检测仪表与传感器(流量检测)
流量检测仪表基础知识讲义
第四章流量检测仪表1．概述〔流量的概念和单位、流量检测方法及流量计分类〕在生产过程中，为了有效地进行操作、操纵和监督，需要检测各种流体的流量。
物料总量的计量依旧经济核算和能源治理的重要依据。
流量检测仪表是开展生产，节约能源，先进产品质量，提高经济效益和治理水平的重要工具，是工业自动化仪表与装置中的重要仪表之一。
流体的流量是指在短临时刻内流过某一流通截面的流体数量与通过时刻之比，该时刻足够短以致可认为在此期间的流淌是稳定的。
此流量又称瞬时流量。
流体数量以体积表示称为体积流量，流体数量以质量表示称为质量流量。
流量的表达式为：式中为体积流量，单位；为质量流量，；V为流体体积，m3；M为流体质量，Kg；t为时刻；为流体密度，；为流体平均流速，；为流通截面面积，。
在某段时刻内流体通过的体积或质量总量称为累计流量或总流量，它是体积流量或质量流量在该段时刻的积分。
流量检测方法能够回为体积流量检测和质量流量检测两种方式，前者测得流体的体积流量值，后者能够直截了当测得流体的质量流量值。
测量流量的仪表称为流量计，测量流体总量的仪表称为计量表或总量计。
流量计通常由一次装置和二次仪表组成。
一次装置安装于流道的内部或外部，依据流体与之相互作用关系的物理定律产生一个与流量有确定关系的信号，这种一次装置亦称流量传感器。
二次仪表那么给出相应的流量值大小。
流量计的种类繁多，各适合于不同的工作场合。
按检测原理分类的典型流量计列在见下表。
流量计的分类2.容积式流量计容积式流量计是直截了当依据排出体积进行流量累计的仪表，它利用运动元件的往复次数或转速与流体的连续排出量成比例对被测流体进行连续的检测。
容积式流量计能够计量各种液体和气体的累积流量，由于这种流量计能够周密测量体积量，因此其类型包括从小型的家用煤气表到大容积的石油和天然气计量仪表，广泛地用作治理和贸易的手段。
容积式流量计由测量室、运动部件、传动和显示部件组成。
它的测量主体为具有固定标准容积的测量室，测量室由流量计内部的运动部件与壳体构成。
传感器与检测技术流量检测
6.2.2.4 靶式流量计
靶：管流中垂直于流动方向安装的圆盘形阻挡件
流体经过时对靶产生作用力，此
作用力与流速有一定关系。
以直径比 d / D
表示流量公式：
1 qV ka D 2
F
靶式流量计结构原理 1—力平衡转换器；2—密封膜片； 3—杠杆；4—靶；5—测量导管
6.2.2.5 浮子流量计
1）测量原理及结构
浮子的力平衡公式：
p Af V f f g
Af ：浮子截面积；V f ：浮子体积
f ：浮子密度
代入节流流量方程式得：
浮子流量计测量原理
qV A0
2 gV f f
Af
A0为环隙面积，与浮子高度h对应
K s qm 4 r
：扭角；K s：扭转弹性系数；
：振动角速度；r：U形管跨度半径
KS 2r sin 2r t ; qm 2 t; vp L 8r
6.3.2.2 热式质量流量计
原理：利用外热源对被测流体加热，测量因流体 流动造成的温度场变化，从而测得流体的质量流量。 流量方程式：
流出系数C： CE，渐进速度系数E：E
1 1 4
；
qV KCE d
2
p
；qm KCE d 2 p
ห้องสมุดไป่ตู้
标准节流装置示意
节流装置取压方式
法兰取压 角接取压
6.2.2.2 均速管流量计
流体流经均速管产生与流量有确定关系的差压信号。
均速管的实用流量方程式：
qV
4
Dv
椭圆齿轮 流量计
腰轮流量 计
流量检测与仪表定义和特点讲解
Q 0.12645KrYr Fr D2 P /
M 0.12645KrYr Fr D2 P
