流量检测仪表培训教材.doc

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1、大连福佳石油化工有限公司甲醇制烯烃(MTO)项目仪表专业流量检测培训教材目 录1.流量检测仪表特点及分类31.1简述31.2按测量原理分类31.3按流量计结构原理分类32.流量检测仪表基本原理及功能82.1容积式流量计82.2涡轮流量计102.3差压式流量计112.4内藏孔板流量计132.5文丘利喷嘴142.6冲量式流量计142.8均速管流量计212.9浮子流量计252.10电磁流量计272.11超声波流量计302.12涡街流量计312.13质量流量计323.流量检测仪表检维修作业规程373.1标准节流装置373.2差压变送器维护检修规程423.3电磁流量计维护检修规程493.4涡轮流量计维护

2、检修规程543.5椭圆齿轮流量计维护检修规程593.6热质流量计维护检修规程633.7称重仪表维护检修规程653.8流量积算仪维护检修规程673.9超声波流量计维护检修规程693.10涡街流量计维护检修规程723.11金属转子流量计维护检修规程771.流量检测仪表特点及分类1.1简述目前工程实际中，流量测量方法及流量仪表的种类繁多，至今为止，可供工业用的流量仪表种类多达数十余种。在流量仪表的家族中，每种产品都有它特定的适用性及使用局限性。按测量对象划分就有封闭管道和明渠两大类：按测量目的又可分为总量测量和流量测量，其仪表分别称作总量表和流量计。1.2按测量原理分类1.2.1力学原理：属于此类原

3、理的仪表有利用伯努利定理的差压式、转子式；利用动量定理的冲量式、可动管式；利用牛顿第二定律的直接质量式；利用流体动量原理的靶式；利用角动量定理的涡轮式；利用流体振荡原理的旋涡式、涡街式；利用总静压力差的皮托管式以及容积式和堰、槽式等等。1.2.2电学原理：用于此类原理的仪表有电磁式、差动电容式、电感式、应变电阻式等。1.2.3声学原理：利用声学原理进行流量测量的有超声波式声学式(冲击波式)等。 1.2.4热学原理：利用热学原理测量流量的有热量式、直接量热式、间接量热式等。1.2.5光学原理：激光式、光电式等是属于此类原理的仪表。1.2.6原于物理原理：核磁共振式、核幅射式等是属于此类原理的仪表

4、。1.2.7其它原理：有标记原理(示踪原理、核磁共振原理)、相关原理等。1.3按流量计结构原理分类目前最常用流量计分类法，主要有：差压式流量计、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、涡街流量计、质量流量计等分别简述各种流量计的原理及特点。1.3.1容积式流量计容积式流量计相当于一个标准容积的容器，它接连不断地对流动介质进行度量。流量越大，度量的次数越多，输出的频率越高。容积式流量计的原理比较简单，适于测量高粘度、低雷诺数的流体。根据回转体形状不同，目前生产的产品分：适于测量液体流量的椭圆齿轮流量计、腰轮流量计(罗茨流量计)、旋转活塞和刮板式流量计；适于测量气体流量的伺

5、服式容积流量计、皮膜式和转简流量计等主要优点：(1)计量精度高；(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。主要缺点：(1)结果复杂，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。1.3.2叶轮式流量计叶轮式流量计的工作原理是将叶轮置于被测流体中，受流体流动的冲击而旋转，以叶轮旋转的快慢来反映流量的大小。典型的叶轮式流量计是水表和涡轮流量计，其结构可以是机械传动输出式或电脉冲输出式。一

6、般机械式传动输出的水表准确度较低，误差约2，但结构简单，造价低，国内已批量生产，并标准化、通用化和系列化。电脉冲信号输出的涡轮流量计的准确度较高，一般误差为02一05。主要优点：(1)精度高，在所有流量计仪表中属于最精确的流量仪表；(2)重复性好；(3)无零点漂移，抗干扰性好；(4)测量范围度宽；(5)结构紧凑。主要缺点：(1)不能长期保持校准特性；(2)流体物性对流量特性影响较大。1.3.3差压式流量计(变压降式流量计)差压式流量计由一次装置和二次装置组成一次装置称流量测量元件，它安装在被测流体的管道中，产生与流量(流速)成比例的压力差，供二次装置进行流量显示。二次装置称显示仪表。它接收测量

