傳感器與測技術(shù)第4章 流量傳感器

《傳感器與測技術(shù)第4章 流量傳感器》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《傳感器與測技術(shù)第4章 流量傳感器（110頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、第第4章章 流量檢測技術(shù)流量檢測技術(shù)4.1 概述概述4.2 差壓式流量計差壓式流量計4.3 容積式流量計容積式流量計4.4 速度式流量計速度式流量計4.5 質(zhì)量式流量計質(zhì)量式流量計4.6 流量計的選用流量計的選用內(nèi)容提要本章介紹了流量的基本概念，流量的檢測方法，常用流量計的分類、性能和主要參數(shù)；重點講述了壓差式流量計、容積式流量計、速度式流量計的檢測原理、主要特點及適用范圍等；對壓差式流量計的安裝使用與容積式流量計的安裝使用也作了一定的闡述，最后介紹了選用流量計應(yīng)考慮的因素以及選型步驟。通過本章學(xué)習(xí)，要求掌握針對不同被測介質(zhì)而選用對應(yīng)流量計的方法和流量計的安裝使用。 4.1 概述概述4.1.1

2、 流量檢測基礎(chǔ)流量檢測基礎(chǔ)流量，是指單位時間內(nèi)流過管道某截面流體的體積（稱為體積流量）或質(zhì)量（稱為質(zhì)量流量），在一段時間內(nèi)流過的流體量就是流體總量，即瞬時流量對時間的積累。測量流量的計量器具稱為流量計，通常由一次裝置和二次儀表組成。一次裝置安裝于流體導(dǎo)管內(nèi)部或外部，根據(jù)流體與一次裝置相互作用的物理定律，產(chǎn)生一個與流量有確定關(guān)系的信號。一次裝置又稱為流量傳感器。二次儀表接受一次裝置的信號，并轉(zhuǎn)換成流量輸出信號或顯示信號。由于用于流量測量的一次裝置與二次儀表通常配套使用，所以將傳感器與二次儀表通稱為流量計。 流量計的分類流量計的分類分為:瞬時流量計累積式流量計流量的計量單位流量的計量單位體積流量的

3、計量單位為米3/秒（m3/s）；質(zhì)量流量的計量單位為千克/秒（kg/s）；累積體積流量的計量單位為米3（m3）；累積質(zhì)量流量的計量單位為千克（kg）。除這些計量單位外，工程上還使用米3/時（m3/h）、升/分（L/min）、噸/小時（t/h）、升（L）、噸（t）等作為流量計量單位。4.1.2 流量的檢測方法流量的檢測方法按測量對象劃分:封閉管道用和明渠用兩大類。按測量目的分:總量測量和流量測量 其儀表分別稱作總量表和流量表。按測量原理分:力學(xué)原理、熱學(xué)原理、聲學(xué)原理、電學(xué)原理、原子物理學(xué)原理等。 4.1.3 流量計的分類流量計的分類表表4-1 常用流量計分類及性能常用流量計分類及性能4.1.4

4、 流量計的主要技術(shù)參數(shù)流量計的主要技術(shù)參數(shù)1. 流量范圍流量范圍指流量計可測的最大流量與最小流量的范圍。指流量計可測的最大流量與最小流量的范圍。2. 量程和量程比量程和量程比流量范圍內(nèi)最大流量與最小流量值之差稱為流量計的量程。流量范圍內(nèi)最大流量與最小流量值之差稱為流量計的量程。最大流量與最小流量的比值稱為量程比。最大流量與最小流量的比值稱為量程比。3. 允許誤差和精度等級允許誤差和精度等級流量計在規(guī)定的正常工作條件下允許的最大誤差，稱為該流量計在規(guī)定的正常工作條件下允許的最大誤差，稱為該流量計的允許誤差。流量計的允許誤差。4. 壓力損失壓力損失通常用流量計的進、出口之間的靜壓差來表示。通常用流

