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1、传感器与检测技术项目教程模块五、流量检测模块五、流量检测 课件本模块介绍本模块介绍“流量流量” 的基本概念、的基本概念、节流式节流式流量计流量计、超声波式流量计，超声波式流量计，还介绍了还介绍了电磁兼容电磁兼容原理原理以及以及电磁式流量计电磁式流量计、科里奥利流量计科里奥利流量计。内容简介内容简介今天是：今天是：10 10 九月九月 2024 2024現在時間現在時間是：是：14:1314:13模块五、流量检测（上）模块五、流量检测（上） 目录目录进入进入知识链接、流量的基本概念知识链接、流量的基本概念项目一、节流式流量计项目一、节流式流量计项目二、超声波式流量计项目二、超声波式流量计项目三、
2、流量变送器的电磁兼容试验项目三、流量变送器的电磁兼容试验拓展阅读一拓展阅读一电磁式流量计电磁式流量计拓展阅读二拓展阅读二科里奥利质量式流量计科里奥利质量式流量计进入进入进入进入进入进入进入进入知识链接、流量的基本概念知识链接、流量的基本概念流体流过一定截面的量称为流体流过一定截面的量称为“流量流量”。包含瞬包含瞬时流量时流量和和累积流量累积流量。流量用体积表示时称为流量用体积表示时称为“体积流量体积流量”，用质量用质量表示时称为表示时称为“质量流量质量流量”。Q=vA（5-1）M=Q=vA（5-2）式中式中Q体积流量（体积流量（m3/s）；）；M质量流量（质量流量（kg/s）；）；流体密度（流
3、体密度（kg/m3）；）；v流体平均速度（流体平均速度（m/s）；）；A流通管道截面积（流通管道截面积（m2）。現在時間現在時間是是：14:1314:13Q及及M与直径与直径D、密度、密度的关系的关系如如果果流流通通管管道道的的截截面面积积为为圆圆形形，直直径径为为D（单单位位为为m），则：），则：Q=vD2/4，M=vD2/4。例例 5-15-1 已已 知知 工工 作作 状状 态态 下下 的的 质质 量量 流流 量量 最最 大大 值值Mmax=500t/h， 工工 作作 状状 况况 下下 被被 测测 流流 体体 的的 密密 度度=800kg/m3，求求：工工作作状状态态下下最最大大的的体体积
4、积流流量量Q为为多多少少立立方米每小时？方米每小时？解解QM/500000kg/h800kg/m3=635m3/h。解解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总总=Qt=0.736m3/s3600s=2649.6m3。4）M总总=Mt=7.36kg/s3600s(1000kg/t)=26.50t/h例例5-2已知某过热蒸气（本教材中特指水蒸气，已知某过热蒸气（本教材中特指水蒸气，以下同）的密度以下同）的密度=10kg/m3，管道直径，管道直径D=250mm，被测管道中的平均流速，被
5、测管道中的平均流速v=15m/s，求：，求：1）该过热蒸气的平均体积流量）该过热蒸气的平均体积流量Q。2）该过热蒸气的平均质量流量）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）该过热蒸气一小时累积的体积总量Q总总为多少立方米为多少立方米？4）该过热蒸气每小时的质量总量）该过热蒸气每小时的质量总量M总总为多少吨？为多少吨？流体在管道中的流速分布流体在管道中的流速分布a）层流时的流速分布）层流时的流速分布 b）紊流时的流速分布）紊流时的流速分布表表5-1 5-1 常用流量计特性常用流量计特性类型型工作原工作原理理积算算特性特性介介质种种类压力力损失失低速低速特性特性含含杂质液体
6、液体含气含气高粘高粘度度量程量程比比明渠堰式明渠堰式变面面积非非线性性液液小小好好可可可可否否20:1玻璃玻璃转子子式式变面面积非非线性性气、液气、液小小好好少量少量可可否否10:1椭圆齿轮式式容容积线性性气、液气、液大大好好否否少量少量可可20:1蜗轮式式叶片旋叶片旋转线性性气、液气、液大大好好否否否否否否10:1涡街式街式漩漩涡频率率线性性气、汽、气、汽、液液较小小 不好不好否否否否否否10:1表表5-1 5-1 常用流量计特性（续）常用流量计特性（续）类型型工作原工作原理理积算算特性特性介介质种种类压力力损失失低速低速特性特性含含杂质液体液体含气含气高粘高粘度度量程量程比比孔板式孔板式压
7、力差力差开平开平方方气、汽、气、汽、液液大大不好不好否否否否否否5:1超声波式超声波式 时间差、差、频率差率差线性性气、液气、液小小不好不好可可否否可可20:1电磁式磁式磁感磁感应线性性导电液液小小不好不好可可少量少量可可20:1科氏科氏质量量式式开氏力开氏力非非线性性液液中等中等好好可可少量少量可可10:1玻璃转子流量计玻璃转子流量计( (图图5-2)5-2)a）结构示意图）结构示意图b）实物）实物1下基座法兰下基座法兰2O型垫圈型垫圈3玻璃锥管玻璃锥管4浮子浮子5刻度刻度6上限挡板上限挡板7保护外壳保护外壳8上基座法兰上基座法兰椭圆齿轮流量计椭圆齿轮流量计（图图5-35-3 ）椭圆齿轮流量
8、计属于容积式流量计椭圆齿轮流量计属于容积式流量计，又称，又称定排量流量定排量流量计计，是准确度较高的一类流量计。容积式流量计按其测，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，又分为量元件分类，又分为椭圆齿轮流量计椭圆齿轮流量计、腰轮流量计腰轮流量计、刮刮板流量计板流量计、旋转活塞流量计旋转活塞流量计、往复活塞流量计往复活塞流量计、圆盘流圆盘流量计量计、液封转筒式流量计液封转筒式流量计等。等。椭圆齿轮流量计的工作过程椭圆齿轮流量计的工作过程图图5-4椭圆齿轮流量计的工作过程椭圆齿轮流量计的工作过程a）齿轮齿轮1的两端分别处于入口侧和出口侧的两端分别处于入口侧和出口侧b）齿轮）齿轮1
9、中的液体中的液体被挤到出口侧被挤到出口侧c）齿轮齿轮2的两端分别处于入口侧和出口侧的两端分别处于入口侧和出口侧涡轮流量计涡轮流量计结构示意图结构示意图（图图5-5 ）1安装法兰安装法兰2流体入口导流片（固定）流体入口导流片（固定）3导流片固定杆导流片固定杆4涡轮轴承涡轮轴承多叶片转子涡轮流量计工作原理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涡轮感受流体的平均流速。壳体由非磁性的不锈钢制壳体由非磁性的不锈钢制成；成；涡轮由导磁的不锈钢制成，涡轮由导磁的不锈钢制成，装有螺旋状叶片。装有螺旋状叶片。管道管道的直径越大，叶片的数量就越多（的直径越大，叶片的数量就越多（424片不等）。片不等）
