1
3.4 流量检测流量检测的主要方法和分类节流式流量计转子流量计电磁流量计涡轮流量计漩涡流量计容积式流量计其它流量检测方法超声波式流量检测质量流量检测方法
☆
★
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★
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☆
☆
★
2
——几个概念流量通常是指单位时间内流经管道某截面的流体的数量,也就是所谓的 瞬时流量 ；在某一段时间内流过流体的总和,称为 总量 或 累积流量 。
体积流量 以体积表示的瞬时流量用 qv 表示,单位为 m3/s
以体积表示的累积流量用 Qv 表示,单位为 m3
v Aq v d A v A
0
t
vvQ q d t
3
质量流量以质量表示的瞬时流量用 qm 表示,单位为 kg/s
以质量表示的累积流量用 Qm 表示,单位为 kg
mvqq
mvQQ标态下的体积流量由于气体是可压缩的,流体的体积会受工况的影响,为了便于比较,工程上通常把工作状态下测得的体积流量换算成标准状态 （ 温度为 20℃,压力为一个标准大气压 ） 下的体积流量 。
标准状态下的体积流量用 qvn表示,单位为 Nm3/s。
4
3.4.1 流量检测的主要方法和分类流量检测方法有很多,就测量原理而言,可以分为 直接测量法 和 间接测量法 两类 。
直接测量法可以直接测量出管道中的体积流量或质量流量间接测量法则是通过测量出流体的 (平均 )流速,结合管道的截面积,流体的密度及工作状态等参数计算得出 。
除了：椭圆齿轮流量计直接测量体积流量,科里奥利力质量流量计之外,其它均基于间接法来流量测量
5
3.4.2 节流式流量计如果在管道中安置一个固定的阻力件,它的中间开一个比管道截面小的孔,当流体流过该阻力件时,由于流体流束的收缩而使流速加快,静压力降低,其结果是在阻力件前后产生一个较大的压差 。
压差的大小与流体流速的大小有关，流速愈大，差压也愈大，因此只要测出差压就可以推算出流速，进而可以计算出流体的流量节流式流量计也称为差压式流量计，它是目前工业生产过程中流量测量最成熟、最常用的方法之一。
(a) 标准孔板
6
作为流量检测用的节流件有标准的和特殊的两种 。
标准节流件包括 标准孔板,标准喷嘴 和 标准文丘里管 。
对于标准化的节流件,在设计计算时都有统一标准的规定,
要求和计算所需的有关数据及程序,可直接按照标准制造；
安装和使用时不必进行标定 。
特殊节流件主要用于特殊介质或特殊工况条件的流量检测,
它必须用实验方法单独标定 。
相比而言,标准孔板制作最简单,使用也最广泛,
以下只介绍标准孔板,
把流体流过阻力件使流束收缩造成压力变化的过程称节流过程，其中的阻力件称为节流件。
7
(a) 标准孔板
(b) 喷嘴 (c) 文丘里管
8
1v 3v2v
1 2 3
——节流原理流动流体的能量有两种形式：静压能和动能 。 流体由于有压力而具有静压能,又由于有流动速度而具有动能,这两种形式的能量在一定条件下是可以相互转化的 。
流速
1v
2v
3v
静压
1p
2p
3p
p?
maxp
9
——流量方程
1v 3v2v
1 2 3
流速
1v
2v
3v
静压
1p
2p
3p
p?
maxp
根据流体力学中的伯努利方程,
可以推导得出节流式流量计的流量方程,也就是差压和流量之间的定量关系式：
0
0
2
2
v
m
q A p
q A p
α 为流量系数 ε 为可膨胀性系数
A0为节流件的开孔面积 ρ 为节流装置前的流体密度
ΔP 节流装置前后实际测得的压差
10
α 主要与节流装置的 型式,取压方式,流体的流动状态
（ 如雷诺数 ） 和 管道条件 等因素有关 。 因此,是一个影响因素复杂的综合性参数,也是节流式流量计能否准确测量流量的关键所在,雷诺数大于某一数值 （ 界限雷诺数 ） 时,
α 值可认为是一常数 。 对于标准节流装置,可以从有关手册中查出；对于非标准节流装置,其值要由实验方法确定 。
ε 可膨胀性系数用来校正流体的可压缩性,它与节流件前后压力的相对变化量,流体的等熵指数等因素有关,其取值范围小于等于 1。 对于不可压缩性流体,ε ＝ 1；对于可压缩性流体,则 ε ＜ 1。 应用时可以查阅有关手册而得
0
0
2
2
v
m
q A p
q A p
11
——标准节流件 (孔板 )
H
h
D d
节流装置包括 节流件,取压装置 和 符合要求的前后直管段标准节流装置 是指节流件,取压装置都标准化,前后直管段符合规定要求,可以直接投入使用标准孔板,要求：
d/D 应在 0.2～ 0.75之间
d不小于 12.5mm
直孔厚度 h应在 0.005D到 0.02D之间孔板的总厚度 H应在 h和 0.05D之间圆锥面的斜角 α 应在 30～ 45° 之间
…………
有手册可查，不要求记标准喷嘴和标准文丘里管的结构参数的规定也可以查阅相关的设计手册。
12
——标准取压方式国家规定标准的取压方式有 角接取压,法兰取压 和 D－ D/2取压 。
角接取压 角接取压的两个取压口分别位于孔板上下端面与管壁的夹角处取压口可以是 环隙取压 口和 单独钻孔取压 口环隙取压 利用左右对称的两个环室把孔板夹在中间,通常要求环隙在整个圆周上穿通管道,
或者每个夹持环应至少有四个开孔与管道内部连通,每个开孔的中心线彼此互成等角度,再利用导压管把孔板上下游的压力分别引出当采用 单独钻孔取压 时,取压口的轴线应尽可能以 90° 与管道轴线相交
a
a
环隙取压单独钻孔取压夹持环流体
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环隙宽度和单独钻孔取压口的直径 a 通常在 4～ 10mm之间显然,环隙取压由于环室的均压作用,便于测出孔板两端的平稳差压,能得到较好的测量精度,但是夹持环的加工制造和安装要求严格 。 当管径 D＞ 500mm时,一般采用单独钻孔取压 。
a
a
环隙取压单独钻孔取压夹持环流体
14
法兰取压和 D－ D/2取压法兰取压装置是由一对带有取压口的法兰组成取压口轴线距离孔板上,下端面均为 25.4mm（ 1英寸 ）
l1
l2
法兰取压
D－ D/2取压装置是设有取压口的管段,上,下游取压口轴线与孔板上游端面的距离分为 D和 D/2（ D为管道的直径 ）
l1(D) l2(D/2)
D－ D/2取压
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——节流式流量计的安装原理总结：
节流装置 引压管 差压变送 器显示仪表 /控制器oI
p?vq p?