5、量計的進、出口之間的靜壓差來表示。4.2 差壓式流量計差壓式流量計4.2.1 節(jié)流式流量計節(jié)流式流量計4.2.2 靶式流量計靶式流量計4.2.3 轉(zhuǎn)子流量計轉(zhuǎn)子流量計4.2.4 差壓式流量計標(biāo)準節(jié)流裝置的安裝要求差壓式流量計標(biāo)準節(jié)流裝置的安裝要求4.2.5 差壓式流量計的使用差壓式流量計的使用4.2.1 節(jié)流式流量計節(jié)流式流量計節(jié)流式流量計：是在管道中安裝某種節(jié)流元件，當(dāng)流體流過節(jié)流元件時，產(chǎn)生壓力差，通過測量壓力差，就可實現(xiàn)流量的測量。節(jié)流式流量傳感器主要由節(jié)流裝置和差壓計（或差壓變壓器）和顯示儀表。節(jié)流裝置是流量敏感檢測元件，是安裝在流體流動的管道中的阻力元件，其直徑比管徑小。如孔板、噴嘴

6、、文丘利管。節(jié)流裝置的作用：把被測流體的流量轉(zhuǎn)換成壓差信號；壓差計的作用:對壓差進行測量并顯示測量值；差壓變送器的作用:能把差壓信號傳換為與流量對應(yīng)的標(biāo)準信號或氣信號，以供顯示、記錄或控制。1. 測量原理節(jié)流式流量計的工作原理示意如圖4-1所示。圖4-1 節(jié)流流量計工作原理示意圖靜壓：流體分子不規(guī)則運動而撞擊于管壁上產(chǎn)生的壓力；動壓：流體流動時產(chǎn)生的壓力，只要管道內(nèi)流體流動就具有一定的動壓；全壓=靜壓+動壓靜壓差的大小p與流過管道的流體體積流量QV之間的關(guān)系為 （4-1）式中，為實驗方法所確定的流量系數(shù)；為流體膨脹校正系數(shù)（可壓縮流體1，不可壓縮流體1）；S0為節(jié)流裝置收縮最厲害的截面面積（）

7、；為流體密度（kg/m3）。pSQV202. 主要特點主要特點優(yōu)點優(yōu)點:具有結(jié)構(gòu)簡單、牢固、工作可靠、性能具有結(jié)構(gòu)簡單、牢固、工作可靠、性能穩(wěn)定、準確度適中、價格便宜、使用方便；穩(wěn)定、準確度適中、價格便宜、使用方便；缺點：易受流體密度的影響，管道中有壓力損缺點：易受流體密度的影響，管道中有壓力損失，只適用于對潔凈流體的測量。失，只適用于對潔凈流體的測量。3. 適用范圍適用范圍廣泛用于石油、化工、冶金、電力、輕紡等行廣泛用于石油、化工、冶金、電力、輕紡等行業(yè)。適用于對液體、蒸汽、氣體的流量測量。業(yè)。適用于對液體、蒸汽、氣體的流量測量。 節(jié)流式流量計外形如圖節(jié)流式流量計外形如圖4-2所示。所示。圖

8、4-2 節(jié)流式流量計外形4.2.2 靶式流量計靶式流量計圖圖 靶式流量計靶式流量計1. 測量原理測量原理 （4-2）式中：式中：QV為體積流量（為體積流量（m3/s）；）；為直徑比，為直徑比，d/D； D為測量管內(nèi)徑（為測量管內(nèi)徑（m）；）；d為靶直徑（為靶直徑（m）；）； 為流體密度（為流體密度（g/m3）；）； F為靶受到的力（為靶受到的力（N）；）； 為流量系數(shù)，由實驗確定。為流量系數(shù)，由實驗確定。FDQV21253. 12. 主要特點主要特點靶式流量計與節(jié)流式相比具有結(jié)構(gòu)簡單，不需要安裝引壓管和其他輔助管件，安裝維護方便和不易堵塞等特點；壓力損失一般低于節(jié)流式流量計，約為孔板壓力損失的

9、一半。3. 適用范圍適用范圍靶式流量計可用于測量液體、氣體和蒸汽的流量，尤其可用于測量高粘度的液體。例如用于重油、瀝青、含固體顆粒的漿液及腐蝕性介質(zhì)的流量測量。4.2.3 轉(zhuǎn)子流量計轉(zhuǎn)子流量計圖4-5 轉(zhuǎn)子流量傳感器測流量原理圖1. 工作原理工作原理轉(zhuǎn)子在錐形管內(nèi)的位置（高度）與被測流體的體積流量有關(guān)，他們的關(guān)系可用下式表示 （4-3）式中，為轉(zhuǎn)子對流體的阻力系數(shù)； df為轉(zhuǎn)子的最大直徑（m）； H為轉(zhuǎn)子高度（m）；為錐形管的錐角（rad）；g為重力加速度；pf為轉(zhuǎn)子的密度（kg/m3）；為流體的密度（kg/m3）；Sf為轉(zhuǎn)子最大的橫截面積（）。fff2tan1SgHdQV2. 主要特點主要特

