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1、机、电类 传感器与检测技术项目教程 模块五、流量检测 课件 统一书号：ISBN ISBN 978-7-111-48817-0 课程配套网站 www.sensor- 或 2015年2月第1版,（作者：梁森、黄杭美、王明霄、王侃夫）,本模块介绍“流量” 的基本概念、节流式流量计、超声波式流量计，还介绍了电磁兼容原理以及电磁式流量计、科里奥利流量计。,内容简介,今天是：2019年6月21日星期五,現在時間是：09:58,模块五、流量检测（上） 目录,知识链接、流量的基本概念 项目一、节流式流量计 项目二、超声波式流量计 项目三、流量变送器的电磁兼容试验 拓展阅读一 电磁式流量计 拓展阅读二 科里奥利
2、质量式流量计,知识链接、流量的基本概念,流体流过一定截面的量称为“流量”。包含瞬时流量和累积流量。 流量用体积表示时称为“体积流量”，用质量表示时称为“质量流量”。 Q=vA （5-1） M=Q=vA （5-2） 式中 Q体积流量（m3/s）； M质量流量（kg/s）； 流体密度（kg/m3）； v流体平均速度（m/s）； A流通管道截面积（m2）。,現在時間是：09:58,Q及M与直径D、密度的关系,如果流通管道的截面积为圆形，直径为D（单位为m），则：Q=vD2/4，M=vD2/4。 例5-1 已知工作状态下的质量流量最大值Mmax=500t/h，工作状况下被测流体的密度=800kg/m3
3、，求：工作状态下最大的体积流量Q为多少立方米每小时？ 解QM/ 500 000kg/h800 kg/m3=635m3/h。,解 1）Q=vD2/4=(15m/s)3.14(0.25m)24=0.736m3/s。 2）M=Q=10kg/m30.736m3/s=7.36kg/s。 3）Q总=Qt=0.736m3/s3600s=2649.6m3。 4）M总=Mt=7.36kg/s3600s(1000kg/t)=26.50t/h,例5-2 已知某过热蒸气（本教材中特指水蒸气，以下同）的密度=10kg/m3，管道直径D=250mm，被测管道中的平均流速v=15m/s，求： 1）该过热蒸气的平均体积流量Q
4、。 2）该过热蒸气的平均质量流量M。 3）该过热蒸气一小时累积的体积总量Q总为多少立方米？ 4）该过热蒸气每小时的质量总量M总为多少吨？,流体在管道中的流速分布,a）层流时的流速分布 b）紊流时的流速分布,表5-1 常用流量计特性,表5-1 常用流量计特性（续）,玻璃转子流量计(图5-2),a）结构示意图 b）实物 1下基座法兰 2O型垫圈 3玻璃锥管 4浮子 5刻度 6上限挡板 7保护外壳 8上基座法兰,椭圆齿轮流量计（图5-3 ）,椭圆齿轮流量计属于容积式流量计，又称定排量流量计，是准确度较高的一类流量计。容积式流量计按其测量元件分类，又分为椭圆齿轮流量计、腰轮流量计、刮板流量计、旋转活塞
5、流量计、往复活塞流量计、圆盘流量计、液封转筒式流量计等。,椭圆齿轮流量计的工作过程,图5-4 椭圆齿轮流量计的工作过程 a）齿轮1的两端分别处于入口侧和出口侧 b）齿轮1中的液体被挤到出口侧 c）齿轮2的两端分别处于入口侧和出口侧,涡轮流量计 结构示意图（图5-5 ）,1安装法兰 2流体入口导流片（固定） 3导流片固定杆 4涡轮轴承,多叶片转子涡轮流量计工作原理,涡轮感受流体的平均流速。壳体由非磁性的不锈钢制成；涡轮由导磁的不锈钢制成，装有螺旋状叶片。管道的直径越大，叶片的数量就越多（424片不等）。涡轮两端由耐磨的碳化钨硬质合金或四氟化碳轴承支撑。,测量气体时，叶片的倾角为1015； 测量液
