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1、機(jī)、電類《傳感器與檢測技術(shù)項目教程》模塊五、流量檢測課件統(tǒng)一書號：ISBNISBN978-7-111-48817-0課程配套網(wǎng)站www.sensor-或2015年2月第1版,（作者：梁森、黃杭美、王明霄、王侃夫）,本模塊介紹“流量”的基本概念、節(jié)流式流量計、超聲波式流量計，還介紹了電磁兼容原理以及電磁式流量計、科里奧利流量計。,內(nèi)容簡介,今天是：2020年6月10日星期三,現(xiàn)在時間是：15:39,模塊五、流量檢測（上）目錄,知識鏈接、流量的基本概念項目一、節(jié)流式流量計項目二、超聲波式流量計項目三、流量變送器的電磁兼容試驗(yàn)拓展閱讀一電磁式流量計拓展閱讀二科里奧利質(zhì)量式流量計,知識鏈接、流量的基本

2、概念,流體流過一定截面的量稱為“流量”。包含瞬時流量和累積流量。流量用體積表示時稱為“體積流量”，用質(zhì)量表示時稱為“質(zhì)量流量”。Q=vA（5-1）M=ρQ=ρvA（5-2）式中Q——體積流量（m3/s）；M——質(zhì)量流量（kg/s）；ρ——流體密度（kg/m3）；v——流體平均速度（m/s）；A——流通管道截面積（m2）。,現(xiàn)在時間是：15:39,Q及M與直徑D、密度ρ的關(guān)系,如果流通管道的截面積為圓形，直徑為D（單位為m），則：Q=vπD2/4，M=ρvπD2/4。例5-1已知工作狀態(tài)下的質(zhì)量流量最大值Mmax=500t/h，工作狀況下被測流體的密度ρ=800kg/m3，求：工作狀態(tài)下最大的體

3、積流量Q為多少立方米每小時？解Q＝M/ρ＝500000kg/h800kg/m3=635m3/h。,解1）Q=vπD2/4=(15m/s)3.14(0.25m)24=0.736m3/s。2）M=ρQ=10kg/m30.736m3/s=7.36kg/s。3）Q總=Qt=0.736m3/s3600s=2649.6m3。4）M總=Mt=7.36kg/s3600s(1000kg/t)=26.50t/h,例5-2已知某過熱蒸氣（本教材中特指水蒸氣，以下同）的密度ρ=10kg/m3，管道直徑D=250mm，被測管道中的平均流速v=15m/s，求：1）該過熱蒸氣的平均體積流量Q。2）該過熱蒸氣的平均質(zhì)量流量M

4、。3）該過熱蒸氣一小時累積的體積總量Q總為多少立方米？4）該過熱蒸氣每小時的質(zhì)量總量M總為多少噸？,流體在管道中的流速分布,a）層流時的流速分布b）紊流時的流速分布,表5-1常用流量計特性,表5-1常用流量計特性（續(xù)）,玻璃轉(zhuǎn)子流量計(圖5-2),a）結(jié)構(gòu)示意圖b）實(shí)物1－下基座法蘭2－O型墊圈3－玻璃錐管4－浮子5－刻度6－上限擋板7－保護(hù)外殼8－上基座法蘭,橢圓齒輪流量計（圖5-3）,橢圓齒輪流量計屬于容積式流量計，又稱定排量流量計，是準(zhǔn)確度較高的一類流量計。容積式流量計按其測量元件分類，又分為橢圓齒輪流量計、腰輪流量計、刮板流量計、旋轉(zhuǎn)活塞流量計、往復(fù)活塞流量計、圓盤流量計、液封轉(zhuǎn)筒式流

5、量計等。,橢圓齒輪流量計的工作過程,圖5-4橢圓齒輪流量計的工作過程a）齒輪1的兩端分別處于入口側(cè)和出口側(cè)b）齒輪1中的液體被擠到出口側(cè)c）齒輪2的兩端分別處于入口側(cè)和出口側(cè),渦輪流量計結(jié)構(gòu)示意圖（圖5-5）,1－安裝法蘭2－流體入口導(dǎo)流片（固定）3－導(dǎo)流片固定桿4－渦輪軸承,多葉片轉(zhuǎn)子渦輪流量計工作原理,渦輪感受流體的平均流速。殼體由非磁性的不銹鋼制成；渦輪由導(dǎo)磁的不銹鋼制成，裝有螺旋狀葉片。管道的直徑越大，葉片的數(shù)量就越多（4~24片不等）。渦輪兩端由耐磨的碳化鎢硬質(zhì)合金或四氟化碳軸承支撐。,測量氣體時，葉片的傾角為10~15；測量液體時，葉片的傾角為30~45。葉片與內(nèi)殼間的間隙為1mm