流体在管道中正常流动 （ v,p） 节流件使流体收束,流速增大,压力降低节流件前后出现,压差,“压差,与流量有关再采用差压变送器,将差压信号转换为统一的标准信号,便于显示及控制
16
在各种标准的节流装置中以标准孔板的应用最为广泛,它具有结构简单,安装使用方便的特点,适用于大流量的测量 。 孔板的最大缺点是流体流经节流件后压力损失较大,当工艺管路不允许有较大的压力损失时,一般不宜选用孔板流量计 。 标准喷嘴和标准文丘里管的压力损失较小,但结构比较复杂,不易加工 。
虽然节流式流量计的应用非常广泛，但是如果使用不当往往会出现很大的测量误差，有时甚至高达 10～ 20％。
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——节流式流量计的使用特点和要求
标准孔板应用广泛,它具有结构简单,安装方便的特点,适用于大流量的测量 。
孔板测量的压损大,当不允许有较大的管道压损时,便不宜采用 。 在一般场合下,仍采用孔板为多 。
标准喷嘴和标准文丘里管的压力损失较孔板为小,但结构比较复杂,不易加工 。
标准节流装置仅适用于测量 管道直径大于 50mm,雷诺数在
104～ 105以上的流体 ； 雷诺数 >2320 紊流
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流体应当清洁，充满全部管道，不发生相变 ；
为 保证流体在节流装置前后为稳定的流动状态,
在节流装置的上、下游必须配置一定长度的直管段（与管径、节流件的开孔面积以及管路上的弯头数都有关系）
节流装置经过长时间的使用，会因物理磨损或者化学腐蚀，造成几何形状和尺寸的变化，从而引起测量误差，因此需要及时检查和维修，必要时更换新的节流装置
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——节流式流量计误差产生的原因
实际工况与设计要求不符,如：温度,压力,湿度以及相应的流体重度,粘度,雷诺数等参数数值发生变化,则会造成较大的误差 。 为了消除这种误差,必须按新工艺重新设计计算,或加以必要的修正 。
节流装置安装不正确节流装置安装不正确,在安装时,特别要注意节流装置的安装方向 。
在使用中,要保持节流装置的清洁 。 如在节流装置处防止有沉淀,结焦,堵塞等现象 。
节流装置的磨损,应注意日常检查,维修,必要时应换用新的孔板 。
导压管安装不正确,或有诸塞,渗漏现象,
20
——节流式流量计误差产生的原因孔板本身原因,H
h
D d
直角边缘不锐利?P? ( ) 测量值偏小
d太大 P ( ) 测量值偏小
h太大 P( ) 测量值偏大安装不好,孔板弯曲 可大可小
21
3.4.3 转子流量计在工业生产中经常遇到小流量的测量,因其流体的流速低,
这就要求测量仪表有较高的灵敏度,才能保证一定的精度 。
转子流量计特别适宜于测量管径 50mm以下管道的流量,测量的流量可小到每小时几升 。
孔板流量计,节流面积不变 流量变化 压差发生变化转子流量计,压差不变 流量变化 节流面积发生变化
22
转子流量计主要由两个部分组成,
一是由下往上逐渐扩大的 锥形管 （通常用透明玻璃制成）
二是放在锥形管内可自由运动的 转子 。
被测 流体由 锥形管 下端进入,流经 转子与锥形管之间的 环隙,再 从上端流出 。
h
23
当流体流过的时候,位于锥形管中的转子受到向上的一个力,使其浮起 。 当这个力正好等于转子重量减去流体对转子的浮力,此时转子就停浮在一定的高度上 。h
若流体流量突然由小变大时，作用在转子上的向上的力就加大，转子上升，环隙增大，即流通面积增大。随着环隙的增大，使流体流速变慢，流体作用在转子上的向上力也就变小。
这样，转子在一个新的高度上重新平衡。这样，转子在锥形管中平衡位置的高低 h与被测介质的流量大小相对应。
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——流量方程转子的平衡关系,()
tfV g pA
V为转子的体积； ρ t和 ρ f分别为转子和流体的密度； g为重力加速度；
ΔP 为转子前后的压差； A为转子的最大截面积转子和锥形管间的环隙面积相当于节流式流量计的节流孔面积,但它是变化的,并与转子高度 h成近似的线性关系,因此,
转子流量计的流量公式可以表示为：
2
v
f
q h p
2 ( )tf
f
Vgh
A
2 ( )t f f
m
Vgqh
A
式中,φ 为仪表常数； h为转子浮起的高度 。
流量与转子高度 h成线性关系式中的其它参数为常数
25
转子流量计的锥形管一般采用透明材料制成,在锥形管上刻有流量读数,用户只要根据转子高度来读取读数 。
转子流量计 一般只适用于就地指示 。 对配有电远传装置的转子流量计,也可以把反应流量大小的转子高度 h转换为电信号,传送到其它仪表进行显示,记录或控制 。
26
——流量修正由于转子流量计在生产的时候,是在工业基准状态 （ 20℃,0.10133Mpa）
下用水或空气进行刻度的 。 如果工作状态不同,必须对流量指示值按照实际被测介质的密度,温度,压力等参数的具体情况进行修正 。
液体流量测量时的修正如果某转子流量计的转子高度为 h,如果介质为 20的
℃ 水,则流量 qv0与 h的关系满足：
0
2 ( )tw
v
w
Vgqh
A
式中,qv0为用水标定时的流量刻度
ρ w为水的密度
27
如果介质不是 20℃ 的水,则流量 qvf与 h的关系满足：
2 ( )tf
vf
f
Vgqh
A
qvf和 ρ f分别为被测介质的实际流量和密度如果被测介质的粘度和水的粘度相差不大,可以近似认为 φ 是常数,则有
0
()
()
t f w
v f v
f t w
qq 刻度流量实际流量修正系数
28
例现有一只以水标定的转子流量计用来测量苯的流量,已知转子的材料为不锈钢 （ 密度 7.9g/cm3）,苯的密度为 0.83g/cm3,请问流量计读数为 3.6L/s时,苯的实际流量是多少？
解,修正公式
0
()
()
t f w
v f v
f t w
qq
因此
(7,9 0,8 3 ) * 1 * 3,6
0,8 3 * (7,9 1 )vfq
4 ( / )Ls?
质量流量的修正公式 0()* ()t f w fv m v f f v
tw
q q q
29
——转子流量计的 特点
① 转子流量计主要适合于检测中小管径,较低雷诺数的中小流量；
② 流量计结构简单,使用方便,工作可靠,仪表前直管段长度要求不高；
③ 流量计的基本误差约为仪表量程的土 2％,量程比可达 10,1
④ 流量计的测量精度易受被测介质密度,粘度,温度,
压力,纯净度,安装质量等的影响 。
30
3.4.4 电磁流量计基本工作原理导体切割磁力线,会产生电动势适用场合可以检测具有一定电导率的酸,碱,盐溶液,腐蚀性液体以及含有固体颗粒的的液体测量,但不能检测气体,蒸汽和非导电液体的流量 。
31
流量公式当导电的流体在磁场中以垂直方向流动而切割磁力线时,就会在管道两边的电极上产生感应电势,感应电势的大小与磁场的强度,流体的速度和流体垂直切割磁力线的有效长度成正比：
xE K B D v?