7、元件产生的差压信号，并将其转换为相应的流量进行显示差压流量计的一次装置常为节流装置或动压测定装置(皮托管、均速管等)。二次装置为各种机械式、电子式、组合式差压计配以流量显示仪表差压计的差压敏感元件多为弹性元件。由于差压和流量呈平方根关系，故流量显示仪表都配有开平方装置，以使流量刻度线性化。多数仪表还设有流量积算装置，以显示累积流量，以便经济核算。这种利用差压测量流量的方法历史悠久，比较成熟，世界各国一般都用在比较重要的场合，约占各种流量测量方式的70。发电厂主蒸汽、给水、凝结水等的流量测量都采用这种表计。目前生产的产品分：孔板流量计、楔形流量计、文丘里管流量计、平均皮托管检测件有标准化型式或非

8、标准两大类。标准型检测元件是以标准文件设计、制造、安装和使用，无需经实流标定即可确定其流量值和估算测量误差。而非标型检测元件一般尚未列入国际标准中检测元件。差压式流量计也是应用最广泛的一种流量仪表，在各种流量计使用量中占据首位。主要优点是：(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，至今尚无任何一流量计可与之比拟；(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。主要缺点是：(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）。1.3.4变面积式流量计(等压降式流量计)放在

9、上大下小的锥形流道中的浮子受到自下而上流动的流体的作用力而移动。当此作用力与浮子的“显示重量”(浮子本身的重量减去它所受流体的浮力)相平衡时，浮子即静止。浮子静止的高度可作为流量大小的量度。由于流量计的通流截面积随浮子高度不同而异，而浮子稳定不动时上下部分的压力差相等，因此该型流量计称变面积式流量计或等压降式流量计。该式流量计的典型仪表是转子(浮子)流量计。浮子流量计，又称转子流量计，是变面积式流量计的一种，在一根由下向上扩大的垂直锥管中，圆形横截面的浮子的重力是由液体动力承受的，从而使浮子可以在锥管内自由地上升和下降。浮子流量计是继差压式流量计之后应用较广泛的一类流量计，适用于微小流量监测。

10、主要优点：(1)结构简单，使用方便；(2)适用于小管径和低流速；(3)压力损失较低。缺点：耐压力低，有玻璃管易碎。1.3.5动量式流量计利用测量流体的动量来反映流量大小的流量计称动量式流量计由于流动流体的动量P与流体的密度 及流速v的平方成正比，即p v2，当通流截面确定时，v与容积流量Q成正比，故p Q2。设比例系数为A，则QA 因此，测得P，即可反映流量Q这种型式的流量计，大多利用检测元件把动量转换为压力、位移或力等，然后测量流量。这种流量计的典型仪表是靶式和转动翼板式流量计。1.3.6冲量式流量计利用冲量定理测量流量的流量计称冲量式流量计，多用于测量颗粒状固体介质的流量，还用来测泥浆、结

11、晶型液体和研磨料等的流量。流量测量范围从每小时几公斤到近万吨。典型的仪表是水平分力式冲量流量计，其测量原理是当被测介质从一定高度h自由下落到有倾斜角 的检测板上产生一个冲力，冲力的水平分力马质量流量成正比，故测量这个水平分力即可反映质量流量的大小。按信号(九)的检测方式，该型流量计分位移检测型和直接测力型。1.3.7电磁流量计电磁流量计是应用导电体在磁场中运动产生感应电动势，而感应电动势又和流量大小成正比，通过测电动势来反映管道流量的原理而制成的。其测量精度和灵敏度都较高。工业上多用以测量水、矿浆等介质的流量。可测最大管径达2m，而且压损极小。但导电率低的介质，如气体、蒸汽等则不能应用。电磁流

12、量计由传感器及转换器及显示器等部分组成，电磁流量计根据法拉第电磁感应定律制成的一般测量导电流体的流量仪表。具有其它流量计不能比拟独特优势，特别适用如脏污流体及腐蚀流体的测量。电磁流量计在70-80年代 由于电磁流量在技术上有重大突破，使它成为现代工业领域广泛应用的流量监测仪表。主要优点：(1)由于测量通道是段光滑直管，不会阻塞，特别适用于固体颗粒的液固二相流体，如纸浆、污水、泥浆等；(2)无压损，节能效果好；(3)不受流体的湿度、密度、粘度、压力和电导率变化影响；(4)流量范围大，口径范围宽；(5)适用于腐蚀性流体的测量。主要缺点：(1)不适用测量由释放的石油制品流体；(2)不适用气体、蒸汽及