6、左右。,多葉片轉(zhuǎn)子渦輪流量計工作原理(續(xù)),當(dāng)渦輪旋轉(zhuǎn)時，導(dǎo)磁葉片頂部周期性地切割磁力線，使通過線圈的磁感應(yīng)強(qiáng)度B發(fā)生周期性變化，從而在線圈內(nèi)感應(yīng)出頻率為f的電脈沖信號eo。再經(jīng)放大、整形，微處理器即可計算得到渦輪的轉(zhuǎn)速：,n=60f/z。式中的z為渦輪的葉片數(shù)目。將轉(zhuǎn)速信號遠(yuǎn)傳至二次儀表。,磁電接近開關(guān)發(fā)訊器原理示意圖(圖5-6),1－被測旋轉(zhuǎn)體(導(dǎo)磁不銹鋼葉片）2－非導(dǎo)磁渦輪殼體3－永久磁鐵4－線圈5－發(fā)訊器磁性外殼6－磁力線,卡門渦街流量計(圖5-7),1－安裝法蘭2－管道3－旋渦發(fā)生錐體4－卡門旋渦5－超聲波發(fā)生器探頭6－超聲波接收器探頭,卡門渦街流量計原理,當(dāng)流體流經(jīng)圓錐體時,由于流

7、體和圓錐體之間的摩擦,一部分流體的動能轉(zhuǎn)化為流體振動,在錐體的后部兩側(cè)交替地產(chǎn)生卡門旋渦。由于兩側(cè)旋渦的旋轉(zhuǎn)方向相反,所以下游的流體產(chǎn)生振動,在額定范圍內(nèi)，其流體的振動頻率與流速成正比。常用的非線性柱體有圓柱體（橫向）、圓柱體(縱向)、圓錐體等。,無可動部件；量程范圍寬(100:1)；壓力損失??；幾乎不受流體的壓力、溫度等參數(shù)的影響；氣、液均可以使用，可用于大口徑管道的氣、液測量。,氣體或液體管道及渦流發(fā)生錐體,卡門渦街流量計優(yōu)點(diǎn),卡門渦街流量計的內(nèi)腔沒有可動部件,流量報警開關(guān)(圖5-8),a）內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖b）觸點(diǎn)狀態(tài)圖c）外形1－擋板2－安裝接管3－密封波紋管4－桿杠5－彈簧6－靈敏度微調(diào)螺釘

8、7－微動開關(guān)觸點(diǎn)8－報警開關(guān)外殼,項目一節(jié)流式流量計,【項目教學(xué)目標(biāo)】?知識目標(biāo)1）熟悉節(jié)流式流量計的工作原理。2）熟悉標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流孔板的種類和特性。3）掌握節(jié)流孔板的取壓方法。4）熟悉節(jié)流式流量測量的誤差合成。?技能目標(biāo)1）掌握節(jié)流式流量計的流量計算與調(diào)校。2）掌握節(jié)流裝置的安裝。,任務(wù)一認(rèn)識節(jié)流式流量計,圖5-9節(jié)流式流量計工作原理框圖,節(jié)流現(xiàn)象,利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置產(chǎn)生壓強(qiáng)差，將感受的流體流量轉(zhuǎn)換成可用輸出信號。在節(jié)流裝置的前、后，流體的靜壓力產(chǎn)生差異的現(xiàn)象稱為節(jié)流現(xiàn)象。節(jié)流裝置是差壓式流量傳感器的流量敏感檢測元件，是安裝在流體流動的管道中的阻力元件。,各種節(jié)流孔板,科學(xué)家伯努利,在一個流體

9、系統(tǒng)，比如氣流、水流中，流速越快，流體產(chǎn)生的壓力就越小，這就是被稱為“流體力學(xué)之父”的丹尼爾伯努利1738年發(fā)現(xiàn)的“伯努利定律”。這個壓力差產(chǎn)生的力量是巨大的，空氣能夠托起沉重的飛機(jī)。,,當(dāng)流體流經(jīng)節(jié)流元件時，由于流通面積突然減小，流束成局部收縮，部分“壓力能”轉(zhuǎn)化為動能，處于收縮截面處的流體平均流速增加。根據(jù)伯努利方程，管道中流體的流速越大，壓力就越小，所以流體節(jié)流之后的壓力小于節(jié)流之前的壓力，在節(jié)流件的上游側(cè)與下游側(cè)之間產(chǎn)生差壓Δp。若已知流體狀態(tài)、節(jié)流件的形式，以及管道的尺寸，通過測量節(jié)流件前、后的差壓，根據(jù)有關(guān)公式，就可以計算出流體的流量。,機(jī)翼上下側(cè)的流速差產(chǎn)生升力,壓縮空氣快速通過

10、瓶子上方時，壓力減小，液體被吸出,吹氣不會使兩張紙分開，反而使間隙減小,節(jié)流元件（圖5-10）,是在管道中放置一個局部面積收縮的機(jī)械元件，簡稱節(jié)流件。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置就是有關(guān)計算數(shù)據(jù)都經(jīng)國家相關(guān)部門試驗(yàn)而有統(tǒng)一的圖表和計算公式，按統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定設(shè)計、加工和安裝的節(jié)流裝置，不必經(jīng)過個別標(biāo)定就可以使用。,a）標(biāo)準(zhǔn)孔板b）噴嘴c）文丘里管,利用標(biāo)準(zhǔn)孔板測量流量必須滿足以下條件,①管道的直徑必須大于50mm而小于1200mm；②流體必須充滿管道，并連續(xù)流動；③不應(yīng)發(fā)生氣、液物態(tài)變化（即需要保持單相流）；④流體流束必須與管道軸平行，不應(yīng)有旋轉(zhuǎn)流或偏心流；⑤差壓變送器的規(guī)格應(yīng)與標(biāo)準(zhǔn)孔板的孔徑匹配；⑥在計算蒸氣和

