流量传感器.pptx
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1、1 1、流量的基本概念、流量的基本概念()流量:单位时间内流过管道横截面的流体数量,称为瞬时流量。()体积流量:当流体的数量以体积表示时,称“体积流量”,记作qv,qV=Av,单位为,单位为m3/h或或L/s;。()质量流量:当流体的数量以质量表示量,称“质量流量”,记作qm,qm=Av,单位为,单位为t/h或或kg/s。()累积流量:在某一段时间内流过管道横截面的流体总和称为总(流)量或累积流量,记为q。3.43.4流量检测流量检测例:设测得流速v=10m/s,圆管道的直径D=1m,则截面积A=0.79m2,流量qV=7.9m3/s。通常指用来测量瞬时流量的仪表叫流量计,而用来计总量的仪表称
2、为计量表、流量的测量方法、流量的测量方法测量流量的方法很多,有流速法、容积法、质量法、水槽法等。流速法中,又有叶轮式、涡轮式、卡门涡流式(又称涡街式)、热线式、多普勒式、超声式、电磁式、差压节流式等。常见的流量计有:容积式流量计、差压式流量计、浮子流量计、涡轮流量计、电磁流量计、插入式流量计、流体振荡流量计(涡街流量计、质量流量计)3.4.13.4.1差压式流量计差压式流量计差压式流量计是一类应用最广泛的流量计,在各类流量仪表中其使用量占居首位。近年来,由于各种新型流量计的问世,它的使用量百分数逐渐下降,但目前仍是最重要的一类流量计。节流式流量计外形节流式流量计外形 气体或液体管道气体或液体管
3、道及涡流发生锥体及涡流发生锥体 一、差压式流量计组成一、差压式流量计组成差压式流量计主要由三部分组成:节流装置、测量静压差的差压计、显示仪表。()节流装置是安装在流体管道中,使流体的流通截面发生变化,引起流体静压变化的一种装置。常用的节流装置有文丘利管、喷嘴和孔板。()将节流装置前后产生的压力差转换成为标准的电信号。文丘利管压力损失最小,而孔板压力损失最大。文丘利管孔板喷嘴、常用的节流装置常用的节流装置节流孔板节流孔板后取压管后取压管、节流孔板节流孔板节流孔板节流孔板流速变快,流速变快,压力变小压力变小 流体入口流体入口狭窄部位狭窄部位、文丘里喷嘴文丘里喷嘴文丘里喷嘴在文丘里喷嘴在管道中的位置
4、管道中的位置前取压口前取压口后取压口后取压口、导压管的配置、导压管的配置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孔板时,流速加快,后取压管处的压力减小。节流装置输出的压力差是从节流装置的前后节流装置输出的压力差是从节流装置的前后取压孔取出的。从取压孔到差压变送器的导压管取压孔取出的。从取压孔到差压变送器的导压管的配置也应按照规定的标准安装。如果被测流体的配置也应按照规定的标准安装。如果被测流体是气体,导压管应从节流装置的上方引出,以免是气体,导压管应从节流装置的上方引出,以免混杂在气体中的液滴堵住取压管;如果被测流体混杂在气体中的液滴堵住取压管;如果被测流体是液体,导压管应
5、从节流装置的下方引出,以免是液体,导压管应从节流装置的下方引出,以免混杂在液体中的气体影响取压。混杂在液体中的气体影响取压。导压管配置图导压管配置图当充满圆管的流体流经在管道内部安装的节流装置时,流束将在节流件处形成局部收缩,使流速增大,静压力降低,于是在节流件前后产生压力差该压力差通过差压计检出流体的体积流量或质量流量与差压计所测得的差压值有确定的数值关系。二、工作原理二、工作原理 选定两个截面,II是节流装置前流体开始受节流装置影响的截面S1;II-II是流束经过节流装置后收缩最厉害的流束截面S2,由伯努利方程式得p1、p2流体在截面II和IIII处的静压力v1、v2流体在截面II和III
6、I处的平均流速结论:经过节流元件,流速提高,静压力降低,即在节流元件前后产生压力差。、优点(1)应用最多的孔板式流量计结构牢固,性能稳定可靠,使用寿命长;(2)应用范围广泛,至今尚无任何一类流量计可与之相比拟;(3)检测件与变送器、显示仪表分别由不同厂家生产,便于规模经济生产 三、差压式流量计特点三、差压式流量计特点、缺点(1)测量精度普遍偏低;(2)范围度窄,一般仅3:14:1;(3)现场安装条件要求高;(4)压损大(指孔板、喷嘴等)、应用概况差压式流量计应用范围特别广泛,在封闭管道的流量测量中各种对象都有应用,如流体方面:单相、混相、洁净、脏污、粘性流等;工作状态方面:常压、高压、真空、常
7、温、高温、低温等;管径方面:从几mm到几m;流动条件方面:亚音速、音速、脉动流等。它在各工业部门的用量约占流量计全部用量的1/41/3。3.4.2容积式流量计容积式流量计一、常见的容积式流量计容积式流量计按其测量元件分类,可分为椭圆齿轮流量计、刮板流量计、双转子流量计、旋转活塞流量计、往复活塞流量计、圆盘流量计、液封转筒式流量计、湿式气量计及膜式气量计等、椭圆齿轮型容积流量计(也称奥巴尔容积流量计)的示意图该流量计由两椭圆齿轮相互啮合进行工作,图中P1表示流量计进口流体压力;P2表示出口流体压力,显然压力P1大于P2。椭圆齿轮流量计椭圆齿轮流量计FPPFPP()在图21(a)中,上齿轮为主动轮