10、。涡轮涡轮两端由耐磨的碳化钨硬质合金或四氟化碳轴承支撑。两端由耐磨的碳化钨硬质合金或四氟化碳轴承支撑。测量气体量气体时，叶片的，叶片的倾角角为1015；测量液体量液体时，叶片的，叶片的倾角角为3045。叶片与叶片与内壳内壳间的的间隙隙为1mm左左右。右。多叶片转子涡轮流量计工作原理多叶片转子涡轮流量计工作原理( (续续) )当涡轮旋转时，当涡轮旋转时，导磁叶片顶部周期性地切割磁力线，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使通过线圈的磁感应强度B发生周期性变化，发生周期性变化，从而在线从而在线圈内感应出频率为圈内感应出频率为f的电脉冲信号的电脉冲信号eo。再经放大、整形，再经放大
11、、整形，微处理器即可计算得到涡轮的转速：微处理器即可计算得到涡轮的转速：n=60f/z。式中的式中的z 为涡轮的的叶片数目。叶片数目。将将转速信速信号号远传至二次至二次仪表。表。磁电接近开关发讯器原理示意图磁电接近开关发讯器原理示意图( (图图5-65-6) ) 1被测旋转体被测旋转体(导磁不锈钢叶片）导磁不锈钢叶片）2非导磁涡轮壳体非导磁涡轮壳体3永久磁铁永久磁铁4线圈线圈5发讯器磁性外壳发讯器磁性外壳6磁力线磁力线卡门涡街流量计卡门涡街流量计( (图图5-75-7) )1安装法兰安装法兰2管道管道3旋涡发生锥体旋涡发生锥体4卡门旋涡卡门旋涡5超声波发生器探头超声波发生器探头6超声波接收器探
12、头超声波接收器探头卡门涡街流量计原理卡门涡街流量计原理当流体流经圆锥体时当流体流经圆锥体时,由于流体和圆锥体之间的摩擦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一部分流体的动能转化为流体振动,在锥体的后部两侧在锥体的后部两侧交替地产生交替地产生卡门旋涡卡门旋涡。由于两侧旋涡的旋转方向相反由于两侧旋涡的旋转方向相反,所以下游的流体产生振动所以下游的流体产生振动,在额定范围内，其流体的振在额定范围内，其流体的振动频率与流速成正比动频率与流速成正比。常用的非线性柱体有。常用的非线性柱体有圆柱体（横圆柱体（横向）向）、圆柱体圆柱体(纵向纵向)、圆锥体圆锥体等。等。无可动部件无可动部件；
13、量程范围宽量程范围宽(100:1)；压力损失小压力损失小；几乎；几乎不受流体的压力、温度等参不受流体的压力、温度等参数的影响；数的影响；气、液均可以使用，气、液均可以使用，可用可用于大口径管道的气、液测量于大口径管道的气、液测量。 气体或液体管道气体或液体管道及涡流发生锥体及涡流发生锥体卡门涡街流量计优点卡门涡街流量计优点卡门涡街流量计的内腔卡门涡街流量计的内腔没有可动部件没有可动部件流量报警开关流量报警开关( (图图5-85-8) )a）内部结构图）内部结构图b）触点状态图）触点状态图c）外形）外形1挡板挡板2安装接管安装接管3密封波纹管密封波纹管4杆杠杆杠5弹簧弹簧6灵敏度微调螺钉灵敏度微
14、调螺钉7微动开关触点微动开关触点8报警开关外壳报警开关外壳项目一项目一 节流式流量计节流式流量计【项目教学目标项目教学目标】知识目标知识目标1）熟悉节流式流量计的工作原理。）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。）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。）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。）熟悉节流式流量测量的误差合成。技能目标技能目标1）掌握节流式流量计的流量计算与调校。）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。）掌握节流装置的安装。回目录回目录任务一任务一 认识节流式流量计认识节流式流量计图图5-9节流式流
15、量计节流式流量计工作原理框图工作原理框图节流现象节流现象利用流体流经节流装置利用流体流经节流装置产生压强差，产生压强差，将感受的流将感受的流体流量转换成可用输出信体流量转换成可用输出信号号。在节流装置的前、后，在节流装置的前、后，流体的静压力产生差异的流体的静压力产生差异的现象称为节流现象。现象称为节流现象。节流节流装置是差压式流量传感器装置是差压式流量传感器的流量敏感检测元件的流量敏感检测元件，是是安装在流体流动的管道中安装在流体流动的管道中的阻力元件的阻力元件。各种节流孔板各种节流孔板科学家伯努利科学家伯努利在在一一个个流流体体系系统统，比比如如气气流流、水水流流中中，流流速速越越快快，流
16、流体体产产生生的的压压力力就就越越小小，这这就就是是被被称称为为“流流体体力力学学之之父父”的的丹丹尼尼尔尔伯伯努努利利1738年年发发现现的的“伯伯努利定律努利定律”。这这个个压压力力差差产产生生的的力力量量是是巨巨大大的的，空空气气能够托起沉重的飞机。能够托起沉重的飞机。 当流体流经节流元件时，当流体流经节流元件时，由于流通面积突然减小，流由于流通面积突然减小，流束成局部收缩，部分束成局部收缩，部分“压力能压力能”转化为动能，处于收缩转化为动能，处于收缩截面处的流体平均流速增加截面处的流体平均流速增加。根据伯努利方程，管道中。根据伯努利方程，管道中流体的流体的流速越大，压力就越小流速越大，
17、压力就越小，所以流体节流之后的压，所以流体节流之后的压力小于节流之前的压力，力小于节流之前的压力，在节流件的上游侧与下游侧之在节流件的上游侧与下游侧之间产生差压间产生差压p。若已知流体状态、节流件的形式，以及。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，根据有关管道的尺寸，通过测量节流件前、后的差压，根据有关公式，就可以计算出流体的流量。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机翼上下侧的流速差产生升力 压缩空气快速通压缩空气快速通过瓶子上方时，压过瓶子上方时，压力减小，液体被吸力减小，液体被吸出出吹气不会使吹气不会使两张纸分开，两张纸分开，反而使
18、间隙减小反而使间隙减小节流元件节流元件（图图5-105-10）是在管道中放置一个局部面积收缩的机械元件，简称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。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，验而有统一的图表和计算公式，按统一标准规定设计、按统一标准规定设计、加工和安装的节流装置，加工和安装的节流装置，不必经过个别标定就可以使用不必经过个别标定就可以使用。a）标准孔板）标准孔板b）喷嘴）喷嘴c）文丘里管）文丘里管利用标准孔板测量流量必须满足以下条件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