11、氣體流量時，必須針對流體的壓力和密度實(shí)測值進(jìn)行修正。節(jié)流式流量計的缺點(diǎn)是流體通過節(jié)流裝置后，會產(chǎn)生不可逆的壓力損失。另外，當(dāng)流體的溫度t、壓力p1變化時，流體的密度將隨之改變。所以必須進(jìn)行溫度、壓力修正。,節(jié)流裝置（取壓管及內(nèi)部的節(jié)流孔板）,節(jié)流孔板,后取壓管,前取壓管,,,,流體通過節(jié)流孔板時，流速加快，后取壓管處的壓力減小。,節(jié)流裝置外形,節(jié)流孔板,后取壓管,,,流體流經(jīng)節(jié)流孔板時，壓力和流速的變化情況,節(jié)流孔板,流速變快，壓力變小,,,p1,p2,p1＞p2,節(jié)流裝置的另一種形式——文丘里管或文丘里噴嘴,文丘里噴嘴的壓力損失較小。,p1＞p2,文丘里管,文丘里管有一段擴(kuò)展段，流體從收縮到

12、擴(kuò)展都有一定的型面引導(dǎo)，渦流比噴嘴小，壓力損失是孔板的1/3~1/6。文丘里管加工復(fù)雜，價格昂貴，多用于大管徑以及要求節(jié)能的場合。,文丘里噴嘴原理示意圖,文丘里噴嘴在管道中的位置,標(biāo)準(zhǔn)孔板的流量計算,流體通過標(biāo)準(zhǔn)孔板時，體積流量、質(zhì)量流量與孔板上、下游的兩個取壓口之間的差壓之間的關(guān)系為,,,式中α——流量系數(shù)（查工況手冊）；ε——流體的膨脹系數(shù)(液體的ε≈1，氣體的ε＜1)；A0——孔板前端的開口截面積（m2）；Δp——孔板前、后的壓力差（Pa）；ρ——流體密度（kg/m3）；K——流量比例系數(shù)。,例5-3某節(jié)流式液體流量計中的差壓變送器不帶開平方器。原設(shè)計工況中的液體密度不變，測得差壓變?yōu)樵?/p>

13、來9倍，求：體積流量Q2是Q1的多少倍？,解根據(jù)式（5-6）有,,,,所以體積流量Q2是Q1的3倍。如果密度不變，質(zhì)量流量M2也是M1的3倍。,例5-6用孔板及差壓變送器測量流量，差壓變送器的量程為25kPa，對應(yīng)的最大體積流量為60m3/h，工藝要求在1/3流量量程時報警。變送器的輸出電流為4~20mA，求：1）差壓變送器帶開平方器時，對應(yīng)的報警輸出電流值I1設(shè)在多少毫安？2）差壓變送器不帶開平方器時，對應(yīng)的報警輸出電流I2設(shè)在多少毫安？,解報警點(diǎn)的體積流量Q3=Qmax/3=60m3/h3=20m3/h。1）變送器帶開平方器時，因?yàn)檩敵鲭娏髋c流量Q成正比，所以對應(yīng)的報警輸出電流為I1=(2

14、0t/h60t/h)16mA+4mA=9.33mA。,例5-6用孔板及差壓變送器測量流量，差壓變送器的量程為25kPa，對應(yīng)的最大體積流量為60m3/h，工藝要求在1/3流量量程時報警。變送器的輸出電流為4~20mA，求：（續(xù)）2）差壓變送器不帶開平方器時，對應(yīng)的報警輸出電流I2設(shè)在多少毫安？,解報警點(diǎn)的體積流量Q3=Qmax/3=60m3/h3=20m3/h。2）變送器不帶開平方器時，由于流量與差壓的平方根成正比，所以對應(yīng)于20m3/h流量時的差壓Δp20=25kPa(20/60)2=2.78kPa。對應(yīng)的報警輸出電流為I2=(2.78kPa25kPa)16mA+4mA=5.78mA。,例5

15、-7有一差壓變送器用于流量測量，量程為40kPa，對應(yīng)的流量范圍為0～200m3/h。實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)常態(tài)流量經(jīng)常處于35~40kPa之間，有時還超過40kPa，所以要求擴(kuò)大差壓量程，使常態(tài)流量在滿度的2/3附近，問：差壓變送器的量程應(yīng)如何調(diào)校（調(diào)試和校驗(yàn)）?,解按照題意，流量計調(diào)校后的量程Q=Q原(3/2)=200m3/h(3/2)=300m3/h。已知原變送器量程為40kPa，當(dāng)顯示范圍僅0～200m3/h時，則有：(300/200)2=Δp2/40kPa。Δp2=40kPa(300/200)2=90kPa。所以差壓變送器的量程要調(diào)校為0~90kPa。,節(jié)流件的取壓方式,圖5-12標(biāo)準(zhǔn)孔板的