13、含有较大气泡的液体；(3)不适用高温场合。 1.3.8超声波流量计超声波流量计是基于超声波在流动介质中传播的速度等于被测介质的平均流速和声波本身速度的几何和的原理而设计的。它也是由测流速来反映流量大小的。可分为传播速度差法（直接时差法、时差法、相位差法和频差法）、波速偏移法、多普差法、互相关法、空间滤去法及噪声法等。属于无阻碍流体直流的结构。因此，适用于解决流量测量困难的场合，特别适用于大口径流量测量领域。主要优点：(1)可做非接触式流体测量；(2)属于无阻碍测量，故无压力损失；(3)它与电磁流量计相比，具有可测非导电性液体，独特优点。主要缺点：(1)在传播时间法时，只能用于清洁液体和气体，而

14、在多普勒法时，测量含有一定量悬浮颗粒和气泡的液体；(2)多普勒法测量精度不高。1.3.9流体振荡式流量计流体振荡式流量计是利用流体在特定流道条件下流动时将产生振荡，且振荡的频率与流速成比例这一原理设计的当通流截面一定时，流速与导容积流量成正比。目前典型的产品有涡街流量计、旋进旋涡流量计。涡衔流量计的结构是在流体中安放一根非流线型游涡发生体，当流体在游涡发生体两侧交替分离释放出两串规则交错排列的游涡的仪表。一般按频率检出方式，划分有：应力式、应变式、电容式、热敏式、光电式及超声波式、振动式等。涡衔流量计属于国内外新型流量仪表。主要优点：(1)结构简单牢固；(2)适用于多流体种类的场合流量；(3)

15、有较高测量精度；(4)测量范围度宽，且压损小。主要缺点：(1)不适应于低雷诺数流体测量；(2)需较长直管段；(3)与涡轮流量计相比，仪表系数较低。1.3.10质量流量计质量流量计分直接式和间接式两种。直接式质量流量计利用与质量流量直接有关的原理进行测量，目前常用的有量热式、角动量式、振动陀螺式、马格努斯效应式和科里奥利力式等质量流量计。间接式质量流量计是用密度计与容积流量直接相乘求得质量流量的。由于流体的容积受温度、压力等参数的影响，用容积流量表示流量大小时需给出介质的参数。在介质参数不断变化的情况下，往往难以达到这一要求，而造成仪表显示值失真。因此，质量流量计就得到广泛的应用和重视。1.3.

16、11其他流量计还有适用于明渠测流的各种堰式流量计、槽式流量计；适于大口径测流的插入式流量计；测量层流流量的层流流量计；适于二相流测量的相关法流量计；以及激光法、核磁共振法流量计和多种示踪法、稀释法测流等。明渠流量计属于在非满管状敞开渠道测量自由表面自然流动的流量仪表。因此，也亦称非满管态流动的水沟叫明渠。明渠流量计除有圆形外，还有U形、梯形、矩形等多种形状。明渠流量计是广泛应用于城市供水引水渠，火力及水利发电厂引水和排水渠，城市及工矿企业污水治理流入和排放渠，水利工程和农业灌溉用渠道流量计测量流量结构方式。综上所述，目前流量计测量技术发展至今虽然已日趋成熟，但其种类繁多，至今尚无一种对于任何场

17、合都能适用的流量计，而每种流量计都有供适用范围，具有局限性。因此，在选用何种流量计时，应熟知仪表的工作原理及特点，根据被测对象的不同，合理正确选择流量计是值得人们讨论的问题。2.流量检测仪表基本原理及功能2.1容积式流量计2.1.1基本原理又称定排量流量计,简称PD流量计,在流量仪表中是精度最高的一类。它利用机械测量元件把流体连续不断地分割成单个已知的体积部分,根据测量室逐次重复地充满和排放该体积部分流体的次数来测量流体体积总量。 容积式流量测量是采用固定的小容积来反复计量通过流量计的流体体积所以，在容积式流量计内部必须具有构成一个标准体积的空间，通常称其为容积式流量计的 “计量空间”或“计量

18、室”这个空间由仪表壳的内壁和流量计转动部件一起构成容积式流量计的工作原理为：流体通过流量计，就会在流量计进出口之间产生一定的压力差流量计的转动部件(简称转子)在这个压力差作用下特产生旋转，并将流体由入口排向出口在这个过程中，流体一次次地充满流量计的“计量空间”，然后又不断地被送往出口在给定流量计条件下，该计量空间的体积是确定的，只要测得转子的转动次数就可以得到通过流量计的流体体积的累积值。 2.1.2误差特性 对于任何一个流量测量值来说，必须包括两部分内容：一是流量测量值本身；二是它的误差允许范围否则是不完整的所以，对于任何一种流量计，都必须了解它的误差特性。 所谓误差特性，就是流量计的误差值

