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1、液位计与流量测量仪表结构液位计与流量测量仪表结构自动化 1202 魏森龙 12051229一、实验目的一、实验目的1、了解各种液位计与流量仪表的结构、原理。2、熟悉各种液位计与流量测量仪表的特点、选择、安装及使用。二、实验内容二、实验内容1、了解磁翻转液位计、浮筒液位计、超声波液位计、电容式液位计的组成结构及工作原理。2、了解流量仪表的校验方法。3、正确理解孔板流量计的测量原理、取压方式、使用条件、信号转换以及三阀组的作用等内容。4、了解转子流量计、涡轮流量计、靶式流量计、涡街流量计的结构、工作原理、使用条件及特点。5、了解旋进漩涡流量计、椭圆齿轮流量计、电磁流量计、V 型内锥式流量计的结构、
2、工作原理、使用条件及特点。三、实验过程三、实验过程（一）流量计部分1 1、孔板流量计、孔板流量计（1）孔板流量计是利用测量液体流经节流装置所产生的静压差来显示流量大小的一种流量计。它由节流装置（包括节流件和取压装置）、引压管路和三阀组与差压计三部分组成。（2）标准节流元件：标准孔板，标准喷嘴，文丘里管（使用较少）。（3）取压方式：A、角接取压：分为环室取压和单独取压。B、法兰取压：距截流元件前后端面 1 英寸处取压C、径距取压（D-D/2 取压）：距截流元件前端面 1D、后端面 1/2D 处取压（4）三阀组：A、三阀组的作用：在启动流量计是防止单侧受压过大，损坏流量计。B、三阀组的启动顺序和停
3、运顺序：启动顺序：打开平衡阀打开切断阀关闭平衡阀打开另一个切断阀；停运顺序：关闭两个切断阀打开平衡阀。2 2、转子流量计、转子流量计（1）转子流量计是以压差不变，利用节流面积的变化来反映流量的大小，故为恒压差流量计。（2）工作原理与结构：当被测流体沿锥形管由上而下流过转子与锥形管间的环隙时，转子受到向上的阻力而浮起。转子浮力与重力平衡时，转子就停留在某一高度。被测流体的流量增大，作用在转子上下的压差增大，向上的阻力增大，转子在锥形管中的高度升高，造成转子与锥形管间的环隙增大，流体流通面积增大，流体流速变慢，向上的阻力也减小。这样，转子在锥形管中的平衡位置的高低与被测介质的流量大小相对应。（3）
4、使用条件：转子流量计适用于小管径、低雷诺数的小流量测量。仪表精度受被测介质密度、粘度、温度、压力等因素的影响，精度一般在 1.5 级左右，最高可达 1.0 级。（4）特点：结构简单，灵敏度高，量程比宽（10：1），压力损失小且恒定，刻度近线性，价格便宜，使用维护简便。3 3、涡轮流量计、涡轮流量计（1）涡轮流量计是一种速度式流量计，是利用置于流体中的叶轮的旋转角度与流体流速成比例的关系，通过测量叶轮的转速来反映体积流量的大小。（2）工作原理与结构：结构：由涡轮、导流器、检测器、磁电感应转换器、前置放大器和配套显示仪表组成，它可直接以数字量输出，也可通过 D/A 转换为标准统一信号的模拟量输出。
5、原理：当流体流过涡轮流量变送器时，推动涡轮转动，高导磁的涡轮叶片周期性的扫过磁钢，线圈中的磁通量发生周期性的变化，线圈中感应出交变电信号，此信号的频率与涡轮的转速成正比，即与流量成正比。（3）使用条件：A、变送器一般水平安装，直管段长度应 10D 以上，后面为 5D 以上。B、要求被测流体洁净，以减少对轴承的磨损和防止涡轮被卡住，故应在变送器前加过滤装置，安装时要设旁路。C、可用于测量轻质油、低粘度的润滑油及腐蚀性不大的酸碱溶液的流量，不适于测粘度较高的介质的流量。（4）特点：精确度高，反应迅速，可测脉动流量，量程比为 10：120：1，抗干扰能力强。缺点是制造困难，成本高。又因涡轮高速转动，
