嚴重的干鍋或爆管事故。這就要求流量測量裝置不但應做到準確計量，而且要及時地發(fā)出報警信號。

在鋼鐵工業(yè)生產中，煉鋼過程中循環(huán)水和氧氣(或空氣)的流量測量是保證產品質量的重要參數(shù)之一。在輕工業(yè)、食品、紡織等行業(yè)中，也都離不開流量計量。任務一流量測量的一般概念及流量傳感器介紹二、流量傳感器簡介及應用1.流量傳感器簡介（1）流量計分類按檢測瞬時還是累積分為總量流量計和瞬時流量計。按檢測質量還是體積分為體積流量計和質量流量計。總量流量計又分為容積式和速度式。而瞬時流量計又分為差壓式流計量、流體阻力式流量計、測速式/標志法流量計和流體振動式流量計。任務一流量測量的一般概念及流量傳感器介紹（2）容積式流量計（計量表）用儀表內一個固定容量的容積連續(xù)地測量被測介質，最后根據定量容積稱量的次數(shù)來決定流過的總量。根據結構不同，這類儀表主要有：1）橢圓齒輪流量計每轉一周，四個相同月牙形腔（測量室）被形成、被封閉、被傳送、被卸出。兩個齒輪共送出4個標準容積的流體。圖中1-外殼2-橢圓形轉子（齒輪）3-測量室。粘度愈大的介質，從齒輪和計量空間隙中泄漏出去的泄漏量愈小，因此被測介質的粘度愈大，對測量愈有利。任務一流量測量的一般概念及流量傳感器介紹2）腰輪流量計（羅茨流量計）工作原理與橢圓流量計相同，只是轉子不是橢圓齒輪，而是一對由圓弧和擺線圍成的中間凹進的腰形光輪，形成菱角形測量室?？捎糜谝后w、氣體流量測量。圖中1為腰輪，2為定位齒輪。容積式流量計特點：計量精度高，基本誤差一般為±0.5％，特殊的可達±0.2％或更高。通常在昂貴介質或需要精確計量的場合使用?？捎糜诟哒扯攘黧w的測量。直讀式儀表，無需外部能源，可直接獲得累計總量，清晰明了，操作簡便。THANK

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任務2差壓式流量計知識目標：1.了解孔板、文丘里、噴嘴結構形式；2.了解差壓式流量計組成及工作原理；3.了解電容式差壓變送器；4.了解差壓式流量計特點及應用。能力目標：

1.能利用節(jié)流裝置測量流量。素質目標：

1.養(yǎng)成獨立思考和解決問題的習慣2.培養(yǎng)小組團結協(xié)作的學習精神任務1

認識傳感器差壓式流量計是根據安裝于管道中的節(jié)流裝置檢測產生的差壓,已知的流體條件和檢測件與管道的幾何尺寸來計算流量的。而節(jié)流裝置是在充滿管道的流體流經管道內的一種裝置，流束將在節(jié)流裝置處形成局部收縮，從而使流速增加，靜壓力降低，于是在節(jié)流裝置前后產生了靜0壓力差。節(jié)流裝置與差壓變送器配套構成差壓式流量計，是流量儀表中使用數(shù)量最多的。常見的節(jié)流裝置有孔板、噴嘴和文丘里三種。因各節(jié)流裝置都與差壓變送器配套使用，所以本節(jié)主要針對節(jié)流裝置來講解。任務2差壓式流量計

（a）（b）圖4-2-1（a）孔板流量計任務2差壓式流量計一．差壓式流量計組成差壓式流量計由節(jié)流裝置、引壓導管及差壓變送器組成。節(jié)流裝置安裝于管道中產生差壓，而節(jié)流件前后的差壓與流量成開方關系。引壓導管取節(jié)流裝置前后產生的差壓，傳送給差壓變送器。差壓變送器是產生的差壓轉換為標準電信號。本節(jié)主要講解電容式差壓變送器。任務2差壓式流量計圖4-2-2差壓式流量計組成任務2差壓式流量計1．節(jié)流裝置節(jié)流裝置是差壓式流量傳感器的流量敏感檢測元件，是安裝在流體流動的管道中的阻力元件。所謂節(jié)流裝置，就是在管道中段設置一個流通面積比管道狹窄的孔板或其它，使流體經過該節(jié)流裝置時，流束局部收縮，流速提高，壓強減小。常用的節(jié)流元件有孔板、文丘里管、噴嘴。它們的結構形式、相對尺寸、技術要求、管道條件和安裝要求等均已標準化，故又稱標準節(jié)流元件。任務2差壓式流量計（1）孔板標準孔板是一塊具有與管道同心圓形開孔的圓板，迎流一側是有銳利直角入口邊緣的圓筒形孔，順流的出口呈擴散的錐形，如圖4-2-2所示。結構簡單，加工方便，價格便宜壓力損失較大，測量精度較低，只適用于潔凈流體介質，測量大管徑高溫高壓介質時，孔板易變形。