19、与流量测量值之间的关系。讨论误差特性，就是讨论和研究测量误差值随流量测量值变化而变化的趋势 容积式流量计的测量误差值E，可由指示值与真值之差与指示值之比表示设：V为通过流量计的流体体积真值；I为流量计指示值，则误差值E可表示为 E I - V / I （25） 将流体体积V与指示值I之间的关系式（23）代入，可得： E1 v / a （26） 由式26可见，容积式流量计的误差特性仅与流量计内部的计量空间体积v、仪表齿轮比常数a有关也就是说，从测量原理的角度来说，容积式流量计的测量误差仅与流量计的几何结构有关，而与流体性质和流量值无关，我们把这个误差特性称为容积式流量计的理想误差特性画成曲线，是

20、一条平行于横轴的水平线，如图26中曲线1所示 图 2-6 容积式流量计的误差特性曲线然而，当我们对容积式流量计进行标定，画出实际误差特性曲线时，则较接近曲线2的形式在小流量时，误差值急剧地向负方向倾斜；随着流量增大，误差值逐渐由负方向向正方向移动，并稳定在某一定位上，误差曲线平行于横轴流量继续增加，误差值又将向负方向偏移实际误差特性曲线所以呈现这种变化趋势，是因为在于容积式流量计中存在着不可避免的漏流现象所谓漏流，就是流体通过转动件与外壳之间的间隙直接从入口流向出口，没有被计量以下将讨论考虑了漏流现象的误差特性关系式 假设在单位时间内的流体漏流量用g表示；通过流量计的流量为qv；通过流量计总的

21、流体体积量为V；在这一段时间内总的漏流的体积量为V这株V可表示为 V g * V / qv （27） 所以，当存在漏流时，转子排出N个计量空间流体量时，实际通过流量计的流体体积为 VNvV （28） 将式22，27代入式28，可得： V I v/ a g * V/ q v （29） 式（29）可整理成： V Iv / n (1 - g / qv ) （210） 将式（210）代入误差定义式（25），可得： E1 v / a (1- g / qv) （211） 分析式211可见，由于计量空间体积v、齿轮比常数a均为定值，所以误差E与流量之间的关系受单位时间漏流量g影响 若假定该容积式流量计的漏流

22、量 g是一恒定值，可利用式(211)讨论其误差曲线的变化趋势 当流量很小，在极端情况下，qrg，则式(211)中括号内为0，误差值E趋向负无穷大 随着流量qv增加，式(211)中括号内数值逐渐增大，误差值E也逐渐向正方向增加。 当流量继续增加，达到g与qv相比显得非常小，即gqv很接近0时，式(211)转变成式(26)，误差曲线趋向于理想误差曲线2.1.3应用概况容积式流量计与差压式流量计、浮子流量计并列为三类使用量最大的流量计,常应用于昂贵介质(油品、天然气等)的总量测量。工业发达国家近年PD流量计(不包括家用煤气表和家用水表)的销售金额占流量仪表的13%23%;我国约占20%,1990年产

23、量(不包括家用煤气表)估计为34万台,其中椭圆齿轮式和腰轮式分别约占70%和20%。2.2涡轮流量计 2.2.1工作原理流体流经传感器壳体，由于叶轮的叶片与流向有一定的角度，流体的冲力使叶片具有转动力矩，克服摩擦力矩和流体阻力之后叶片旋转，在力矩平衡后转速稳定，在一定的条件下，转速与流速成正比，由于叶片有导磁性，它处于信号检测器（由永久磁钢和线圈组成）的磁场中，旋转的叶片切割磁力线，周期性的改变着线圈的磁通量，从而使线圈两端感应出电 脉冲信号，此信号经过放大器的放大整形，形成有一定幅度的连续的矩形脉冲波，可远传至显示仪表，显示出流体的瞬时流量和累计量。在一定的流量范围内，脉冲频率f与流经传感器

