《傳感器及應(yīng)用（第三版）》 課件 模塊六　流量的測量

模塊六流量的測量463課題二超聲波流量計課題一渦輪流量計課題三差壓式流量計課題四電磁流量計流量測量在生產(chǎn)和生活中發(fā)揮著重要作用，如汽車廠借助流量測量來衡量發(fā)動機的效率，石油化工行業(yè)利用流量傳感器掌握流體的流量變化，供水、供氣部門則用水表、煤氣表計量消耗的資源數(shù)量等。465課題一渦輪流量計466學(xué)習(xí)目標

了解流量的基本概念。

熟悉渦輪流量計的結(jié)構(gòu)和工作原理。

熟悉渦輪流量計測量系統(tǒng)的組成。

了解渦輪流量計的特點。

掌握渦輪流量計的選擇和使用方法。

能進行渦輪流量計的選型、安裝和接線。467知識引入工業(yè)過程控制是以溫度、壓力、流量、液位等連續(xù)變化的參數(shù)為控制對象的控制方式，是工業(yè)自動化的重要分支。圖所示的過程控制實驗裝置可以模擬小型電熱鍋爐的運行，完成多種過程控制實驗。設(shè)置在進水管路上的流量傳感器，將測得的流量傳送給控制器———PLC，在控制器中與預(yù)先設(shè)定的值進行比較，然后輸出控制指令給執(zhí)行器，控制三相水泵的運轉(zhuǎn)，從而保證流量穩(wěn)定在設(shè)定值附近。468469過程控制實驗裝置示意圖知識講解一、流量的基本概念流體在單位時間內(nèi)流過管道或設(shè)備橫截面的數(shù)量稱為流量，也稱瞬時流量。流量按測量對象不同可分為體積流量、質(zhì)量流量和能量流量三類?，F(xiàn)場液體、氣體等在某一時間段內(nèi)通過某一管道截面的流體總量，稱為累積流量。470在國際單位制中，體積流量的單位為米3/秒（m3/s），質(zhì)量流量的單位為千克/秒（kg/s）。在工程中常用的流量單位有計量體積流量的米3/時（m3/h）、升/時（L/h）以及計量質(zhì)量流量的千克/時（kg/h）、噸/時（t/h）。流量測量中使用的傳感器稱為流量計。測量體積流量的流量計稱為體積流量計，測量質(zhì)量流量的流量計稱為質(zhì)量流量計。流量計按測量原理分為差壓式、速度式、容積式和質(zhì)量式四大類。各種流量測量儀表既有其特定的適用性，又有其局限性，流量測量儀表的先進與否是相對而言的。471二、渦輪流量計的結(jié)構(gòu)和工作原理渦輪流量計是通過測量放置在流體中的渦輪的旋轉(zhuǎn)速度，利用流體流速與渦輪轉(zhuǎn)速的近似線性關(guān)系而確定流體流量的，其外形如圖所示。472渦輪流量計外形其工作原理是：在管道中心安放一個渦輪，兩端由軸承支撐，當流體通過管道時，沖擊渦輪葉片，對渦輪產(chǎn)生驅(qū)動力矩，使渦輪克服摩擦力矩和流體阻力矩而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，在一定的流量范圍內(nèi)，對一定的流體介質(zhì)，渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度與流體流速成正比，由此，流體流速可通過渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度得到，從而計算出通過管道的流體流量。473渦輪流量計的結(jié)構(gòu)如圖所示，主要由渦輪、導(dǎo)流器、殼體和傳感線圈等組成。