, m3 / h , kg / h
式中：D —管道内径mm； ΔP—压差，kPa； ρ —流体体密度，kg/m3。
刘玉长
3.转子流量计
在一个向上略为扩大的均匀 锥形管内，放一个较被测流体密度 稍大的浮子(也叫转子)，当流体自 下而上流动时，浮子受到流体的作 用力而上升，流体的流量愈大，浮 子上升愈高。浮子上升的高度就代 表一定的流量。从而可从管壁上的 流量刻度标尺直接读出流量数值。
利用传感器测量管上对称配置的电 极引出感应电势，经放大和转换处理后， 仪表指示出流量值。
刘玉长
测量原理
当流体连续流过节流孔时，在节 流件前后由于压头转换而产生压差。 对于不可压缩流体例如水，节流前后 流体的密度保持不变。
流体流经节流孔前 后的流态变化
刘玉长
则不可压缩流体的体积流量Q与质量流量M为:
Q AdV2
1 2 4 Ad
2P
=
Ad
2P
(5)
M
Q
Ad
2P
其中 / 1 2 4 称为流量系数，它是一个
综合性系数，其值与节流件的类型、取压方式、 直径比及雷诺数等因素有关，由实验确定。
刘玉长
对于空气、煤气、水蒸汽等可压缩流体，流体 流经节流装置前后的流体密度会发生变化，故应引入 一个可膨胀系数ε，则可压缩流体的流量基本方程为：
Q CE Ad
2 P
M CE Ad 2P
, m3 /s , kg/s
刘玉长
阿牛巴(Annubar)流量计 阿牛巴是一种均速流量探头，配以差压变送器和流量积算器而组成
阿牛巴流量计，也属于差压式流量测量仪表，用来测量一般气体、液体和 蒸汽的流量。
第三章 压力检测仪表
mm m dyn/cm2 lb/in2
常见压力传感器外形
工业压力变送器 数字压力变送器 通用压力变送器 隔离压力变送器 高温压力变送器 隔离压差变送器 隔离液位变送器 微压变送器 电容压力变送器 隔膜压力变送器 绝压变送器 双膜压差变送器
微型探针压力计 暖风空调压力计 湿式压力变送器 本安压力变送器
§3.1 概 述 一、测量过程与测量误差
1.测量过程：不论检测方法和仪表结构多么不同， 测量的实质都是将被测参数与其所对应的测量 单位进行比较的过程，而测量仪表是实现这种 比较的工具。尽管测量原理各式各样，但都是 将被测参数经过一次或多次能量的转换，最终 获得一种便于显示和传递的信号形式的过程。 例如：采用热电偶进行温度的测量 （温度－> 电流信号－>毫伏测量表指针偏转－>与温度标 尺进行比较）
示值之比，即：Y= Δ/ X0=(X-X0)/X0
二、检测仪表的性能指标
1. 准确度与允许误差
• 准确度（精度）：反映测量值与其真值的接近程度；
• 仪表的精度不仅与绝对误差（通常指各测量点绝对误 差中的最大值）有关，而且与仪表的测量范围有关， 因此，工业中不是用绝对误差来表示精度，而是用相 对百分误差δ或者允许误差δ允来表示， δ允越大，精度 越低，反之，精度越高。
OEM血压计
OEM压力芯片
压力计的分类与工作原理
工业压力计通常按敏感元件的类型及转换原 理的不同进行分类： • 液柱式压力计 • 活塞式压力计 • 弹性式压力计 • 电气式压力计
1. 液柱式压力计
测量原理： 根据流体静力学原理，将被测压力转换为液柱高度的 测量。 即：P=ρgh 所以 ： h=P / ρg
该类传感器利用电阻应变原理构成。（金属、半导体应变片两类） （1）当应变片产生压缩应变时，其阻值减小； （2）当应变片产生拉伸应变时，其阻值增加。 应变片式压力计将应变片阻值的变化，通过桥式电路转换 成相应的毫伏级电势输出，并用毫伏计或其他仪表显示出 被测压力的大小。
传感器流量计传感器安全操作及保养规程
