第七章流量检测课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,检测技术与应用,天津理工大学中环信息学院,天津理工大学中环信息学院,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,检测技术与应用,天津理工大学中环信息学院,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,任课教师：,2015,2016,学年第一学期,第七章 流量检测,任课教师：20152016学年第一学期第七章 流量检测,2,本章教学,:,一、教学要求：,理解流量测量的方法和分类；,掌握电磁流量计的特点和应用方法；,2本章教学:一、教学要求： 理解流量测量的方法和分类；,3,在生产过程中，为了有效地指导生产操作、监视和控制生产过程，流量测量师必不可少的。随着环境的日趋复杂，对流量测量的要求也越来越高。因此，运用不同的物理原理和规律，人们研制出各类流量检测传感器应用于流量测量。,本章主要介绍几种常用流量测量方法：差压式流量测量、电磁式流量测量、涡轮式流量测量、涡街式流量测量、超声式流量测量和质量流量测量。,3 在生产过程中，为了有效地指导生产操作、监视和控制生,4,二、教学时间安排：,2,学时,三、主要内容：,流量的基本概念,差压式流量计,电磁流量计,本章重点：掌握该类流量计的特点和应用方法；,本章难点：掌握该类流量计的特点和应用方法。,四、教学过程：,本章教学,:,4二、教学时间安排：2学时 三、主要内容：本章教学:,5,智能涡街流量计,5智能涡街流量计,6,电磁流量计,6电磁流量计,7,智能电磁流量计,7智能电磁流量计,8,腰轮流量计,8腰轮流量计,9,电磁流量计,9电磁流量计,10,气体涡轮流量计,10气体涡轮流量计,11,涡轮流量计,11涡轮流量计,12,V,锥流量计,12V锥流量计,13,旋进旋涡流量计,13旋进旋涡流量计,14,第一节 流量的基本概念,1,、流量测量的基本概念,2,、 流量检测的方法和分类,14第一节 流量的基本概念1 、流量测量的基本概念,15,第一节 流量的基本概念,1,、流量测量的基本概念,单位时间内流体通过一定截面积的数量。,体积流量,用流体的体积来表示（,q,v,），,单位为,m,3,/h,。,瞬时质量流量,用流量的质量来表示（,q,m,），简称质量流量，单位为,kg/h,。,15第一节 流量的基本概念1、流量测量的基本概念单位时间内流,16,第一节 流量的基本概念,1,、流量测量的基本概念,累积流量,一段时间内流体体积流量或质量流量的累积值,累积体积流量,累积质量流量,流量计量,对在一定通道内流动流体的流量进行测量,。,流量测量的任务：,根据测量目的，被测流体的种类、状态、测量场所等条件，,研究各种相应的测量方法，并保证流量量值的正确传递。,16第一节 流量的基本概念1、流量测量的基本概念累积流量一,17,第一节 流量的基本概念,2,、流量检测的方法和分类,检测量的不同分为：,体积流量,质量流量,17第一节 流量的基本概念2、流量检测的方法和分类检测量的不,18,第一节 流量的基本概念,2,、流量检测的方法和分类,（,1,）体积流量的测量方法,1,）容积法：,在单位时间内以标准固定体积对流动介质连续不断地进行度量，以排出流体固定容积数来计算流量。,椭圆齿轮流量计,、旋转活塞式流量计和刮板流量计。,受流体的流动状态影响小，适用于测量高粘度、低雷诺数的流体。,2,）速度法：,此法是先测出管道内的平均流速，再乘以管道截面积求得流体的体积流量。,较宽的使用条件，可用于各种工况下的流体的流量检测，利用平均流速计算流量，管路条件的影响大，流动产生涡流以及截面上流速分布不对称等都会给测量带来误差。,18第一节 流量的基本概念2、流量检测的方法和分类（1）体积,19,第一节 流量的基本概念,2,、流量检测的方法和分类,（,1,）体积流量的测量方法,检测管道内流速的方法,节流式检测方法（,差压流量计,）；,电磁式检测方法；（,电磁流量计,）,变面积式检测方法；,(,转子流量计,),旋涡式检测方法；（,漩涡式流量计,）,涡轮式检测方法；（,涡轮流量计,）,声学式检测方法；,热学式检测方法。