10、點轉(zhuǎn)子流量計按錐形管制造材料的不同有玻璃管和金屬管兩大類.3. 適用范圍適用范圍轉(zhuǎn)子流量計適合測量較小的流量，如可測量氣體或液體的流量（粘度大的液體除外），比較適合于實驗室或儀器裝置中的流量指示和監(jiān)視。圖4-6 轉(zhuǎn)子流量計外形4.2.4 差壓式流量計標(biāo)準節(jié)流裝置的安裝要求差壓式流量計標(biāo)準節(jié)流裝置的安裝要求 安裝時，必須保證節(jié)流件的開孔和管道同心，節(jié)流裝置端面與管道的軸線垂直。在節(jié)流件的上下游，必須配有一定長度的直管段。 導(dǎo)壓管盡量按最短距離敷設(shè)在350m之內(nèi)。為了不致在此管路中積聚氣體和水分，導(dǎo)壓管應(yīng)垂直安裝。水平安裝時，其傾斜率不應(yīng)小于1:10，導(dǎo)壓管為直徑1012mm的銅、鋁或鋼管。 測量

11、液體流量時，應(yīng)將差壓計安裝在低于節(jié)流裝置處。若一定要裝在上方時，應(yīng)在連接管路的最高點處安裝帶閥門的集氣器，在最低點處安裝帶閥門的沉降器，以便排出導(dǎo)壓管內(nèi)的氣體和沉積物，如圖4-7所示。圖4-7 測量液體時差壓計安裝1節(jié)流裝置；2沉降器；3集氣器 測量氣體流量，最好將差壓計裝在高于節(jié)流裝置處。如一定要安裝在下面，在連接導(dǎo)管的最低處安裝沉降器，以便排除冷凝液及污物，如圖4-8所示。圖4-8 測量氣體時差壓計安裝1差壓計；2沉降器 測量粘性的、腐蝕性的或易燃的液體流量時，應(yīng)安裝隔離器，如圖4-9所示。隔離器的用途是保護差壓計不受被測流體的腐蝕和沾污，隔離器是兩個相同的金屬容器，容器內(nèi)充滿化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定

12、并與被測流體不相互作用和溶融的液體，差壓計同時充滿隔離液。圖4-9 測量腐蝕性液體時儀表安裝1差壓計；2節(jié)流裝置；3沖洗閥；4導(dǎo)壓管；5隔離器；6沉降器；7排水閥；8平衡閥 測量蒸汽流量時，差壓計和節(jié)流裝置之間的相對配置和測量液體流量相同。為保證導(dǎo)壓管中的冷凝水處于同一水平面上，在靠近節(jié)流裝置處安裝冷凝器。冷凝器是為了使差壓計不受700C以上高溫流體的影響，并能使蒸汽的冷凝液處于同一水平面上，以保證測量精度。如圖4-10所示。圖4-10 測量蒸汽流量時安裝1冷凝器；2沉降器；3差壓計4.2.5 差壓式流量計的使用差壓式流量計的使用1. 測量液體流量測量液體流量2. 測量氣體流量測量氣體流量3.