19、大于管道的直径必须大于50mm而小于而小于1200mm；流流体必须充满管道，并连续流动；体必须充满管道，并连续流动；不应发生气、液物态不应发生气、液物态变化（即需要保持单相流）；变化（即需要保持单相流）；流体流束必须与管道轴流体流束必须与管道轴平行，不应有旋转流或偏心流；平行，不应有旋转流或偏心流；差压变送器的规格应差压变送器的规格应与标准孔板的孔径匹配；与标准孔板的孔径匹配；在计算蒸气和气体流量时，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。节流式流量计的节流式流量计的缺点是流体通过节流装置后，会产生缺点是流体通过节流装置后，会产生不
20、可逆的压力损失不可逆的压力损失。另外，。另外，当流体的温度当流体的温度t 、压力、压力p1变变化时，流体的密度将随之改变化时，流体的密度将随之改变。所以必须进行。所以必须进行温度温度、压、压力力修正。修正。节流装置节流装置（取压管及内部取压管及内部的节流孔板）的节流孔板）节流孔板节流孔板后取压管后取压管 前取压管前取压管流体通过节流流体通过节流孔板时，流速孔板时，流速加快，后取压加快，后取压管处的压力减管处的压力减小。小。节流装置外形节流装置外形节流孔板节流孔板后取压管后取压管 流体流经节流孔板时，流体流经节流孔板时，压力和流速的变化情况压力和流速的变化情况节流孔板节流孔板流速变快，流速变快，
21、压力变小压力变小 p1p2p1p2节流装置的另一种形式节流装置的另一种形式文丘里管文丘里管或文丘里喷嘴或文丘里喷嘴文丘里喷嘴的文丘里喷嘴的压力损失较小。压力损失较小。流体入口流体入口狭窄部位狭窄部位p1p2文丘里管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，的型面引导，涡流比喷嘴小，涡流比喷嘴小，压力损失是孔板的压力损失是孔板的1/31/6。文丘里管文丘里管加工复杂加工复杂，价格昂贵价格昂贵，多用于大管径多用于大管径以及以及要求要求节能的场合节能的场合。文丘里喷嘴原理示意图文丘里喷嘴原理示意图文丘里喷嘴在管道中的位置文丘里喷嘴
22、在管道中的位置前取压口前取压口 后取压口后取压口 标准孔板的流量计算标准孔板的流量计算流体通过标准孔板时，流体通过标准孔板时，体积流量体积流量、质量流量质量流量与与孔板上孔板上、下游的两个取压口之间的差压、下游的两个取压口之间的差压之间的关系为之间的关系为式中式中流量系数（查工况手册）；流量系数（查工况手册）；流体的膨胀系数流体的膨胀系数(液体的液体的1，气体的，气体的1)；A0孔板前端的开口截面积（孔板前端的开口截面积（m2）；）；p孔板前、后的压力差（孔板前、后的压力差（Pa）；）；流体密度（流体密度（kg/m3）；）；K流量比例系数。流量比例系数。例例5-35-3某节流式液体流量计中的差
23、压变送器某节流式液体流量计中的差压变送器不带开平方不带开平方器器。原设计工况中的液体密度不变，。原设计工况中的液体密度不变，测得差压变为原来测得差压变为原来9倍倍，求：体积流量，求：体积流量Q2是是Q1的多少倍？的多少倍？解解根据根据式（式（5-6）有有所以所以体积流量体积流量Q2是是Q1的的3倍。倍。如果密度不变，质量流量如果密度不变，质量流量M2也是也是M1的的3倍。倍。例例5-65-6用孔板及差压变送器测量流量，差压变送器的用孔板及差压变送器测量流量，差压变送器的量程为量程为25kPa，对应的，对应的最大体积流量为最大体积流量为60m3/h，工艺，工艺要求在要求在1/3流量量程时报警流量
24、量程时报警。变送器的输出电流为。变送器的输出电流为420mA，求：，求：1）差压变送器带开平方器时，对应的报警输出电流）差压变送器带开平方器时，对应的报警输出电流值值I1设在多少毫安？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）差压变送器不带开平方器时，对应的报警输出电流流I2设在多少毫安？设在多少毫安？解解报警点的体积流量报警点的体积流量Q3=Qmax/3=60m3/h3=20m3/h。1）变送器带开平方器时，因为）变送器带开平方器时，因为输出电流输出电流与与流量流量Q成正比成正比，所以对应的所以对应的报警输出电流为报警输出电流为I1=(20t/h60t/h)16mA+4m
25、A=9.33mA。例例5-65-6用孔板及差压变送器测量流量，差压变送用孔板及差压变送器测量流量，差压变送器的量程为器的量程为25kPa，对应的最大体积流量为，对应的最大体积流量为60m3/h，工艺，工艺要求在要求在1/3流量量程时报警流量量程时报警。变送器。变送器的输出电流为的输出电流为420mA，求：，求：（续）（续）2）差压变送器不带开平方器时，对应的报警）差压变送器不带开平方器时，对应的报警输出电流输出电流I2设在多少毫安？设在多少毫安？解解报警点的体积流量报警点的体积流量Q3=Qmax/3=60m3/h3=20m3/h。2）变送器不带开平方器时，）变送器不带开平方器时，由于流量与差压
26、的平方由于流量与差压的平方根成正比根成正比，所以对应于所以对应于20m3/h流量时的差压流量时的差压p20=25kPa(20/60)2=2.78kPa。对应的报警输出电流为对应的报警输出电流为I2=(2.78kPa25kPa)16mA+4mA=5.78mA。例例5-75-7有一差压变送器用于流量测量，有一差压变送器用于流量测量，量程为量程为40kPa，对应的，对应的流量范围为流量范围为0200m3/h。实际运行中发现常。实际运行中发现常态流量经常处于态流量经常处于3540kPa之间，有时还超过之间，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所以要求扩大差压量程，使常态流量在
27、满度的2/3附近，附近，问：问：差压变送器的量程应如何调校（调试和校验）差压变送器的量程应如何调校（调试和校验）?解解按照题意，流量计调校后的量程按照题意，流量计调校后的量程Q=Q原原(3/2)=200m3/h(3/2)=300m3/h。已知原变送器量程为已知原变送器量程为40kPa，当显示范围仅，当显示范围仅0200m3/h时，则有：时，则有：(300/200)2=p2/40kPa。p2=40kPa(300/200)2=90kPa。所所以以差差压压变变送送器器的的量程要调校为量程要调校为090kPa。节流件的取压方式节流件的取压方式图图5-12标准孔板标准孔板的的5种取压方式及取种取压方式及