(a)外形圖(b)結構示意圖1-法蘭；2-導管；3-前環(huán)室；4-節(jié)流件；5-后環(huán)室；6-墊；7-螺栓；8-螺母圖4-2-3任務2差壓式流量計（2）噴嘴噴嘴是由收縮入口聯(lián)接通常稱為“喉部”的圓筒部分所組成的裝置,也就是說測量段是一段變徑的喉管。噴嘴流量計是將噴嘴與差壓變送器等配套組成的差壓流量裝置。按結構噴嘴分為標準噴嘴和長徑噴嘴兩種。

(a)外形(b)結構圖圖4-2-4任務2差壓式流量計（3）文丘里文丘里流量計又稱為文丘里管，分為經典文丘里管，套管式文丘里管以及文丘里噴嘴。本節(jié)我們只針對經典文丘里管進行講解。經典文丘里管的軸向截面圖，如圖4-2-6和4-2-7所示。它是由入口圓筒段A、圓錐收縮段B、圓筒形喉部C、圓錐擴散段E組成。圓筒段A的直徑為D，其長度等于D；收縮段B為圓錐形；喉部C為直徑d的圓筒形，其長度等于d；擴散段E為圓錐形。圖4-2-6圖4-2-7任務2差壓式流量計2．差壓變送器差壓變送器是差壓式流量計的組成部分。它是一種將過程流體的壓力差值（或壓力值）轉換成標準電信號的儀表。它反映了節(jié)流裝置高壓側壓力與低壓側壓力之差值的大小。差壓變送器主要分為電容式、擴散硅式、膜盒式、智能式。本節(jié)主要用電容式差壓變送器進行講解。差壓變送器與壓力變送器結構構基本相同，一般由測壓元件傳感器、測量電路和過程連接件三部分組成。它能將測壓元件傳感器感受到的氣體、液體等物理壓力參數(shù)轉變成標準的電信號。以供給流量積算儀、調節(jié)器等二次儀表進行測量、指示和過程調節(jié)。如圖4-2-8為電容式差壓變送器分解圖。任務2差壓式流量計二．工作原理在管道中流動的流體具有動壓能和靜壓能，在一定條件下這兩種形式的能量可以相互轉換，但參加轉換的能量總和不變。在管道內部裝上節(jié)流裝置，由于節(jié)流裝置的孔徑小于管道內徑，當流體流經節(jié)流件時，流束截面突然收縮，流速加快。節(jié)流件后端流體的靜壓力降低，于是在節(jié)流裝置前后產生靜壓力差P（P=P1-P2），且流過的流量越大，節(jié)流裝置前后的壓差也越大，流量與壓差之間存在一定關系，這就是差壓式流量傳感器測量原理。任務2差壓式流量計

圖4-2-10圖4-2-11由于流動是穩(wěn)定不變的，即流體在同一時間內通過管道截面A和節(jié)流件開孔截面A0的流體量應相同，這樣通過截面A0的流速必然比通過截面A時快。在流速變化的同時，流體的動壓能和靜壓能也發(fā)生變化，根據能量守恒定律，因而在節(jié)流裝置前后出現(xiàn)了靜壓差。通過測量此靜壓差便可以求出流量。如圖4-2-10及4-2-11為孔板及文丘里流量計工作原理圖。任務2差壓式流量計三．安裝要求1．可水平、垂直或傾斜安裝，應保證管內充滿液體或氣體；2．節(jié)流裝置前，后直管段應是直的，無肉眼可見彎曲，同時應是“圓的”，內壁應潔凈，無凹坑與沉淀物；3．氣體取壓口最好在管道上部；液體取壓口在側下方但不要在正下方，沉積顆粒會堵著取壓口的；蒸汽取壓口在管道側面；4．節(jié)流裝置方向不要弄錯了，標“+”的為正向，“-”為負向，“+”是迎著流體過來的方向。