474渦輪流量計的結(jié)構(gòu)1—導(dǎo)流器壓圈2—導(dǎo)流體3—導(dǎo)流片4、9—軸5—傳感線圈6—前置放大器7—永久磁鐵8—渦輪10—殼體渦輪的轉(zhuǎn)速通過裝在機殼外的傳感線圈來檢測，當渦輪葉片切割由殼體內(nèi)永久磁鐵產(chǎn)生的磁力線時，就會引起傳感線圈中的磁通變化，傳感線圈將檢測到的磁通周期變化信號送入前置放大器，對信號進行放大、整形，產(chǎn)生與流速成正比的脈沖信號，送入轉(zhuǎn)速與流量換算電路，得到并顯示累積流量值；同時也將脈沖信號送入頻率電流轉(zhuǎn)換電路，將脈沖信號轉(zhuǎn)換成模擬電流量，進而指示瞬時流量值。475三、渦輪流量計測量系統(tǒng)的組成渦輪流量計的傳感元件（磁電式傳感器）所產(chǎn)生的信號是脈沖型的微小電壓，需要經(jīng)前置放大器放大、整形后方能輸出可供使用的脈沖信號。因此，渦輪流量計測量系統(tǒng)通常由渦輪流量計、前置放大器和流量積算顯示儀等組成，如圖所示。476渦輪流量計測量系統(tǒng)的組成前置放大器通常與傳感器集成在一起，流量計廠家一般會提供多種組合方式，選定后只要配備流量積算顯示儀即可使用（有些流量積算顯示儀也集成在傳感器上）。渦輪流量計輸出的脈沖信號有效值在10mV以上時，也可以直接輸送給集散控制系統(tǒng)（DCS）中的檢測計算機，利用計算機上的組態(tài)監(jiān)控程序?qū)崿F(xiàn)流量的積算、顯示、報警等。流量計的輸出信號可以是頻率信號、0~5V電壓信號、4~20mA電流信號。477四、渦輪流量計的特點渦輪流量計是過程控制中常用的流量傳感器，具有精度高、測量范圍寬、重復(fù)性好、壓力損失小、數(shù)字信號輸出等特點。渦輪流量計多用于封閉管道環(huán)境下的介質(zhì)流量測量，相比同類流量計量工具，它適合于測量黏性較低且無強腐蝕性的清潔液體介質(zhì)，目前在石油化工、冶金礦產(chǎn)、城市燃氣管網(wǎng)、食品、造紙等行業(yè)有著大量的應(yīng)用。478這種傳感器具有如下優(yōu)點。（1）精度高，測量精度可達0.2%~0.5%。（2）測量范圍寬，最大和最小線性流量比通常為10∶1和6∶1，適用于流量變化幅度大的場合。（3）重復(fù)性好，短期重復(fù)性可達0.05%~0.2%。（4）數(shù)字信號輸出，輸出與流量成正比的脈沖信號，便于遠距離傳送和計算機處理，抗干擾能力強。（5）壓力損失小，安裝維修方便，結(jié)構(gòu)簡單，耐腐蝕。479但同時，傳感器也存在一些使用局限性，具體如下。（1）不能長期保持校準特性，需要定期校驗。（2）對被測介質(zhì)的清潔度要求較高，含有懸浮物或磨蝕性液體時容易造成軸承磨損或卡住。（3）普通型不適用于較高黏度的介質(zhì)，會使傳感器的線性變差。（4）流體的物理性質(zhì)和環(huán)境條件對流量計量的影響較大。（5）為保證測量精度，要求傳感器上下游的直管段較長，安裝空間較大。480五、渦輪流量計的選型和安裝1.渦輪流量計的選型（1）測量的流體渦輪流量計適于測量潔凈（或基本潔凈）的低黏度氣體或液體，如水、輕油、石油溶劑、酸、堿、液氧、液氮、液氫及空氣、氧氣等。（2）渦輪流量計的口徑渦輪流量計的口徑一般由流量范圍決定。使用時的最小流量不得低于該口徑允許測量的最小流量，最大流量不得高于該口徑允許測量的最大流量。在斷續(xù)使用的場合，一般按實際使用最大流量的1.3倍選擇，連續(xù)使用時按實際使用最大流量的1.4倍選擇。481（3）管道長度傳感器上游直管段長度L與管道內(nèi)徑D的比值一般應(yīng)滿足下列關(guān)系：L/D=0.35R/f式中f———管道內(nèi)壁摩擦系數(shù)，一般可取為0.0175；