13、 測量蒸汽測量蒸汽4.3 容積式流量計容積式流量計4.3.1 橢圓齒輪流量計橢圓齒輪流量計4.3.2 腰輪流量計腰輪流量計4.3.3 旋轉(zhuǎn)活塞式流量計旋轉(zhuǎn)活塞式流量計4.3.4 刮板式流量計刮板式流量計4.3.5 容積式流量計的安裝與使用容積式流量計的安裝與使用原理：利用機械測量元件把流體連續(xù)不斷地分割成單個已知的體積部分，根據(jù)測量室逐次重復(fù)地充滿和排放該體積部分流體的次數(shù)來測量流體體積總量。優(yōu)點：測量精度高，被測流體粘度影響小，不要求前后有直管段等。 4.3.1 橢圓齒輪流量計橢圓齒輪流量計計量齒輪的轉(zhuǎn)數(shù)計數(shù)機構(gòu)圖4-11 橢圓齒輪流量計示意圖4.3.2 腰輪流量計腰輪流量計各測量元件不接觸

14、運行磨損小圖4-12 腰輪流量計原理示意圖圖4-13 腰輪流量計外形 腰輪流量計的型號表示腰輪流量計的型號表示腰輪流量計管道安裝形式腰輪流量計管道安裝形式4.3.3 旋轉(zhuǎn)活塞式流量計旋轉(zhuǎn)活塞式流量計活塞的轉(zhuǎn)數(shù)圖4-14 旋轉(zhuǎn)活塞式流量計原理圖4.3.4 刮板式流量計刮板式流量計圖4-15 凸輪式刮板流量計原理圖4.3.5 容積式流量計的安裝與使用容積式流量計的安裝與使用安裝時要注意被測流體的流動方向應(yīng)與流量計外殼上的流向標(biāo)志一致。容積式流量計只能測量單相潔凈的流體，安裝前必須先清洗上游管線，在流量計上游要安裝過濾器，以免雜質(zhì)進入流量計內(nèi)，卡死或損壞測量元件；當(dāng)測量含氣液體或易氣化的液體時，還應(yīng)

15、考慮加裝消氣器；調(diào)節(jié)流量的閥門應(yīng)位于流量計下游，為維護方便需設(shè)置旁通管路。容積式流量計在使用過程中被測流體應(yīng)充滿管道，并工作在規(guī)定的流量范圍內(nèi)；當(dāng)粘度、溫度等參數(shù)超過規(guī)定范圍時應(yīng)對流量值進行修正；流量計需定期清洗和檢定。4.4 速度式流量計速度式流量計4.4.1 渦輪流量計渦輪流量計4.4.2 葉輪式流量計葉輪式流量計4.4.3 渦街流量計渦街流量計4.4.4 電磁流量計電磁流量計4.4.5 超聲波流量計超聲波流量計速度式流量計的工作原理速度式流量計的工作原理原理：利用測量管道內(nèi)流體的速度來測量流量。若測得管道截面上的平均速度，則流體的體積流量流量=平均流速平均流速管道截面積管道截面積 體積流

16、量：當(dāng)流體以體積表示時稱為體積流量。質(zhì)量流量：當(dāng)流體以質(zhì)量表示時稱為質(zhì)量流量。AudtdVtVqtv0limAudtdMtMqtm0lim4.4.1 渦輪流量計渦輪流量計1. 工作原理基于流體動量矩守恒原理工作 流量渦輪磁電轉(zhuǎn)換裝置前置放大顯示儀表將渦輪轉(zhuǎn)速電脈沖信號轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速脈沖脈沖圖4-16 渦輪流量計1導(dǎo)流器；2殼體；3支承；4渦輪；5磁電轉(zhuǎn)換器渦輪流量計的結(jié)構(gòu)渦輪流量計的結(jié)構(gòu)渦輪流量計主要由殼體、導(dǎo)流器、支承、渦輪和磁電轉(zhuǎn)換器組成。渦輪是測量元件，由導(dǎo)磁性較好的不繡鋼制成，根據(jù)流量計直徑的不同，其上裝有28片螺旋形葉片，裝在摩擦力很小的軸承上；導(dǎo)流器由導(dǎo)向片及導(dǎo)向座組成，用以導(dǎo)直流體；磁

17、電轉(zhuǎn)換裝置由線圈和磁鋼組成，安裝在流量計殼體上。2. 主要特點渦輪流量計的優(yōu)點： 具有測量精度高、復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性好、量程范圍寬、耐高壓、對流量變化反應(yīng)迅速等特點，輸出為脈沖信號，抗干擾能力強，信號便于遠傳。缺點：是制造困難、成本高。 由于渦輪高速轉(zhuǎn)動，軸承易損，降低了長期運行的穩(wěn)定性，影響使用壽命。3. 適用范圍渦輪流量計可用于測量氣體、液體流量。注意事項：被測介質(zhì)潔靜，不適用于對粘度大的液體測量，主要用于精度要求高、流量變化快的場合，還用作標(biāo)定其他流量計的標(biāo)準儀表。渦輪流量計應(yīng)水平安裝，并保證其前后有一定的直管段。要求被測流體粘度低，腐蝕性小，不含雜質(zhì)，以減小軸承磨損，一般應(yīng)在流量計前加裝過

