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1、第四章 流量检测仪表1 概述（流量的概念和单位、流量检测方法及流量计分类） 在生产过程中，为了有效地进行操作、控制和监督，需要检测各种流体的流量。物料总量的计量还是经济核算和能源管理的重要依据。流量检测仪表是发展生产，节约能源，改进产品质量，提高经济效益和管理水平的重要工具，是工业自动化仪表与装置中的重要仪表之一。 流体的流量是指在短暂时间内流过某一流通截面的流体数量与通过时间之比，该时间足够短以致可认为在此期间的流动是稳定的。此流量又称瞬时流量。流体数量以体积表示称为体积流量，流体数量以质量表示称为质量流量。 流量的表达式为： 式中为体积流量，单位；为质量流量，；V为流体体积，m3；M为流体
2、质量，Kg；t为时间；为流体密度，；为流体平均流速，；为流通截面面积，。 在某段时间内流体通过的体积或质量总量称为累计流量或总流量，它是体积流量或质量流量在该段时间的积分。 流量检测方法可以归为体积流量检测和质量流量检测两种方式，前者测 得流体的体积流量值，后者可以直接测得流体的质量流量值。 测量流量的仪表称为流量计，测量流体总量的仪表称为计量表或总量计。流量计通常由一次装置和二次仪表组成。一次装置安装于流道的内部或外部，根据流体与之相互作用关系的物理定律产生一个与流量有确定关系的信号，这种一次装置亦称流量传感器。二次仪表则给出相应的流量值大小。 流量计的种类繁多，各适合于不同的工作场合。按检
3、测原理分类的典型流量计列在见下表。流量计的分类类别仪表名称体积流量容积式流量计椭圆齿轮流量计、腰轮流量计、皮膜式流量计等差压式流量计节流式流量计、均速管流量计、弯管流量计、靶式流量计、浮子流量计等速度式流量计涡轮流量计、涡街流量计、电磁流量计、超声波流量计等质量流量计推导式质量流量计体积流量经密度补偿或温度、压力补偿求得质量流量等直接式流量计科里奥利流量计、热式流量计、冲量式流量计等2. 容积式流量计 容积式流量计是直接根据排出体积进行流量累计的仪表，它利用运动元件的往复次数或转速与流体的连续排出量成比例对被测流体进行连续的检测。容积式流量计可以计量各种液体和气体的累积流量，由于这种流量计可以
4、精密测量体积量，所以其类型包括从小型的家用煤气表到大容积的石油和天然气计量仪表，广泛地用作管理和贸易的手段。容积式流量计由测量室、运动部件、传动和显示部件组成。它的测量主体为具有固定标准容积的测量室，测量室由流量计内部的运动部件与壳体构成。在流体进、出口压力差的作用下，运动部件不断地将充满在测量室中的流体从人口排向出口。假定测量室的固定容积为V，某一时间间隔内经过流量计排出流体的固定容积数为，则被测流体的体积总量Q可知。容积流量计的流量方程式可以表示为：Q=nV。计数器通过传动机构测出运动部件的转数，n即可知，从而给出通过流量计的流体总量。在测量较小流量时，要考虑泄漏量的影响，通常仪表有最小流
5、量的测量限度。容积式流量计的运动部件有往复运动和旋转运动两种形式。往复运动式有家用煤气表、活塞式油量表等。旋转运动式有旋转活塞式流量计、椭圆齿轮流量计、腰轮流量计等。各种流量计型式适用于不同的场合和条件。21 椭圆齿轮流量计椭圆齿轮流量计的测量本体由一对相互啮合的椭圆齿轮和仪表壳体构成，其工作原理如下图所示。两个椭圆齿轮A、B在进出口流体压力差的作用下，交替地相互驱动，并各自绕轴作非匀角速度的转动。在转动过程中连续不断地将充满在齿轮与壳体之间的固定容积内的流体一份份地排出。齿轮的转数可以通过机械的或其他的方式测出，从而可以得知流体总流量。两个齿轮每转动一圈，流量计将排出4个半月形容积的流体。通
6、过椭圆齿轮流量计的流体总量可表示为： Q=4nV0。式中n为椭圆齿轮的转数；Vo为半月形容积，两个半月形容积相等且恒定。齿轮的转数通过变速机构直接驱动机械计数器来显示总流量。也可以通过电磁转换装置转换成相应的脉动信号，由对脉动信号的计数就可以反映出总流量的大小。椭圆齿轮流量计适用于高粘度液体的测量。流量计基本误差为0.20.5；范围度为10：1；工作温度要低于120，以防止齿轮卡死。在使用时要注意防止齿轮的磨损与腐蚀，以延长仪表寿命。当被测液体的粘度3010-3Pas时，其压力损失0.04MPa。22 腰轮流量计 腰轮流量计的工作原理与椭圆齿轮流量计相同，它们的结构也相似，只是一对测量转子是两