R———旋渦速度比，取決于上游局部阻流件類型。對管路情況不清楚時，一般可取上游直管段長度不小于20D，下游直管段長度不小于5D。482（4）主要部件的材質(zhì)渦輪流量計本體最好選用不銹鋼材料以防腐蝕；流量計軸承一般有碳化鎢、聚四氟乙烯、碳石墨三種材質(zhì)，碳化鎢的精度最高，常作為工業(yè)控制的標準件，其他兩類在化工場所應(yīng)優(yōu)先考慮。其他還需要考慮流體溫度、流體的公稱壓力、環(huán)境條件、壓力損失等指標。4832.渦輪流量計的安裝（1）渦輪流量計在安裝前可先與顯示儀或示波器接好連線，通上電源，用口吹或用手撥葉輪，使其快速旋轉(zhuǎn)，觀察有無顯示。當有顯示時再安裝傳感器。（2）渦輪流量計一般為水平安裝，流體流向必須和箭頭指向一致，確需垂直安裝時，流體方向必須向上。（3）與傳感器連接的前后管道的內(nèi)徑應(yīng)與傳感器口徑一致，管道中心和傳感器中心一致。484（4）在流量計的連接管道中安裝旁路管道和截止閥，以利于啟動保護和維修。（5）當流體中含有雜質(zhì)時，應(yīng)加裝過濾器，過濾器網(wǎng)目一般為20~60目。（6）分離式流量計和放大器之間的間距一般為3~5m，傳感器輸出信號采用雙芯屏蔽電纜傳輸至信號檢測放大器的輸入端。（7）傳感器應(yīng)遠離外界電場、磁場，必要時應(yīng)采取有效的屏蔽措施，以避免外來干擾。485課題二超聲波流量計486學(xué)習(xí)目標