28、取压孔位置压孔位置aa角接取压法角接取压法bb法兰取压法法兰取压法cc理论取压法理论取压法dd径距取压法径距取压法ee管接取压法管接取压法取压方法取压方法（1）角角接接取取压压法法：上上、下下游游导导压压管管位位于于孔孔板板（或或喷喷嘴）的前、后端面处是最常用的取压方法。嘴）的前、后端面处是最常用的取压方法。（2）法法兰兰取取压压法法：由由两两个个带带取取压压孔孔的的取取压压法法兰兰组组成成。上上、下下游游侧侧取取压压孔孔的的轴轴线线至至孔孔板板上上、下下游游侧侧端端面面之之间间的的距离均为（距离均为（25.40.8）mm。（3）理理论论取取压压法法：上上游游侧侧取取压压孔孔的的轴轴线线至至孔
29、孔板板上上游游端端面面的的距距离离为为lD0.1D（D为为管管道道的的直直径径，以以下下同同），下下游游侧侧取取压压孔孔的的轴轴线线至至孔孔板板下下游游端端面面的的距距离离与与孔孔板板的的开开孔孔面面积积值值有有关关。理理论论上上应应该该处处于于流流束束收收缩缩到到最最小小截截面面的的距距离离。需需要要对对差差压压进进行行修修正正。理理论论取取压压法法应应用用于于管管道道直直径径D100mm的场合。的场合。取压方法（续）取压方法（续）（3）理理论论取取压压法法：上上游游侧侧取取压压孔孔的的轴轴线线至至孔孔板板上上游游端端面面的的距距离离为为lD0.1D（D为为管管道道的的直直径径，以以下下同同
30、），下下游游侧侧取取压压孔孔的的轴轴线线至至孔孔板板下下游游端端面面的的距距离离与与孔孔板板的的开开孔孔面面积积值值有有关关。理理论论上上应应该该处处于于流流束束收收缩缩到到最最小小截截面面的的距距离离。需需要要对对差差压压进进行行修修正正。理理论论取取压压法法应应用用于于管管道道直直径径D100mm的场合。的场合。（4）径径距距取取压压法法：上上游游侧侧取取压压孔孔的的轴轴线线至至孔孔板板上上游游端端面面的的距距离离为为1D0.1D，下下游游侧侧取取压压孔孔的的轴轴线线至至孔孔极极下下游端面的距离为游端面的距离为0.5D。（5）管管接接取取压压法法：上上游游侧侧取取压压孔孔的的轴轴线线至至孔
31、孔板板上上游游端端面面的的距距离离为为2.5D，下下游游侧侧取取压压孔孔的的轴轴线线至至孔孔板板下下游游端端面面的的距距离离为为8D。这这种种取取压压方方法法测测得得的的是是流流体体流流经经孔孔板板后后的压力损失值。的压力损失值。常用的三种标准孔板取压方法常用的三种标准孔板取压方法（图图5-135-13）a）环室取压法）环室取压法b）直接钻孔取压法）直接钻孔取压法c）法兰取压法）法兰取压法1法兰法兰2环室环室3孔板孔板4前导压管前导压管5后导压管后导压管6夹紧环夹紧环7法兰取压孔法兰取压孔8下游管道下游管道9夹紧螺栓夹紧螺栓节流式流量计的缺点节流式流量计的缺点1）流体通过节流装置后，产生不可逆
32、的压力损失。）流体通过节流装置后，产生不可逆的压力损失。2）对上游直管段有较高的要求，否则将造成测量误）对上游直管段有较高的要求，否则将造成测量误差。差。3）被测流量与差压）被测流量与差压p成平方根关系。流量标尺是非成平方根关系。流量标尺是非线性的，可加开平方器。线性的，可加开平方器。4）输入与输出之间是非线性关系，流量较小时，误）输入与输出之间是非线性关系，流量较小时，误差较大，通常要求常态流量在差较大，通常要求常态流量在1/3量程以上。量程以上。节流式流量计的缺点（续）节流式流量计的缺点（续）5）当流体的温度）当流体的温度t、压力、压力p1变化时，气体的密度将随变化时，气体的密度将随之改变
33、，造成测量误差，必须进行温度、压力的修正和之改变，造成测量误差，必须进行温度、压力的修正和补偿。补偿。6）在实际工况中，如果流体的各项参数变化，将引）在实际工况中，如果流体的各项参数变化，将引起比例系数的变化，必须根据有关参数表进行计算修正。起比例系数的变化，必须根据有关参数表进行计算修正。7）节流式流量计的测量准确度较低）节流式流量计的测量准确度较低(1%5%)。8）测量范围较窄，量程比一般仅为）测量范围较窄，量程比一般仅为3:1左右。左右。表表5-2 5-2 节流式流量计的型号和规格节流式流量计的型号和规格LG节流装置节流装置K孔板孔板标准孔板标准孔板H：环室；：环室；Y：法兰；：法兰；K
34、：钻孔：钻孔S：双重孔板；：双重孔板；Q：圆缺孔板；：圆缺孔板；Z：锥形入口孔板；：锥形入口孔板；R：1/4圆孔板圆孔板P：偏心孔板：偏心孔板N：整体（内藏）孔板；：整体（内藏）孔板；X：楔形孔板：楔形孔板P喷嘴喷嘴I：ISA1932；L：长径喷嘴；：长径喷嘴；W：文丘利喷嘴；：文丘利喷嘴；G：经典文丘利管：经典文丘利管公称压力公称压力x1kPa或或x2MPa口径口径（mm）介质介质1：液体；：液体；2：气体：气体：3：蒸气；：蒸气；4：高温液：高温液体体补偿形式补偿形式N：不带压力、温度补偿；：不带压力、温度补偿；P：带压力补偿：带压力补偿输出；输出；T：带温度补偿输出；：带温度补偿输出；Q
35、：带压力、：带压力、温度补偿输出温度补偿输出W带节流带节流装置传装置传感器感器X带现场显带现场显示智能节示智能节流装置流装置差压范围差压范围0：微差压量程；：微差压量程；1：低差压量程；：低差压量程；2：中差压量程；：中差压量程；3：高差压量程：高差压量程流量积算控制仪流量积算控制仪属于流量测量的二次仪表属于流量测量的二次仪表，可以显示差压、温度、压可以显示差压、温度、压力、瞬时流量、累积流量等力、瞬时流量、累积流量等；可以根据被测流体的工况，；可以根据被测流体的工况，由仪表面板上的按键依次输入各项常数由仪表面板上的按键依次输入各项常数，置入相应的存，置入相应的存储器中，储器中，进行开平方计算
36、进行开平方计算、温度和压力补偿温度和压力补偿、累积计算累积计算等。累积流量显示范围通常可达等。累积流量显示范围通常可达8位数，即位数，即099999999；可以输出；可以输出420mA、RS232、RS485等通信信号；也可等通信信号；也可以以实现上、下限报警实现上、下限报警，由软件设定报警值或人工输入报由软件设定报警值或人工输入报警值警值。SWP-LESWP-LE系列系列流量积算控流量积算控制仪表制仪表（图图5-145-14）例例5-8 有一流量积算控制仪，有一流量积算控制仪，累积质量流量显累积质量流量显示范围为示范围为099 999 999，如图，如图5-14a所示。每所示。每个字代表个字
37、代表1kg/h，最大积算速度，最大积算速度R=100 000字字/h，求：，求：多少天后计数器复位（清零）多少天后计数器复位（清零）？解解复位时间复位时间=(99999999kg/h100000kg/h)24h/d=41.67d清零后，清零后，计算机必须记住已经清零的计算机必须记住已经清零的99999999kg/h。任务二任务二 节流式流量计的安装与应用节流式流量计的安装与应用一、对流体管道的要求一、对流体管道的要求1）节流件前、后的管段不得有肉眼可见的弯曲、突）节流件前、后的管段不得有肉眼可见的弯曲、突出、焊渣、焊缝等。出、焊渣、焊缝等。2）如果管段不光滑，流量系数应乘以粗糙度，需进）如果管