2
4v
Dqv
4vx
DqE
BK
32
式中,Ex为感应电势； K为比例系数； B为磁场强度；
D为管道直径； v为垂直于磁力线的流体流动速度 。
在管道直径 D已经确定,磁场强度 B维持不变时,流体的体积流量与磁感应电势成线性关系 。 利用上述原理制成的流量检测仪表称为电磁流量计 。
4vx
DqE
BK
33
——电磁流量计的 特点测量导管内无可动或突出于管道内部的部件,因而 压力损失极小 ；
只要是导电的,被测流体可以是含有颗粒,悬浮物等,
也可以是酸,碱,盐等腐蚀性物质；
流量计的输出电流与体积流量成线性关系,并且不受液体的温度,压力,密度,粘度等参数的影响；
电磁流量计的量程比一般为 10:1,精度较高的量程比可达 100:1；测量口径范围大,可以从 lmm到 2m以上,
特别适用于 lm以上口径的水流量测量； 测量精度一般优于 0.5级 ；
电磁流量计反应迅速,可以测量脉动流量 ；
34
主要缺点：
被测流体必须是导电的，不能小于水的电导率不能测量气体、蒸汽和石油制品等的流量由于衬里材料的限制，一般使用温度为 0～ 200℃ ；
因电极嵌装在测量导管上的，使工作压力限制 (一般 ≤ 0.25MPa）
35
——电磁流量计的 安装可以水平安装,也可以垂直安装,但要求液体充满管道；
直管段要求：前 10D,后 5D以上；
远离磁场；
变送器前后管道有时带有较大的杂散电流,一般要把变送器前后
1～ 1.5m出和变送器外壳连接在一起,共同接地 。
36
3.4.5 涡轮流量计基本工作原理流体冲击涡轮叶片,使涡轮旋转,涡轮的旋转速度随流量的变化而变化,通过涡轮外的磁电转换装置可将涡轮的旋转转换成电脉冲
S
N
流量方程
vq
ω
qv
37
特点和要求流量与涡轮转速之间成线性关系,量程比一般为 1O,1；
涡轮流量计的测量精度较高,可达到 0.5级以上；
反应迅速,可测脉动流量；
主要用于中小口径的流量检测；
仅适用洁净的被测介质,通常在涡轮前要安装过滤装置；
流量计水平安装,前后需一定长度的直管段,一般上游侧和下游侧的直管段长度要求在 10D和 5D以上；
常温下用水标定,当介质的密度和粘度发生变化时需重新标定或进行补偿
38
3.4.6 漩涡流量计基本工作原理把一个漩涡发生体 （ 非流线型对称物体 ） 垂直插在管道中,
当流体绕过漩涡发生体时会在其左右两侧后方交替产生旋转方向相反的漩涡,形成涡列,该漩涡列就称为卡门涡街只有当两列漩涡的间距 h与同列中相邻漩涡的间距 l满足为 h／
l＝ 0.281条件时,卡门涡列才是稳定的 。 且单列漩涡产生的频率 f与流体流速 v成正比,与柱体的特征尺寸 d（ 漩涡发生体的迎面最大宽度 ） 成反比,即：
39
流量方程
d
vStf?
St称为 斯特劳哈尔数 （ 无因次数 ）,St主要与漩涡发生体的形状和雷诺数有关 。 在雷诺数为
5000～ 150000的范围内,St基本上为一常数 。
40
特点和要求涡街流量计输出信号 （ 频率 ） 不受流体物性和组分变化的影响,在一定的雷诺数范围内,几乎不受流体的温度,压力,密度,粘度等变化的影响,故用水或空气标定的漩涡流量计可用于其他液体和气体的流量测量而不需标定；
管道内无可动部件,使用寿命长,压力损失小；测量精度高 （ 约为士 0.5％ ～ 1％ ）,量程比 20:1；
尤其适用于大口径管道的流量测量 。 但是流量计安装时要求有足够的直管段长度,上游和下游的直管段分别要求不少于 2OD和 5D,漩涡发生体的轴线应与管路轴线垂直 。
41
3.4.7 椭圆齿轮流量计 ——直接测量基本工作原理
“一碗一碗,计量
V
转子每旋转一周,就排出四个由椭圆齿轮与外壳围成的半月形空腔的流体体积 (4V)。 在 V一定的情况下,只要测出流量计的转速 n就可以计算出被测流体的流量流量方程
4vq V n?
42
特点和要求计量 精度高,一般可达 0.2～ 0.5级,有的甚至能达到 0.1级安装直管段对计量精度影响不大,量程比一般为 10:1
一般只适用于 10～ 150mm的 中小口径 。
容积式流量计对被测流体的粘度变化不敏感,特别 适合于测量高粘度的流体 （ 例如重油,树脂等 ） 甚至糊状物的流量,
但要求被测介质干净,不含固体颗粒,所以一般情况下,流量计前要装过滤器 。
由于受零件变形的影响,容积式流量计一般 不宜在高温或低温下使用 。
43
3.4.8 其它 ——科里奥利力质量流量计基本工作原理
（ 实验 ）
将充水软管 （ 水不流动 ） 两端悬挂,使其中段下垂成 U形,静止时,U
形的两管处于同一平面,并垂直于地面,左右摆时,两管同时弯曲,
仍然保持在同一曲面若将软管与水源相接,使水由一端流入,从 另 一端流出 （ 如图 b和 c） 。 当 U形管受外力作用向右左摆动时,它将发生扭曲 。 扭曲的方向总是出水 侧 的摆动要早于人水侧；
随着 质量 流量 的增加,这种现象变得更加明显,出水侧摆动相位超前于入水侧更多 。
这就是科氏力质量流量的检测原理,它利用两管的 振动 （ 摆动 ） 相位差来反映流经该 U形管的质量流量
44
利用科氏力构成的质量流量计有直管,弯管,单管,双管等多种形式双弯管型是最常见它由两根金属 U形管组成,其端部连通并与被测管路相连 。 这样流体可以同时在两个 U形管内流动在两管的中间 A,B,C三处各装有一组压电换能器换能器 A在外加交变电压作用下产生交变力,使两根 U形管彼此一开一合地振动,相当于两根软管按相反方向不断摆动科里奥利力质量流量计换能器 B和 C用来检测两管的振动情况由于 B处于进口侧,C处于出口侧，则根据出口侧振动相位超前于进口侧的规律,C输出的交变信号的相位将超前于 B某个相位此相位差的大小与质量流量成正比
45
若将这两个交流信号相位差经过电路进一步转换成直流 4～
20mA等标准信号,就成为质量流量变送器 。
特点和要求科氏力质量流量计的测量精度较高,主要用于粘度和密度相对较大的单相和混相流体的流量测量由于结构等原因,这种流量计适用于中小尺寸的管道的流量检测 。