6、体时，叶片的倾角为3045。叶片与内壳间的间隙为1mm左右。,多叶片转子涡轮流量计工作原理(续),当涡轮旋转时，导磁叶片顶部周期性地切割磁力线，使通过线圈的磁感应强度B发生周期性变化，从而在线圈内感应出频率为f的电脉冲信号eo。再经放大、整形，微处理器即可计算得到涡轮的转速：,n=60f/z。 式中的 z 为涡轮的叶片数目。将转速信号远传至二次仪表。,磁电接近开关发讯器原理示意图(图5-6),1被测旋转体(导磁不锈钢叶片） 2非导磁涡轮壳体 3永久磁铁 4线圈 5发讯器磁性外壳 6磁力线,卡门涡街流量计(图5-7),1安装法兰 2管道 3旋涡发生锥体 4卡门旋涡 5超声波发生器探头 6超声波接
7、收器探头,卡门涡街流量计原理,当流体流经圆锥体时,由于流体和圆锥体之间的摩擦,一部分流体的动能转化为流体振动,在锥体的后部两侧交替地产生卡门旋涡。由于两侧旋涡的旋转方向相反,所以下游的流体产生振动,在额定范围内，其流体的振动频率与流速成正比。常用的非线性柱体有圆柱体（横向）、圆柱体(纵向)、圆锥体等。,无可动部件；量程范围宽(100:1)；压力损失小；几乎不受流体的压力、温度等参数的影响； 气、液均可以使用，可用于大口径管道的气、液测量。,气体或液体管道及涡流发生锥体,卡门涡街流量计优点,卡门涡街流量计的内腔 没有可动部件,流量报警开关(图5-8),a）内部结构图 b）触点状态图 c）外形 1
8、挡板 2安装接管 3密封波纹管 4杆杠 5弹簧 6灵敏度微调螺钉 7微动开关触点 8报警开关外壳,项目一 节流式流量计,【项目教学目标】 知识目标 1）熟悉节流式流量计的工作原理。 2）熟悉标准节流孔板的种类和特性。 3）掌握节流孔板的取压方法。 4）熟悉节流式流量测量的误差合成。 技能目标 1）掌握节流式流量计的流量计算与调校。 2）掌握节流装置的安装。,任务一 认识节流式流量计,图5-9 节流式流量计工作原理框图,节流现象,利用流体流经节流装置产生压强差，将感受的流体流量转换成可用输出信号。 在节流装置的前、后，流体的静压力产生差异的现象称为节流现象。节流装置是差压式流量传感器的流量敏感检
9、测元件，是安装在流体流动的管道中的阻力元件。,各种节流孔板,科学家伯努利,在一个流体系统，比如气流、水流中，流速越快，流体产生的压力就越小，这就是被称为“流体力学之父”的丹尼尔伯努利1738年发现的“伯努利定律”。 这个压力差产生的力量是巨大的，空气能够托起沉重的飞机。,当流体流经节流元件时，由于流通面积突然减小，流束成局部收缩，部分“压力能”转化为动能，处于收缩截面处的流体平均流速增加。根据伯努利方程，管道中流体的流速越大，压力就越小，所以流体节流之后的压力小于节流之前的压力，在节流件的上游侧与下游侧之间产生差压p。若已知流体状态、节流件的形式，以及管道的尺寸，通过测量节流件前、后的差压，根
10、据有关公式，就可以计算出流体的流量。,机翼上下侧的流速差产生升力,压缩空气快速通过瓶子上方时，压力减小，液体被吸出,吹气不会使 两张纸分开， 反而使间隙减小,节流元件（图5-10）,是在管道中放置一个局部面积收缩的机械元件，简称节流件。 标准节流装置就是有关计算数据都经国家相关部门试验而有统一的图表和计算公式，按统一标准规定设计、加工和安装的节流装置，不必经过个别标定就可以使用。,a）标准孔板 b）喷嘴 c）文丘里管,利用标准孔板测量流量必须满足以下条件,管道的直径必须大于50mm而小于1200mm；流体必须充满管道，并连续流动；不应发生气、液物态变化（即需要保持单相流）；流体流束必须与管道轴
11、平行，不应有旋转流或偏心流；差压变送器的规格应与标准孔板的孔径匹配；在计算蒸气和气体流量时，必须针对流体的压力和密度实测值进行修正。 节流式流量计的缺点是流体通过节流装置后，会产生不可逆的压力损失。另外，当流体的温度t 、压力p1变化时，流体的密度将随之改变。所以必须进行温度、压力修正。,节流装置 （取压管及内部的节流孔板）,节流孔板,后取压管,前取压管,流体通过节流孔板时，流速加快，后取压管处的压力减小。,节流装置外形,节流孔板,后取压管,流体流经节流孔板时，压力和流速的变化情况,节流孔板,流速变快，压力变小,p1,p2,p1p2,节流装置的另一种形式文丘里管或文丘里喷嘴,文丘里喷嘴的压力损