任務2差壓式流量計5．測氣體時差壓變送器安裝在管道上方，測液體時安裝在管道下部，測蒸汽時如果有配冷凝罐的話，應當保持冷凝罐在同一水平面高度上。6．導壓管與差壓變送器連接時要注意正負壓不要裝反，“H”為正，“L”為負；7．各節(jié)流裝置直管段長度要求及節(jié)流裝置安裝應符合GB/T26224—93有關規(guī)定；8．引壓管路安裝應符合標準規(guī)定的規(guī)范。任務2差壓式流量計四．特點與應用1.優(yōu)點（1）優(yōu)異的穩(wěn)定性、可靠性和抗振動能力；簡單牢固，性能穩(wěn)定可靠，價格低廉;（2）對高溫、高壓、低靜壓、低流速、低密度流體的適應性；（3）口徑從小到大，系列齊全；（4）變更量程方便；（5）只要按照標準設計、制造、安裝和使用，無需實流標定就能獲得規(guī)定的準確度，因而為用戶帶來方便。任務2差壓式流量計2.缺點（1）測量精確度在流量計中屬中等水平。由于眾多因素的影響錯綜復雜，精確度難以提高。（2）范圍度窄，由于儀表信號（差壓）與流量為平方關系，一般范圍度較小。（3）現(xiàn)場安裝條件要求較高，如需較長的直管段（指孔板、噴嘴）。（4）節(jié)流裝置與差壓顯示儀表之間引壓管線為薄弱環(huán)節(jié)，易產生泄漏，堵塞及凍結、信號失真等故障。任務2差壓式流量計3．應用節(jié)流裝置流量計應用范圍特別廣泛,在封閉管道的流量測量中各種對象都有應用,如流體方面:單相、混相、潔凈、臟污、粘性流等；工作狀態(tài)方面:常壓、高壓、真空、常溫、高溫、低溫等;管徑方面:從幾mm到幾m;流動條件方面:亞音速、音速、脈動流等。它在各工業(yè)部門的用量約占流量計全部用量的1/4~1/3?？装辶髁坑嬛饕m用于飽和蒸汽、過熱蒸汽、壓縮空氣、混和非易燃易爆氣體和熱水的工業(yè)計量。噴嘴流量計的壓力損失較小，比較堅固耐用，適合高溫高壓流體，如高溫高壓蒸氣和水。文丘里流量計主要是用于測量封閉管道中單相穩(wěn)定流體的流量，常用于測量空氣、天然氣、煤氣、水等流體的流量。THANK

YOU謝謝項目一傳感器的基礎知識

項目3

渦街流量計知識目標：1.了解卡門渦街現(xiàn)象及原理；2.了解渦街流量計基本原理、結構及應用；3.了解渦街流量計的安裝要求。能力目標：1.能分辨出渦街流量計；2.知道渦街流量計如何接線及安裝要求。素質目標：1.培養(yǎng)多角度分析問題和解決問題的能力。2.鼓勵學生積極通過實際生產、生活中的實例達到學習知識技能的目的。項目3

渦街流量計一．卡門渦街現(xiàn)象及原理

“馮卡門漩渦”(VonKarmanvortices)，通常稱為卡門渦街，是流體力學中重要的現(xiàn)象，在自然界中?？捎龅?，在一定條件下繞過某些物體時，物體兩側會周期性地脫落出旋轉方向相反、排列規(guī)則的雙列線渦，由于非線性作用，形成“馮卡門漩渦”。如水流過橋墩，風吹過高塔、煙囪、電線等都會形成。“馮卡門漩渦”有一些很重要的應用，在建筑、橋梁、飛機制造設計以及船舶領域均有重要應用。在世界各地的海面上也經常上演著絕妙的浮云圖繪，比如盤旋在墨西哥西海岸瓜達盧普島上空的卡門漩渦云。在圖4-3-2所示為風云三號監(jiān)測影像，這些漩渦的出現(xiàn)是因為瓜達盧普島的山峰擾亂了風吹的云層。項目3

渦街流量計圖4-3-2項目3

渦街流量計如圖4-3-3所示，在流體沿旋渦發(fā)生體流動的速度加快，從旋渦發(fā)生體兩側交替產生有規(guī)律的旋渦。流體流經柱體時，速度上升，壓力下降（節(jié)流），在圓柱體后速度下降，壓力上升。當達到一定條件時，附面層分離，產生旋向相反，且交替出現(xiàn)旋渦。這就是卡門渦街原理。圖4-3-3項目3