了解超聲波的概念。

掌握超聲波流量計的工作原理。

了解超聲波流量計的特點和分類。

掌握超聲波流量計的選擇和使用方法。

能根據(jù)現(xiàn)場要求選擇和安裝超聲波流量計。487知識引入管道運輸因經(jīng)濟、便攜、安全被廣泛應(yīng)用于石油、天然氣等的運輸中。但隨著管線延長，易發(fā)生管道泄漏事故，會影響生產(chǎn)并導(dǎo)致環(huán)境污染和人員損傷，因此，管道流量監(jiān)測對保障管道運輸安全有重要意義。488輸油管流量監(jiān)測知識講解超聲波流量計是集成電路技術(shù)和檢測技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，由于響應(yīng)速度快、非接觸式測量且對流體不產(chǎn)生擾動和阻力，因此在大口徑管道計量中得到廣泛應(yīng)用。489一、超聲波的概念人類耳朵能聽到的聲波頻率為20Hz~20kHz，當聲波的振動頻率小于20Hz或大于20kHz時，人耳便聽不見了。頻率高于20kHz的聲波稱為超聲波。超聲波方向性好，穿透能力強，能量較為集中，能在各種不同介質(zhì)中傳播，且傳播的距離遠，可用于測距、測速、清洗、焊接、碎石、殺菌消毒等，在醫(yī)學(xué)、軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)上有很多的應(yīng)用。490超聲波探頭也稱為換能器，常用的是壓電式換能器，其是利用壓電材料的壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)制成的。壓電效應(yīng)在前面的模塊中已經(jīng)講過，不再贅述。逆壓電效應(yīng)是指當在壓電材料的極化方向施加電場，這些材料就在一定方向上產(chǎn)生機械變形或機械應(yīng)力，當外加電場撤去時，這些變形或應(yīng)力也隨之消失的物理現(xiàn)象。壓電材料因外加電場而產(chǎn)生機械振動，調(diào)節(jié)交變電場就可以產(chǎn)生高頻機械振動，即超聲波。因此，將這種電能和聲能能夠相互轉(zhuǎn)換的器件稱為換能器，其中，將電能轉(zhuǎn)換成聲能的器件稱為發(fā)射換能器，將聲能轉(zhuǎn)換成電能的器件稱為接收換能器。491發(fā)射換能器和接收換能器通常是分開使用的，但也可以共用一個。發(fā)射探頭采用適當?shù)陌l(fā)射電路，利用壓電元件的逆壓電效應(yīng)，把電能加到壓電元件上，使其產(chǎn)生超聲波振動，超聲波以某一角度射入流體中傳播；接收換能器則利用壓電效應(yīng)，通過接收超聲波并將其轉(zhuǎn)換為電能，實現(xiàn)信號檢測。換能器通常由壓電元件和聲楔構(gòu)成。壓電元件一般用壓電陶瓷制造，為圓形薄片，沿厚度方向振動；而聲楔則起到固定壓電元件，使超聲波以合適的角度射入流體的作用，如圖所示。492493壓電式超聲波換能器a）結(jié)構(gòu)示意圖b）外形二、超聲波流量計的工作原理超聲波在流動的流體中傳播時，通過接收穿過流體的超聲波可以檢測出流體的流速，從而換算成流量。一般來說，超聲波流量計是測量體積流量的。超聲波流量計由超聲波換能器、轉(zhuǎn)換器及流量顯示系統(tǒng)等組成，如圖所示。超聲波換能器將電能轉(zhuǎn)換為超聲波能量，將其發(fā)射并穿過被測流體，接收器接收到超聲波信號，經(jīng)轉(zhuǎn)換器放大并轉(zhuǎn)換為代表流量的電信號，供顯示和積算，實現(xiàn)流量的檢測顯示。轉(zhuǎn)換器在結(jié)構(gòu)上分為固定盤裝式和便攜式兩類。換能器和轉(zhuǎn)換器之間由專用信號傳輸電纜連接，在固定測量的場合需在適當?shù)牡胤窖b接線盒。494495超聲波流量計的組成利用超聲波探頭檢測流量時，轉(zhuǎn)換器的檢測方法主要有傳播時差法、頻率差法、多普勒法等，檢測方法不同，測量精度也不同。1.時差式超聲波流量計時差式超聲波流量計是利用超聲波在流動的流體中，順流傳播時間與逆流傳播時間之差與被測流體流速的關(guān)系獲得流量的，其原理圖如圖所示。496時差式超聲波流量計原理圖2.多普勒式超聲波流量計多普勒式超聲波流量計是利用多普勒效應(yīng)來測定流體的流量的。497多普勒超聲波流量計三、超聲波流量計的特點與分類1.超聲波流量計的特點相對于傳統(tǒng)的流量計而言，超聲波流量計具有下列主要特點。（1）解決了大管徑、大流量及各類明渠、暗渠測量困難的問題。（2）對介質(zhì)幾乎無要求。（3）超聲波流量計的流量測量準確度幾乎不受被測流體溫度、壓力、密度、黏度等參數(shù)的影響。（4）超聲波流量計的測量范圍度寬，一般可達20∶1。4982.超聲波流量計的分類根據(jù)使用場合不同，超聲波流量計可以分為固定式超聲波流量計和便攜式超聲波流量計，其主要區(qū)別見表。