12、失较小。,p1p2,文丘里管,文丘里管有一段扩展段，流体从收缩到扩展都有一定的型面引导，涡流比喷嘴小，压力损失是孔板的1/31/6。文丘里管加工复杂，价格昂贵，多用于大管径以及要求节能的场合。,文丘里喷嘴原理示意图,文丘里喷嘴在管道中的位置,标准孔板的流量计算,流体通过标准孔板时，体积流量、质量流量与孔板上、下游的两个取压口之间的差压之间的关系为,式中 流量系数（查工况手册）； 流体的膨胀系数(液体的1，气体的1)； A0孔板前端的开口截面积（m2）； p孔板前、后的压力差（Pa）； 流体密度（kg/m3）； K流量比例系数。,例5-3 某节流式液体流量计中的差压变送器不带开平方器。原设计工况
13、中的液体密度不变，测得差压变为原来9倍，求：体积流量Q2是Q1的多少倍？,解 根据式（5-6）有,所以体积流量Q2是Q1的3倍。 如果密度不变，质量流量M2也是M1的3倍。,例5-6 用孔板及差压变送器测量流量，差压变送器的量程为25kPa，对应的最大体积流量为60m3/h，工艺要求在1/3流量量程时报警。变送器的输出电流为420mA，求： 1）差压变送器带开平方器时，对应的报警输出电流值I1设在多少毫安？ 2）差压变送器不带开平方器时，对应的报警输出电流I2设在多少毫安？,解 报警点的体积流量Q3=Qmax/3=60m3/h3=20m3/h。 1）变送器带开平方器时，因为输出电流与流量Q成正
14、比，所以对应的报警输出电流为I1=(20t/h60t/h)16mA+4mA=9.33mA。,例5-6 用孔板及差压变送器测量流量，差压变送器的量程为25kPa，对应的最大体积流量为60m3/h，工艺要求在1/3流量量程时报警。变送器的输出电流为420mA，求： （续） 2）差压变送器不带开平方器时，对应的报警输出电流I2设在多少毫安？,解 报警点的体积流量Q3=Qmax/3=60m3/h3=20m3/h。 2）变送器不带开平方器时，由于流量与差压的平方根成正比，所以对应于20m3/h流量时的差压p20=25kPa(20/60)2=2.78kPa。 对应的报警输出电流为I2=(2.78kPa25
15、kPa)16mA+4mA=5.78mA。,例5-7 有一差压变送器用于流量测量，量程为40kPa，对应的流量范围为0200m3/h。实际运行中发现常态流量经常处于3540kPa之间，有时还超过40kPa，所以要求扩大差压量程，使常态流量在满度的2/3附近，问：差压变送器的量程应如何调校（调试和校验）?,解 按照题意，流量计调校后的量程 Q=Q原(3/2)=200m3/h(3/2)=300m3/h。 已知原变送器量程为40kPa，当显示范围仅 0200m3/h时，则有：(300/200)2=p2/40kPa。 p2=40kPa(300/200)2=90kPa。所以差压变送器的量程要调校为090kPa。,节流件的取压方式,图5-12 标准孔板的5种取压方式及取压孔位置 aa角接取压法 bb法兰取压法 cc理论取压法 dd径距取压法 ee管接取压法,取压方法,（1）角接取压法：上、下游导压管位于孔板（或喷嘴）的前、后端面处是最常用的取压方法。 （2）法兰取压法：由两个带取压孔的取压法兰组成。上、下游侧取压孔的轴线至孔板上、下游侧端面之间的距离均为（25.40.8）mm。 （3）理论取压法：上游侧取压孔的轴线至孔板上游端面的距离为lD0.1D（D为管道的直径，以下同），下游侧取压孔的轴线至孔板下游端面的距离与孔板的开孔面积值有关。理论