传感器流量计传感器安全操作及保养规程前言传感器流量计传感器是一种应用广泛的传感器，广泛用于各种流量计、测量仪器等领域。
正确的使用和维护对保证其正常运行和延长寿命具有重要作用。
本文将介绍传感器流量计传感器的安全操作及保养规程。
安全操作规程1. 安装前检查传感器在安装传感器之前，需要检查传感器的外观和内部是否损坏。
如果出现损坏，需要更换。
此外，还需要检查电气连接是否良好，特别是连接线路是否正确、接触是否良好等。
2. 安装位置选择在安装传感器时，应选择合适的位置，并确保传感器与被测液体（或气体）无直接接触。
应该避免在管道弯曲处或液体的冲击处安装。
3. 使用正确的导线在安装传感器时，应使用正确的导线。
传感器的信号输出是用于连接各种信号调理和显示设备的，所以应使用正确的类型和长度的导线来保证传感器的信号输出正确和稳定。
4. 防止过载和静电干扰应避免传感器长时间处于过载状态，并应遵循静电消散规程以避免静电干扰。
5. 确保传感器接地在安装传感器时，必须确保将传感器安装在有效的接地点，以便在发生故障时确保人员和设备的安全。
保养规程1. 定期清洗传感器应该定期对传感器进行清洗，以确保其在使用中保持良好的工作状态。
应使用柔和的清洗剂和轻柔的清洗方式来避免对传感器及其组件产生损伤。
2. 定期校准传感器传感器需要定期进行校准。
校准应在权威机构或有经验的技术人员的指导下进行。
3. 保持传感器干燥传感器应保持干燥，避免受到潮湿环境中的影响。
应在通风良好的环境中储存。
4. 定期检查传感器性能应每年进行一次性能检查，以确保传感器的性能符合要求。
在检查中，应注意传感器的响应时间、线性性、重复性等参数。
结论传感器流量计传感器的安全操作和正确的维护对确保传感器的正常运行和延长其使用寿命至关重要。
本文介绍了传感器流量计传感器的安全操作规程和保养规程，希望能够对使用者和维护人员提供有关的指导。
电磁流量计传感器检测方法
电磁流量计传感器检测方法
1、将两根电缆线从转换器上拆下。
2、用兆欧表分别检测每一根线对传感器外壳的绝缘阻值除了红
色的对地导通外，其余的绝缘阻值大于20兆欧。
3、三芯电缆的黑白两线之间的绝缘电阻值必须大于20兆欧。
4、用万用表检测两芯电缆的两个线头之间，结果应在40~100欧
之间。
5、三芯电缆的黑白两线对两芯的任意一根的绝缘阻值必须大于
20兆欧。
若以上的检查都符合要求，则仪表传感器没有问题。
如果绝缘阻值低，可以采取热吹风的方式干燥。
如果不行的话，必须返厂维修。
如果传感器没有问题，仪表还是不能正常工作，转换器信号部分可能损坏，需要更换转换器。
第六章 流量测量(新)
第一节 流量测量的基本知识
一、流体的流量 流量的定义：流体流量是指单位时间内流过管道或明渠某一截 面流体的量，也称为瞬时流量。 在某一段时间间隔内流过某一截面的流体的量称为流过的总量， 也称作积分流量或累积流量。总量除以得到总量的时间就称为 该段时间内的平均流量。 流体流量的表示：一般可分为质量流量 qm 和体积流量 qV。 两 者之间满足以下关系：
式中
n——椭圆齿轮的旋转次数；V0——半月形测量室 的容积； R——容积室的半径； a，b——椭圆齿 轮的长半轴和短半轴；δ——椭圆齿轮的厚度。
椭圆齿轮流量计的工作原理
腰轮流量计
二、容积式流量计的特点
1．测量准确度高，一般可达±(0.1～0.5)％，是所有流 量仪表中测量精度最高的一类仪表。 2．安装管道条件对流量计计量精度没有影响，流量计前 不需要直管段，这使得容积式流量计在现场使用有 极重要的意义。 3．测量范围较宽，典型的流量量程比可为5:1到10:1， 特殊的可达30:1。 4. 机械结构较复杂，体积庞大笨重，一般只适用于中小 口径仪表。 5. 大部分容积式流量计只适用于洁净单相流体。测量含 有颗粒、脏污物的流体时需安装过滤器，测量含有 气体的液体时必须安装气体分离器。