499超聲波流量計的類型a）固定分體式b）固定一體式c）手持便攜式d）便攜式500固定式超聲波流量計和便攜式超聲波流量計的區(qū)別超聲波流量計按照換能器的安裝方式分類，可以分為外貼式、插入式、管段式三種類型，如圖所示。501超聲波流量計的安裝方式a）外貼式b）插入式c）管段式（1）外貼式外貼式超聲波流量計在安裝換能器時無須管道斷流，即貼即用，安裝簡單，使用方便，只用一套流量計就可測量不同口徑管道內(nèi)液體的流量，性價比高。（2）插入式插入式超聲波流量計在安裝時可以不斷流，利用專門工具在管道上打孔，把換能器插入管道內(nèi)，完成安裝。（3）管段式管段式超聲波流量計把換能器和測量管組成一體，解決了某些管道無法測量的難題，測量精度也比其他超聲波流量計高，但犧牲了不斷流安裝的優(yōu)點，要求切開管道安裝換能器。502四、超聲波流量計的選擇選擇超聲波流量計，要在掌握常用超聲波流量計的特點及適用場所、被測流體的性質(zhì)、安裝地點及對測量精度的要求的基礎(chǔ)上進行。1.常用超聲波流量計的適用場所（1）多普勒式超聲波流量計這種流量計只能測量含有適量懸浮顆?；驓馀莸牧黧w，對被測介質(zhì)要求較苛刻，即不能是潔凈水，同時雜質(zhì)含量要相對穩(wěn)定，且不同廠家的儀表性能和要求也不完全一樣。選擇此類流量計時既要對被測介質(zhì)心中有數(shù)，又要了解所選流量計的性能、精度和對介質(zhì)的要求。503（2）便攜式超聲波流量計便攜式超聲波流量計適用于臨時性測量，主要用于校對管道上已安裝的其他流量儀表的運行狀態(tài)、進行某區(qū)域內(nèi)的流體狀況測試、檢查管道的當時流量等，此時選用便攜式超聲波流量計既方便又經(jīng)濟。（3）時差式超聲波流量計它主要用來測量潔凈流體和雜質(zhì)含量不高（雜質(zhì)含量小于10g/L，粒徑小于1mm）的均勻流體，如純凈水、污水等流量的計量，精度可達±1.5%FS（FS為滿量程輸出值）。504（4）管段式超聲波流量計這種流量計的精度較高，可達到±0.5%FS，而且不受管道材質(zhì)、襯里的限制，適用于流量測量精度要求較高的場合。但隨著管徑的增大，成本也會隨之增加，因此，選用中小口徑的管段式超聲波流量計較為經(jīng)濟。（5）插入式超聲波流量計如果有足夠的安裝空間，則使用插入式換能器代替外貼式換能器，可徹底消除管襯、結(jié)垢及管壁對超聲波信號衰減的影響，測量穩(wěn)定性更高，也大大減小了維護工作量，而且插入式換能器也可以實現(xiàn)不斷流安裝，因此其應(yīng)用范圍正在不斷擴大。5052.被測流體的性質(zhì)明確介質(zhì)是水還是其他流體、其黏度系數(shù)是多少、透射超聲波的能力如何、是否含氣泡、固體微粒及其含量是多少等。3.流道條件及其對測量精度的要求對于不同的流道如管道、管渠、明渠和河流應(yīng)選擇對應(yīng)的流量計。對于長平直段的流道或?qū)y量精度要求不高的場合，可選用較少聲道數(shù)的流量計；明渠和大口徑管道，當測量精度要求較高時，可選用多聲道流量計。506五、超聲波流量計的使用超聲波流量計在使用中，需要注意以下幾個方面的問題。1.正確選型這是超聲波流量計能夠正常工作的基礎(chǔ)。如果選型不當，會造成流量無法測量，或用戶使用不便等后果。具體選型原則參照前面的介紹。5072.合理安裝換能器安裝不合理是超聲波流量計不能正常工作的主要原因。安裝換能器需要考慮位置和安裝方式兩個問題。確定位置時除保證留有足夠的上、下游直管段外，還要特別注意換能器應(yīng)盡量避開有變頻調(diào)速器、電焊機等污染電源的場合。在安裝方式上，主要有對貼式和Z方式、V方式三種，如圖所示。508換能器的安裝方式a）對貼式b）Z方式c）V方式3.及時核校對于現(xiàn)場安裝固定式超聲波流量計數(shù)量大、范圍廣的用戶，可以配備一臺同類型的便攜式超聲波流量計，用于核校現(xiàn)場儀表的情況。應(yīng)堅持一裝一校，即對每一臺新裝超聲波流量計在安裝調(diào)試時進行核校，確保選位好、安裝好、測量準；另外，當在線運行的超聲波流量計發(fā)生流量突變時，要利用便攜式超聲波流量計進行及時核校，查清流量突變的原因，弄清楚是儀表發(fā)生故障還是流量確實發(fā)生了變化。5094.定期維護與其他流量儀表相比，超聲波流量計的維護量是比較小的。對于外貼式超聲波流量計，安裝以后無水壓損失，無潛在漏水，只需定期檢查換能器是否松動，與管道之間的黏合劑是否良好即可；對于插入式超聲波流量計，要定期清理換能器上沉積的雜質(zhì)、水垢等，檢查有無漏水現(xiàn)象；如果是一體式超聲波流量計，要檢查流量計與管道之間的法蘭連接是否良好，并考慮現(xiàn)場溫度和濕度對其電子部件的影響等。定期維護可以確保超聲波流量計的長期穩(wěn)定運行。510課題三差壓式流量計511學(xué)習(xí)目標