,19第一节 流量的基本概念2、流量检测的方法和分类（1）体积,20,第一节 流量的基本概念,2,、流量检测的方法和分类,（,2,）质量流量的测量方法,（,1,）直接法：,利用检测元件，使输出信号直接反映质量流量。,利用孔板和定量泵组合实现的差压式检测方法；,利用同轴双涡轮组合的角动量式检测方法；,应用麦纳斯效应的检测方法,基于科里奥利力效应的检测方法。,（,2,）间接法：,用两个检测元件分别测出两个相应参数，通过运算,间接获取流体的质量流量。,q,v,2,检测元件和,检测元件的组合；,q,v,检测元件和,检测元件的组合；,q,v,2,检测元件和,q,v,检测元件的组合。,20第一节 流量的基本概念2、流量检测的方法和分类（2）质量,21,第二节差压式流量计（,DPF,）,历史悠久、技术成熟、应用最广泛。,按,检测件的作用原理,分,:,节流式、动压头式、水力阻力式、离心式、动压增益式,和,射流式,等几大类，,节流式,和,动压头式,应用最为广泛。,节流式特点,：,结构简单、使用寿命长，适应能力强，几乎能测量各种工况下的流量。,21第二节差压式流量计（DPF）历史悠久、技术成熟、应用最广,22,第二节差压式流量计（,DPF,）,1,、差压式流量计组成及测量原理,2,、节流装置,22第二节差压式流量计（DPF）1、差压式流量计组成及测量原,23,第二节差压式流量计（,DPF,）,1,、差压式流量计组成及测量原理,1,）差压式流量计组成,差压式流量计组成框图,节流装置,：安装于管道中产生差压，节流件前后的差压与流量,成开方关系。,引压导管,：取节流装置前后产生的差压，传送给差压变送器。,差压变送器,：产生的差压转换为标准电信号（,4-20mA,）。,23第二节差压式流量计（DPF）1、差压式流量计组成及测量原,24,第二节差压式流量计（,DPF,）,1,、差压式流量计组成及测量原理,1,）差压式流量计组成,24第二节差压式流量计（DPF）1、差压式流量计组成及测量原,25,第二节差压式流量计（,DPF,）,1,、差压式流量计组成及测量原理,1,）差压式流量计组成,25第二节差压式流量计（DPF）1、差压式流量计组成及测量原,26,第二节差压式流量计（,DPF,）,1,、差压式流量计组成及测量原理,1,）差压式流量计组成,26第二节差压式流量计（DPF）1、差压式流量计组成及测量原,27,第二节差压式流量计（,DPF,）,1,、差压式流量计组成及测量原理,1,）差压式流量计组成,27第二节差压式流量计（DPF）1、差压式流量计组成及测量原,28,第二节差压式流量计（,DPF,）,1,、差压式流量计组成及测量原理,1,）差压式流量计组成,差压式（也称节流式）流量变送器外形图,28第二节差压式流量计（DPF）1、差压式流量计组成及测量原,29,第二节差压式流量计（,DPF,）,在管道中流动的流体具有动压能和静压能，在一定条件下这两种形式的能量可以相互转换，但参加转换的能量总和不变。,用节流元件测量流量时，流体流过节流装置前后产生压力差,p,（ ,p,=p1-p2,），,且流过的流量越大，节流装置前后的压差也越大，,流量与压差之间存在一定关系，这就是差压式流量传感器测量原理。,1,、差压式流量计组成及测量原理,测量原理,29第二节差压式流量计（DPF） 在管道中流动,30,第二节差压式流量计（,DPF,）,孔板附近的流速和压力分布,1,、差压式流量计组成及测量原理,测量原理,30第二节差压式流量计（DPF）孔板附近的流速和压力分布1、,31,第二节差压式流量计（,DPF,）,测量原理,1,、差压式流量计组成及测量原理,31第二节差压式流量计（DPF）测量原理1、差压式流量计组成,32,对于可压缩流体（如各种气体、蒸汽）流过节流装置时，压力发生改变必然引起密度的改变，因此对于可压缩流体上式应引入气体可膨胀系数，则式变为：,第二节差压式流量计（,DPF,）,差压式流量计的流量公式,1,、差压式流量计组成及测量原理,测量原理,32 对于可压缩流体（如各种气体、蒸汽）流过节流,33,第二节差压式流量计（,DPF,）,2,、节流装置,按其标准化程度分：,(1),标准节流装置,按照标准文件设计、制造、安装和使用，无须经实流校准即可确定其流量值并估算流量测量误差,;,(2),非标准节流装置,成熟程度较差，尚未列入标准文件的检测件。