渦街流量計二、渦街流量計如圖4-3-4為渦街流量計。渦街流量計實現(xiàn)流量測量的理論基礎就是流體力學著名的卡門渦街流量原理。流體流經阻擋體或者是特制的元件時，產生了流動振蕩，通過測定其振蕩頻率來反映通過的流量。其優(yōu)點是無可動部件，壽命長；準確度高，線性范圍寬；量程范圍寬（100：1）；壓力損失小；不受其它流體參數(shù)變化的影響；氣、液均可以使用，可用于大口徑管道的氣液測量。缺點是干擾引起的流量振蕩時影響較大。

圖4-3-4項目3

渦街流量計1．結構渦街流量計由傳感器和轉換器兩部分組成，傳感器包括旋渦發(fā)生體（阻流體）、檢測元件、儀表表體等；轉換器包括前置放大器、濾波整形電路、D／A轉換電路、輸出接口電路、端子、支架和防護罩等，如圖4-3-5所示。

圖4-3-5項目3

渦街流量計（1）旋渦發(fā)生體檢測器的主要部件，已經開發(fā)出形狀繁多的旋渦發(fā)生體，它可分為單旋渦發(fā)生體和多旋渦發(fā)生體兩類，單旋渦發(fā)生體的基本形有圓柱、矩形柱和三角柱，其他形狀皆為這些基本形的變形。三角柱形旋渦發(fā)生體是應用最廣泛的一種，如圖4-3-6所示。

圖4-3-6項目3

渦街流量計（2）檢測元件，流量計檢測旋渦信號有5種方式。1）用設置在旋渦發(fā)生體內的檢測元件直接檢測發(fā)生體兩側差壓；2）旋渦發(fā)生體上開設導壓孔，在導壓孔中安裝檢測元件檢測發(fā)生體兩側差壓；3）檢測旋渦發(fā)生體周圍交變環(huán)流；4）檢測旋渦發(fā)生體背面交變差壓；5）檢測尾流中旋渦列。要求機器人能有判斷能力，這就要給機器人安裝物體檢測傳感器，特別是視覺傳感器和觸覺傳感器，使機器人通過視覺對物體進行識別和檢測，通過觸覺對物體產生壓覺、力覺、滑動感覺和重量感覺。項目3

渦街流量計根據這5種檢測方式，采用不同的檢測技術（熱敏、超聲、應力、應變、電容、電磁、光電、光纖等）可以構成不同類型的渦街流量計。如圖所示為旋渦發(fā)生體和檢測方式一覽表。項目3

渦街流量計2．檢測方法（1）熱電阻法（P脈動）把圓柱做成空心，中間放入一個加熱的電阻絲，在隔板層開幾個導壓孔，當一側產生渦列時，壓力變化（脈動），另一側未變，所以流體經過導壓孔突然流過電阻絲，使之冷卻，溫度降低，電阻減小，另一側再產生渦列時，流體反而再次冷卻，電阻減小，測出電阻下降的次數(shù)就可以推出流量。

（a）圓柱形檢測器；1-圓柱棒；2-鉑電阻絲；3-隔墻；4-空腔；5-導壓孔（b）三角形檢測器圖4-3-8圖4-3-9項目3

渦街流量計（2）熱敏電阻法（靈敏度高）在三角柱體的迎流面上對稱的嵌入兩個熱敏電阻，熱敏電阻中通入恒定的電流，使之溫度在流體靜止的情況下比流體高出10℃左右。未起漩時，流體的溫度相同，交替旋轉時，發(fā)生漩渦的一側，能量損失，因此流速降低，此側對電阻的冷卻作用下降，可以產生一個脈沖。項目3

渦街流量計（3）電磁檢測法旋渦發(fā)生體后設置一個信號電極，并使電極處于一個磁感應強度為B的永久磁場中，流體旋渦的振動使電極同頻率振動，切割磁力線產生感應電動勢，如圖4-3-8所示。特點：不怕管道振動，剛剛興起的渦街頻率檢測方法。圖4-3-10項目3