18、濾裝置。如果被測液體易氣化或含有氣體時，要在流量計前裝消氣器。液體介質(zhì)密度和粘度的變化對流量示值有影響，必要時應(yīng)做修正。4.4.2 葉輪式流量計葉輪式流量計 （a）原理圖 （b）IC卡水表圖4-17 葉輪式流量計4.4.3 渦街流量計渦街流量計1. 測量原理測量原理漩渦發(fā)生體：在均勻流動的流體中，垂直地插入一個具有非流線型截面的柱體。形狀有圓柱、三角柱、矩形柱、T形柱等?？ㄩT渦街：在該漩渦發(fā)生體兩側(cè)會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)方向相反、交替出現(xiàn)的漩渦，并隨著流體流動，在下游形成兩列不對稱的漩渦列，稱之為“卡門渦街”，如圖4-18所示。當(dāng)漩渦發(fā)生體的形狀和尺寸確定后，可以通過測量漩渦產(chǎn)生頻率來測量流體的流量。圖4

19、-18 圓柱漩渦發(fā)生器圖4-19 三角柱渦街檢測器2. 主要特點渦街流量計在管道內(nèi)無可動部件，使用壽命長，壓力損失小，水平或垂直安裝均可，安裝與維護比較方便；測量幾乎不受流體參數(shù)（溫度、壓力、密度、粘度）變化的影響，用水或空氣標(biāo)定后的流量計無須校正即可用于其他介質(zhì)的測量；其輸出是與體積流量成比例的脈沖信號，易與數(shù)字儀表或計算機相連接。3. 適用范圍渦街流量計實際是通過測量流速測流量的，流體流速分布情況將影響測量準確度因此適用于紊流流速分布變化小的情況，并要求流量計前后有足夠長的直管段。圖4-20 渦街流量計外形4.4.4 電磁流量計電磁流量計1. 測量原理測量原理它是基于電磁感應(yīng)原理制成的一種

20、傳感器圖4-21 電磁流量計原理圖BDuE B為磁感應(yīng)強度；D為管道內(nèi)徑；u為流體平均流速。被測導(dǎo)電流體切割磁力線時電極上產(chǎn)生感應(yīng)電勢E即E u2. 主要特點電磁流量計的測量導(dǎo)管中無阻力件，壓力損失極小，且不受被測介質(zhì)的物理性質(zhì)（如溫度、壓力、粘度）的影響；此外電磁流量計結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜，成本較高。電磁流量計的安裝地點應(yīng)盡量避免劇烈振動和交直流強磁場，要選擇在任何時候測量導(dǎo)管內(nèi)都能充滿液體。在垂直安裝時，流體要自下而上流過儀表，水平安裝時兩個電極要在同一平面上。電磁流量計的選擇要根據(jù)被測流體情況確定合適的內(nèi)襯和電極材料。其測量準確度受導(dǎo)管的內(nèi)壁，特別是電極附近結(jié)垢的影響，使用中應(yīng)注意維護清洗。3

21、. 適用范圍適用范圍適用于含有顆粒、懸浮物、腐蝕性介質(zhì)、脈動流量等流體的流量。被測介質(zhì)必須是導(dǎo)電的液體，不能用于氣體、蒸汽及石油制品的流量測量。圖4-22 電磁流量計外形4.4.5 超聲波流量計超聲波流量計1. 超聲波檢測的物理基礎(chǔ)1）聲波：其頻率在162104 Hz之間，能為人耳所聞的機械波次聲波：低于16 Hz的機械波超聲波：高于2104 Hz的機械波微波：頻率在310831011 Hz之間的波聲波的頻率界限圖 2) 特點特點超聲波的特點：頻率高、衍射不嚴重、定向傳播好、聲強比一般聲波強、傳播中衰減小、穿透本領(lǐng)大等特點。且碰到雜質(zhì)或媒質(zhì)的反界面產(chǎn)生反射顯著，而發(fā)射和接收又較容易。在超聲波檢