,33第二节差压式流量计（DPF）2、节流装置按其标准化程度分,34,第二节差压式流量计（,DPF,）,2,、节流装置,标准型节流装置,节流装置,=,节流元件,+,取压装置,+,上下游测量导管,图,7.2.3,标准型节流装置,（,a,）孔板 （,b,）喷嘴,34第二节差压式流量计（DPF）2、节流装置标准型节流装置,35,第二节差压式流量计（,DPF,）,2,、节流装置,标准型节流装置,标准节流装置,ISO 5167,或,GB,T2624,中所包括的节流装置称为,标准节流装置,。,标准孔板,标准喷嘴,经典文丘里管,文丘里喷嘴。,35第二节差压式流量计（DPF）2、节流装置标准型节流装置,36,第二节差压式流量计（,DPF,）,2,、节流装置,标准型节流装置,-,标准孔板,标准孔板图,36第二节差压式流量计（DPF）2、节流装置标准型节流装置-,37,第二节差压式流量计（,DPF,）,2,、节流装置,标准型节流装置,-,标准孔板,孔板的三种取压方式,37第二节差压式流量计（DPF）2、节流装置标准型节流装置-,38,第二节差压式流量计（,DPF,）,2,、节流装置,标准型节流装置,-,标准孔板,标准孔板使用范围（,d,和,D,的单位用,mm,）,38第二节差压式流量计（DPF）2、节流装置标准型节流装置-,39,第二节差压式流量计（,DPF,）,2,、节流装置,标准型节流装置,-,标准喷嘴,ISA 1932,喷嘴,39第二节差压式流量计（DPF）2、节流装置标准型节流装置-,40,第二节差压式流量计（,DPF,）,2,、节流装置,标准型节流装置,-,标准喷嘴,长径喷嘴,40第二节差压式流量计（DPF）2、节流装置标准型节流装置-,41,第二节差压式流量计（,DPF,）,2,、节流装置,非标准节流装置,（,1,）低雷诺数：,1/4,圆孔板，锥形入口孔板，双重孔板，双斜孔板，半圆孔板等；,（,2,）脏污介质：圆缺孔板，偏心孔板，环状孔板，楔形孔板，弯管节流件等；,（,3,）低压损：罗洛斯管，道尔管，道尔孔板，双重文 丘里喷嘴，通用文丘里管等；,（,4,）脉动流节流装置；,（,5,）临界流节流装置：音速文丘里喷嘴；,（,6,）混相流节流装置。,41第二节差压式流量计（DPF）2、节流装置非标准节流装置（,42,第三节 电磁流量计,利用法拉第电磁感应定律，测量导电液体体积流量,特点：,测量通道是光滑直管，不易阻塞,适用于测量含有固体颗粒或纤维的液固二相流体；,不产生因检测流量所形成的压力损失；,不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化影响；,前置直管段要求较低；,测量范围度大，通常为,20:1,50:1,；,不能测量电导率很低的液体；,不能用于较高温度的液体。,42第三节 电磁流量计利用法拉第电磁感应定律，测量导电液体体,43,第三节 电磁流量计,1,、电磁流量计结构与原理,2,、电磁流量计的选用与安装,43第三节 电磁流量计1、电磁流量计结构与原理,44,第三节 电磁流量计,1,、电磁流量计结构与原理,基本原理,：法拉第电磁感应定律：,导体在磁场中切割磁力线运动时产生感应电动势。,电磁流量计测量原理,44第三节 电磁流量计1、电磁流量计结构与原理基本原理：法拉,45,第三节 电磁流量计,1,、电磁流量计结构与原理,45第三节 电磁流量计1、电磁流量计结构与原理,46,第三节 电磁流量计,1,、电磁流量计结构与原理,导电性液体在垂直于磁场的非磁性测量管内流动，与流动方向垂直的方向上产生与流量成比例的感应电势,液体的体积流量,式中,K,为仪表常数，,K= 4kB/D,在管道直径确定，磁感应强度不变的条件下，体积流量与电磁感应电势有一一对应的线性关系，而与流体密度、粘度、温度、压力和电导率无关。,46第三节 电磁流量计1、电磁流量计结构与原理 导电性,47,第三节 电磁流量计,1,、电磁流量计结构与原理,电磁流量计的构成,电磁流量计流量传感器转换器,47第三节 电磁流量计1、电磁流量计结构与原理电磁流量计的构,48,第三节 电磁流量计,1,、电磁流量计结构与原理,电磁流量计的构成,-,电磁流量计流量传感器,外壳,磁路系统,测量管,衬里,电极,48第三节 电磁流量计1、电磁流量计结构与原理电磁流量计的构,49,第三节 电磁流量计,1,、电磁流量计结构与原理,电磁流量计的构成,-,电磁流量计流量传感器,外壳,（铁磁材料制成）,功能：,保护激磁线圈，隔离外磁场的干扰。