38、段不光滑，流量系数应乘以粗糙度，需进行计算修正。行计算修正。3）孔板对上、下游直管段长度的要求如）孔板对上、下游直管段长度的要求如表表5-3所示。所示。上、下游的上、下游的管道状管道状态上游上游为光光滑的滑的直管段直管段上游上游有有缩径径上游上游有有扩径径上游有弯上游有弯头或或突出物突出物上游上游有有阀门下游下游为光光滑的滑的直管段直管段对直管段的要直管段的要求求/直径直径D10121820305二、孔板的安装二、孔板的安装1）新新装装管管路路系系统统时时，必必须须在在冲冲洗洗或或“吹吹扫扫”管管道道后后，再进行孔板的安装。再进行孔板的安装。2）孔孔板板的的安安装装方方向向（+）号号应应该该向
39、向着着流流束束进进入入的的方方向。向。3）安装过程中，不允许工具与孔板的尖锐入口碰撞。）安装过程中，不允许工具与孔板的尖锐入口碰撞。4）孔孔板板的的前前端端面面与与管管道道轴轴线线的的不不垂垂直直度度应应在在1范范围内围内。5）孔板的开孔应与管道轴线同心。）孔板的开孔应与管道轴线同心。6）孔孔板板的的密密封封垫垫片片（包包括括环环室室与与法法兰兰、环环室室与与孔孔板板间的垫片）夹紧后不得突入管道内壁。间的垫片）夹紧后不得突入管道内壁。孔板的安装（续）孔板的安装（续）7）测测量量段段管管、取取压压法法兰兰（或或取取压压环环室室）的的热热胀胀系系数数应接近于孔板的热胀系数。应接近于孔板的热胀系数。
40、8）孔孔板板安安装装处处必必须须严严密密，不不允允许许有有泄泄漏漏现现象象。安安装装工作必须在管道试压前进行。工作必须在管道试压前进行。9）尽尽量量将将孔孔板板与与取取压压法法兰兰（或或取取压压环环室室）以以及及测测量量段管道预先组装，经检查合格后，再接入主管道。段管道预先组装，经检查合格后，再接入主管道。10）热热电电偶偶等等突突出出物物应应安安装装在在孔孔板板之之后后5D之之外外的的位位置。置。三、导压管的安装三、导压管的安装（1）导压管的长度、内）导压管的长度、内径与厚度径与厚度:导压导压管的长度管的长度应小于应小于16m，内径应大于，内径应大于6mm。导压管越长，其内径导压管越长，其内
41、径应越大；应越大；虽然节流式流量虽然节流式流量测量中的差压多数只有几十测量中的差压多数只有几十千帕，但系统的静压可能达千帕，但系统的静压可能达到几十兆帕，必须选用无缝到几十兆帕，必须选用无缝不锈钢管。不锈钢管。导压管的安装（续）导压管的安装（续）（2）导导压压管管在在管管道道截截面面的的取取压压位位置置：测测量量液液体体流流量量时时，取取压压孔孔的的开开口口应应位位于于管管道道下下半半部部，与与管管道道垂垂直直轴轴线线成成045夹夹角角范范围围内内。其其目目的的是是为为了了防防止止气气体体进进入入导导压压管管，造造成成两两根根导导压压管管中中的的介介质质密密度度不不等等，引引起起压压力力迁迁移
42、移；测测量量气气体体流流量量时时，取取压压孔孔应应位位于于管管道道上上半半部部，与与管管道道垂垂直直轴轴线线成成045夹夹角角范范围围内内。其其目目的的是是为为了了防防止止水珠或污物进入导压管；水珠或污物进入导压管；测量量蒸蒸气气流流量量时，取取压孔孔应位位于于管管道道中中、上上部部与与管管道道 水水 平平 轴 线 成成045夹角角范范围内内，防防止止污物物进入入导压管。管。管道的截面取压位置管道的截面取压位置图图5-153种流体在管道的截面取压位置种流体在管道的截面取压位置a）液体）液体b）气体）气体c）蒸气）蒸气四、差压变送器的安装四、差压变送器的安装1.1.被测流体为清洁液体时的导压管安
43、装被测流体为清洁液体时的导压管安装(图图5-16)a）差压变送器在管道下方（）差压变送器在管道下方（放大图见下页放大图见下页）b）差压变送器在管道上方）差压变送器在管道上方1管道管道2法兰法兰3孔板孔板4导压管导压管5截止阀（一次阀）截止阀（一次阀）6排气阀排气阀7沉降器沉降器8排污阀排污阀9三阀组三阀组10差压变送器差压变送器11集气器集气器被测流体为清洁液体时的导压管安装被测流体为清洁液体时的导压管安装放大图放大图图图5-16a被测流体为清洁液体时的导压管安装被测流体为清洁液体时的导压管安装放大图放大图图图5-16b2.2.被测流体为清洁干气体时的导压管安装示意图被测流体为清洁干气体时的导
44、压管安装示意图a）差压变送器在管道上方（）差压变送器在管道上方（图图5-17放大图见下页放大图见下页）b）差压变送器在管道下方）差压变送器在管道下方1管道管道2法兰法兰3孔板孔板4导压管导压管5一次截止阀一次截止阀6沉降器沉降器7排污阀排污阀8三阀组三阀组9差压变送器差压变送器10隔离罐隔离罐11平衡阀平衡阀12二次截止阀二次截止阀被测流体为清洁干气体时的导压管安装被测流体为清洁干气体时的导压管安装放大图放大图图图5-17a被测流体为清洁干气体时的导压管安装被测流体为清洁干气体时的导压管安装放大图放大图图图5-17b3.3.被测流体为蒸气时，导压管安装示意图被测流体为蒸气时，导压管安装示意图(
45、 (5-185-18) )a）差压变送器在管道下方）差压变送器在管道下方(放大图见后页放大图见后页)b）差压变送器在管道上方）差压变送器在管道上方1管道管道2法兰法兰3孔板孔板4导压管导压管5一次截止阀一次截止阀6排气阀排气阀7沉降器沉降器8排污阀排污阀9三阀组三阀组10差压变送器差压变送器11前、后平衡器前、后平衡器12集气器集气器13二次截止阀二次截止阀被测流体为蒸气时，导压管安装被测流体为蒸气时，导压管安装放大图放大图图图5-18a被测流体为蒸气时，导压管安装被测流体为蒸气时，导压管安装放大图放大图图图5-18b气体流量计的管线阀门操作、运行气体流量计的管线阀门操作、运行关闭二次阀，打开
46、一次阀关闭二次阀，打开一次阀和排污阀、排气阀和排污阀、排气阀,对导压管对导压管进行吹扫。进行吹扫。首先缓慢地打开节流装置首先缓慢地打开节流装置上的两个一次阀，使被测气上的两个一次阀，使被测气体充满导压管。体充满导压管。然后关闭上述阀门，打开然后关闭上述阀门，打开平衡阀，再稍微打开正一次平衡阀，再稍微打开正一次阀和二次阀阀和二次阀,使差压变送器逐使差压变送器逐渐充满被测气体；渐充满被测气体；最后最后,关闭差压变送器上的关闭差压变送器上的平衡阀，并打开负二次阀，平衡阀，并打开负二次阀，差压变送器投入正常运行差压变送器投入正常运行。气体流量计的管线阀门操作、运行气体流量计的管线阀门操作、运行3蒸气流