46
当超声波在流体中传播时，会载带流体速的信息。因此，根据对接收到的超声波信号进行分析计算，可以检测到流体的流速，进而可以得到流量值。超声波流量测量方法有很多，本节主要介绍传播速度差方法和多普勒方法的基本原理与流量方程．
3.4.9、超声波流量计
47
传播速度差法的基本原理为,测量超声波脉冲在顺流和逆流传播过程中的速度之差来得到到被测流体的流速。
根据测量的物理量的不同，可以分为时差法
(测量顺、逆流传播时由于超声波传播速度不同而引起的时间差 )、相差法 (测量超声波在顺、逆流中传播的相位差 )、频差法 (测量顺、逆流情况下超声脉冲的循环频率差 )。频差法是目前常用的测量方法，它是在前两种测量方法的基础上发展起来的．
一：测量速度差的方法
48
在测量管道中，装两个超声波发射换能器 F1和 F2以及两个接收换能器 J1和 J2,F1J1和 F2J2与管道轴线夹角为 a，管径为 D，流体由左向右流动，速度为 v，
此时由 F1到 J1超声波传播速度为
F2到 J2超声波传播速度为：
49
1、时差法如果超声波发生器发射一短小脉冲，其顺流传播时间为而逆流传播的时间为
2
/ s i n
c o s
Dt
cv
21 22
21 2
2
22
2
2
c o s
2
2
4 2 8
v
Dvc t g
t t t
cv
vc
Dvc t g
t t t
c
ct
v
Dctg
D c t
q A v Dc t g t
Dctg
50
2、相差法所谓相差法，既是通过测量超声波在顺流和逆流时传播的相位差来得到流速．
2
2
2
16
v
D vct g
c
D c tg
q
f
51
3、频差法此法是通过测量顺流和逆流时超声脉冲的重复频率差去测量流速。 在单通道法中脉冲重复频率是在一个发射脉冲被接收器接收之后，立即发射出一个脉冲，这样以一定频率重复发射,对于顺流和逆流重复发射频率为
52
二：多普勒法多普勒法是利用声学多普勒原理确定流体流量的,多普勒效应是当声源和目标之间有相对运动，会引起声波在频率上的变化，这种频率变化正比于运动的目标和静止的换能器之间的相对速度。
53
1 2 1
1
2 c o s
2 c o s
v
f f f f
c
Ac
q v f
f
图是超声多普勒流量计示意图。超声换能器安装在管外。从发射晶体 T发射的超声波束遇到流体中运动着颗粒或气泡，再反射回来由接收晶体 R1接收。
发射信号与接收信号的多普勒频率偏移与流体流速成正比。如忽略管壁影响，
并假设流体没有速度梯度，
以及粒子是均匀分布的，
可得方程
54
3.5 物位检测概述差压式物位仪表浮力式物位仪表电容式物位仪表辐射式物位仪表
55
3.5.1 概述几个概念在容器中液体介质的高低叫 液位,
容器中固体或颗粒状物质的堆积高度叫 料位测量液位的仪表叫 液位计,测量料位的仪表叫料位计测量两种密度不同液体介质的分界面的仪表叫界面计在物位检测中,有时需要对物位进行连续检测,
有时只需要测量物位是否达到某一特定位置,
用于定点物位测量的仪表称为 物位开关物位检测的作用 控制,计量,报警等 。
56
检测方法分类直读式物位仪表：玻璃管液位计,玻璃板液位计等 。
差压式物位仪表：利用液柱或物料堆积对某定点产生压力的原理而工作 。
浮力式物位仪表：利用浮子高度或浮力随液位高度而变化的原理工作 。
电磁式物位仪表：使物位的变化转换为一些电量的变化,如电容核辐射物位仪表：射线透过物料时其强度随物质层的厚度而变化的原理声波式物位仪表：由于物位的变化引起声阻抗的变化,声波的遮断和声波反射距离的不同,测出这些变化就可测知物位 。 根据工作原理分为声波遮断式,反射式和阻尼式 。
光学式物位仪表：利用物位对光波的遮断和反射原理工作
……
57
3.5.2 差压式液位计基本工作原理 Δ P=ρ gH
零点迁移
Δ P=ρ 1gH Δ P=ρ
1gH -ρ 2g（ h2-h1） Δ P=ρ 1gH +ρ 1gh1
零点迁移的目的,H＝ 0时,变送器输出为 Iomin（ 如 4mA）
无迁移 负迁移迁移量,-ρ 2g（ h2-h1）
正迁移迁移量,ρ 1gh1
58
例 已知 ρ 1=1200kg/m3,
ρ 2=950kg/m3,h1=1m,h2=5m，
液位变化范围 0－ 2.5米,求：
变送器的 量程 和 迁移量 。
解
Hmaxρ 1g=2.5*1200*9.8=29400Pa
变送器量程可选为,40kPa
当 H=0时,-ρ 2g（ h2-h1） =-4*950*9.8=-37.24 kPa
变送器需要进行负迁移,迁移量为－ 37.24 kPa
59
差压式液位变送器,事实上就是一个差压变送器,无非液位变送器的输出与液位高度 H成线性关系因此,差压式液位变送器的安装与前面所述的差压变送器的安装是完全相同的 。
为了解决测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及粘度大,易凝固等液体液位时,引压管线容易出现被腐蚀,被堵塞的问题,应使用在导压管人口处加隔离膜盒的法兰式差压变送器 （ 压力信号的远传装置 ）,分单法兰式及双法兰式两种 。
结论：
60
3.5.3 浮筒式液位计浮筒
G
F弹F浮浮筒弹簧磁钢室输出指示器 内置式 外置式静井
61
基本工作原理主要由四个基本部分组成：浮筒,弹簧,磁钢室和输出指示器当浮筒沉浸在液体中时,浮筒将受到向下的重力 G,向上的浮力 F
浮 和弹簧弹力 F 弹 的复合作用弹簧的伸缩使其与刚性连接的磁钢产生位移,再通过输出指示器内磁感应元件和传动装置或变换输出装置,使其指示出液位或输出与液位对应的电信号 。
特点和要求浮筒式液位计通常有内置式和侧装外置式两种安装方式,测量原理完全相同,但外置式安装更适用于温度较高的场合 。
62
3.5.4 电容式物位计基本工作原理 d
D
L1?
D
d
L
2?
H
2?