渦街流量計3．安裝渦街流量計對管道流速分布畸變、旋轉流和流動脈動等敏感，對現(xiàn)場管道安裝條件應充分重視，遵照生產廠使用說明書的要求執(zhí)行，其具休安裝要求如下：（1）合理選擇安裝場所和環(huán)境避開強電力設備，高頻設備，強電源開關設備；避開高溫熱源和輻射源的影響，避開強烈震動場所和強腐蝕環(huán)境等，同時要考慮安裝維修方便。項目3

渦街流量計（2）上下游必須有足夠的直管段1）若傳感器安裝點的上游在同一平面上有二個90°彎頭，則：上游直管段≥25D，下游直管段≥5D。2）若傳感器安裝點的上游在不同平面上有二個90°彎頭，則：上游直管段≥40D，下游直管段≥5D。3）調節(jié)閥應安裝在傳感器的下游5D以外處，若必須安裝在傳感器的上游，傳感器上游直管段應不小于50D，下游應有不小于5D。項目3

渦街流量計（3）安裝點上下游的配管應與傳感器同心，同軸偏差應不小于0.5DN。（4）在水平管道上安裝是流量傳感器最常用的安裝方式1）測量氣體流量時，若被測氣體中含有少量的液體，傳感器應安裝在管線的較高處。2）測量液體流量時，若被測液體中含有少量的氣體，傳感器應安裝在管線的較低處。項目3

渦街流量計（5）傳感器在垂直管道的安裝測量氣體流量時，傳感器可以安裝在垂直管道上，流向不限。若被測氣體中含有少量的液體，氣體流向應由下向上。測量液體流量時，液體流向應由下向上：這樣不會將液體重量額外附加在探頭上。（6）傳感器在水平管道的側裝無論測量何種流體，傳感器可以在水平管道上側裝，特別是測量過熱蒸汽，飽和蒸汽和低溫液體，若條件允許最好采用側裝，這樣流體的溫度對放大器的影響較小。（7）測壓點和測溫點的選擇根據測量的需要，需在傳感器附近測量壓力和溫度時，測壓點應在傳感器下游的3-5D處，測溫點應在傳感器下游的6-8D處。項目3

渦街流量計4．應用渦街流量計主要用于氣體、液體、蒸氣等多種介質的流量測量。渦街流量計熱敏檢測元件靈敏度高，適用于較低溫度（≤200℃）和較低密度的氣體測量，但因熱敏電阻用玻璃封裝，較脆弱，易受流體中的污物、有害物質及顆料物的影響，所以被測介質還應是清潔的液體或氣體。THANK

YOU謝謝項目四

流量傳感器

任務4

電磁流量計知識目標：1.了解法拉第電磁感應定律及工作原理；2.了解電磁流量計基本原理、結構及應用；3.了解電磁流量計的安裝要求。能力目標：1.能分辨出電磁流量計；2.知道電磁流量計如何接線及安裝要求。素質目標：1.培養(yǎng)學生獨立思考和全面分析問題的能力2.提升學生舉一反三的能力任務4

電磁流量計法拉第電磁感應定律：當一導體在磁場中運動切割磁力線時，在導體的兩端即產生感生電勢e，其方向由右手定則確定，其大小與磁場的磁感應強度B，導體在磁場內的長度L及導體的運動速度v成正比，如果B,L,v三者互相垂直，則e＝Blv。而電磁流量計測量原理是基于法拉第電磁感應定律工作的，在非磁性管道中，利用測量導電流體平均速度而顯示流量的流量計。任務4

電磁流量計在磁感應強度為B的均勻磁場中，垂直于磁場方向放一個內徑為D的不導磁管道，當導電液體在管道中以流速v流動時，導電流體就切割磁力線．如果在管道截面上垂直于磁場的直徑兩端安裝一對電極則可以證明，只要管道內流速分布為軸對稱分布，兩電極之間也會產生感生電動勢:e＝BDv,式中,v為管道截面上的平均流速．由此可得管道的體積流量為：qv=Dπe/4B。任務4

電磁流量計

圖4-4-2任務4

電磁流量計由上式可見，體積流量qv與感應電動勢e和測量管內徑和測量管內徑D成線性關系，與磁場的磁感應強度B成反比，與其它物理參數(shù)無關．這就是電磁流量計的測量原理。要使公式嚴格成立，必須使測量條件滿足下列假定：1．磁場是均勻分布的恒定磁場；2．被測流體的流速軸對稱分布；3．被測液體是非磁性的；4．被測液體的電導率均勻且各向同性。任務4