l m 1 1.25 D
所以，体积流量与频率f之间的关系为：
d d qv D (1 1.25 ) f 4 D St
2
二、涡街流量计的结构
涡街流量计由传感器和转换器两部分组成。 传感器包括旋涡发生体、检测元件、安装架和法 兰等。 转换器包括前臵放大器、滤波整形电路、接线端 子、支架和防护罩等。智能式仪表还将CPU、存储单元、 显示单元、通讯单元及其他功能模块也装在转换器内， 形成智能型和组合型涡街流量。 旋涡发生体是涡街流量计的关键部件，一般采用 1Cr18Ni12Mo2Ti 不锈钢。旋涡发生体的几何参数大多 通过实验确定。旋涡发生体的形状按柱形分，它有圆 柱、三角柱、梯形柱、T形柱等；按结构分，它有单体、 双体和多体之分。
3.3(流量) 检测仪表与传感器解析
②当要求压力损失较小时,可采用喷嘴、文丘里管等。
11
过程装备控制技术
3.3、流量检测及仪表 3.3.2 差压式流量计
③在测量某些易使节流装置腐蚀、沾污、磨损、变形的 介质流量时,采用喷嘴较采用孔板为好。 ④在流量值与压差值都相同的条件下,使用喷嘴有较高的 测量精度,而且所需的直管长度也较短。
24
过程装备控制技术
3.3、流量检测及仪表 3.3.2 差压式流量计
（2）测量气体流量时，上述的这些基本原则仍然适用。 ①取压点应在节流装置的上半部。 ②引压导管最好垂直向上，至少亦应向上倾斜一定的坡度， 以使引压导管中不滞留液体。 ③如果差压计必须装在节流装置之下，则需加装贮液罐和 排放阀， （3）测量蒸汽的流量时，要实现上述的基本原则，必须解决 蒸汽冷凝液的等液位问题，以消除冷凝液液位的高低对测量 精度的影响。常见的接法见图3-6所示。
差压计阀组安装示意图 1，2—切断阀；3—平衡阀 隔离罐的两种形式
28
过程装备控制技术
3.3、流量检测及仪表
3.3.3 转子流量计 一、 工作原理
当测量流体的流量时，被测流体从锥 形管下端流入，流体的流动冲击着转子， 并对它产生一个作用力（这个力的大小随 流量大小而变 化）。当流量足够大时，所 产生的作用力将转子托起，并使之升高。 同时，被测流体流经转子与锥形管壁间的 环形断面，从上端流出。当被测流 体流动 时对转子的作用力，正好等于转子在流体 中的重量时（称为显示重量），转子受力 处于平衡状态而停留在某一高度。
3
过程装备控制技术
3.3、流量检测及仪表 3.3.1 概述
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
P2
切断 阀 平衡 阀
注意
测量腐蚀性或 易凝固介质，
差压计阀安装示意图
应装隔离罐
4. 适用范围
广泛用于石油、化工、冶金、电力、
轻纺等行业。
适用于液体、蒸汽、气体的流量测量。
4.力矩平衡式差压变送器
moment balance pressure transducer
（1）作用：将△P→统一标准的气压或 电流信号，可以连续测量压差 。
差压计
引压管
孔板
差压式流量计
1.节流现象与流量基本方程式
（1）节流现象 throttle 流体在管道中流动时，在节流装
置前后的管壁处，流体的静压力
产生差异的现象。
节流件：能使流体产生局部收缩的元件
例如
孔板
斜面： 45°±15°
喷嘴 常用的节流件
文丘里管
（2）测流量的基本原理
流体流经节流装置前后产生的压力
（2）电动显示部分
变 送
T1
T2
u1
＞
u2
测量
LZD系列电远传式转子流量计
电动显示