16、5種取壓方式及取壓孔位置aa－角接取壓法bb－法蘭取壓法cc－理論取壓法dd－徑距取壓法ee－管接取壓法,取壓方法,（1）角接取壓法：上、下游導(dǎo)壓管位于孔板（或噴嘴）的前、后端面處是最常用的取壓方法。（2）法蘭取壓法：由兩個帶取壓孔的取壓法蘭組成。上、下游側(cè)取壓孔的軸線至孔板上、下游側(cè)端面之間的距離均為（25.40.8）mm。（3）理論取壓法：上游側(cè)取壓孔的軸線至孔板上游端面的距離為lD0.1D（D為管道的直徑，以下同），下游側(cè)取壓孔的軸線至孔板下游端面的距離與孔板的開孔面積值有關(guān)。理論上應(yīng)該處于流束收縮到最小截面的距離。需要對差壓進(jìn)行修正。理論取壓法應(yīng)用于管道直徑D＞100mm的場合。,取壓

17、方法（續(xù)）,（3）理論取壓法：上游側(cè)取壓孔的軸線至孔板上游端面的距離為lD0.1D（D為管道的直徑，以下同），下游側(cè)取壓孔的軸線至孔板下游端面的距離與孔板的開孔面積值有關(guān)。理論上應(yīng)該處于流束收縮到最小截面的距離。需要對差壓進(jìn)行修正。理論取壓法應(yīng)用于管道直徑D＞100mm的場合。（4）徑距取壓法：上游側(cè)取壓孔的軸線至孔板上游端面的距離為1D0.1D，下游側(cè)取壓孔的軸線至孔極下游端面的距離為0.5D。（5）管接取壓法：上游側(cè)取壓孔的軸線至孔板上游端面的距離為2.5D，下游側(cè)取壓孔的軸線至孔板下游端面的距離為8D。這種取壓方法測得的是流體流經(jīng)孔板后的壓力損失值。,常用的三種標(biāo)準(zhǔn)孔板取壓方法（圖5-1

18、3）,a）環(huán)室取壓法b）直接鉆孔取壓法c）法蘭取壓法1－法蘭2－環(huán)室3－孔板4－前導(dǎo)壓管5－后導(dǎo)壓管6－夾緊環(huán)7－法蘭取壓孔8－下游管道9－夾緊螺栓,節(jié)流式流量計的缺點(diǎn),1）流體通過節(jié)流裝置后，產(chǎn)生不可逆的壓力損失。2）對上游直管段有較高的要求，否則將造成測量誤差。3）被測流量與差壓Δp成平方根關(guān)系。流量標(biāo)尺是非線性的，可加開平方器。4）輸入與輸出之間是非線性關(guān)系，流量較小時，誤差較大，通常要求常態(tài)流量在1/3量程以上。,節(jié)流式流量計的缺點(diǎn)（續(xù)）,5）當(dāng)流體的溫度t、壓力p1變化時，氣體的密度將隨之改變，造成測量誤差，必須進(jìn)行溫度、壓力的修正和補(bǔ)償。6）在實(shí)際工況中，如果流體的各項參數(shù)變化，將

19、引起比例系數(shù)的變化，必須根據(jù)有關(guān)參數(shù)表進(jìn)行計算修正。7）節(jié)流式流量計的測量準(zhǔn)確度較低(1%~5%)。8）測量范圍較窄，量程比一般僅為3:1左右。,表5-2節(jié)流式流量計的型號和規(guī)格,,流量積算控制儀,屬于流量測量的二次儀表，可以顯示差壓、溫度、壓力、瞬時流量、累積流量等；可以根據(jù)被測流體的工況，由儀表面板上的按鍵依次輸入各項常數(shù)，置入相應(yīng)的存儲器中，進(jìn)行開平方計算、溫度和壓力補(bǔ)償、累積計算等。累積流量顯示范圍通?？蛇_(dá)8位數(shù)，即0~99999999；可以輸出4~20mA、RS232、RS485等通信信號；也可以實(shí)現(xiàn)上、下限報警，由軟件設(shè)定報警值或人工輸入報警值。,SWP-LE系列流量積算控制儀表（

20、圖5-14）,例5-8有一流量積算控制儀，累積質(zhì)量流量顯示范圍為0~99999999，如圖5-14a所示。每個字代表1kg/h，最大積算速度R=100000字/h，求：多少天后計數(shù)器復(fù)位（清零）？,解復(fù)位時間=(99999999kg/h100000kg/h)24h/d=41.67d清零后，計算機(jī)必須記住已經(jīng)清零的99999999kg/h。,任務(wù)二節(jié)流式流量計的安裝與應(yīng)用,一、對流體管道的要求1）節(jié)流件前、后的管段不得有肉眼可見的彎曲、突出、焊渣、焊縫等。2）如果管段不光滑，流量系數(shù)應(yīng)乘以粗糙度，需進(jìn)行計算修正。3）孔板對上、下游直管段長度的要求如表5-3所示。,二、孔板的安裝,1）新裝管路系統(tǒng)