22、測技術(shù)中主要利用它的反射、折射、衰減等物理性質(zhì)。 2.2.超聲波傳感器的工作原理超聲波傳感器的工作原理壓電式超聲波傳感器 磁致伸縮式超聲波傳感器 流量顯示1789輸出信號換能器換能器接收接收發(fā)射發(fā)射壓電式流量計1)壓電式超聲波傳感器壓電式超聲波傳感器利用壓電材料的壓電效應(yīng)原理來工作的。利用壓電材料的壓電效應(yīng)原理來工作的。逆壓電效應(yīng)：在晶體切片的兩對面上加交變電場（或電壓），晶體切片就產(chǎn)生伸長與縮短的現(xiàn)象。a.a.發(fā)生器發(fā)生器: :利用逆壓電效應(yīng)的原理利用逆壓電效應(yīng)的原理b.b.接收器接收器: :利用正壓電效應(yīng)原理利用正壓電效應(yīng)原理石英晶體石英晶體 壓壓電陶瓷電陶瓷電能電能機械能機械能正壓電效應(yīng)

23、正壓電效應(yīng)逆壓電效應(yīng)逆壓電效應(yīng)2)2)磁致伸縮磁致伸縮式超聲波傳感器式超聲波傳感器利用鐵磁材料的磁致伸縮效應(yīng)原理工作的a.發(fā)生器 磁致伸縮效應(yīng)：是指鐵磁體在被外磁場磁化時，其體積和長度將發(fā)生變化的現(xiàn)象。b.接受器 壓磁效應(yīng)：鐵磁材料受到機械力的作用，它的內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)變，導(dǎo)致導(dǎo)磁率發(fā)生變化，產(chǎn)生壓磁效應(yīng)。 鎳、鐵鈷釩合金、含鋅鎳的鐵氧體鎳、鐵鈷釩合金、含鋅鎳的鐵氧體超聲波傳感器的應(yīng)用當(dāng)超聲發(fā)射器與接收器分別置于被測物兩側(cè)時，當(dāng)超聲發(fā)射器與接收器分別置于被測物兩側(cè)時，這種類型稱為這種類型稱為透射型透射型。透射型可用于遙控器、防盜報警器、接近開關(guān)透射型可用于遙控器、防盜報警器、接近開關(guān)等。等。超聲發(fā)射

24、器與接收器置于同側(cè)的屬于超聲發(fā)射器與接收器置于同側(cè)的屬于反射型反射型，反射型可用于接近開關(guān)、測距、測液位或物位、反射型可用于接近開關(guān)、測距、測液位或物位、金屬探傷以及測厚等。金屬探傷以及測厚等。 超聲波傳感器應(yīng)用舉例質(zhì)量檢查質(zhì)量檢查緊固件的安裝錯誤檢測緊固件的安裝錯誤檢測疊放疊放高度測量高度測量物件放置錯誤檢測物件放置錯誤檢測透明塑料張力控制透明塑料張力控制機械手定機械手定位位紙卷直徑檢測紙卷直徑檢測平整度測量平整度測量(1)超聲波流量傳感器原理超聲波流量傳感器原理(測量流量原理分類)時差法測流量時差法測流量 相位差法測流量相位差法測流量 頻率差法測流量頻率差法測流量傳播速度法傳播速度法圖4-

25、23 超聲測速原理時差法時差法當(dāng)R1按順流方向、R2按逆流方向發(fā)射超聲波時，超聲波到達接收器T1和T2所需的時間t1和t2與流速之間的關(guān)系為 （4-5）由于流體的流速相對聲速而言很小，即c u，因此時差 （4-6）而流體流速 （4-7）ucLt1ucLt22122cLuttttLcu22相差法相差法設(shè)超聲波換能器向流體連續(xù)發(fā)射形式為s(t)=Asin(t+0)的超聲波脈沖，式中為超聲波的角頻率。按順流和逆流方向收到的信號相位分別為1t1+0 2 t2+0 （4-8） 則順流和逆流接收的信號之間有相位差21t2ft （4-9） 式中，f為超聲波振蕩頻率則流體的流速 （4-10）fLcLcu422