由两个同轴圆柱极板组成的电容器,当两极板之间填充介电常数为 ε 1的介质时,两极板间的电容量为：
12
ln( )
LC
Dd
当极板之间一部分介质被介电常数为 ε 2的另一种介质填充时,可推导出电容变化量
212 ( )
l n ( )
HC KH
Dd
当电容器的几何尺寸和介电常数保持不变时,电容变化量就与物位高度 H
成正比 。
63
特点和要求电容式物位计可以用于 液位 的测量,也可以用于 料位的测量,但 要求介质的介电常数保持稳定 。 在实际使用过程中,当现场温度,被测液体的浓度,固体介质的湿度或成分等发生变化时,介质的介电常数也会发生变化,应及时对仪表进行调整才能达到预想的测量精度 。
说明：电容式液位计一般都是基于差压原理测量的 。
64
3.5.5 核辐射式物位计基本工作原理核辐射线 （ 通常为 γ 射线 ） 穿过一定厚度的被测介质时,射线的投射强度将随介质厚度的增加而呈指数规律衰减的原理来测量物位的 辐射源接收器
0
HI I e
I0表示进入物料之间的射线强度； μ 表示物料的吸收系数； H为物料的厚度； I为穿过介质后的射线强度 。
65
特点和要求核辐射式物位计属于非接触式物位测量仪表适用于高温,高压,强腐蚀,剧毒等条件苛刻的场合核射线还能够直接穿透钢板等介质,可用于高温熔融金属的液位测量使用时几乎不受温度,压力,电磁场的影响 。
但由于射线对人体有害,因此射线的剂量应严加控制,且须切实加强安全防护措施
(工业现场一般不优先考虑使用核辐射式物位计 )
3.4 流量检测流量检测的主要方法和分类节流式流量计转子流量计电磁流量计涡轮流量计漩涡流量计容积式流量计其它流量检测方法超声波式流量检测质量流量检测方法
☆
★
★
★
☆
☆
☆
☆
★
2
——几个概念流量通常是指单位时间内流经管道某截面的流体的数量,也就是所谓的 瞬时流量 ；在某一段时间内流过流体的总和,称为 总量 或 累积流量 。
体积流量 以体积表示的瞬时流量用 qv 表示,单位为 m3/s
以体积表示的累积流量用 Qv 表示,单位为 m3
v Aq v d A v A
0
t
vvQ q d t
3
质量流量以质量表示的瞬时流量用 qm 表示,单位为 kg/s
以质量表示的累积流量用 Qm 表示,单位为 kg
mvqq
mvQQ标态下的体积流量由于气体是可压缩的,流体的体积会受工况的影响,为了便于比较,工程上通常把工作状态下测得的体积流量换算成标准状态 （ 温度为 20℃,压力为一个标准大气压 ） 下的体积流量 。
标准状态下的体积流量用 qvn表示,单位为 Nm3/s。
4
3.4.1 流量检测的主要方法和分类流量检测方法有很多,就测量原理而言,可以分为 直接测量法 和 间接测量法 两类 。
直接测量法可以直接测量出管道中的体积流量或质量流量间接测量法则是通过测量出流体的 (平均 )流速,结合管道的截面积,流体的密度及工作状态等参数计算得出 。
除了：椭圆齿轮流量计直接测量体积流量,科里奥利力质量流量计之外,其它均基于间接法来流量测量
5
3.4.2 节流式流量计如果在管道中安置一个固定的阻力件,它的中间开一个比管道截面小的孔,当流体流过该阻力件时,由于流体流束的收缩而使流速加快,静压力降低,其结果是在阻力件前后产生一个较大的压差 。
压差的大小与流体流速的大小有关，流速愈大，差压也愈大，因此只要测出差压就可以推算出流速，进而可以计算出流体的流量节流式流量计也称为差压式流量计，它是目前工业生产过程中流量测量最成熟、最常用的方法之一。
(a) 标准孔板
6
作为流量检测用的节流件有标准的和特殊的两种 。
标准节流件包括 标准孔板,标准喷嘴 和 标准文丘里管 。
对于标准化的节流件,在设计计算时都有统一标准的规定,
要求和计算所需的有关数据及程序,可直接按照标准制造；
安装和使用时不必进行标定 。
特殊节流件主要用于特殊介质或特殊工况条件的流量检测,
它必须用实验方法单独标定 。
相比而言,标准孔板制作最简单,使用也最广泛,
以下只介绍标准孔板,
把流体流过阻力件使流束收缩造成压力变化的过程称节流过程，其中的阻力件称为节流件。
7
(a) 标准孔板
(b) 喷嘴 (c) 文丘里管
8
1v 3v2v
1 2 3
——节流原理流动流体的能量有两种形式：静压能和动能 。 流体由于有压力而具有静压能,又由于有流动速度而具有动能,这两种形式的能量在一定条件下是可以相互转化的 。
流速
1v
2v
3v
静压
1p
2p
3p
p?
maxp
9
——流量方程
1v 3v2v
1 2 3
流速
1v
2v
3v
静压
1p
2p
3p
p?
maxp
根据流体力学中的伯努利方程,
可以推导得出节流式流量计的流量方程,也就是差压和流量之间的定量关系式：
0
0
2
2
v
m
q A p
q A p
α 为流量系数 ε 为可膨胀性系数
A0为节流件的开孔面积 ρ 为节流装置前的流体密度
ΔP 节流装置前后实际测得的压差
10
α 主要与节流装置的 型式,取压方式,流体的流动状态
（ 如雷诺数 ） 和 管道条件 等因素有关 。 因此,是一个影响因素复杂的综合性参数,也是节流式流量计能否准确测量流量的关键所在,雷诺数大于某一数值 （ 界限雷诺数 ） 时,
α 值可认为是一常数 。 对于标准节流装置,可以从有关手册中查出；对于非标准节流装置,其值要由实验方法确定 。
ε 可膨胀性系数用来校正流体的可压缩性,它与节流件前后压力的相对变化量,流体的等熵指数等因素有关,其取值范围小于等于 1。 对于不可压缩性流体,ε ＝ 1；对于可压缩性流体,则 ε ＜ 1。 应用时可以查阅有关手册而得
0
0
2
2
v
m
q A p
q A p
11
——标准节流件 (孔板 )
H
h
D d
节流装置包括 节流件,取压装置 和 符合要求的前后直管段标准节流装置 是指节流件,取压装置都标准化,前后直管段符合规定要求,可以直接投入使用标准孔板,要求：
d/D 应在 0.2～ 0.75之间
d不小于 12.5mm
直孔厚度 h应在 0.005D到 0.02D之间孔板的总厚度 H应在 h和 0.05D之间圆锥面的斜角 α 应在 30～ 45° 之间
…………
有手册可查，不要求记标准喷嘴和标准文丘里管的结构参数的规定也可以查阅相关的设计手册。
12
——标准取压方式国家规定标准的取压方式有 角接取压,法兰取压 和 D－ D/2取压 。
角接取压 角接取压的两个取压口分别位于孔板上下端面与管壁的夹角处取压口可以是 环隙取压 口和 单独钻孔取压 口环隙取压 利用左右对称的两个环室把孔板夹在中间,通常要求环隙在整个圆周上穿通管道,
或者每个夹持环应至少有四个开孔与管道内部连通,每个开孔的中心线彼此互成等角度,再利用导压管把孔板上下游的压力分别引出当采用 单独钻孔取压 时,取压口的轴线应尽可能以 90° 与管道轴线相交
a
a
环隙取压单独钻孔取压夹持环流体
13
环隙宽度和单独钻孔取压口的直径 a 通常在 4～ 10mm之间显然,环隙取压由于环室的均压作用,便于测出孔板两端的平稳差压,能得到较好的测量精度,但是夹持环的加工制造和安装要求严格 。 当管径 D＞ 500mm时,一般采用单独钻孔取压 。
a
a
环隙取压单独钻孔取压夹持环流体
14
法兰取压和 D－ D/2取压法兰取压装置是由一对带有取压口的法兰组成取压口轴线距离孔板上,下端面均为 25.4mm（ 1英寸 ）
l1
l2
法兰取压
D－ D/2取压装置是设有取压口的管段,上,下游取压口轴线与孔板上游端面的距离分为 D和 D/2（ D为管道的直径 ）
l1(D) l2(D/2)
D－ D/2取压
15
——节流式流量计的安装原理总结：
节流装置 引压管 差压变送 器显示仪表 /控制器oI
p?vq p?