,磁路系统,功能：,产生均匀的直流或交流磁场,直流磁场可用永久磁铁来实现，结构简单,工业现场电磁流量计，一般都采用交变磁场，,磁感应强度为,感应电势为,49第三节 电磁流量计1、电磁流量计结构与原理电磁流量计的构,50,第三节 电磁流量计,1,、电磁流量计结构与原理,电磁流量计的构成,-,电磁流量计流量传感器,测量管,流过被测流体，两端设有法兰，用做连接管道。,测量导管采用不导磁、低导电率、低导热率并据有一定机械强度的材料制成，一般可选用不锈钢、玻璃钢、铝及其它高强度的材料。,衬里,在测量导管内壁的一层耐磨、耐腐蚀、耐高温的绝缘材料。,主要功能,：增加测量导管的耐磨性与腐蚀性，,防止感应电势被金属测量导管壁短路。,50第三节 电磁流量计1、电磁流量计结构与原理电磁流量计的构,51,第三节 电磁流量计,1,、电磁流量计结构与原理,电磁流量计的构成,-,电磁流量计流量传感器,电极：正确引出感应电势信号,用不锈钢非导磁材料制成，安装时要求与衬里齐平,51第三节 电磁流量计1、电磁流量计结构与原理电磁流量计的构,52,第三节 电磁流量计,1,、电磁流量计结构与原理,电磁流量计的构成,-,转换器,功能：,放大感应电势、抑制主要的干扰信号。,采用了交变磁场克服了极化现象，但增加了电磁正交干扰信号，正交干扰信号的相位和被测感应电势相差,90,0,消除正交干扰的方法：,信号引出线自动补偿,转换器的放大电路反馈补偿。,52第三节 电磁流量计1、电磁流量计结构与原理电磁流量计的构,53,第三节 电磁流量计,1,、电磁流量计结构与原理,电磁流量计的构成,-,转换器,转换器与电磁流量传感器连线自动补偿方式,53第三节 电磁流量计1、电磁流量计结构与原理电磁流量计的构,54,第三节 电磁流量计,1,、电磁流量计结构与原理,电磁流量计的构成,-,转换器,转换器组成原理,54第三节 电磁流量计1、电磁流量计结构与原理电磁流量计的构,55,第三节 电磁流量计,1,、电磁流量计的选用与安装,大口径仪表较多应用于给排水工程。,中小口径常用于固液双相流等难测流体或高要求场所,如测量造纸工业纸浆液和黑液、有色冶金业的矿浆、选煤厂的煤浆、化学工业的强腐蚀液以及钢铁工业高炉风口冷却水控制和监漏，长距离管道煤的水力输送的流量测量和控制。,小口径、微小口径常用于医药工业、食品工业、生物工程等有卫生要求的场所。,55第三节 电磁流量计1、电磁流量计的选用与安装大口径仪表较,56,第三节 电磁流量计,1,、电磁流量计的选用与安装,（,1,）选用考虑要点,精度, 流速, 范围度, 口径, 液体电导率,56第三节 电磁流量计1、电磁流量计的选用与安装（1）选用考,57,第三节 电磁流量计,1,、电磁流量计的选用与安装,（,1,）选用考虑要点,-,精度,市场上通用型电磁流量计的性能有较大差别，,有些精度高、功能多，有些精度低、功能简单。,精度高的仪表基本误差为（,0.5%,1%,）,FS,，,精度低的仪表则为（,1.5%,2.5%,）,FS,，,两者价格相差,1,2,倍。,因此测量精度要求不很高的场所（例如非经济核算仅以控制为目的，只要求高可靠性和优良重复性的场所）选用高精度仪表在经济上是不合算的。,57第三节 电磁流量计1、电磁流量计的选用与安装（1）选用考,58,第三节 电磁流量计,1,、电磁流量计的选用与安装,（,1,）选用考虑要点,-,流速,选定仪表口径不一定与管径相同，视流量而定。,流程工业输送水,等粘度不同的液体，管道流速一般是经济流速,1.5,3m/s,。电磁流量计用在这样的管道上，传感器口径与管径相同即可。,满度流量,时液体流速可在,1,10m/s,范围内选用，,用于有易粘附、沉积、结垢等物质的流体,，选用流速不低于,2m/s,，自清扫、防止粘附沉积等作用,测量接近阈值的低电导液体,，尽可能选定较低流速（小于,0.5,1m/s,）,58第三节 电磁流量计1、电磁流量计的选用与安装（1）选用考,59,第三节 电磁流量计,1,、电磁流量计的选用与安装,（,1,）选用考虑要点,-,范围度,电磁流量计的范围度较大，通常不低于,20,，,带有量程自动切换功能的仪表，可超过,50,100,。