24、的流体的瞬时流量Q成正比，流量方程为：Q=3600f/k 式中： f脉冲频率Hz； k传感器的仪表系数1/m，由校验单给出。若以1/L为单位Q=3.6f/k Q流体的瞬时流量（工作状态下）m/h； 3600换算系数。涡轮流量计总体原理框图如下图所示。 2.2.2应用范围 涡轮流量计是一种速度式仪表，它具有精度高，重复性好，结构简单，运动部件少，耐高压，测量范围宽，体积小，重量轻，压力损失小，维修方便等优点，用于封闭管道中测量低粘度气体的体积流量和总量。在石油，化工，冶金，城市燃气管网等行业中具有广泛的使用价值。2.3差压式流量计2.3.1基本原理节流装置是人为的在介质流通的管道内造成节流（如图

25、一所示）。当被测介质流过节流装置之后，造成一个局部收缩，流束集中，流速增加，静压力降低，于是在孔板的上、下游两侧产生一个静压力差。这个静压力差与流量之间呈一定的函数关系，流量愈大，所产生的静压力差愈大，因此通过测量差压的方法，就可测是流量。结构节流装置的结构如图二、三所示：2.3.2节流装置取压方式（1）环室取压标准孔板：属标准孔板。由于实现了环室取压，提高了测量精度，缩短了安装时所需最小直线管段长度，可在各部门普遍应用。（2）角接单独钻孔取压标准孔板：属标准孔板。当管径在400毫米以上时,多采用此种形式。取压方式为法兰单独钻孔取压、圆形均压环取压或方形均压环取压。孔板形式可为带柄孔或非标准的

26、圆缺孔板等。（3）法兰取压标准孔板：属标准孔板。它不论管道直径大小，其上、下游取压孔中心均位于距孔板两侧端面各式各1时（25.5mm)处，炼油系统普遍采用此种形式。（4）径距取压标准孔板：属标准孔板。取压方式为管道取压。上游取压孔中心位于孔板前面一倍管道内径处。下游取压孔中心位于距离孔板后端面为管内径之半的地方。（5）小口径孔板：属非标准孔板。用于测量10毫米至50毫米管径内流体的测量。（6）双重孔板：是由相互按一定距离安装在直管道中的两块标准孔板组成。依流束方向而言，前面的孔反称为辅孔板，后面的孔板称为主孔板。辅孔板的截面比m1大于主孔板的截面比m。两块孔板构成了类似带液壁的喷咀。它用于低雷

27、诺数流体或高粘度的流量测量。（7）圆缺孔板：属非标准孔板，适用于脏污的、或有气泡析了的、或含有固体微粒的流体流量的测量，其测量精度较低。（8）锥形入口孔板：属非标准孔板。圆形锥与中心线夹角呈45，这种锥形入口孔板能适用于雷诺数很低的场合，但管道尺寸不得小于25毫米。2.3.3应用范围（1）标准孔版-具有测量精度高，安装方便，使用范围广、造价低等特点。广泛应用与各种介质的流量测量。（2）标准喷嘴-具有耐高温高压，耐冲击，使用寿命长，测量范围大，测量精度高的特点。适用于电厂高温高压蒸汽流量，热网管路，流速大的流体流量测量。具有两种形式：A：ISA1932 喷嘴（标准喷嘴）B：长颈喷嘴。（3）经典文

28、丘里管文丘里喷嘴-具有压力损失小，测量精度高，前后直管长度短，使用寿命长的特点。（4）机翼测风装置-具有压力损失小，前后直管较短，测量稳定的特点。（5）双文丘里管-具有压力损失小,测量稳定的特点,适用于圆形或矩形管道的风量测量。规格：DN80-4000mm(或长宽)。（6）环形孔板、圆缺孔板、偏心孔板-具有不易堵塞，前后直管较短的特点。适用于高炉煤气、焦炉煤器等含粉状、杂质交多的气体及液体的测量。（7）双重孔板1/4圆喷嘴-使用低雷诺数状态下的各种流量，广应用于各种流速较低的液体、气体的流量测量。（8）阿牛巴流量计-具有压力损失小，安装方便特点。适用圆形、矩形管道的流量测量。（9）限流孔板-具

29、有限流、降压的特点。适用于限制流量或降压。（10）单、双室平衡容器-适用于液位、汽包水位。2.4内藏孔板流量计2.4.1结构形式内藏孔板流量计由节流装置与差压变送器两部分组成，它的结构形式是一体的，即节流装置组件与差压变送器连成一体。它们联接方式有两种：一种是直通式，即把节流件安装于基体中，做成直通测量组件，通过测量组件与变送器组装成一体，另一种是直接把节流件设计嵌装在差压变送器正负压室相连的小管中，内藏孔板做成一体。使其结构紧凑，安装简便，使用稳定可靠，维护方便，特别是省略了差压引压管线，可避免引压管线中泄漏，堵塞等问题，对于内藏孔板流量计从而使仪表动态品质提高。2.4.2工作原理内藏孔板差