Q↑→h↑→T1的铁芯↑→输出电信号u1→ 放大器放大→可逆电机转动→ 指针移动
凸轮转动→T2中铁芯↑→输出u2→放大 器，当u1= u2时，T2中铁芯不动，指针 指示出相应的Q 。
5.转子流量计的指示值修正
转子流量计的刻度是在工业基准状态20℃
❖差压式：恒截流面积，变压差化
❖ 转子流量计 ： 恒压降，变截流面积
转子流量计有
玻璃管转子流量计LZB
金属管转子流量计LZ
对仪表前直管段要求不高
适于高温、高 压和强腐蚀性 介质；
可用于易燃、
易爆危险场合 金属管浮子流量计
4. 电远传式转子流量计（LZD系列）
转子高度信号→电信号→显示仪表供
（293K）、0.10133MPa 下标定的。
测液体流量：以水标定刻度
测气体流量：以空气标定刻度
实际使用时，若不是工业基准状态，须对
指示值进行修正。
（1）对液体流量进行修正：
只需对ρ修正
Q h
2 gV ( t f )
f A
（实际值）
Q0水
2 gV ( t w ) h （指示值） w A
1.定义 流量 ： 单位时间内流过管道某一截面 的流体数量。 （瞬时流量） 总流量：某一段时间内流过管道流
量的总和。
流量的表示方法
两者关系
质量流量(M) 体积流量(Q)
M Q
Q M
M 总 Mdt
0
t
Q总 Qdt
0
t
（ρ—流体密度）
（t—时间）
流量计
总量计
常用的流量单位：t/h、kg/h、kg/s、
偏低）
④导压管安装不正确，或有堵塞、渗漏 等现象 ⅰ）测量液体流量（取压点在下面， 且有排气装置）
ⅱ）测量气体流量（取压点在上面）
ⅲ）测量蒸汽流量（需装凝液罐）
⑤差压计安装或使用不正确
α
α： 0°~45°
测量液体流量时的取压点的位置
如果从底部引出，液体中的固体杂
质会沉积引起引压管线堵塞。
P1
例2
某厂用转子流量计来测定温度为27℃， 表压为0.16MPa的空气流量，问转子流 量计读数为38Nm3/h时，空气的实际流 量时多少？
例
用一个用水标定的转子流量计来测量苯的 流量，流量计的读数为28 m3/h，已知转子 密度为7920 kg/m3的不锈钢，苯的密度为 0.831 kg/L，求苯的实际流量是多少？
（2）工作原理
△P
F1 测量力 偏转 推板 测量膜片 主杠杆
顺时针
矢量板
F2
向上
偏转
连杆
副杠杆
逆时针
铁芯
移动
偏转 差动 电压 0 反馈 Ff 放大器 副杠杆 变压器 线圈 顺时针
当Mf= M2 副杠杆平衡，放大器输出 0与△P成比例
I 0 KPtg
K——电动压力变送器放大系数 K与变送器的结构及电磁特性有关
（3）节流装置的安装使用
①节流装置的开孔和管道轴线同心，端
面与管道轴线垂直。 ②节流装置前后应有直管道，内壁不应 有凸出物和明显的粗糙或不平的地方。
③用于直径D≥50mm的管道中。
④被测介质应充满全部管道且连续流动。
⑤管内流束（流动状态）应稳定
⑥被测介质应不发生相变。
3．差压式流量计测量误差
在实际使用时，由于使用不当，往往测
产生ΔP，
Q增加→ ΔP增大→转子上升→ h增高→转
子与壁隙增大→ ΔP减小（转子重力不变）。
直到向上的力=重力，转子停止上升。Q↑， h ↑ ，测出h，即得Q。
转子在压差力和重力的共同作用下平
衡。
压差与流速有关；
压差决定转子的位置。
由转子高度可直接读取通过的流量；
转子位置h→电气信号。
α与许多因素有关 •节流装置的结构形式、取压方式、
•孔口边缘锐度、管道粗糙度 •雷诺数Re表示流体的流动状态，测量 湍流流体，α不随Re变化。
F0 F
选用标准节流装置，测量湍流流体， α为常数。
2．标准节流装置 standard throttling set