,59第三节 电磁流量计1、电磁流量计的选用与安装（1）选用考,60,第三节 电磁流量计,1,、电磁流量计的选用与安装,（,1,）选用考虑要点,-,口径,国内定型产品的口径从,10mm,3000mm,，,实际应用还是以中小口径居多，与大部分其他原理流量仪表（如容积式、涡轮式、涡街式或科里奥利质量式等）相比，大口径仪表占有较大比重。,60第三节 电磁流量计1、电磁流量计的选用与安装（1）选用考,61,第三节 电磁流量计,1,、电磁流量计的选用与安装,（,1,）选用考虑要点,-,液体电导率,使用电磁流量计的前提是被测液体必须是导电的，不能低于阈值（即下限值）。,电导率低于阈值会产生测量误差直至不能使用，超过阈值即使变化也可以测量，示值误差变化不大，通用型电磁流量计的阈值在,10,-4,（,510,-6,）,S/cm,之间，视型号而异。,使用时还取决于传感器和转换器间流量信号线长度及其分布电容，制造厂使用说明书中通常规定电导率相对应的信号线长度。,61第三节 电磁流量计1、电磁流量计的选用与安装（1）选用考,62,第三节 电磁流量计,1,、电磁流量计的选用与安装,（,2,）流量传感器安装,安装场所, 直管段长度要求, 安装位置和流动方向, 接地,62第三节 电磁流量计1、电磁流量计的选用与安装（2）流量传,63,第三节 电磁流量计,1,、电磁流量计的选用与安装,（,2,）流量传感器安装,-,安装场所,测量混合相流体时，选择不会引起相分离的场所；,测量双组分液体时，避免装在混合尚未均匀的下游；测量化学反应管道时，要装在反应充分完成段的下游；,尽可能避免测量管内变成负压；,选择震动小的场所，特别对一体型仪表；,避免附近有大电机、大变压器等引起电磁场干扰；,易于实现传感器单独接地的场所；,尽可能避开周围环境有高浓度腐蚀性气体；,环境温度在,25/,10,50/600,范围内；,环境相对湿度在,10%,90%,范围内；,尽可能避免受阳光直照；,避免雨水浸淋，不会被水浸没。,63第三节 电磁流量计1、电磁流量计的选用与安装（2）流量传,64,第三节 电磁流量计,1,、电磁流量计的选用与安装,（,2,）流量传感器安装,-,直管段长度要求,长度与大部分其它流量仪表相比要求较低。,90,弯头、,T,形管、同心异径管、全开闸阀后通常认为只要离电极中心线,5,倍直径（,5D,）长度的直管段，不同开度的阀则需,10D,；,下游直管段为（,2,3,）,D,或无要求；,各标准或检定规程所提出上下游直管段长度亦不一致，要求比通常要求高。这是由于为保证达到当前,0.5,级精度仪表的要求。,64第三节 电磁流量计1、电磁流量计的选用与安装（2）流量传,65,第三节 电磁流量计,1,、电磁流量计的选用与安装,（,2,）流量传感器安装,-,安装位置和流动方向,安装方向不受限制,但测量固液两相流体最好垂直安装。,a,b,e,不良,c,d,良好,65第三节 电磁流量计1、电磁流量计的选用与安装（2）流量传,66,第三节 电磁流量计,1,、电磁流量计的选用与安装,（,2,）流量传感器安装,-,接地,传感器必须,单独接地,（接地电阻,100,以下）。,分离型原则上接地应在传感器一侧，转换器接地应在同一接地点。,如传感器装在有阴极腐蚀保护管道上，除了传感器和接地环一起接地外，还要用较粗铜导线（,16mm,2,）绕过传感器跨接管道两连接法兰上，使阴极保护电流与传感器之间隔离。,66第三节 电磁流量计1、电磁流量计的选用与安装（2）流量传,67,67,68,68,69,69,70,70,71,71,72,作业,6,；,7,课后习题,72作业6；7课后习题,73,谢谢！,73谢谢！,人有了知识，就会具备各种分析能力，,明辨是非的能力。,所以我们要勤恳读书，广泛阅读，,古人说“书中自有黄金屋。,”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，,培养逻辑思维能力；,通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，,培养文学情趣；,通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。,有许多书籍还能培养我们的道德情操，,给我们巨大的精神力量，,鼓舞我们前进,。,人有了知识，就会具备各种分析能力，,第七章流量检测课件,