30、压流量变送器属差压类流量仪表，其工作原理同标准节流装置一样是以伯努利方程和流体流动连续性定律为基础的。充满管道的流体，当内藏孔板流量计流经管道内的节流装置时，流束将在节流装置处形成局部收缩，从而使流速增加，静压力降低，于是在节流装置前后便产生了压力降，通过压差，便可测量流量的大小。被测介质流经各种节流装置时，其流速特性和压力分布情i况是类似噻系数a为定值时，流量与差压才有恒定关系，从而可知，内藏孔板流量计流量系数与取压方式，直径比日，流速分布，雷诺数及管道粗糙度等有密切关系，要取得恒定可靠的流量系数，必须对这些因素进行分析和研究。内藏孔板流量计的设计和使用原理是独一无二的。它是单片机技术在低压

31、电器技术改造中的应用，从而会促进低压电器的技术进步。2.5文丘利喷嘴2.5.1工作原理由进口喷嘴、喉部及其延长部分和扩散段组成。当充满圆管的单相连续流体，流经管内节流件时，由于节流件的流通截面比管道截面小，流束形成局部收缩，在压头作用下，流体加速，动能增加，静压下降，在节流前后形成压力差。流量大小与此压力差的平方根成正比。2.5.2技术要求文丘利喷嘴的上游取压口必须是角接取压，其要求与ISA1932喷嘴相同，下游的喉部取压口，由引倒均压即至少4个单独钻孔取压口组成，不得采用间隙或间断取压。取压口的直径应足够大，以防止被污垢或气泡堵塞。 文丘利喷嘴适用于对流体中有少量固体微粒、脏污工业流体或不能

32、有高的压力损失之处。它广泛用于自来水厂、封闭的灌溉系统、污水、工业水处理和泵送功率等场所。也是理想的气体标准装置。2.6冲量式流量计利用冲击力水平分力原理的流量测量的方法，从理论上解除了零点漂移等问题。在一些粉状、颗粒状或块状等各种固态散料及浆状、高粘度液体及特殊液体（铁水）的连续称重计量与控制过程中得到了应用。我们依据该原理设计了皮带称重计，在实际使用中确立了它的应有地位。本文试叙述固体物料传输皮带称重流量计的工作原理、结构特点及其应用。2.6.1系统工作原理当物料经由给料机自上而下落到传送带上后，由于物料冲击力与传送带之间有一固定夹角，如图1所示，故传送带所受冲击力可分解成一个水平分力FH

33、和一垂直分力P。通过物料连续冲击传送带下检测感应杆，冲量变送器输出的与流量成正比的电流脉冲信号进行计算处理，检测瞬间流量值。当物料由高度H自由下落时，粉体的瞬时流量G将与冲击传送带的冲击力的水平分力成正比，其原理如图2所示。（1）在冲击载荷作用下的情况垂直分力F1的水平分力F1H是随着料流大小而变化的，即： （1）式中 u传送带受冲击速度v传送带的反弹速度如果令，并定义e为反弹系数，再考虑空气阻力对冲击速度u的影响，引入一个系数k后（0k1），则u可表示成 （2）经过进一步推导，垂直分力F1的水平分力F1H便可表示成 (3) 平行于传送带表面的平行分力F2的水平分力F2H表示成 (4)传送带总

34、的水平分力FH为上述二力之和： （5）（2）载荷在传送带上有停留的场合此即指落到传送带表面上又反弹一下后，重新落到表面而顺其下滑出的，即溜下去的那部分物料的作用情况。在传送带表面上逗留一段时间的粉料流量可表示成 （6）其中I 物料溜出的平均距离 物料溜出的平均速度尽管此力只在传送带的垂直方向起作用，无水平分力，但是，流动粒子与传送带表面之间的摩擦力，将在传送带表面产生一沿着流动方向的力，当传送带与流动粒子间摩擦系数不变时，力值大小只随流动粒子数量多少而变，此力定义为FFH时，则总的水平分力将变成 （7）这就是说，当粒体从H高度落下，传送带倾角为、粒子在传送带表面滑下距离为l及粉体特性的都一定的