26、2頻差法頻差法頻差法是通過測量順流和逆流時超聲脈沖的循環(huán)頻率之差來測量流量的。順流時脈沖循環(huán)頻率和逆流時脈沖循環(huán)頻率分別為 （4-11）順流和逆流時的聲脈沖循環(huán)頻差為 （4-12）所以流體流速 （4-13）Luctf111Luctf221 Lufff221fLu2同側(cè)式超聲波流量計的使用 （參考北京菲波儀表有限公司資料）（參考北京菲波儀表有限公司資料）2）主要特點）主要特點超聲波流量計可以從管道外部進行測量；測量結(jié)果不受被測流體的粘度、導(dǎo)電率的影響；其輸出信號與被測流體的流量成線性關(guān)系。3）適用范圍）適用范圍 可測各種液體和氣體的流量超聲波流量計現(xiàn)場使用(2)超聲波多普勒測量車速超聲波多普勒測

27、量風(fēng)速風(fēng) 風(fēng)引起超聲波的頻率風(fēng)引起超聲波的頻率變大或變小變大或變小 (3)超聲波測距空氣超聲探頭發(fā)射超聲脈沖，到達被測物時，被反空氣超聲探頭發(fā)射超聲脈沖，到達被測物時，被反射回來，并被另一只空氣超聲探頭所接收。射回來，并被另一只空氣超聲探頭所接收。(4)超聲波測厚石料測厚石料測厚超聲波的衰減超聲波的衰減 聲波在介質(zhì)中傳播時，隨著傳播距離的增加，能量逐漸衰減。其聲壓和聲強的衰減規(guī)律滿足以下函數(shù)關(guān)系：xxeII20 xxePP0式中: xP、 xI 聲波在距聲源x處的聲壓和聲強； x0P、 0I 聲波在聲源處的聲壓和聲強； x 聲波與聲源間的距離； 衰減系數(shù)。 手持式超聲波測厚儀某超聲波測厚儀指標(biāo)

28、 顯示方法顯示方法128128* *32 LCD 32 LCD 點陣液晶顯示（帶背光）點陣液晶顯示（帶背光） 顯示位數(shù)：四位顯示位數(shù)：四位 測量范圍：測量范圍：0.80.8200mm 200mm 示值精度：示值精度：0.1mm 0.1mm 聲速范圍：聲速范圍：1000 1000 9999m/s 9999m/s 測量周期：測量周期：2 2次次/ /秒秒 自動關(guān)機時間：自動關(guān)機時間：9090秒秒 電源：二節(jié)七號（電源：二節(jié)七號（AAAAAA）電池，）電池，可連續(xù)工作不少于可連續(xù)工作不少于7272小時小時 使用溫度：使用溫度：-10-10C C 40 40C C 存儲溫度：存儲溫度：-20-20C

29、C 70 70C C 外形尺寸：外形尺寸：108x61x25mm 108x61x25mm 重量：重量：230g 230g （含電池）（含電池）超聲波手持式測厚混凝土測厚混凝土測厚木材測厚木材測厚小提琴小提琴 木料測厚木料測厚雙晶超聲波測厚探頭雙晶超聲波測厚探頭（續(xù)）(5)超聲波測量液位和物位原理 在液罐上方安裝空氣在液罐上方安裝空氣傳導(dǎo)型超聲發(fā)射器和接收傳導(dǎo)型超聲發(fā)射器和接收器，根據(jù)超聲波的往返時器，根據(jù)超聲波的往返時間，就可測得液體的液面。間，就可測得液體的液面。 超聲波液位計原理 1 1液面液面 2 2直管直管 3 3空氣超聲探頭空氣超聲探頭 4 4反射小板反射小板 5 5電子開關(guān)電子開關(guān)