了解差壓式流量計的功能和組成。

了解差壓式流量計的工作原理及主要特點。

熟悉差壓式流量計的常見類型。

掌握差壓式流量計的選取原則及使用注意事項。

能根據(jù)現(xiàn)場要求正確選擇和安裝差壓式流量計。512知識引入焦爐煤氣是焦炭生產(chǎn)的副產(chǎn)物，在軋鋼廠通常用作窯爐煤氣燃燒器的燃料。因焦爐煤氣中含有萘、銨水合物和焦油等，在傳輸過程中會從氣體中分離，在管道內(nèi)壁和其他構(gòu)件上凝結(jié)，造成焦爐煤氣流量監(jiān)測困難。針對該情況，測量時可選擇結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、使用壽命長的差壓式流量計。513窯爐煤氣燃燒器知識講解一、差壓式流量計的功能和組成流體在管道內(nèi)流動時，突然遇到截面積變窄，而使壓力顯著降低的現(xiàn)象，稱為節(jié)流，具有節(jié)流作用的裝置稱為節(jié)流裝置。差壓式流量計顧名思義是使用差壓傳感器測量壓力差來測量流量的，它是根據(jù)安裝于管道中的流量檢測件兩端產(chǎn)生的壓力差、已知的流體條件以及檢測件與管道的幾何尺寸來測量流量的儀表，如圖所示。差壓式流量計由一次裝置（節(jié)流裝置）和二次裝置（差壓轉(zhuǎn)換和流量顯示儀表）組成。這種流量計以能量守恒定律和流動連續(xù)性定律為基準，用于測量封閉管道中單相穩(wěn)定流體（液體、氣體、蒸汽）的體積流量或質(zhì)量流量。514515差壓式流量計傳統(tǒng)的差壓式流量計由節(jié)流裝置、差壓計、壓力計和溫度計等部分組成。孔板式差壓流量計的節(jié)流裝置由孔板和孔板夾持部分組成，其組成示意圖如圖所示。516孔板式差壓流量計的組成示意圖二、差壓式流量計的工作原理及主要特點1.工作原理當充滿管道的流體流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流裝置時，將在節(jié)流裝置處形成局部收縮，在節(jié)流裝置前，流速降低，壓力增大；在節(jié)流裝置后，流速迅速增加，壓力降低，于是在節(jié)流裝置前后產(chǎn)生壓差，流體流量越大，產(chǎn)生的壓差越大。找到流量和壓差的關(guān)系式，就可以用壓差衡量流量的大小。517壓差的大小除與流量密切相關(guān)外，還與其他許多因素有關(guān)。例如，當節(jié)流裝置形式或管道內(nèi)流體的物理性質(zhì)（密度、黏度）不同時，在同樣大小的流量下產(chǎn)生的壓差也是不同的。因此，流量和壓差的關(guān)系式是在一定條件下，針對某種節(jié)流裝置得到的。為了避免對每款流量計進行實驗標定，相關(guān)標準對常用流量計的節(jié)流裝置及其取壓方式、管道條件、測量范圍、流量計算方法等設(shè)定了條件，如果這些條件均滿足要求，流量與壓差之間便有確定的數(shù)值關(guān)系，不必再進行實驗標定。5182.主要特點（1）差壓式流量計應(yīng)用范圍廣泛。（2）該流量計的檢測件與差壓顯示儀表可分開由不同生產(chǎn)廠家生產(chǎn)，它們的連接也非常靈活、方便，便于專業(yè)化形成規(guī)模經(jīng)濟。（3）檢測件（特別是標準型的）全世界通用，并得到國際標準組織的認可。519（4）差壓式流量計還存在一些缺點，如測量的重復(fù)性、精確度在流量計中屬中等水平，由于眾多因素的影響，精確度提高比較困難；范圍度窄，一般3∶1或4∶1；現(xiàn)場安裝條件要求較高，如需較長直管段長度（如孔板、噴嘴等），一般較難滿足；檢測元件與差壓顯示儀表之間的引壓管線易產(chǎn)生泄漏、堵塞、凍結(jié)及信號失真等故障；壓損大（如孔板、噴嘴等）。520三、差壓式流量計的類型差壓式流量計的分類原則和具體類型見表。521差壓式流量計的分類原則和具體類型1.按產(chǎn)生差壓的作用原理分類（1）節(jié)流式：依據(jù)流體通過節(jié)流裝置使部分壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽芏a(chǎn)生差壓的原理工作，其減壓節(jié)流檢測件稱為節(jié)流裝置，節(jié)流式流量計是差壓式流量計的主要品種。（2）動壓頭式：依據(jù)動壓轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓的原理工作，如均速管流量計。522（3）水力阻力式：依據(jù)流體阻力產(chǎn)生差壓的原理工作，檢測件為毛細管束。