47、量计的管线阀门操作、运行蒸气流量计的管线阀门操作、运行吹扫导压管后，关闭一次阀，将冷凝器（平衡器）和吹扫导压管后，关闭一次阀，将冷凝器（平衡器）和导压管中的冷凝水从排污阀排出导压管中的冷凝水从排污阀排出。然后关闭排污阀，打然后关闭排污阀，打开一次阀，使冷凝器和导压管内逐渐充满冷凝液开一次阀，使冷凝器和导压管内逐渐充满冷凝液；当排当排气针阀不再有气泡后，关闭排气针阀和平衡阀气针阀不再有气泡后，关闭排气针阀和平衡阀，差压变，差压变送器投入正常运行。送器投入正常运行。停运顺序与启动顺序相反，即：停运顺序与启动顺序相反，即：关闭负压阀、关闭负压阀、打开平衡阀、打开平衡阀、关闭正压阀。关闭正压阀。孔板式
48、流量计流量偏小的原因分析孔板式流量计流量偏小的原因分析（1）投运后流量偏小的原因）投运后流量偏小的原因:孔板装反；孔板装反；导压管或阀门泄漏导压管或阀门泄漏；平衡阀没有关紧平衡阀没有关紧；一次、二次截止阀没有完全打开一次、二次截止阀没有完全打开；密度、流量系数等工艺参数不正确密度、流量系数等工艺参数不正确。（2）投运后流量逐渐偏小的原因）投运后流量逐渐偏小的原因:孔板的尖锐入口磨损；孔板的尖锐入口磨损；节流件上游端面沉积污物，需要定期停运冲洗；节流件上游端面沉积污物，需要定期停运冲洗；正压测导压管堵塞（可以用正压测导压管堵塞（可以用0.3MPa的高压空气加的高压空气加以冲洗）以冲洗）；导压管中
49、的隔离液流失；导压管中的隔离液流失；变送器的零点负迁移等变送器的零点负迁移等。项目二项目二 超声波式流量计超声波式流量计【项目教学目标项目教学目标】知识目标知识目标1）熟悉超声波式流量计的工作原理。）熟悉超声波式流量计的工作原理。2）熟悉超声波式流量计的种类和特性。）熟悉超声波式流量计的种类和特性。3）熟悉超声波式流量计的计算。）熟悉超声波式流量计的计算。技能目标技能目标1掌握超声波式流量计的安装。掌握超声波式流量计的安装。2掌握流量计的校验。掌握流量计的校验。回目录回目录現在時間現在時間是：是：14:1314:13任务一任务一 认识超声波认识超声波图图5-20声波的频率分布声波的频率分布次声
50、次声波次声波是频率低于次声波是频率低于20赫兹的声波赫兹的声波，人耳听不到人耳听不到，但，但可与人体器官发生共振可与人体器官发生共振，8Hz左右的次声波会引起人的左右的次声波会引起人的恐怖感，动作不协调，甚至导致心脏停止跳动。恐怖感，动作不协调，甚至导致心脏停止跳动。次声波炸弹次声波炸弹(反劫机用反劫机用)可闻声波可闻声波（20Hz20kHz）美妙的音乐可使人陶醉。美妙的音乐可使人陶醉。280Hz2560Hz频率段称频率段称为中高声频。为中高声频。小提琴约有小提琴约有四分之一的四分之一的较高音域在较高音域在此频段。此频段。超声波超声波蝙蝠能蝙蝠能发出和听发出和听见超声波。见超声波。蝙蝠依靠超声
51、波定位蝙蝠依靠超声波定位超声波可以超声波可以比较容易被聚焦比较容易被聚焦，具有具有能量集中能量集中的特点。的特点。超声波雾化器超声波雾化器超声波加湿器超声波加湿器 压电陶瓷或磁压电陶瓷或磁致伸缩材料在高致伸缩材料在高电压窄脉冲作用电压窄脉冲作用下，可得到较下，可得到较大大功率的超声波功率的超声波，可以被可以被聚焦聚焦，能，能用于用于集成电路及集成电路及塑料的焊接。塑料的焊接。 超声波超声波塑料焊接机塑料焊接机超声波超声波集成电路集成电路金丝金丝焊接机焊接机 超声波被聚焦后，具有较好的方向性，在遇到两超声波被聚焦后，具有较好的方向性，在遇到两种介质的分界面时，能产生明显的反射和折射现象，种介质的
52、分界面时，能产生明显的反射和折射现象，这一现象类似于光波。这一现象类似于光波。便携式超声波便携式超声波探鱼器探鱼器超声波在医学检查超声波在医学检查中的应用中的应用胎儿的胎儿的B超影像超影像大功率超声波用于高效清洗大功率超声波用于高效清洗当强的声波信号作用于液体时，则会对液体产生一当强的声波信号作用于液体时，则会对液体产生一定的正压，即液体体积被压缩减小，液体中形成的定的正压，即液体体积被压缩减小，液体中形成的微微小气泡被压碎小气泡被压碎。每个每个气泡的破裂会产生能量极大的冲击波，相当于气泡的破裂会产生能量极大的冲击波，相当于瞬间产生几百度的高温和高达上千个大气压的压力瞬间产生几百度的高温和高达
53、上千个大气压的压力，这种现象被称之为这种现象被称之为“空化作用空化作用”，超声波清洗正是利，超声波清洗正是利用液体中气泡破裂所产生的冲击波来达到用液体中气泡破裂所产生的冲击波来达到清洗和冲刷清洗和冲刷工件内外表面工件内外表面的作用。的作用。超声清洗多用于半导体、机械、玻璃、医疗仪器等超声清洗多用于半导体、机械、玻璃、医疗仪器等行业。行业。超声波清洗原理及清洗器超声波清洗原理及清洗器超声换能器超声换能器气泡气泡波浪波浪清洗物清洗物超声波的超声波的波型波型分类分类（图图5-215-21 ） 纵波纵波纵波质点的运动方向纵波质点的运动方向表面波在钢材表面的传播表面波在钢材表面的传播纵波在钢材中的传播纵
54、波在钢材中的传播 横波横波 a）纵波）纵波 b）质点的运动过程）质点的运动过程 c）横波）横波 d）纵波在钢材中的传播）纵波在钢材中的传播 e)表面波在板材表面的传播表面波在板材表面的传播1超声波发生器超声波发生器 2钢材钢材 3耦合剂耦合剂 c声速声速 波长波长 4 4种常见超声波型种常见超声波型1）纵波：介质质点的振动方向与波的传播方向一致）纵波：介质质点的振动方向与波的传播方向一致的波，又称压缩波。纵波在固体介质中传播时，其传播的波，又称压缩波。纵波在固体介质中传播时，其传播速度约为横波的两倍。速度约为横波的两倍。2）横波：介质质点的振动方向与波的传播方向垂直）横波：介质质点的振动方向与
55、波的传播方向垂直的波，所以又称剪切波。横波只能在固体和切变模数很的波，所以又称剪切波。横波只能在固体和切变模数很高的粘滞液体中传播高的粘滞液体中传播。3）表面波：沿介质两个相之间的表面中传播的波。）表面波：沿介质两个相之间的表面中传播的波。表面波的幅值随表面下的深度迅速减小，其传播速度约表面波的幅值随表面下的深度迅速减小，其传播速度约为横波的为横波的0.9。当波长小于介质厚度时，也称瑞利波。当波长小于介质厚度时，也称瑞利波。4）兰姆波：它在薄板中传播，可用于长薄壁管的无）兰姆波：它在薄板中传播，可用于长薄壁管的无损探伤。损探伤。纵波（疏密波）纵波：在介质中传播时，纵波（疏密波）纵波：在介质中传
56、播时，波的传播方向与质点振动方向一致。波的传播方向与质点振动方向一致。横波横波横波也称横波也称“凹凸波凹凸波”，是，是介质粒子振动介质粒子振动方向和波行进方向垂方向和波行进方向垂直直的一种波。的一种波。也称也称S波波,若此波若此波沿着沿着x轴移动轴移动，则则振动方向为与振动方向为与x轴垂轴垂直的方向直的方向上。上。表面波表面波表面波是表面波是能量集中于表面附近的弹性波能量集中于表面附近的弹性波。超声波的声速超声波的声速几种常用材料的声速与密度、声阻抗的关系几种常用材料的声速与密度、声阻抗的关系（环境温度为（环境温度为0） 材料材料密度密度声阻抗声阻抗纵波声速纵波声速横波声速横波声速/103kg