21、時，必須在沖洗或“吹掃”管道后，再進(jìn)行孔板的安裝。2）孔板的安裝方向（+）號應(yīng)該向著流束進(jìn)入的方向。3）安裝過程中，不允許工具與孔板的尖銳入口碰撞。4）孔板的前端面與管道軸線的不垂直度應(yīng)在1范圍內(nèi)。5）孔板的開孔應(yīng)與管道軸線同心。6）孔板的密封墊片（包括環(huán)室與法蘭、環(huán)室與孔板間的墊片）夾緊后不得突入管道內(nèi)壁。,孔板的安裝（續(xù)）,7）測量段管、取壓法蘭（或取壓環(huán)室）的熱脹系數(shù)應(yīng)接近于孔板的熱脹系數(shù)。8）孔板安裝處必須嚴(yán)密，不允許有泄漏現(xiàn)象。安裝工作必須在管道試壓前進(jìn)行。9）盡量將孔板與取壓法蘭（或取壓環(huán)室）以及測量段管道預(yù)先組裝，經(jīng)檢查合格后，再接入主管道。10）熱電偶等突出物應(yīng)安裝在孔板之后5

22、D之外的位置。,三、導(dǎo)壓管的安裝,（1）導(dǎo)壓管的長度、內(nèi)徑與厚度:①導(dǎo)壓管的長度應(yīng)小于16m，內(nèi)徑應(yīng)大于6mm。導(dǎo)壓管越長，其內(nèi)徑應(yīng)越大；②雖然節(jié)流式流量測量中的差壓多數(shù)只有幾十千帕，但系統(tǒng)的靜壓可能達(dá)到幾十兆帕，必須選用無縫不銹鋼管。,導(dǎo)壓管的安裝（續(xù)）,（2）導(dǎo)壓管在管道截面的取壓位置：①測量液體流量時，取壓孔的開口應(yīng)位于管道下半部，與管道垂直軸線成0~45夾角范圍內(nèi)。其目的是為了防止氣體進(jìn)入導(dǎo)壓管，造成兩根導(dǎo)壓管中的介質(zhì)密度不等，引起壓力遷移；②測量氣體流量時，取壓孔應(yīng)位于管道上半部，與管道垂直軸線成0~45夾角范圍內(nèi)。其目的是為了防止水珠或污物進(jìn)入導(dǎo)壓管；,③測量蒸氣流量時，取壓孔應(yīng)位

23、于管道中、上部與管道水平軸線成0~45夾角范圍內(nèi)，防止污物進(jìn)入導(dǎo)壓管。,管道的截面取壓位置,圖5-153種流體在管道的截面取壓位置a）液體b）氣體c）蒸氣,四、差壓變送器的安裝1.被測流體為清潔液體時的導(dǎo)壓管安裝(圖5-16),a）差壓變送器在管道下方（放大圖見下頁）b）差壓變送器在管道上方1－管道2－法蘭3－孔板4－導(dǎo)壓管5－截止閥（一次閥）6－排氣閥7－沉降器8－排污閥9－三閥組10－差壓變送器11－集氣器,被測流體為清潔液體時的導(dǎo)壓管安裝放大圖,圖5-16a,被測流體為清潔液體時的導(dǎo)壓管安裝放大圖,圖5-16b,2.被測流體為清潔干氣體時的導(dǎo)壓管安裝示意圖,a）差壓變送器在管道上方（圖5

24、-17放大圖見下頁）b）差壓變送器在管道下方1－管道2－法蘭3－孔板4－導(dǎo)壓管5－一次截止閥6－沉降器7－排污閥8－三閥組9－差壓變送器10－隔離罐11－平衡閥12－二次截止閥,被測流體為清潔干氣體時的導(dǎo)壓管安裝放大圖,圖5-17a,被測流體為清潔干氣體時的導(dǎo)壓管安裝放大圖,圖5-17b,3.被測流體為蒸氣時，導(dǎo)壓管安裝示意圖(5-18),a）差壓變送器在管道下方(放大圖見后頁)b）差壓變送器在管道上方1－管道2－法蘭3－孔板4－導(dǎo)壓管5－一次截止閥6－排氣閥7－沉降器8－排污閥9－三閥組10－差壓變送器11－前、后平衡器12－集氣器13－二次截止閥,,被測流體為蒸氣時，導(dǎo)壓管安裝放大圖,圖5

25、-18a,,被測流體為蒸氣時，導(dǎo)壓管安裝放大圖,圖5-18b,氣體流量計的管線閥門操作、運(yùn)行,關(guān)閉二次閥，打開一次閥和排污閥、排氣閥,對導(dǎo)壓管進(jìn)行吹掃。首先緩慢地打開節(jié)流裝置上的兩個一次閥，使被測氣體充滿導(dǎo)壓管。然后關(guān)閉上述閥門，打開平衡閥，再稍微打開正一次閥和二次閥,使差壓變送器逐漸充滿被測氣體；最后,關(guān)閉差壓變送器上的平衡閥，并打開負(fù)二次閥，差壓變送器投入正常運(yùn)行。,氣體流量計的管線閥門操作、運(yùn)行,3．蒸氣流量計的管線閥門操作、運(yùn)行吹掃導(dǎo)壓管后，關(guān)閉一次閥，將冷凝器（平衡器）和導(dǎo)壓管中的冷凝水從排污閥排出。然后關(guān)閉排污閥，打開一次閥，使冷凝器和導(dǎo)壓管內(nèi)逐漸充滿冷凝液；當(dāng)排氣針閥不再有氣泡后