流体在管道中正常流动 （ v,p） 节流件使流体收束,流速增大,压力降低节流件前后出现,压差,“压差,与流量有关再采用差压变送器,将差压信号转换为统一的标准信号,便于显示及控制
16
在各种标准的节流装置中以标准孔板的应用最为广泛,它具有结构简单,安装使用方便的特点,适用于大流量的测量 。 孔板的最大缺点是流体流经节流件后压力损失较大,当工艺管路不允许有较大的压力损失时,一般不宜选用孔板流量计 。 标准喷嘴和标准文丘里管的压力损失较小,但结构比较复杂,不易加工 。
虽然节流式流量计的应用非常广泛，但是如果使用不当往往会出现很大的测量误差，有时甚至高达 10～ 20％。
17
——节流式流量计的使用特点和要求
标准孔板应用广泛,它具有结构简单,安装方便的特点,适用于大流量的测量 。
孔板测量的压损大,当不允许有较大的管道压损时,便不宜采用 。 在一般场合下,仍采用孔板为多 。
标准喷嘴和标准文丘里管的压力损失较孔板为小,但结构比较复杂,不易加工 。
标准节流装置仅适用于测量 管道直径大于 50mm,雷诺数在
104～ 105以上的流体 ； 雷诺数 >2320 紊流
18
流体应当清洁，充满全部管道，不发生相变 ；
为 保证流体在节流装置前后为稳定的流动状态,
在节流装置的上、下游必须配置一定长度的直管段（与管径、节流件的开孔面积以及管路上的弯头数都有关系）
节流装置经过长时间的使用，会因物理磨损或者化学腐蚀，造成几何形状和尺寸的变化，从而引起测量误差，因此需要及时检查和维修，必要时更换新的节流装置
19
——节流式流量计误差产生的原因
实际工况与设计要求不符,如：温度,压力,湿度以及相应的流体重度,粘度,雷诺数等参数数值发生变化,则会造成较大的误差 。 为了消除这种误差,必须按新工艺重新设计计算,或加以必要的修正 。
节流装置安装不正确节流装置安装不正确,在安装时,特别要注意节流装置的安装方向 。
在使用中,要保持节流装置的清洁 。 如在节流装置处防止有沉淀,结焦,堵塞等现象 。
节流装置的磨损,应注意日常检查,维修,必要时应换用新的孔板 。
导压管安装不正确,或有诸塞,渗漏现象,
20
——节流式流量计误差产生的原因孔板本身原因,H
h
D d
直角边缘不锐利?P? ( ) 测量值偏小
d太大 P ( ) 测量值偏小
h太大 P( ) 测量值偏大安装不好,孔板弯曲 可大可小
21
3.4.3 转子流量计在工业生产中经常遇到小流量的测量,因其流体的流速低,
这就要求测量仪表有较高的灵敏度,才能保证一定的精度 。
转子流量计特别适宜于测量管径 50mm以下管道的流量,测量的流量可小到每小时几升 。
孔板流量计,节流面积不变 流量变化 压差发生变化转子流量计,压差不变 流量变化 节流面积发生变化
22
转子流量计主要由两个部分组成,
一是由下往上逐渐扩大的 锥形管 （通常用透明玻璃制成）
二是放在锥形管内可自由运动的 转子 。
被测 流体由 锥形管 下端进入,流经 转子与锥形管之间的 环隙,再 从上端流出 。
h
23
当流体流过的时候,位于锥形管中的转子受到向上的一个力,使其浮起 。 当这个力正好等于转子重量减去流体对转子的浮力,此时转子就停浮在一定的高度上 。h
若流体流量突然由小变大时，作用在转子上的向上的力就加大，转子上升，环隙增大，即流通面积增大。随着环隙的增大，使流体流速变慢，流体作用在转子上的向上力也就变小。
这样，转子在一个新的高度上重新平衡。这样，转子在锥形管中平衡位置的高低 h与被测介质的流量大小相对应。
24
——流量方程转子的平衡关系,()
tfV g pA
V为转子的体积； ρ t和 ρ f分别为转子和流体的密度； g为重力加速度；
ΔP 为转子前后的压差； A为转子的最大截面积转子和锥形管间的环隙面积相当于节流式流量计的节流孔面积,但它是变化的,并与转子高度 h成近似的线性关系,因此,
转子流量计的流量公式可以表示为：
2
v
f
q h p
2 ( )tf
f
Vgh
A
2 ( )t f f
m
Vgqh
A
式中,φ 为仪表常数； h为转子浮起的高度 。
流量与转子高度 h成线性关系式中的其它参数为常数
25
转子流量计的锥形管一般采用透明材料制成,在锥形管上刻有流量读数,用户只要根据转子高度来读取读数 。
转子流量计 一般只适用于就地指示 。 对配有电远传装置的转子流量计,也可以把反应流量大小的转子高度 h转换为电信号,传送到其它仪表进行显示,记录或控制 。
26
——流量修正由于转子流量计在生产的时候,是在工业基准状态 （ 20℃,0.10133Mpa）
下用水或空气进行刻度的 。 如果工作状态不同,必须对流量指示值按照实际被测介质的密度,温度,压力等参数的具体情况进行修正 。
液体流量测量时的修正如果某转子流量计的转子高度为 h,如果介质为 20的
℃ 水,则流量 qv0与 h的关系满足：
0
2 ( )tw
v
w
Vgqh
A
式中,qv0为用水标定时的流量刻度
ρ w为水的密度
27
如果介质不是 20℃ 的水,则流量 qvf与 h的关系满足：
2 ( )tf
vf
f
Vgqh
A
qvf和 ρ f分别为被测介质的实际流量和密度如果被测介质的粘度和水的粘度相差不大,可以近似认为 φ 是常数,则有
0
()
()
t f w
v f v
f t w
qq 刻度流量实际流量修正系数
28
例现有一只以水标定的转子流量计用来测量苯的流量,已知转子的材料为不锈钢 （ 密度 7.9g/cm3）,苯的密度为 0.83g/cm3,请问流量计读数为 3.6L/s时,苯的实际流量是多少？
解,修正公式
0
()
()
t f w
v f v
f t w
因此
(7,9 0,8 3 ) * 1 * 3,6
0,8 3 * (7,9 1 )vfq
4 ( / )Ls?
质量流量的修正公式 0()* ()t f w fv m v f f v
tw
q q q
29
——转子流量计的 特点
① 转子流量计主要适合于检测中小管径,较低雷诺数的中小流量；
② 流量计结构简单,使用方便,工作可靠,仪表前直管段长度要求不高；
③ 流量计的基本误差约为仪表量程的土 2％,量程比可达 10,1
④ 流量计的测量精度易受被测介质密度,粘度,温度,
压力,纯净度,安装质量等的影响 。
30
3.4.4 电磁流量计基本工作原理导体切割磁力线,会产生电动势适用场合可以检测具有一定电导率的酸,碱,盐溶液,腐蚀性液体以及含有固体颗粒的的液体测量,但不能检测气体,蒸汽和非导电液体的流量 。
31
流量公式当导电的流体在磁场中以垂直方向流动而切割磁力线时,就会在管道两边的电极上产生感应电势,感应电势的大小与磁场的强度,流体的速度和流体垂直切割磁力线的有效长度成正比：
xE K B D v?