结构、尺寸、加工要求、取压方式、 使用条件等标准化的节流装置。
标准孔板
标准喷嘴
标准文丘里管
标准孔板 标准喷嘴 标准文丘里管
角接取压标准孔板
角接取压标准孔板(带前10D后5D测量管)
标准喷嘴
标准文丘里管
（1）常用标准节流装置的特点
标准孔板：简单、方便，适于大流量测量
缺点：压力损失大。
标准喷嘴和文丘里管：压力损失较小
缺点：结构较复杂，不易加工。
标准节流装置：仅适于测量管道
≥50㎜，Re在104~105以上的流
体，且流体应当清洁，充满全部
管道，不发生相变。
（2）标准节流装置的选用 ①加工制造、安装、价格方面：孔板
最简单，文丘里管最复杂。
②要求压力损失较小时：喷嘴、文丘 里管。
③有腐蚀性、脏污、颗粒状杂质的介
质：喷嘴较孔板好。
④喷嘴精度较高，所需的直管段较短。 ⑤高温、高压介质：孔板和喷嘴 • 低压介质：文丘里管。
1）当所测的液体不是水时，用不锈钢转
子，ρt=7.9g/cm3=7900kg/m3
Q测 h 2 gV ( t f )
f A
Q0
(t f ) w (t w ) f
t w f KQ t f w
（密度修正系数）
平衡条件
ΔP产生的向上的力+浮力=重力
p A Vt g V f g
因为
Q F0
2
1
p
ε=1；F0~h
Q h
M h
2 gV ( t f )
f A
2 gV ( t f ) f A
v - 转子的体积 ρt - 转子的密度 ρf - 被测流体的密度 A - 转子的最大横截面 g - 重力加速度 φ - 仪表常数 h - 转子浮起的高度
（3）质量式流量计
以测量流过的质量 M 为依据 分为 直接式（直接测量） 间接式（用ρ和Θ计算）
二.压差式流量计
differential pressure flowmeter
工作原理： 基于流体的节流原理 利用流体流经节流装置时产生的压力 差来测量流量。
特点：结构简单，使用寿命长，适应性
较广，能测各种工况下单相流体
和高压下流体流量，应用广泛。
广泛应用于： 气体、蒸汽 和液体的流 量测量。
孔板流量计
日本进口DPF差压式流量计
差压式流量计的组成
节流装置—将被测流量→压力差
包括 节流件（孔板、喷嘴、文丘里管）
取压装置（导压管）
差压计—测量压差而显示流量
Q △P
节流装置 引压管线
差压变送器 (差压计)
I0
选两个固定的取压点P1、 P2
测得的压差与流量之间的关系，与测 压点及测压方式的选择紧密相关的。
（3）流量基本方程
M F0 21p
Q F0 2
α - 流量系数
ε - 膨胀校正系数
F0 - 孔口截面积
1
p
ρ1 - 流体密度
ΔP - 实际测得的压力 差
流量与压力差的平方根成正比
差与流量有关
流动流体的能量，包括静压能和动能
总能量=静压能+动能+损失的能量 （摩擦阻力损失）
Ⅰ
υ1
p1
Ⅱ υ2 p2
Ⅲ
υ3
△P=P1′Βιβλιοθήκη P2′δP=P1′- P3′
P1′
υ2
P2
′
P3′ υ3
υ1
孔板装置及压力、流速分布图
节流装置前流体压力——正压（+）
后流体压力——负压（-） 注意 P1’、 P2’不易测出，实际上在孔板前后
铁芯 初级线圈
1 2 3
骨架 次级线圈
差动变压器结构
4
e1 5 U e2 6
流量变送原理 流量Q↑→h↑→铁芯↑→
铁芯在中点上方，输出u=e1-e2＞0 铁芯在中点时， 输出u=e1-e2=0 铁芯在中点下方，输出u=e1-e2＜0 转换原理
将转子与铁芯相连，转子随流量变化的运动带 动铁芯一起移动，就可将h位号→电信号u输出
2）当转子的密度变化时（形状不变），测水
2 gV ( t w ) Q h w A
Q0
（