26、，關(guān)閉排氣針閥和平衡閥，差壓變送器投入正常運(yùn)行。停運(yùn)順序與啟動順序相反，即：關(guān)閉負(fù)壓閥、打開平衡閥、關(guān)閉正壓閥。,孔板式流量計流量偏小的原因分析,（1）投運(yùn)后流量偏小的原因:①孔板裝反；②導(dǎo)壓管或閥門泄漏；③平衡閥沒有關(guān)緊；④一次、二次截止閥沒有完全打開；⑤密度、流量系數(shù)等工藝參數(shù)不正確。（2）投運(yùn)后流量逐漸偏小的原因:①孔板的尖銳入口磨損；②節(jié)流件上游端面沉積污物，需要定期停運(yùn)沖洗；③正壓測導(dǎo)壓管堵塞（可以用0.3MPa的高壓空氣加以沖洗）；④導(dǎo)壓管中的隔離液流失；⑤變送器的零點(diǎn)負(fù)遷移等。,項目二超聲波式流量計,【項目教學(xué)目標(biāo)】?知識目標(biāo)1）熟悉超聲波式流量計的工作原理。2）熟悉超聲波式流量

27、計的種類和特性。3）熟悉超聲波式流量計的計算。?技能目標(biāo)1．掌握超聲波式流量計的安裝。2．掌握流量計的校驗(yàn)。,現(xiàn)在時間是：15:39,任務(wù)一認(rèn)識超聲波,圖5-20聲波的頻率分布,次聲波,次聲波是頻率低于20赫茲的聲波，人耳聽不到，但可與人體器官發(fā)生共振，8Hz左右的次聲波會引起人的恐怖感，動作不協(xié)調(diào)，甚至導(dǎo)致心臟停止跳動。,次聲波炸彈(反劫機(jī)用),可聞聲波（20Hz~20kHz）,美妙的音樂可使人陶醉。,280Hz~2560Hz頻率段稱為中高聲頻。小提琴約有四分之一的較高音域在此頻段。,超聲波,蝙蝠能發(fā)出和聽見超聲波。,蝙蝠依靠超聲波定位,超聲波可以比較容易被聚焦，具有能量集中的特點(diǎn)。,超聲波

28、霧化器,超聲波加濕器,壓電陶瓷或磁致伸縮材料在高電壓窄脈沖作用下，可得到較大功率的超聲波，可以被聚焦，能用于集成電路及塑料的焊接。,超聲波塑料焊接機(jī),超聲波集成電路金絲焊接機(jī),超聲波被聚焦后，具有較好的方向性，在遇到兩種介質(zhì)的分界面時，能產(chǎn)生明顯的反射和折射現(xiàn)象，這一現(xiàn)象類似于光波。,便攜式超聲波探魚器,超聲波在醫(yī)學(xué)檢查中的應(yīng)用,胎兒的B超影像,,大功率超聲波用于高效清洗,當(dāng)強(qiáng)的聲波信號作用于液體時，則會對液體產(chǎn)生一定的正壓，即液體體積被壓縮減小，液體中形成的微小氣泡被壓碎。每個氣泡的破裂會產(chǎn)生能量極大的沖擊波，相當(dāng)于瞬間產(chǎn)生幾百度的高溫和高達(dá)上千個大氣壓的壓力，這種現(xiàn)象被稱之為“空化作用”，

29、超聲波清洗正是利用液體中氣泡破裂所產(chǎn)生的沖擊波來達(dá)到清洗和沖刷工件內(nèi)外表面的作用。超聲清洗多用于半導(dǎo)體、機(jī)械、玻璃、醫(yī)療儀器等行業(yè)。,超聲波清洗原理及清洗器,超聲換能器,氣泡,,,波浪,,,清洗物,,超聲波的波型分類（圖5-21）,縱波,縱波質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動方向,表面波在鋼材表面的傳播,縱波在鋼材中的傳播,橫波,a）縱波b）質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動過程c）橫波d）縱波在鋼材中的傳播e)表面波在板材表面的傳播1－超聲波發(fā)生器2－鋼材3－耦合劑c－聲速λ－波長,4種常見超聲波型,1）縱波：介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動方向與波的傳播方向一致的波，又稱壓縮波?？v波在固體介質(zhì)中傳播時，其傳播速度約為橫波的兩倍。2）橫波：介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動方

30、向與波的傳播方向垂直的波，所以又稱剪切波。橫波只能在固體和切變模數(shù)很高的粘滯液體中傳播。3）表面波：沿介質(zhì)兩個相之間的表面中傳播的波。表面波的幅值隨表面下的深度迅速減小，其傳播速度約為橫波的0.9。當(dāng)波長小于介質(zhì)厚度時，也稱瑞利波。4）蘭姆波：它在薄板中傳播，可用于長薄壁管的無損探傷。,,縱波（疏密波）縱波：在介質(zhì)中傳播時，波的傳播方向與質(zhì)點(diǎn)振動方向一致。,,橫波,橫波也稱“凹凸波”，是介質(zhì)粒子振動方向和波行進(jìn)方向垂直的一種波。也稱S波,若此波沿著x軸移動，則振動方向?yàn)榕cx軸垂直的方向上。,表面波,表面波是能量集中于表面附近的彈性波。,超聲波的聲速,幾種常用材料的聲速與密度、聲阻抗的關(guān)系（環(huán)境