電磁流量計二.電磁流量計結構電磁流量變送器由變送器和轉換器兩部分組成。電磁流量變送器由磁路系統(tǒng)、測量導管、電極、外殼和干擾信號調整裝置等部分組成，它將流量的變化轉換成感應電勢的變化。轉換器由電子元器件組成，它將微弱的感應電勢放大，并轉換成統(tǒng)一的標準信號輸出，以便進行遠傳指示、記錄、積算和調節(jié)。任務4

電磁流量計1.襯里電磁流量計需要增加襯里。需要根據其工作原理說明，電磁流量計一般有一組線圈和兩個電極，線圈的作用是給流體加上一個電場，流動的導電液體相當于一個導體，根據法拉第電磁感應定律當導體切割磁力線時會相應產生一個與速度成正比的電動勢，電極的作用就是測量這個感應電動勢，所以測量管內只有電極是與導電液體相連的，其他部分是內襯，必須要保證絕緣，電磁流量計才能正常工作。如果有磁場的那段金屬管道也與液體相接觸，電磁流量計所測的導電液體和金屬管之間短路了，就會導電，則導致電磁流量計無法測量電勢，所以電磁流量計的內部都是有襯里的。任務4

電磁流量計襯里材質測量流體實例特點備注PFA氫氟酸、鹽酸、醋酸等強滲透性流體，易附著、易固化的流體，腐蝕性流體（電解液體、苛性鈉、硫酸），其他的一般液體襯里的耐腐蝕性強，機械強度高，內部平滑，耐附著性強流體溫度為-10～160℃時，需注意滲透聚氨酯橡膠自來水、污水、工業(yè)用水、污泥、海水等耐磨損性強，適用于土砂混合的泥水流體,適用于弱酸、弱堿流體流體溫度為0～40℃，不適用于有機溶劑的混合液體陶瓷硬質泥漿、腐蝕性流體、附著性流體、高溫流體、高壓流體耐磨損性約為聚氨酯橡膠的10倍，高溫高壓下不變形，具有適用于耐泥漿躁聲和滲透性流體的電極結構用于氫氰酸、磷酸、強堿時、需注意任務4

電磁流量計2.電極電磁流量計電極的作用是測量感應電動勢的大小。電極與被測介質直接接觸，所以電極材質的選擇是非常重要的，常用的電極材料有316L不銹鋼、哈氏合金、鈦、鉭、鉑等，可根據介質的特性來選擇電極的材質。表4-4-2為電極材質與對應測量流體對應表。任務4

電磁流量計電極材質測量流體實例特點SUS316L自來水、污水不適用于海水，鹽酸、硫酸、硝酸、氫氧化鈉哈式合金C醋酸、氫氧化鈉不適用于鹽酸、硫酸、硝酸等鉭海水、醋酸、硫酸、硝酸、鹽酸、氯化銅、醋酸鉛、次氯酸適用于大部分藥品鈦海水、醋酸、氯化鈉不適用于鹽酸、硫酸、硝酸等鉑—銥鉑鋁含陶合金（僅陶瓷襯里用）海水、醋酸、氫氧化鈉、硫酸、硝酸、次氯酸鈉適用于大部分藥品，不適用于王水、次氯酸、氯化銅、氰化鹽碳化鎢紅泥泥漿、礦石泥漿、氧化鐵泥漿、高濃度紙漿適用于磨耗性液體，尤其是泥漿流體，不適用于腐蝕性流體任務4

電磁流量計三.電磁流量計特點1.優(yōu)點（1）測量導管內無可動部件或凸出于管道內的部件，因而壓力損失小、并可以測量含有顆粒、懸浮物等流體的流量，例如紙漿、礦漿和煤粉漿的流量，這是電磁流量計的突出特點。由于電磁流量計的襯里和電極是防腐的，可以用來測來測量腐蝕性介質的流量。（2）電磁流量計輸出電流與流量間具有線性關系，并且不受液體的物理性質（溫度、壓力、黏度）的影響。特別是不受黏度的影響，這是一般流量計所達不到的。（3）只要符合電導范圍,測量特性與流體的性質無關。（4）電磁流量計的測量范圍寬,對于同一臺電磁流量計可達100:1,精度高,可達±0.2%,重復型好優(yōu)于±0.1%.口徑可以從1mm做到2m以上。（5）更換不同的內襯及電極材料可測強酸強堿。（6）電磁流量計反應迅速，可以測量脈動流量。任務4