35、话，则传送带所承受的水平分力便只与粉体瞬间流量G成正比关系。在实用中，有着下列的经验公式： （8）其中为落料角度，即料流与传送带间夹角，而为水平分力FH与传送带之间夹角，H为常数。由此看来，FH与瞬间流量G成正比，这样一来，只要检测出水平分力FH，便可知道瞬间流量值了。2.6.2系统构成固体皮带称重流量计：由图3所示的冲量变送器、流量积算控制仪表柜、计算机控制及稳流装置等组成。（1）稳流装置稳流装置是一种保证被称量物料平稳下落并集中冲击到传送带理想位置即检测感应杆及下落后顺利地流出去的机构，同时检测感应杆送出信号到冲量变送器。为此，除应选用合适的给料装置如电磁震动式、皮带机式、圆盘式、搅龙式、

36、自重式等之外，还应在给料装置与冲量变送器之间设有物料下落的稳流导槽，并在其上设有校准开口，便利标定时泄料。（2）流量积算仪表柜流量积算仪表柜是一种将冲量变送器输出的与流量成正比的电流脉冲信号进行计算处理，显示瞬时流量值、累计总重，输出420mA电流信号，并把信号输入计算机进行控制调整的电气装置。（3）冲量变送器冲量变送器是一种将物料流量转换成与之成正比的电流脉冲信号的力电变换器。由于利用的是物体下落冲击力原理，因此通称冲量变送器，其原理如图4所示。上面介绍，物料经由给料机自上而下落到传送带上后，物料冲击力与传送带之间有一固定夹角，传送带所受冲击力可分解成一个水平分力FH和一垂直分力P。在该装置

37、中，在设计之初便采取了使得垂直分力由内部机构所吸收而只考虑其水平分力的作用方式，使作用于传送带轴杆上的水平分力，通过检测杆上的磁芯在差动变压器线圈中的移动变换成与之相对应电压信号的方式来检测的。2.6.3位移电量间的变换通过上面受力分析，检测杆水平位移大小，是通过差动变压器线圈内电流变化大小来检测的，即如图5所示。在这里有一个频率为2.7KH2，电压为9.5V的正弦波电压源作差动线圈的初级线圈源，而差动线圈的两个次级线圈同名端相互对接，并在物料为零时，磁芯的位置处在使输出为0.2mA的状况。一旦有物料冲击传送带时，传送带产生水平分力F1H这个水平分力使磁芯位移，从而改变了磁芯在差动线圈中的原有

38、位置，使次级线圈输出信号的不平衡状态扩大，从而输出相对应的电压信号，通过整流而变换成0.23.3mA的直流信号输出。其中，磁芯的典型位移为02.4mm，变送器有0.23.3mA的相应输出，此信号经整流放大，变换成01.0mA标准信号。在显示仪表中，由电流变换器、积分电路、间歇振荡器、单稳触发器、驱动放大器和电磁计数器等构成比例积分器，它将010mA信号，变换成与电流成正比的脉冲信号，通过放大，最后驱动电磁计数器，从而实现物料重量的显示及累计功能。2003年营口广力称重设备有限公司参照国外样机，并结合我国实际而开发的固体流量仪，除具有国外同类产品的准确度及功能外，在仪表中有了数据输出、打印、断电

39、自动打印、自动零点跟踪、超程报警、瞬间流量显示等功能和特点，同时通过控制反馈进行定量控制、定值调节、定量包装、自动配料，断电后能自动保存机内存储数据，有自诊断等功能和特点，可自动检测出仪表各部位的故障，在这里，它把经过V/F变换后的频率信号送入计算机处理，并将结果输出。事实上，该种流量计的准确度，主要取决于检测传感器，它的设计、制造、安装、调试等将直接影响着计量确度。目前，这种固态流量计不仅用于常温下，已用于高温下作特殊的测量，如建材、粮食、化工、食品、冶金、矿山、运输等部门，应用在散装物料的流量控制、配料、计量和批量发货等场合，近年就把它用于五矿营口中板集团有限公司配料的连续计量的定量计量，

40、1999年把它用于青岛港煤运的定量计量，效果均十分理想。2.7靶式流量计 2.7.1靶式流量计的工作原理如图5-15所示。靶式流量计的测量元件是一个放在管道中心的圆形靶，流体流动时冲击到靶上，会使靶面受力产生相应的微小位移，这个力就反映了流体流量的大小。流体的流动对靶的作用力主要由以下两部分分力组成：(1)流体对靶的冲击力以及因流速在靶后分离产生的差压而形成的作用力。(2)流体在流经圆形靶和管道内壁之间的环形截面时，对靶周产生的粘滞摩擦力。上述两种作用力中，第一项力一般比第二项力大很多，所以下面在分析靶所受作用力与被测流体流量之间的关系时，只考虑第一项力。理论分析和实验研究表明，流体对靶的作用