57、m-1-1Z /MPasm-1cL/kms-1-1cS/kms-1-1钢钢7.74605.93.2铜铜8.94204.72.2铝铝2.71706.33.1有机玻璃有机玻璃1.18322.71.20甘油甘油1.27241.9水水(20)1.014.81.48机油机油0.912.81.4空气空气0.0012410-30.34超声波的指向角超声波的指向角超超声声波波声声源源发发出出的的超超声声波波束束以以一一定定的的角角度度逐逐渐渐向向外外扩扩散散。在在声声束束横横截截面面的的中中心心轴轴线线上上，超超声声波波最最强强，且且随随着着扩扩散散角角度度的的增增大大而而减减小小。指指向向角角（单单位位为为
58、rad）与超声源的直径）与超声源的直径D以及波长以及波长之间的关系为之间的关系为超声波声场指向性及指向角图超声波声场指向性及指向角图超声波入射角与反射角、折射角超声波入射角与反射角、折射角图图5-22超声波的反射与折射简图超声波的反射与折射简图（c1c2时）时）Pc入射波入射波入射角入射角Pr反射波反射波r反射角反射角Ps折射波折射波折射角折射角超声波的反射定律超声波的反射定律超超声声波波入入射射角角的的正正弦弦与与反反射射角角 r的的正正弦弦之之比比，等等于于入入射射波波所所处处介介质质的的声声速速c1与与反反射射波波所所处处介介质质的的声声速速cr之比之比，即：，即：sin/sinr=c1
59、/cr如果如果出射波的波型与入射波的波型都是纵波，出射波的波型与入射波的波型都是纵波，则则r=。超声波的折射定律超声波的折射定律入入射射角角的的正正弦弦与与折折射射角角的的正正弦弦之之比比，等等于于超超声声波波在在入入射射波波所所处处介介质质1的的声声速速c1与与折折射射波波所所处处介介质质2中中的的传播速度传播速度cs之比之比，即，即sin/sin = c1 /cs在在右右图图中中，折折射射角角大大于于入入射射角角，说说明明第第二二介介质质的的声声速速cs大大于于第第一一介介质质的的声声速速c1（与密度有关）（与密度有关）。超声波换能器超声波换能器图图5-23超声波换超声波换能器（直探头）能
60、器（直探头）结构结构1接插件接插件2金属外壳金属外壳3导电螺杆导电螺杆4接线片接线片5塑料内壳塑料内壳6金属丝金属丝7阻尼吸收块阻尼吸收块8压电晶体压电晶体6保护膜保护膜超声波换能器（超声探头）的外形超声波换能器（超声探头）的外形超声波换能器又称超声波探头。超声波换能器的工超声波换能器又称超声波探头。超声波换能器的工作原理有作原理有压电式压电式、磁致伸缩式磁致伸缩式、电磁式电磁式等数种，在检等数种，在检测技术中主要采用压电式。超声波探头又分为测技术中主要采用压电式。超声波探头又分为直探头直探头、斜探头斜探头、双探头双探头、表面波探头表面波探头、聚焦探头聚焦探头、冲水探头冲水探头、水浸探头水浸探
61、头、高温探头高温探头、空气传导探头空气传导探头以及以及其他专用探其他专用探头头等。等。 各种超声波探头各种超声波探头常用频率范围：常用频率范围：0.510MHz常见晶片直径：常见晶片直径：530mm接触式直探头接触式直探头（纵波垂直入射（纵波垂直入射到被检介质）到被检介质） 外壳用金属制外壳用金属制作作，保护膜用硬度保护膜用硬度很高的耐磨材料制很高的耐磨材料制作作，防止压电晶片，防止压电晶片磨损。磨损。保护膜保护膜接插件接插件接触式接触式 直探头原理直探头原理超声脉冲电压输超声脉冲电压输入端入端 接地端接地端保护膜保护膜被测物上表面被测物上表面耦合剂耦合剂超声波探头中的压电陶瓷芯片超声波探头中
62、的压电陶瓷芯片 将将数百伏数百伏的超声电脉冲的超声电脉冲加到压电晶片上，利用加到压电晶片上，利用逆逆压电效应压电效应，使晶片发射出持续时间很短的超声振动，使晶片发射出持续时间很短的超声振动波。当超声波经被测物反射回到压电晶片时，波。当超声波经被测物反射回到压电晶片时，利用利用压电效应，将机械振动波转换成同频率的交变电荷压电效应，将机械振动波转换成同频率的交变电荷和电压。和电压。耦合技术耦合技术超声波探头不能直接在被测物表面摩擦，超声波探头不能直接在被测物表面摩擦，必须在探头和被测物表面之间加入耦合剂必须在探头和被测物表面之间加入耦合剂耦合剂耦合剂的的种类和选择种类和选择 超声探头与被测物体接触
63、时，探头与被测超声探头与被测物体接触时，探头与被测物体表面间存在一层物体表面间存在一层空气薄层空气薄层，空气，空气将引起将引起三个界面间强烈的杂乱反射波，造成干扰，三个界面间强烈的杂乱反射波，造成干扰，并造成很大的衰减并造成很大的衰减。为此，。为此，必须将接触面之必须将接触面之间的空气排挤掉间的空气排挤掉。 在工业中，经常使用耦合剂，使之在工业中，经常使用耦合剂，使之充满在充满在接触层中，起到传递超声波的作用接触层中，起到传递超声波的作用。常用的。常用的耦合剂有耦合剂有自来水、机油、甘油、胶水、化学自来水、机油、甘油、胶水、化学浆糊浆糊等。等。 任务二任务二 超声波式流量计的应用超声波式流量计
64、的应用图图5-25传播时间差法超声波式流量测量示意图传播时间差法超声波式流量测量示意图F1发射的超声波先到达发射的超声波先到达T1F2发射的超声波后到达发射的超声波后到达T2图图5-25a）双声道）双声道X法安装型式法安装型式两对超声波探头测量流量原理分类两对超声波探头测量流量原理分类一、时间差法测量流量原理一、时间差法测量流量原理在被测管道在被测管道上下游的一定距离上上下游的一定距离上，分别安装两对超分别安装两对超声波发射和接收探头（声波发射和接收探头（F F1 1，T T1 1）、（）、（F F2 2，T T2 2），），其中其中F F1 1，T T1 1的超声波是顺流传播的超声波是顺流传
65、播的，而的，而F F2 2，T T2 2的超声波是逆的超声波是逆流传播的流传播的。由于这两束超声波在液体中传播速度的不同，测量由于这两束超声波在液体中传播速度的不同，测量两接收探头上超声波传播的时间差两接收探头上超声波传播的时间差 t t，可得到流体的，可得到流体的平均速度及流量。平均速度及流量。 F1发射的超声波到达发射的超声波到达F2的时间较短的时间较短一对超声波探头（一对超声波探头（Z Z法）测量流量原理法）测量流量原理图图5-25b）单声道）单声道V法夹装式法夹装式例例5-1010用传播时间差法超声波式流量计测量某用传播时间差法超声波式流量计测量某管道中液体的流量，已知管道中液体的流量