30、 超聲波測量液位和物位 喇叭形喇叭形 超聲發(fā)生器超聲發(fā)生器(6)超聲防盜報警器 圖中的上半部分為發(fā)射電路，下面為接收電路。圖中的上半部分為發(fā)射電路，下面為接收電路。發(fā)射器發(fā)射出頻率發(fā)射器發(fā)射出頻率 f=40kHz40kHz左右的超聲波。如果有人左右的超聲波。如果有人進入信號的有效區(qū)域，相對速度為進入信號的有效區(qū)域，相對速度為 v，從人體反射回，從人體反射回接收器的超聲波將由于多普勒效應(yīng)，而發(fā)生頻率偏移接收器的超聲波將由于多普勒效應(yīng)，而發(fā)生頻率偏移 f。 4.5 質(zhì)量流量計質(zhì)量流量計4.5.1 間接式質(zhì)量流量計間接式質(zhì)量流量計4.5.2 直接式質(zhì)量流量計直接式質(zhì)量流量計4.5.1 間接式質(zhì)量流量

31、計間接式質(zhì)量流量計1. 節(jié)流式流量計與密度計的組合節(jié)流式流量計與密度計的組合 （4-14） 節(jié)流式流量計的差壓信號節(jié)流式流量計的差壓信號p正比于正比于qv2 vvmqqq2圖4-25 節(jié)流式流量計與密度計結(jié)合2. 體積流量計與密度計的組合體積流量計與密度計的組合 qm=qv （4-15） 圖4-26 體積流量計與密度計結(jié)合3. 體積流量計與體積流量計的組合體積流量計與體積流量計的組合 （4-16）vvvmqqqq2圖4-27 體積流量計與體積流量計結(jié)合4.5.2 直接式質(zhì)量流量計直接式質(zhì)量流量計1. 熱式質(zhì)量流量計利用外部熱源對管道內(nèi)的被測流體加熱，熱能隨流體一起流動，通過測量因流體流動而造成

32、的熱量（溫度）變化來反映出流體的質(zhì)量流量。 圖4-28 熱式質(zhì)量流量計設(shè)cp為流體的定壓比熱，T為測得的兩點溫度差，根據(jù)傳熱規(guī)律，對流體加熱功率P與兩點間溫差的關(guān)系可表示為 P qmcpT （4-17） （4-18）設(shè)cp為流體的定壓比熱，T為測得的兩點溫度差， TcPqpm2. 差壓式質(zhì)量流量計差壓式質(zhì)量流量計利用孔板和定量泵組合實現(xiàn)流量測量。pAp2p1K(qvq) pBp2p3K(qvq) （4-19） 孔板A、B前后的壓差pp1p3與流體質(zhì)量流量qm= qv成正比，測出壓差p便可求出流體質(zhì)量流量。 4.6 流量計的選用流量計的選用4.6.1 選用流量計應(yīng)考慮的因素選用流量計應(yīng)考慮的因素

33、4.6.2 流量計選型的步驟流量計選型的步驟4.6.1 選用流量計應(yīng)考慮的因素選用流量計應(yīng)考慮的因素選用流量計一般應(yīng)從性能、流體特性、安裝條件、環(huán)境條件和經(jīng)濟因素五個方面進行選型。1. 性能方面性能方面 流量計的性能主要有：準確度、重復(fù)性、線性度、范圍度、流量范圍、信號輸出特性、響應(yīng)時間、壓力損失等。2. 流體特性方面流體特性方面 流體特性方面主要考慮的有溫度、壓力、密度、粘度、化學(xué)腐蝕、磨蝕性、結(jié)垢、混相、相變、電導(dǎo)率、聲速、導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容等。3. 安裝條件方面安裝條件方面 不同原理的測量方法對安裝要求差異很大。4. 環(huán)境條件方面環(huán)境條件方面 環(huán)境條件方面主要考慮的因素有環(huán)境溫度、濕度、電磁干擾、安全性、防爆、管道振動等。5. 經(jīng)濟因素方面經(jīng)濟因素方面 經(jīng)濟方面只考慮流量計購置費是不全面的，還應(yīng)調(diào)查其它費用，如附件購置費、安裝費、維護和流量校準費、運行費和備件費等。4.6.2 流量計選型的步驟流量計選型的步驟圖4-31 流量計選型流程思考題與習(xí)題思考題與習(xí)題1.流量計主要有哪幾類？各有什么特點？2.簡述差壓式流量計的基本構(gòu)成及使用特點。3.簡述容積式流量計的工作原理及橢圓齒輪流量計的基本結(jié)構(gòu)。4.簡述電磁流量計的工作原理及使用特點。5.簡述質(zhì)量流量計的基本組合形式及各自的工作原理。