6、轴承易于磨损，降低了长期运转的稳定性，缩短了使用寿命。4 4、靶式流量计、靶式流量计（1）靶式流量计是应用流体动压原理/流体阻力法测量流量的。（2）工作原理与结构：结构：测量部分由靶、杠杆、密封膜片、测量管路组成；转换部分由同力平衡压差式变送器（电阻应变原理）组成。原理：流体作用于靶上的力由三部分组成：流体对靶正面的冲击力，即流体的动压力；由于靶对流体的节流作用，在靶的前后则产生静压差；流体对靶的粘滞摩擦力。（3）使用条件：靶式流量计可适用于 15200mm 的管径范围内气体或液体的流量测量，尤其可用来测量低雷诺值，含固体颗粒的浆液以及腐蚀性介质的流量。（4）特点：结构简单、安装方便、不需安装
7、引压管和其他辅助管件，也不需隔离罐、冲洗液、保温箱，维护较为方便等优点。缺点是压力损失较大，但在相同流量范围的条件下，高粘度、低雷诺值流体的测量其压损小于孔板。5 5、涡街流量计、涡街流量计（1）涡街流量计是一种以流体自然震荡产生涡街的方式进行测量的速度式流量计。（2）工作原理及结构：结构：核心元件为旋涡发生体。原理：在流体中垂直于流向插入一根非流线型柱状物体，即为旋涡发生体。当流速大于一定值时，在柱状物的下游两侧将产生两列旋转方向相反、交替出现的旋涡，这两列平行的涡列称为卡门涡街。流体的平均流速 v 与卡门旋涡的产生频率 f 成正比，测得 f 可求得 v，由 v 可得被测流量 q。（3）使用
8、条件： 要求流体洁净，流量计前应加过滤装置，设旁路；应水平安装，前后直管段应 20D、5D 以上；切忌引入高速气体。（4）特点：准确度高，0.10.5%，可作标准计量仪表；反应迅速，可测量脉动流量，线性；输出频率信号，抗干扰能力强；成本高、寿命短。6 6、旋进漩涡流量计、旋进漩涡流量计（1）结构：结构紧凑，主要由壳体、旋涡发生体、传感器（温度、压力、流量）、整流器、支架和转换器构成。（2）工作原理：在入口侧安放一组螺旋型导流叶片，当流体进入流量传感器时，导流叶片迫使流体产生剧烈的旋涡流。当流体进入扩散段时，旋涡流受到回流的作用，开始作二次旋转，形成陀螺式的涡流进动现象。该进动频率与流量大小成正
9、比，不受流体物理性质和密度的影响，检测元件测得流体二次旋转进动频率就能在较宽的流量范围内获得良好的线性度。信号经前置放大器放大、滤波、整形转换为与流速成正比的脉冲信号，然后再与温度、压力等检测信号一起被送往微处理器进行积算处理，最后在液晶显示屏上显示出测量结果（瞬时流量、累积流量及温度、压力数据）。（3）使用条件：不适用于低雷诺数的流体测量；在高粘度、低流速、小口径的测量中会受到影响；安装地点应避免机械振动；需配置直管段或整流器。（4）特点：输出为脉冲，其频率与流量成正比，不受流体性质影响；适合大口径、大流量流体测量；精度高，0.51.0，适用于蒸汽、气体和液体； 测量范围宽，量程比可达（30
10、：1100：1）；压力损失较小，一般由于气体；有可能需要干校。 7 7、椭圆齿轮流量计、椭圆齿轮流量计（1）结构：由壳体、计数器、椭圆齿轮和联轴器(分磁性联轴器和轴向联轴器)等组成。（2）工作原理：应用容积法测流量。经测量元件将流体连续地分割成固定体积的单元流体，根据测量元件的动作次数得到总量。（3）使用条件：适用于高粘度介质流量的测量，但不适用于含有固体颗粒的流体，如果被测液体介质中夹杂有气体时，也会引起测量误差；被测介质的流量不宜过小，否则泄漏误差的影响就会突出，不能保证足够的测量精度。（4）特点：流量测量与流体的流动状态无关；粘度愈大的介质，泄漏误差愈小，对测量愈有利；精度高。8 8、电
11、磁流量计、电磁流量计（1）电磁流量计的基本原理是基于电磁感应定律。（2）工作原理及结构：结构：外壳，磁路系统，测量管，衬里和电极。原理：被测介质的流量经检测部分变换成感应电势，然后再由转换部分将感应电势转换成标准的统一直流信号进行输出，以便进行指示、记录或与电动单元组合仪表配套使用。导电流体在磁场中做垂直方向流动而切割磁力线时，会在两极上产生感应电势，感应电势的方向由右手定则判断。（3）使用条件：电磁流量计适用于测量具有导电性的液体介质的流量，不适宜测量气体、蒸汽以及石油制品等电导率很小的液体测量；使用温度为0200，压力 06.4MPa；必需有良好的屏蔽措施。（4）特点：因电磁流量计的测量管