2
4v
Dqv
4vx
DqE
BK
32
式中,Ex为感应电势； K为比例系数； B为磁场强度；
D为管道直径； v为垂直于磁力线的流体流动速度 。
在管道直径 D已经确定,磁场强度 B维持不变时,流体的体积流量与磁感应电势成线性关系 。 利用上述原理制成的流量检测仪表称为电磁流量计 。
4vx
DqE
BK
33
——电磁流量计的 特点测量导管内无可动或突出于管道内部的部件,因而 压力损失极小 ；
只要是导电的,被测流体可以是含有颗粒,悬浮物等,
也可以是酸,碱,盐等腐蚀性物质；
流量计的输出电流与体积流量成线性关系,并且不受液体的温度,压力,密度,粘度等参数的影响；
电磁流量计的量程比一般为 10:1,精度较高的量程比可达 100:1；测量口径范围大,可以从 lmm到 2m以上,
特别适用于 lm以上口径的水流量测量； 测量精度一般优于 0.5级 ；
电磁流量计反应迅速,可以测量脉动流量 ；
34
主要缺点：
被测流体必须是导电的，不能小于水的电导率不能测量气体、蒸汽和石油制品等的流量由于衬里材料的限制，一般使用温度为 0～ 200℃ ；
因电极嵌装在测量导管上的，使工作压力限制 (一般 ≤ 0.25MPa）
35
——电磁流量计的 安装可以水平安装,也可以垂直安装,但要求液体充满管道；
直管段要求：前 10D,后 5D以上；
远离磁场；
变送器前后管道有时带有较大的杂散电流,一般要把变送器前后
1～ 1.5m出和变送器外壳连接在一起,共同接地 。
36
3.4.5 涡轮流量计基本工作原理流体冲击涡轮叶片,使涡轮旋转,涡轮的旋转速度随流量的变化而变化,通过涡轮外的磁电转换装置可将涡轮的旋转转换成电脉冲
S
N
流量方程
vq
ω
qv
37
特点和要求流量与涡轮转速之间成线性关系,量程比一般为 1O,1；
涡轮流量计的测量精度较高,可达到 0.5级以上；
反应迅速,可测脉动流量；
主要用于中小口径的流量检测；
仅适用洁净的被测介质,通常在涡轮前要安装过滤装置；
流量计水平安装,前后需一定长度的直管段,一般上游侧和下游侧的直管段长度要求在 10D和 5D以上；
常温下用水标定,当介质的密度和粘度发生变化时需重新标定或进行补偿
38
3.4.6 漩涡流量计基本工作原理把一个漩涡发生体 （ 非流线型对称物体 ） 垂直插在管道中,
当流体绕过漩涡发生体时会在其左右两侧后方交替产生旋转方向相反的漩涡,形成涡列,该漩涡列就称为卡门涡街只有当两列漩涡的间距 h与同列中相邻漩涡的间距 l满足为 h／
l＝ 0.281条件时,卡门涡列才是稳定的 。 且单列漩涡产生的频率 f与流体流速 v成正比,与柱体的特征尺寸 d（ 漩涡发生体的迎面最大宽度 ） 成反比,即：
39
流量方程
d
vStf?
St称为 斯特劳哈尔数 （ 无因次数 ）,St主要与漩涡发生体的形状和雷诺数有关 。 在雷诺数为
5000～ 150000的范围内,St基本上为一常数 。
40
特点和要求涡街流量计输出信号 （ 频率 ） 不受流体物性和组分变化的影响,在一定的雷诺数范围内,几乎不受流体的温度,压力,密度,粘度等变化的影响,故用水或空气标定的漩涡流量计可用于其他液体和气体的流量测量而不需标定；
管道内无可动部件,使用寿命长,压力损失小；测量精度高 （ 约为士 0.5％ ～ 1％ ）,量程比 20:1；
尤其适用于大口径管道的流量测量 。 但是流量计安装时要求有足够的直管段长度,上游和下游的直管段分别要求不少于 2OD和 5D,漩涡发生体的轴线应与管路轴线垂直 。
41
3.4.7 椭圆齿轮流量计 ——直接测量基本工作原理
“一碗一碗,计量
V
转子每旋转一周,就排出四个由椭圆齿轮与外壳围成的半月形空腔的流体体积 (4V)。 在 V一定的情况下,只要测出流量计的转速 n就可以计算出被测流体的流量流量方程
4vq V n?
42
特点和要求计量 精度高,一般可达 0.2～ 0.5级,有的甚至能达到 0.1级安装直管段对计量精度影响不大,量程比一般为 10:1
一般只适用于 10～ 150mm的 中小口径 。
容积式流量计对被测流体的粘度变化不敏感,特别 适合于测量高粘度的流体 （ 例如重油,树脂等 ） 甚至糊状物的流量,
但要求被测介质干净,不含固体颗粒,所以一般情况下,流量计前要装过滤器 。
由于受零件变形的影响,容积式流量计一般 不宜在高温或低温下使用 。
43
3.4.8 其它 ——科里奥利力质量流量计基本工作原理
（ 实验 ）
将充水软管 （ 水不流动 ） 两端悬挂,使其中段下垂成 U形,静止时,U
形的两管处于同一平面,并垂直于地面,左右摆时,两管同时弯曲,
仍然保持在同一曲面若将软管与水源相接,使水由一端流入,从 另 一端流出 （ 如图 b和 c） 。 当 U形管受外力作用向右左摆动时,它将发生扭曲 。 扭曲的方向总是出水 侧 的摆动要早于人水侧；
随着 质量 流量 的增加,这种现象变得更加明显,出水侧摆动相位超前于入水侧更多 。
这就是科氏力质量流量的检测原理,它利用两管的 振动 （ 摆动 ） 相位差来反映流经该 U形管的质量流量
44
利用科氏力构成的质量流量计有直管,弯管,单管,双管等多种形式双弯管型是最常见它由两根金属 U形管组成,其端部连通并与被测管路相连 。 这样流体可以同时在两个 U形管内流动在两管的中间 A,B,C三处各装有一组压电换能器换能器 A在外加交变电压作用下产生交变力,使两根 U形管彼此一开一合地振动,相当于两根软管按相反方向不断摆动科里奥利力质量流量计换能器 B和 C用来检测两管的振动情况由于 B处于进口侧,C处于出口侧，则根据出口侧振动相位超前于进口侧的规律,C输出的交变信号的相位将超前于 B某个相位此相位差的大小与质量流量成正比
45
若将这两个交流信号相位差经过电路进一步转换成直流 4～
20mA等标准信号,就成为质量流量变送器 。
特点和要求科氏力质量流量计的测量精度较高,主要用于粘度和密度相对较大的单相和混相流体的流量测量由于结构等原因,这种流量计适用于中小尺寸的管道的流量检测 。
46
当超声波在流体中传播时，会载带流体速的信息。因此，根据对接收到的超声波信号进行分析计算，可以检测到流体的流速，进而可以得到流量值。超声波流量测量方法有很多，本节主要介绍传播速度差方法和多普勒方法的基本原理与流量方程．
3.4.9、超声波流量计
47
传播速度差法的基本原理为,测量超声波脉冲在顺流和逆流传播过程中的速度之差来得到到被测流体的流速。
根据测量的物理量的不同，可以分为时差法
(测量顺、逆流传播时由于超声波传播速度不同而引起的时间差 )、相差法 (测量超声波在顺、逆流中传播的相位差 )、频差法 (测量顺、逆流情况下超声脉冲的循环频率差 )。频差法是目前常用的测量方法，它是在前两种测量方法的基础上发展起来的．
一：测量速度差的方法
48
在测量管道中，装两个超声波发射换能器 F1和 F2以及两个接收换能器 J1和 J2,F1J1和 F2J2与管道轴线夹角为 a，管径为 D，流体由左向右流动，速度为 v，
此时由 F1到 J1超声波传播速度为
F2到 J2超声波传播速度为：
49
1、时差法如果超声波发生器发射一短小脉冲，其顺流传播时间为而逆流传播的时间为
2
/ s i n
c o s
Dt
cv
21 22
21 2
2
22
2
2
c o s