41、力与流速u的平方，流体密度及靶的受力面积A成正比，可以表示为如下形式：式中：F流体对靶面的作用力；阻力系数，当雷诺数达到一定值时，将趋于常数；A一一靶的迎流面积(为靶径）； u靶和管壁|间环形截面处流体的平均流速；P流体密度。 由上式可以求得环形截面处流体的平均流速为令则体积流量公式可表示为同理，质量流量为式中：D管道内径；a流量系数；靶径比，=d/D；K 随计算单位而变的常系数，在国际标准单位制中在实际的使用中，我们更习惯于将D和d的单位用mm，流量的单位用m3/h或kg/h，那么所以经过靶式流量计的流体的体积流量和质量流量公式又可以分别写成：由上式可以看出，对于一个具体的靶式流量计，为一定

42、值。如果密度和流量系数也为常数，流量与流体对靶的作用力F的平方根成正比。测量流量靶所受到的力F的大小，就可以测定被测流体的流量。2.8均速管流量计均速管流量计的测量元件均速管（国外称Annubar，直译阿牛巴），是基于早期皮托管测速原理发展起来的，是60年代后期开发的一种新型差压流量测量元件，并开始应用与我国的工业现场，70年代中期已有30余家厂家进行了研制生产。均速管的优点是；结构上较为简单（如图1所示），压力损失小，安装、拆卸方便，维护量小。图1 匀速管结构示意图 该流量计由于生产成本低，价格低廉，因此在市场较为畅销，在众多的流量仪表中占有了一席之地。特别是由于其压力损失小（与孔板相比较，

43、仅为孔板的5%以下），大大减少了动力消耗，节能效果显著，这在能源紧张的今天，有着其特殊的意义。由于该流量计适应范围宽，长期稳定性好（如图2所示）近年来有了较大的发展，出现了几种结构形式不同的流量计。但因使用不当，在应用中产生了一些问题，使得客观要求与发展现状产生了很大的矛盾，许多人期望其应用问题能得到解决，为此人们做了大量的不懈努力，使得均速管流量计这一既古老而又年轻的流量计，在能源、环保等计量测试中得到了较为广泛的应用。图2 匀速管与孔板长期实用准确度比较2.8.1均速管流量传感器的测量原理均速管流量传感器，由其结构示意图所知，它是一根沿直径插入管道中的中空金属杆，在迎向流体流动方向有成对的

44、测压孔，一般说来是两对，但也有一对或多对的，其外形似笛。迎流面的多点测压孔测量的是总压，与全压管相连通，引出平均全压p1，背流面的中心处一般开有一只孔，与静压管相通，引出静压p2。均速管是利用测量流体的全压与静压之差来测量流速的。均速管的输出差压（p）和流体平均速度（v），可根据经典的伯努利方程得出 （1） 式中：P全压与静压之差，Pa 流体密度，kg/m3 k校正系数。 如果用流量来表示，其流量计算基本公式为 式中：qv流体的体积流量，m3/s； qm流体的质量流量，kg/s； 工作状态下均速管的流量系数； 工作状态下流体流过检测杆时的流束膨胀系数； A工作状态下管道内截面面积，m2 对于不

45、同压缩性流体：=1； 对于可压缩性流体：1 全压孔的位置，可按等分面积法求取。这样，在流量变化的情况下均速管能有较好的适应能力，所反映的误差较小。所谓等分面积法，就是将管道截面分割成内圆和外环的等效平均流速点，这些点就是全压孔的位置，如图3所示。图3 全压孔的开孔位置可用切比雪夫数值积分的解法求得，如图4所示，图中r1=0.4597R，r2=0.8881R，r1，r2为取压孔中心距管道中心的距离，R为管道内半径。图4 取压孔位置图 对于这种选点方法，无论是数目还是位置，近年来学术界及国际标准化组织均提出了异议，认为管内的流动应分为三个区域，选点按对数切比雪夫（Log-Jchebycheff）法进行，因此，总压检测孔的位置应为；r1=0.03754R；r2=0.7252R；r3=0.9358R。这种方法已被国际标准化组织(ISO)封闭管道中的流量测量委员会(TC30)所确认，鉴于上述原因，通过人们的试验研究，均速管的总压孔数目还是建议采用二对或三对为宜。 背压检