12、内光滑无阻，所以压力损失极小；在采用防腐衬里的条件下，可以测量腐蚀性液体和含有固体颗粒及悬浮物等液体的流量；其输出信号与流量之间呈线性关系且不受液体的物理性质变化的影响；对流量变化反应速度快，故可用来测量脉动流量和正反两向流；测量范围宽，可达 100：1，口径 33000mm，精度 0.2 级。9 9、V V 型内锥式流量计型内锥式流量计（1）结构：V 型锥、差压、压力、温度变送器、流量计算仪、截止阀。（2）工作原理：V 型锥流量计仍是一种通过节流取差压以反映流量大小的节流装置。节流件为一个悬挂在管道中央的锥形体，高压 P1 取自锥体前流体未扰动（即未形成节流，流体未加速）的管壁 ；低压 P2
13、 取自后锥体中央，并通过引压管引至管外，其差压P 的平方根与流量成正比。（3）使用条件：可水平、垂直或倾斜安装，应保证管内充满液体；节流装置前，后直管段应是直的；内壁应洁净，无凹坑与沉淀物。（4）特点：前后直管段要求较短，一般上游只需 0 至 3D，下游只需 0 至1D；精度高，差压输出值可实现0.1% 的重复性；压损小，适合低静压、低流速的测量。（2）流量计的校验方法1、直接测量法（湿法标定） 直接测量法也称为实流校验法，是以实际流体流过被校验仪 表，再用别的标准装置(标准流量计或流量标准装置)测出流过 被校仪表的实际流量，与被校仪表的流量值作比较，或将待标定的仪表进行分度。2、间接则量法（
14、干法标定） 间接则量法是以测量流量仪表传感器的结构尺寸或其它与计算流量有关的量，并按规定方法使用，间接地校验其流量值，获得相应的精确度。（三）液位计部分1 1、磁翻转式液位计、磁翻转式液位计（1）组成及结构：带有磁铁的浮子随管内液位升降，利用磁性的吸引，使得带有磁铁的红白两面分别得翻板或翻球产生翻转。有液体的位置红色朝外，无液体的位置白色朝外。（2）特点及适用范围：色彩分明，观测效果好；可替代玻璃板或玻璃管液位计，用来检测有压容器或敞口容器内的液位；可就地指示，也可附加报警及信号远传功能；主要用于中小容器和生产设备的液位或界面的测量；附近不可有强磁场。2 2、浮筒液位计、浮筒液位计（1）浮筒液
15、位计是变浮力式液位计的典型代表。（2）组成及结构：浮筒、弹簧、磁钢室和指示器（3）工作原理：当物体被液体侵没的体积不同时，则物体所受的浮力也不同，因此通过检测物体所受的浮力的变化，便可知道液位的变化。（4）特点：量程由浮筒长度决定，国产：300、500、800、1200、1600、2000mm；只能用于测量轻、净介质；当被测介质密度变化时，必须进行密度修正；精度 0.51.0 级，可测液位、界位。3 3、超声波液位计、超声波液位计（1）结构：核心元件：超声波换能器（压电效应和逆压电效应）（2）工作原理：声波在穿过介质时会被吸收而衰减。一般把超过 20kHz 的声波（机械波）称为超声波。超声波液
16、位仪表是基于回声测距原理工作的。声波遇到两种不同密度的介质界面时会发生反射。（3）测量方法：超声波液位计按传声介质不同，可分为气介式、液介式和固介式三种。按探头工作方式分为，单探头式和双探头式。（4）特点及适用范围：无可动部件，换能器的振幅小，寿命长，可实现非接触式测量（气介式）； 不受介质粘度的影响，并与介质的介电常数、电导率、热导率等无关； 适合强腐蚀、高压、有毒、高粘度液体的液位和界位测量；（5）校正方法：固定校正具方法，活动校正具方法，固定距离标志方法。4 4、电容式液位计、电容式液位计（1）结构：由电容传感器和测量电路组成。（2）工作原理：它是一根金属棒插入盛液容器内，金属棒作为电容的一个极，容器壁作为电容的另一极。两电极间的介质即为液体及其上面的气体。由于液体的介电常数 1 和液面上的介电常数 2 不同，比如:12，则当液位升高时，电容式液位计两电极间总的介电常数值随之加大因而电容量增大。反之当液位下降， 值减小，电容量也减小。所以，电容式液位计可通过两电极间的电容量的变化来测量液位的高低。（3）特点及适用范围：电容液