31、溫度為0℃）,超聲波的指向角,超聲波聲源發(fā)出的超聲波束以一定的角度逐漸向外擴(kuò)散。在聲束橫截面的中心軸線上，超聲波最強(qiáng)，且隨著擴(kuò)散角度的增大而減小。指向角θ（單位為rad）與超聲源的直徑D以及波長λ之間的關(guān)系為,超聲波聲場指向性及指向角圖,超聲波入射角與反射角、折射角,圖5-22超聲波的反射與折射簡圖（c1＜c2時）Pc－入射波α－入射角Pr－反射波αr－反射角Ps－折射波β－折射角,超聲波的反射定律,超聲波入射角α的正弦與反射角αr的正弦之比，等于入射波所處介質(zhì)的聲速c1與反射波所處介質(zhì)的聲速cr之比，即：sinα/sinαr=c1/cr如果出射波的波型與入射波的波型都是縱波，則αr=α。,,

32、超聲波的折射定律,入射角α的正弦與折射角β的正弦之比，等于超聲波在入射波所處介質(zhì)1的聲速c1與折射波所處介質(zhì)2中的傳播速度cs之比，即sinα/sinβ=c1/cs,在右圖中，折射角大于入射角，說明第二介質(zhì)的聲速cs大于第一介質(zhì)的聲速c1（與密度有關(guān)）。,超聲波換能器,圖5-23超聲波換能器（直探頭）結(jié)構(gòu)1－接插件2－金屬外殼3－導(dǎo)電螺桿4－接線片5－塑料內(nèi)殼6－金屬絲7－阻尼吸收塊8－壓電晶體6－保護(hù)膜,超聲波換能器（超聲探頭）的外形,超聲波換能器又稱超聲波探頭。超聲波換能器的工作原理有壓電式、磁致伸縮式、電磁式等數(shù)種，在檢測技術(shù)中主要采用壓電式。超聲波探頭又分為直探頭、斜探頭、雙探頭、表面

33、波探頭、聚焦探頭、沖水探頭、水浸探頭、高溫探頭、空氣傳導(dǎo)探頭以及其他專用探頭等。,各種超聲波探頭,常用頻率范圍：0.5~10MHz常見晶片直徑：5~30mm,接觸式直探頭（縱波垂直入射到被檢介質(zhì)）,外殼用金屬制作，保護(hù)膜用硬度很高的耐磨材料制作，防止壓電晶片磨損。,,,保護(hù)膜,接插件,,接觸式直探頭原理,超聲脈沖電壓輸入端,,,接地端,,,保護(hù)膜,被測物上表面,,,,耦合劑,超聲波探頭中的壓電陶瓷芯片,將數(shù)百伏的超聲電脈沖加到壓電晶片上，利用逆壓電效應(yīng)，使晶片發(fā)射出持續(xù)時間很短的超聲振動波。當(dāng)超聲波經(jīng)被測物反射回到壓電晶片時，利用壓電效應(yīng)，將機(jī)械振動波轉(zhuǎn)換成同頻率的交變電荷和電壓。,耦合技術(shù)超

34、聲波探頭不能直接在被測物表面摩擦，必須在探頭和被測物表面之間加入耦合劑,耦合劑的種類和選擇,超聲探頭與被測物體接觸時，探頭與被測物體表面間存在一層空氣薄層，空氣將引起三個界面間強(qiáng)烈的雜亂反射波，造成干擾，并造成很大的衰減。為此，必須將接觸面之間的空氣排擠掉。在工業(yè)中，經(jīng)常使用耦合劑，使之充滿在接觸層中，起到傳遞超聲波的作用。常用的耦合劑有自來水、機(jī)油、甘油、膠水、化學(xué)漿糊等。,任務(wù)二超聲波式流量計的應(yīng)用,圖5-25傳播時間差法超聲波式流量測量示意圖F1發(fā)射的超聲波先到達(dá)T1F2發(fā)射的超聲波后到達(dá)T2,圖5-25a）雙聲道X法安裝型式,兩對超聲波探頭測量流量原理分類,一、時間差法測量流量原理在被

35、測管道上下游的一定距離上，分別安裝兩對超聲波發(fā)射和接收探頭（F1，T1）、（F2，T2），其中F1，T1的超聲波是順流傳播的，而F2，T2的超聲波是逆流傳播的。由于這兩束超聲波在液體中傳播速度的不同，測量兩接收探頭上超聲波傳播的時間差?t，可得到流體的平均速度及流量。,F1發(fā)射的超聲波到達(dá)F2的時間較短,一對超聲波探頭（Z法）測量流量原理,圖5-25b）單聲道V法夾裝式,例5-10用傳播時間差法超聲波式流量計測量某管道中液體的流量，已知管道的直徑為600mm，流體在管道中的流速為10m/s，超聲波在該液體中的聲速為1500m/s。如果超聲波傳播的方向與流體的流動方向的夾角α=45，求：超聲波在