7、个不带齿的腰形轮。腰形轮形状保证在转动过程中两轮外缘保持良好的面接触，以依次排出定量流体，而两个腰轮的驱动是由套在壳体外的与腰轮同轴上的啮合齿轮来完成。因此它较椭圆齿轮流量计的明显优点是能保持长期稳定性。其工作原理见下图所示。 腰轮流量计可以测量液体和气体，也可以测高粘度流体。其基本误差为0.20. 5，范围度为10：1，工作温度120以下，压力损失小于0.02 MPa。23皮膜式家用煤气表皮膜式家用煤气表的工作原理如下图所示。在刚性容器中由柔性皮膜分隔而成工和、和四个计量室。可以左右运动的滑阀在煤气进出口差压的作用下作往复运动。煤气由人口进入，通过滑阀的换向依次进入气室工、或、，并排向出口。
8、图中带箭头的实线表示气体进入的过程，带箭头的虚线表示气体排出的过程。皮膜往复一次将流过一定体积的煤气，通过传动机构和计数装置能测得往复次数，从而可知煤气总量。此仪表结构简单，使用维护方便，价廉，精确度可达2，是家庭专用仪表。其皮膜的运动如同风箱，故这种流量计也有风箱式流量计之称。（附加介绍家用自来水表原理）叶轮式流量计（测速型） 家用自来水表就是典型的叶轮式流量计，其用途只在于提供总用水量，以便按量收费。自来水表的结构如下图。自进水口1流入的水经筒状部件2周围的斜孔，沿切线方向冲激叶轮3。叶轮轴经过齿轮逐级减速，带动各个十进位指针以指示累积总流量，齿轮装在图中4处。此后，水流再经筒状部件上排各
9、孔5，汇总至出水口6。 为了减少磨损，叶轮及各个齿轮都采用较轻而耐磨的塑料制造，这样也避免了锈蚀。叶轮式自来水表比较简单价廉，但精确度不高，一般只有2级左右。同样的原理也可以用在气体流量测量上，国产QBJA型高压力燃气表就是叶轮式，用在4kgf/ m2管路上，由降压至700mmH2O的燃气经五个喷嘴吹动叶轮。3. 差压流量计(节流式流量计)差压式流量计基于在流通管道上设置流动阻力件，流体通过阻力件时将产生压力差，此压力差与流体流量之间有确定的数值关系，通过测量差压值可以求得流体流量。最常用的差压式流量计是由产生差压的装置和差压计组合而成。流体流过差压产生装置形成静压差，由差压计测得差压值，并转
10、换为流量信号输出。产生差压的装置有多种型式，包括节流装置：如孔板、喷嘴、文丘利管等，以及动压管、均速管、弯管等。其他型式的差压式流量计还有靶式流量计、浮子流量计等。节流式流量计可用于测量液体、气体或蒸汽的流量。这种流量计是应用 历史最长和最成熟的差压式流量计，至今在生产过程所用的流量仪表中仍占有重要地位。节流式流量计中产生差压的装置称节流装置，其主体是一个局部收缩阻力件，称为节流元件。通过节流元件改变流体流通截面，从而在节流元件前后形成压力差。节流装置分为标准节流装置和非标准节流装置两大类，标准节流装置的研究最充分，实验数据最完善，其型式已经标准化和通用化，只要根据有关标准进行设计计算，严格遵
11、照加工要求和安装要求，这样的节流装置不需进行单独标定就可以使用。非标准节流装置用以解决脏污和高粘度流体的流量测量问题，尚缺乏足够的实验数据，故没有标准化。节流式流量计的特点是结构简单，无可动部件；可靠性较高；复现性能好；适应性较广，它适用于各种工况下的单相流体，适用的管道直径范围宽，可以配用通用差压计；装置又标准化。其主要缺点是安装要求严格；流量计前后要求较长直管段；测量范围窄，一般范围度为3：1；压力损失较大；对于较小直径的管道测量比较困难(Dd。， 则，于是，振荡将不断衰减。如果把晶体管和反馈变压器都看成是完全线性的元件，即把K和都当作与振荡幅度无关的参数，那么衔铁位置一旦使，振荡幅度便将愈来愈大，直到饱和，而一旦，振幅便会愈减愈小，直到完全停振。这就是说，杠杆上带的衔铁位置在d。附近只要有一个极微小的移动，就会