66、，已知管道的直径为管道的直径为600mm，流体在管道中的流速为流体在管道中的流速为10m/s，超声波在该液超声波在该液体中的声速为体中的声速为1500m/s。如果超声波传播的方向。如果超声波传播的方向与流体的流动方向的与流体的流动方向的夹角夹角=45，求：求：超声波在超声波在顺流与逆流中传播的顺流与逆流中传播的时间差为多少毫秒时间差为多少毫秒？解：解： 二、二、 频率差法测量流量原理频率差法测量流量原理F2F1 频率差法测量流量分析过程频率差法测量流量分析过程在在一一个个固固定定的的时时间间间间隔隔t内内，F1、F2是是完完全全相相同同的的超超声声探探头头，安安装装在在管管壁壁外外面面，通通过
67、过电电子子开开关关的的控控制制，交交替替地地作作为为超超声声波波发发射射器器与与接接收收器器用用。首首先先由由F1发发射射出出第第一一个个超超声声脉脉冲冲，它它通通过过管管壁壁、流流体体及及另另一一侧侧管管壁壁被被F2接接收收，此此信信号号经经放放大大后后再再次次触触发发F1的的驱驱动动电电路路，使使F1发发射射第第二二个个声声脉脉冲冲。紧紧接接着着，由由F2发发射射超超声声脉脉冲冲，而而F1作作接接收收器器，可可以以测测得得F1的的脉脉冲冲重重复复频频率率为为f1。同同理理可可以以测测得得F2的的脉脉冲冲重重复复频频率率为为f2。顺顺流流发发射射频频率率f1与与逆逆流流发发射射频频率率f 2
68、的的频频率率差差 f 与被测流速与被测流速v成正比成正比。一对超声波探头（一对超声波探头（V V法）测量流量原理法）测量流量原理图图5-26 发射、接收探头可以安装在管道的同一侧发射、接收探头可以安装在管道的同一侧例例5-1111用频率差法超声波式流量计测量某管道用频率差法超声波式流量计测量某管道中流体的流量，已知中流体的流量，已知管道的直径为管道的直径为600mm，流，流体在管道中的体在管道中的流速为流速为10m/s。如果超声波传播的。如果超声波传播的方向与流体流动方向的方向与流体流动方向的夹角夹角=45，求超声波在，求超声波在顺流与逆流中传播的频率差为多少赫兹顺流与逆流中传播的频率差为多少
69、赫兹？解：解：同侧式同侧式超声波流量计的使用超声波流量计的使用超声波流量计现场使用超声波流量计现场使用超声波流量计超声波流量计现场使用现场使用三、多普勒法超声波式流量计原理三、多普勒法超声波式流量计原理当当运运动动物物体体迎迎着着波波源源运运动动时时，波波被被压压缩缩，波波长长变变得得较较短短，频频率率变变得得较较高高；而而当当运运动动物物体体背背着着波波源源运运动动时时，会会产产生生相相反反的的效效应应。产产生生的的频频偏偏fd与与波波源源、移移动动物物体体两两者者之之间间的的相相对对速速度度v及及运运动动方方向向有有关关。物物体体运运动动的的速速度度越越快快，所所产产生生的的频频偏偏效效应
70、应就就越越大大。超超声声探探头头F1向向流流体体发发出出频频率率为为f1的的连连续续超超声声波波，照照射射到到液液体体中中的的散散射射体体（悬悬浮浮颗颗粒粒或或气气泡泡）上上。散散射射的的超超声声波波产产生生多多普普勒勒频频移移fd，接接收收探探头头F2接接收收到到频频率率为为f2的的超超声声波波，其值为其值为多普勒效应多普勒效应 前进方向的前进方向的频率升高频率升高如果波源和观察如果波源和观察者之间有者之间有相对运动相对运动，那么观察者那么观察者接收到接收到的频的频率率和波源的频和波源的频率就不相同率就不相同了，这了，这种现象叫做种现象叫做多普勒多普勒效应效应。测出测出 f 就可就可得到运动
71、速度得到运动速度。多普勒效应示意多普勒效应示意波源向左运动时，波源向左运动时，前进方向的波长变短，频率升高前进方向的波长变短，频率升高波源向右运动时，波源向右运动时，右侧表面波被压缩右侧表面波被压缩图图5-27多普勒法超声波式流量测量示意图多普勒法超声波式流量测量示意图2024/9/10113任务三任务三 流量计的检定流量计的检定按照我国计量法对计量器具管理的规定，按照我国计量法对计量器具管理的规定，必须对新购必须对新购进或维修过的流量计进行检定进或维修过的流量计进行检定。检定是为了评定流量计检定是为了评定流量计的性能的性能，如：，如：准确度准确度、重复性重复性、温漂温漂等。检定人员必须等。检
72、定人员必须先对被检定流量计进行外观检查，再进行示值误差等项先对被检定流量计进行外观检查，再进行示值误差等项目的检定。目的检定。液体流量计的检定（含校验）方法有：液体流量计的检定（含校验）方法有：静态容积法静态容积法、静态称重法静态称重法、动态容积法动态容积法、动态称重法动态称重法、标准体积管法标准体积管法、标准表法标准表法等。等。用标准表法与称重法结合比较准确用标准表法与称重法结合比较准确。气体。气体流量计的检定方法有：流量计的检定方法有：标准表法标准表法、钟罩法钟罩法、音速文丘里音速文丘里喷嘴法喷嘴法等。等。2024/9/10114一、液体流量标准表检定法一、液体流量标准表检定法多台被检定或
73、被校验的流量计与标准流量计（也称标多台被检定或被校验的流量计与标准流量计（也称标准流量表）串联准流量表）串联。如果流体稳定如果流体稳定，可以认为被检定流量，可以认为被检定流量计与标准流量计的质量流量基本相等。如果不考虑液体计与标准流量计的质量流量基本相等。如果不考虑液体的压缩系数，温度也相同，的压缩系数，温度也相同，体积流量也相同体积流量也相同。标准流量标准流量表的量程应略高于被检定流量计，不超过表的量程应略高于被检定流量计，不超过25%；允许最；允许最大绝对误差大绝对误差应小于被校流量计允许最大绝对误差的应小于被校流量计允许最大绝对误差的1/3。此时可以认为被检定流量计的误差此时可以认为被检
74、定流量计的误差等于显示值等于显示值Ax减去减去标准流量计的读数标准流量计的读数A0，即：，即：Ax- -A0。1 1电磁磁阀 2 2整流器整流器 3 3标准流量准流量计 4 4被被检定流量定流量计a a 5 5被校流量被校流量计b b 6 6电动阀图图5-282024/9/10115二、水标准装置检定法二、水标准装置检定法1水池水池2水泵水泵3进水管进水管4稳压水塔稳压水塔5溢流壁（堰）溢流壁（堰）6溢流槽溢流槽7溢流管溢流管8出水管出水管9截止阀截止阀10直管道直管道11被检定流量计被检定流量计12调节阀调节阀13分水换向器分水换向器14旁通过渡槽旁通过渡槽15称量计量槽称量计量槽16电子秤电子秤17放水阀放水阀18温度传感器温度传感器（图（图5-29放大图见下页）放大图见下页）2024/9/10116图图5-295-29 水标准装置结构示意图水标准装置结构示意图10 九月九月 2024現在時間現在時間是：是： 14:1414:14 休息一下休息一下！