該流量計又稱層流流量計，一般用于微小流量測量。（4）離心式：依據(jù)彎曲管或環(huán)狀管產(chǎn)生離心力而形成差壓的原理工作，如彎管流量計、環(huán)形管流量計等。（5）動壓增益式：依據(jù)動壓放大原理工作，如皮托-文丘里管流量計。（6）射流式：依據(jù)流體射流撞擊產(chǎn)生差壓的原理工作，如射流式流量計。5232.按結(jié)構(gòu)形式分類按結(jié)構(gòu)形式分類主要是指按節(jié)流裝置的結(jié)構(gòu)分類，主要有標準孔板式、標準噴嘴式、經(jīng)典文丘里管式、V型內(nèi)錐式流量計等類型。（1）標準孔板式：又稱同心直角邊緣孔板，是測量流量的差壓發(fā)生裝置，如圖所示。524標準孔板（2）標準噴嘴式：主要有ISA1932噴嘴和長徑噴嘴兩類。（3）經(jīng)典文丘里管式：由四部分組成，一是入口段，1個圓柱管；二是圓錐收縮段，1個錐型段；三是圓筒形喉道，1個短的直管段；四是圓錐擴散段，1個稍微傾斜的管道，如圖所示。525經(jīng)典文丘里管式流量計（4）V型內(nèi)錐式：是一種通過節(jié)流取差壓以反映流量大小的流量計，如圖所示。526V型內(nèi)錐式流量計結(jié)構(gòu)1—法蘭2—高壓取壓口3—低壓取壓口4—管道5—錐形體四、差壓式流量計的選取原則以孔板、噴嘴和文丘里管為代表的差壓式流量計（統(tǒng)稱標準節(jié)流裝置）在流量領(lǐng)域已應(yīng)用近百年，其優(yōu)點是已標準化，結(jié)構(gòu)簡單、牢固，易于加工制造，價格低廉，通用性強。但是孔板、噴嘴等在測量性能和結(jié)構(gòu)上存在著嚴重的缺陷，所以近百年來人們從未間斷過對它們的研究和改善工作，但是由于先天結(jié)構(gòu)上的缺陷，其本身固有的一些缺點至今仍然沒能得到很好的解決。527選用差壓式流量計時考慮的因素主要有儀表性能、壓力損失、安裝條件、環(huán)境條件和經(jīng)濟因素。1.儀表性能差壓式流量計的主要性能指標包括精確度、重復(fù)性、線性度、流量范圍和范圍度。標準節(jié)流裝置規(guī)定有嚴格的使用范圍，包括管徑、節(jié)流件孔徑、直徑比、雷諾數(shù)范圍、管壁粗糙度等，非標準節(jié)流裝置的使用范圍及其計算式應(yīng)以實流校準為好。差壓式流量計的精確度在很大程度上取決于現(xiàn)場的使用條件，除節(jié)流裝置制造質(zhì)量外，影響因素主要為流體的物性參數(shù)和流體的流動特性。整套流量計的精確度還取決于差壓變送器和流量顯示儀的精確度，其他參數(shù)的精確度不高而只采用高精度差壓變送器并不起多大作用，應(yīng)做全面估計以選擇最佳方案。5282.壓力損失差壓式流量計的壓力損失大是它的一個缺點，但不同結(jié)構(gòu)間亦有差別。在同樣的流量時，噴嘴的壓損只為孔板壓損的30%~50%。各種流量管（文丘里管、道爾管、羅洛斯管等）則是低壓損的節(jié)流裝置，它們的壓損僅為孔板的20%，動壓頭式差壓流量計（均速管流量計）更是以低壓損著稱。5293.安裝條件要應(yīng)用標準文件中規(guī)定的系數(shù)，必須讓使用的節(jié)流裝置與標準節(jié)流裝置相似，現(xiàn)場的安裝條件是達到相似的重要因素。在安裝時節(jié)流件前后的必要直管段長度往往令選用者為難。在此情況下有以下方案可供選擇：采用直管段長度要求較短的節(jié)流裝置，如經(jīng)典文丘里管或其他流量管；用實流校驗方法確定現(xiàn)場條件下的流出系數(shù)，實流校驗可以是在線的或離線的。5304.環(huán)境條件差壓式流量計的差壓變送器和流量顯示儀兩部分有微處理器和電子元器件，它們對環(huán)境條件的要求與一般電子儀表是一樣的。5.經(jīng)濟因素經(jīng)濟因素包括購置費、安裝費、運行費、校驗費、維護費和備品備件的費用。531五、差壓式流量計的使用注意事項一臺差壓式流量計能夠可靠地運行、達到設(shè)計精確度要求，正確使用很重要，實際應(yīng)用時應(yīng)注意以下問題。（1）差壓式流量計標準規(guī)定的工作條件在現(xiàn)場完全滿足比較困難，偏離標準規(guī)定是難免的，重要的是估計偏離的程度。建議進行適當?shù)难a償（修正），否則會加大估計的測量誤差。（2）差壓式流量計檢測件節(jié)流裝置安裝于嚴酷的工作場所，長期運行后，管道或節(jié)流裝置都會發(fā)生某些變化，如堵塞、結(jié)垢、磨損、腐蝕等。532課題四電磁流量計533學(xué)習(xí)目標