36、順流與逆流中傳播的時間差為多少毫秒？解：,,二、頻率差法測量流量原理,F2,F1,頻率差法測量流量分析過程,在一個固定的時間間隔t內(nèi)，F(xiàn)1、F2是完全相同的超聲探頭，安裝在管壁外面，通過電子開關(guān)的控制，交替地作為超聲波發(fā)射器與接收器用。首先由F1發(fā)射出第一個超聲脈沖，它通過管壁、流體及另一側(cè)管壁被F2接收，此信號經(jīng)放大后再次觸發(fā)F1的驅(qū)動電路，使F1發(fā)射第二個聲脈沖。緊接著，由F2發(fā)射超聲脈沖，而F1作接收器，可以測得F1的脈沖重復(fù)頻率為f1。同理可以測得F2的脈沖重復(fù)頻率為f2。順流發(fā)射頻率f1與逆流發(fā)射頻率f2的頻率差?f與被測流速v成正比。,,,,一對超聲波探頭（V法）測量流量原理,圖5

37、-26發(fā)射、接收探頭可以安裝在管道的同一側(cè),例5-11用頻率差法超聲波式流量計測量某管道中流體的流量，已知管道的直徑為600mm，流體在管道中的流速為10m/s。如果超聲波傳播的方向與流體流動方向的夾角α=45，求超聲波在順流與逆流中傳播的頻率差為多少赫茲？解：,,同側(cè)式超聲波流量計的使用,超聲波流量計現(xiàn)場使用,超聲波流量計現(xiàn)場使用,三、多普勒法超聲波式流量計原理,當(dāng)運(yùn)動物體迎著波源運(yùn)動時，波被壓縮，波長變得較短，頻率變得較高；而當(dāng)運(yùn)動物體背著波源運(yùn)動時，會產(chǎn)生相反的效應(yīng)。產(chǎn)生的頻偏fd與波源、移動物體兩者之間的相對速度v及運(yùn)動方向有關(guān)。物體運(yùn)動的速度越快，所產(chǎn)生的頻偏效應(yīng)就越大。超聲探頭F1

38、向流體發(fā)出頻率為f1的連續(xù)超聲波，照射到液體中的散射體（懸浮顆粒或氣泡）上。散射的超聲波產(chǎn)生多普勒頻移fd，接收探頭F2接收到頻率為f2的超聲波，其值為,,,多普勒效應(yīng),前進(jìn)方向的頻率升高,如果波源和觀察者之間有相對運(yùn)動，那么觀察者接收到的頻率和波源的頻率就不相同了，這種現(xiàn)象叫做多普勒效應(yīng)。測出?f就可得到運(yùn)動速度。,,多普勒效應(yīng)示意,波源向左運(yùn)動時，前進(jìn)方向的波長變短，頻率升高,波源向右運(yùn)動時，右側(cè)表面波被壓縮,,,圖5-27多普勒法超聲波式流量測量示意圖,2020/6/10,113,任務(wù)三流量計的檢定,按照我國計量法對計量器具管理的規(guī)定，必須對新購進(jìn)或維修過的流量計進(jìn)行檢定。檢定是為了評定

39、流量計的性能，如：準(zhǔn)確度、重復(fù)性、溫漂等。檢定人員必須先對被檢定流量計進(jìn)行外觀檢查，再進(jìn)行示值誤差等項目的檢定。液體流量計的檢定（含校驗(yàn)）方法有：靜態(tài)容積法、靜態(tài)稱重法、動態(tài)容積法、動態(tài)稱重法、標(biāo)準(zhǔn)體積管法、標(biāo)準(zhǔn)表法等。用標(biāo)準(zhǔn)表法與稱重法結(jié)合比較準(zhǔn)確。氣體流量計的檢定方法有：標(biāo)準(zhǔn)表法、鐘罩法、音速文丘里噴嘴法等。,2020/6/10,114,一、液體流量標(biāo)準(zhǔn)表檢定法,多臺被檢定或被校驗(yàn)的流量計與標(biāo)準(zhǔn)流量計（也稱標(biāo)準(zhǔn)流量表）串聯(lián)。如果流體穩(wěn)定，可以認(rèn)為被檢定流量計與標(biāo)準(zhǔn)流量計的質(zhì)量流量基本相等。如果不考慮液體的壓縮系數(shù)，溫度也相同，體積流量也相同。標(biāo)準(zhǔn)流量表的量程應(yīng)略高于被檢定流量計，不超過25

40、%；允許最大絕對誤差Δ應(yīng)小于被校流量計允許最大絕對誤差的1/3。此時可以認(rèn)為被檢定流量計的誤差Δ等于顯示值A(chǔ)x減去標(biāo)準(zhǔn)流量計的讀數(shù)A0，即：Δ≈Ax-A0。,1－電磁閥2－整流器3－標(biāo)準(zhǔn)流量計4－被檢定流量計a5－被校流量計b6－電動閥,圖5-28,2020/6/10,115,二、水標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定法,1－水池2－水泵3－進(jìn)水管4－穩(wěn)壓水塔5－溢流壁（堰）6－溢流槽7－溢流管8－出水管9－截止閥10－直管道11－被檢定流量計12－調(diào)節(jié)閥13－分水換向器14－旁通過渡槽15－稱量計量槽16－電子秤17－放水閥18－溫度傳感器,（圖5-29放大圖見下頁）,2020/6/10,116,圖5-29水標(biāo)準(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖,休息一下,拓展閱讀網(wǎng)絡(luò)資料列表網(wǎng)址：,,2020年6月10日星期三,現(xiàn)在時間是：15:39休息一下！,,