電磁流量計2.缺點（1）不能測不導電的液體，液氣兩相流，氣體及絕緣類的油類。（2）由于內襯材料及勵磁線圈耐溫的限制，一般只能測180℃以下的流體。（3）受流體流速及流場分布的影響，要求流體流速對軸心均勻對稱分布，所以要有前后直管段。一般只需前5D后2D即可。任務4

電磁流量計四.電磁流量計安裝1.安裝場所(針對防護等級為IP65)（1）測量混合相流體時，選擇不會引起相分離的場所；測量雙組分液體時，避免裝在混合尚未均勻的下游；測量化學反應管道時，要裝在反應充分完成段的下游；（2）盡可能避免測量管內變成負壓；（3）選擇震動小的場所，特別對一體型儀表；（4）避免附近有大電機、大變壓器等，以免引起電磁場干擾任務4

電磁流量計（5）傳感器必須單獨接地（接地電阻100Ω以下）。（6）盡可能避開周圍環(huán)境有高濃度腐蝕性氣體；（7）環(huán)境溫度在－25/－10～50/600℃范圍內,環(huán)境相對濕度在10%～90%范圍內,盡可能避免受陽光直照；（8）避免雨水浸淋，不會被水浸沒。2.直管段長度要求應符合相關規(guī)定，一般需前5D后2D。任務4

電磁流量計3.安裝位置和流動方向傳感器安裝方向水平、垂直或傾斜均可，不受限制。但測量固液兩相流體最好垂直安裝，自下而上流動。這樣能避免水平安裝時襯里下半部局部磨損嚴重，低流速時固相沉淀等缺點。

水平安裝時要使電極軸線平行于地平線，不要處于垂直于地平線，因為處于底部的電極易被沉積物覆蓋，頂部電極易被液體中偶存氣泡擦過遮住電極表面，使輸出信號波動。任務4

電磁流量計五．電磁流量計應用電磁流量計的測量通道是一段無阻流檢測件的光滑直管，因不易阻塞適用于測量含有固體顆?；蚶w維的液固二相流體，如紙漿、煤水漿、礦漿、泥漿和污水等。它不產生因檢測流量所形成的壓力損失，儀表的阻力僅是同一長度管道的沿程阻力，節(jié)能效果顯著，對于要求低阻力損失的大管徑供水管道最為適合。主要應用于水流量的檢測。THANK

YOU謝謝項目四

流量傳感器

任務5

超聲波流量計知識目標：1.了解超聲波流量計的工作原理；2.了解超聲波流量計結構及應用；3.了解超聲波流量計的安裝要求。能力目標：1.能分辨出外貼式、管道式、插入式超聲波流量計；2.知道超聲波工作原理。素質目標：1.培養(yǎng)多角度分析問題和解決問題的能力；2.樹立最優(yōu)化解決問題的思想，鼓勵倡導合作學習的精神。任務5

超聲波流量計一.超聲波流量計工作原理1.工作原理超聲波流量計采用基本的聲波傳播時間法，兩個傳感器發(fā)射和接收具有時間標志的聲波脈沖。零流量時，聲波在兩個傳感器之間往返的時間是完全相同的。液體開始流動時，順流方向的傳播時間較短，而逆流方向的傳播時間較長。通過測量上述順流和逆流的時間差，來確定管道內流體的流量，如圖4-5-1所示。圖4-5-1任務5

超聲波流量計2.原理分類工作現(xiàn)場一般用封閉管道來運輸流體。封閉管道用超聲波流量計按測量原理分類有傳播時間法、多普勒效應法、波束偏移法、相關法、噪聲法。我們將討論用得最多的傳播時間法和多普勒效應法的儀表。傳播速度差法（傳播時間法）：基本原理是通過測量超聲波脈沖順流和逆流傳報時速度之差來反映流體的流速的。按照換能器的配置方法不同，傳播速度差法又分為：Z法(透過法)、V法(反射法)、X法(交叉法)等。多普勒法是利用聲學多普勒原理，通過測量不均勻流體中散射體散射的超聲波多普勒頻移來確定流體流量的，適用于含懸浮顆粒、氣泡等流體流量測量。任務5

超聲波流量計3.特點（1）優(yōu)點工作原理簡單；重復性好，測量精度高，線性好；