了解電磁流量計的工作原理和結(jié)構(gòu)。

了解電磁流量計的特點和應(yīng)用。

掌握電磁流量計的安裝和使用要求。

能根據(jù)現(xiàn)場要求正確選擇電磁流量計。534知識引入自來水公司進、出廠水流量的計量既是水資源管理的重要環(huán)節(jié)，又是供水行業(yè)生存發(fā)展的關(guān)鍵。目前，我國城鎮(zhèn)供水行業(yè)主要使用以電磁流量計為主的流量計進行流量計量，如圖所示，這類流量計有一系列優(yōu)良特性，可以解決其他流量計不易應(yīng)用的臟污流、腐蝕流的測量，因此各地自來水公司大量使用電磁流量計，且大量更新為智能化、高精度、多功能的流量儀表。535電磁流量計計量供水知識講解一、電磁流量計的工作原理和結(jié)構(gòu)1.工作原理電磁流量計是根據(jù)電磁感應(yīng)定律，即導(dǎo)體在磁場中做切割磁力線運動時在其兩端會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的規(guī)律制成的一種測量導(dǎo)電性液體的儀表。536如圖所示，導(dǎo)電性液體在垂直于磁場的非磁性測量管道內(nèi)流動，與流動方向垂直的方向上會產(chǎn)生與流量成正比的感應(yīng)電動勢，該電動勢的方向按“右手定則”判斷，大小按下式計算：E=KBvD式中K———儀表常數(shù)；

B———磁感應(yīng)強度，T；

v———測量管道截面內(nèi)的平均流速，m/s；

D———測量管道截面的內(nèi)徑，m。其感應(yīng)電壓信號通過兩個或兩個以上與液體直接接觸的電極檢出，并通過電纜送至轉(zhuǎn)換器，通過處理后送顯示儀表顯示，并轉(zhuǎn)換成4~20mA標準電流或0~1kHz頻率信號輸出。537538電磁流量計的工作原理2.結(jié)構(gòu)電磁流量計主要用于測量導(dǎo)電液體與漿液的瞬時流量與體積流量，由流量傳感器和轉(zhuǎn)換器兩大部分組成。流量傳感器一般由測量管組件、磁路系統(tǒng)、電極和干擾調(diào)整機構(gòu)等部分組成。這類流量計的典型結(jié)構(gòu)如圖6-29所示。測量管上下裝有勵磁線圈，通入勵磁電流后會產(chǎn)生穿過測量管的磁場。將一對電極安裝在測量管的內(nèi)壁上，與液體相接觸，以便引出感應(yīng)電動勢，送到轉(zhuǎn)換器中。產(chǎn)生勵磁電流的電源也是由轉(zhuǎn)換器提供的。539540電磁流量計的典型結(jié)構(gòu)二、電磁流量計的特點和應(yīng)用1.特點（1）優(yōu)點1）無可動部件，可靠性高，長期穩(wěn)定性好。2）無附加阻力，壓力損失小，節(jié)能效果顯著，對于大管徑供水管道尤為適合。3）測量精確度高。典型產(chǎn)品當流體流速在1m/s時，準確度可達±0.3%（讀數(shù)的百分比）。4）測量范圍度大。保證準確度的范圍度一般可達40∶1。5415）測量管道是一段無阻流檢測件的光滑直管，不易阻塞，適用于測量含有固體顆?；蚶w維的流體，如紙漿、煤水漿、礦漿、泥漿和污水等。6）電磁流量計所測得的是體積流量，受流體密度、黏度、溫度、壓力和電導(dǎo)率（只要保證在某閾值之上）變化的影響不顯著。7）對直管段要求低。一般要求上游為5D、下游為3D（D為流量計公稱內(nèi)徑），適合大口徑管路測量。8）很多產(chǎn)品為雙向測量系統(tǒng)，可進行正、反向總量和差值總量的測量。9）可應(yīng)用于腐蝕性流體的測量。542（2）缺點1）不能測量電導(dǎo)率很低的液體，如石油制品和有機溶劑等；不能測量氣體、蒸汽和含有較多較大氣泡的液體。2）通用型電磁流量計由于襯里材料和電氣絕緣材料限制，不能用于較高溫度的液體，在測量遠低于室溫的液體時可能因測