2
2
4 2 8
v
Dvc t g
t t t
cv
vc
Dvc t g
t t t
c
ct
v
Dctg
D c t
q A v Dc t g t
Dctg
50
2、相差法所谓相差法，既是通过测量超声波在顺流和逆流时传播的相位差来得到流速．
2
2
2
16
v
D vct g
c
D c tg
q
f
51
3、频差法此法是通过测量顺流和逆流时超声脉冲的重复频率差去测量流速。 在单通道法中脉冲重复频率是在一个发射脉冲被接收器接收之后，立即发射出一个脉冲，这样以一定频率重复发射,对于顺流和逆流重复发射频率为
52
二：多普勒法多普勒法是利用声学多普勒原理确定流体流量的,多普勒效应是当声源和目标之间有相对运动，会引起声波在频率上的变化，这种频率变化正比于运动的目标和静止的换能器之间的相对速度。
53
1 2 1
1
2 c o s
2 c o s
v
f f f f
c
Ac
q v f
f
图是超声多普勒流量计示意图。超声换能器安装在管外。从发射晶体 T发射的超声波束遇到流体中运动着颗粒或气泡，再反射回来由接收晶体 R1接收。
发射信号与接收信号的多普勒频率偏移与流体流速成正比。如忽略管壁影响，
并假设流体没有速度梯度，
以及粒子是均匀分布的，
可得方程
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3.5 物位检测概述差压式物位仪表浮力式物位仪表电容式物位仪表辐射式物位仪表
55
3.5.1 概述几个概念在容器中液体介质的高低叫 液位,
容器中固体或颗粒状物质的堆积高度叫 料位测量液位的仪表叫 液位计,测量料位的仪表叫料位计测量两种密度不同液体介质的分界面的仪表叫界面计在物位检测中,有时需要对物位进行连续检测,
有时只需要测量物位是否达到某一特定位置,
用于定点物位测量的仪表称为 物位开关物位检测的作用 控制,计量,报警等 。
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检测方法分类直读式物位仪表：玻璃管液位计,玻璃板液位计等 。
差压式物位仪表：利用液柱或物料堆积对某定点产生压力的原理而工作 。
浮力式物位仪表：利用浮子高度或浮力随液位高度而变化的原理工作 。
电磁式物位仪表：使物位的变化转换为一些电量的变化,如电容核辐射物位仪表：射线透过物料时其强度随物质层的厚度而变化的原理声波式物位仪表：由于物位的变化引起声阻抗的变化,声波的遮断和声波反射距离的不同,测出这些变化就可测知物位 。 根据工作原理分为声波遮断式,反射式和阻尼式 。
光学式物位仪表：利用物位对光波的遮断和反射原理工作
……
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3.5.2 差压式液位计基本工作原理 Δ P=ρ gH
零点迁移
Δ P=ρ 1gH Δ P=ρ
1gH -ρ 2g（ h2-h1） Δ P=ρ 1gH +ρ 1gh1
零点迁移的目的,H＝ 0时,变送器输出为 Iomin（ 如 4mA）
无迁移 负迁移迁移量,-ρ 2g（ h2-h1）
正迁移迁移量,ρ 1gh1
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例 已知 ρ 1=1200kg/m3,
ρ 2=950kg/m3,h1=1m,h2=5m，
液位变化范围 0－ 2.5米,求：
变送器的 量程 和 迁移量 。
解
Hmaxρ 1g=2.5*1200*9.8=29400Pa
变送器量程可选为,40kPa
当 H=0时,-ρ 2g（ h2-h1） =-4*950*9.8=-37.24 kPa
变送器需要进行负迁移,迁移量为－ 37.24 kPa
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差压式液位变送器,事实上就是一个差压变送器,无非液位变送器的输出与液位高度 H成线性关系因此,差压式液位变送器的安装与前面所述的差压变送器的安装是完全相同的 。
为了解决测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及粘度大,易凝固等液体液位时,引压管线容易出现被腐蚀,被堵塞的问题,应使用在导压管人口处加隔离膜盒的法兰式差压变送器 （ 压力信号的远传装置 ）,分单法兰式及双法兰式两种 。
结论：
60
3.5.3 浮筒式液位计浮筒
G
F弹F浮浮筒弹簧磁钢室输出指示器 内置式 外置式静井
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基本工作原理主要由四个基本部分组成：浮筒,弹簧,磁钢室和输出指示器当浮筒沉浸在液体中时,浮筒将受到向下的重力 G,向上的浮力 F
浮 和弹簧弹力 F 弹 的复合作用弹簧的伸缩使其与刚性连接的磁钢产生位移,再通过输出指示器内磁感应元件和传动装置或变换输出装置,使其指示出液位或输出与液位对应的电信号 。
特点和要求浮筒式液位计通常有内置式和侧装外置式两种安装方式,测量原理完全相同,但外置式安装更适用于温度较高的场合 。
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3.5.4 电容式物位计基本工作原理 d
D
L1?
D
d
L
2?
H
2?
由两个同轴圆柱极板组成的电容器,当两极板之间填充介电常数为 ε 1的介质时,两极板间的电容量为：
12
ln( )
LC
Dd
当极板之间一部分介质被介电常数为 ε 2的另一种介质填充时,可推导出电容变化量
212 ( )
l n ( )
HC KH
Dd
当电容器的几何尺寸和介电常数保持不变时,电容变化量就与物位高度 H
成正比 。
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特点和要求电容式物位计可以用于 液位 的测量,也可以用于 料位的测量,但 要求介质的介电常数保持稳定 。 在实际使用过程中,当现场温度,被测液体的浓度,固体介质的湿度或成分等发生变化时,介质的介电常数也会发生变化,应及时对仪表进行调整才能达到预想的测量精度 。
说明：电容式液位计一般都是基于差压原理测量的 。
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3.5.5 核辐射式物位计基本工作原理核辐射线 （ 通常为 γ 射线 ） 穿过一定厚度的被测介质时,射线的投射强度将随介质厚度的增加而呈指数规律衰减的原理来测量物位的 辐射源接收器
0
HI I e
I0表示进入物料之间的射线强度； μ 表示物料的吸收系数； H为物料的厚度； I为穿过介质后的射线强度 。
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特点和要求核辐射式物位计属于非接触式物位测量仪表适用于高温,高压,强腐蚀,剧毒等条件苛刻的场合核射线还能够直接穿透钢板等介质,可用于高温熔融金属的液位测量使用时几乎不受温度,压力,电磁场的影响 。
但由于射线对人体有害,因此射线的剂量应严加控制,且须切实加强安全防护措施
(工业现场一般不优先考虑使用核辐射式物位计 )