8、,下齿轮为从动轮。下面转子虽然受到流体的压差作用,但不产生旋转力矩,而上面齿轮在两侧差压作用下产生旋转力矩而转动由于两个齿轮互相啮合,故各自以O1,O2为轴心按箭头方向旋转,同时齿轮O1将半月形计量空间的流体排向出口。()在图21(b)位置时,两个齿轮均在流体差压作用下产生旋转力矩,并在该力矩作用下沿箭头方向旋转,转变到图21(c)所示的位置()在图21(c),齿轮位置与图21(a)相反,下齿轮为主动轮,上齿轮为从动轮。下齿轮在进出口流体差压作用下旋转,又一次将它与壳体之间的半月型“计量空间”中的流体排出。如此连续不断运动,椭圆齿轮每转一周,就排出四份“计量空间”流体体积因此,只要读出齿轮的转
9、数,就可以计算出排出的液体量。、腰轮流量计(罗茨流量计)腰轮容积流量计,也称罗茨型容积流量计。这种流量计的工作原理和工作过程与椭圆齿轮型基本相同,同样是依靠进,出口流体压力差产生运动,每旋转一周排出四份“计量空间”的流体体积量。所不同的是在腰轮上没有齿,它们不是直接相互啮合转动,而是通过按装在壳体外的传动齿轮组进行传动。、刮板式容积流量计刮板式流量计也是一种较常见的容积式流量计。在这种流量计的转子上装有两对可以径向内外滑动的刮板,转子在流量计进、出口差压作用下转动,每转动一周排出四份“计量空间”的流体体积与前一类流量计相同,只要测出转动次数,就可以计算出排出流体的体积量。、优点(1)计量精度高
10、;(2)安装管道条件对计量精度没有影响;(3)可用于高粘度液体的测量;(4)范围度宽;(5)直读式仪表无需外部能源可直接获得累计,总量,清晰明了,操作简便。二、椭圆齿轮容积式流量计性能二、椭圆齿轮容积式流量计性能、缺点(1)结构复杂,体积庞大;(2)被测介质种类、口径、介质工作状态局限性较大;(3)不适用于高、低温场合;(4)大部分仪表只适用于洁净单相流体;(5)产生噪声及振动。电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律制成的一种测量导电液体体积流量的仪表。3.4.3电磁流量计电磁流量计可以测量各种腐蚀性介质:酸、碱、盐溶液以及带有悬浮颗粒的浆液。此流量计无机械惯性,反应灵敏,可以测
11、量脉冲流量,而且线性较好,可以直接进行等分刻度。只能测量导电液体,因此对于气体、蒸气以及含大量气泡的液体,或者电导率很低的液体不能测量。由于测量管内衬材料一般不宜在高温下工作,所以目前一般的电磁流量计还不能用于测量高温介质。一、组成()外壳()外壳:用磁铁材料制成,用以保护内部册路系统:用磁铁材料制成,用以保护内部册路系统和隔离外部磁场的干扰。和隔离外部磁场的干扰。()磁路系统()磁路系统:用于产生均匀的直流或交流磁场。:用于产生均匀的直流或交流磁场。()测量管()测量管:电磁流量计的主要部分,流过被测流体。:电磁流量计的主要部分,流过被测流体。测量管采用不导磁、低电导率并有一定机械强度的材料
12、测量管采用不导磁、低电导率并有一定机械强度的材料制成,如不锈钢、玻璃钢、铝等。制成,如不锈钢、玻璃钢、铝等。()衬里()衬里:测量管道内壁的一层耐磨、耐腐蚀、耐高:测量管道内壁的一层耐磨、耐腐蚀、耐高温材料。主要功能是增加测量管道的耐磨与耐腐蚀性,温材料。主要功能是增加测量管道的耐磨与耐腐蚀性,防止感应电势被金属测量管管壁短路。防止感应电势被金属测量管管壁短路。()电极()电极:正确引出感应电势信号。:正确引出感应电势信号。1 1直流励磁直流励磁 直流励碰方式用直流电产生磁场或采用永久磁铁,但是,使用直流磁场易使通过测量管道的电解质液体被极化极化,即电解质在电场中被电解,产生正负离子,在电即电
13、解质在电场中被电解,产生正负离子,在电场力的作用下,负离子跑向正极,正离子跑向负极。场力的作用下,负离子跑向正极,正离子跑向负极。这样,将导致正负电极分别被相反极性的离子所包围,严重影响仪表的正常工作所以,直流励磁一般只用于测量非电解质液体,如液态金属等二、工作原理二、工作原理法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律如图所示,设在均匀磁场中,垂直于磁场方向有一个直径为D的管道。管道由不导磁材料制成,当导电的液体在导管中流动时,导电液体切割磁力线,因而在磁场及流动方向垂直的方向上产生感应电动势,如安装一对电极,则电极间产生和流速成比例的电位差。式中,c为感应电动势:B为磁感应强度,D为管道内径;v为
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