第一篇：各種流量計(jì)優(yōu)缺點(diǎn)

各種流量計(jì)優(yōu)缺點(diǎn)

來(lái)源：本站 作者：admin 日期：2011-5-2 21:54:35 瀏覽次數(shù)：2458 按照目前最流行、最廣泛的分類法,即分為:容積式流量計(jì)、差壓式流量計(jì)、浮子流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、電磁流量計(jì)、流體振蕩流量計(jì)中的渦街流量計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)和插入式流量計(jì)來(lái)分別闡述各種流量計(jì)的原理、特點(diǎn)、應(yīng)用概況及國(guó)內(nèi)外的發(fā)展情況

1.1 渦輪流量計(jì)

渦輪流量計(jì),是速度式流量計(jì)中的主要種類,它采用多葉片的轉(zhuǎn)子(渦輪)感受流體平均流速,從而且推導(dǎo)出流量或總量的儀表。

一般它由傳感器和顯示儀兩部分組成,也可做成整體式。

渦輪流量計(jì)和容積式流量計(jì)、科里奧利質(zhì)量流量計(jì)稱為流量計(jì)中三類重復(fù)性、精度最佳的產(chǎn)品,作為十大類型流量計(jì)之一,其產(chǎn)品已發(fā)展為多品種、多系列批量生產(chǎn)的規(guī)模。

優(yōu)點(diǎn):

(1)高精度,在所有流量計(jì)中,屬于最精確的流量計(jì);

(2)重復(fù)性好;

(3)無(wú)零點(diǎn)擾能力好;

(4)范圍度寬;

(5)結(jié)構(gòu)緊湊。

缺點(diǎn):

(1)不能長(zhǎng)期保持校準(zhǔn)特性;

(2)流體物性對(duì)流量特性有較大影響。

應(yīng)用概況:

渦輪流量計(jì)在以下一些測(cè)量對(duì)象獲得廣泛應(yīng)用:石油、有機(jī)液體、無(wú)機(jī)液、液化氣、天然氣和低溫流體統(tǒng)在歐洲和美國(guó),渦輪流量計(jì)在用量上是僅次于孔板流量計(jì)的天然計(jì)量?jī)x表,僅荷蘭在天然氣管線上就采用了2600多臺(tái)各種尺寸,壓力從0.8~6.5MPa的氣體渦輪流量計(jì),它們已成為優(yōu)良的天然氣計(jì)量?jī)x表。

1.2 渦街流量計(jì)

渦街流量計(jì)是在流體中安放一根非流線型游渦發(fā)生體,流體在發(fā)生體兩側(cè)交替地分離釋放出兩串規(guī)則地交錯(cuò)排列的游渦的儀表。

渦街流量計(jì)按頻率檢出方式可分為:應(yīng)力式、應(yīng)變式、電容式、熱敏式、振動(dòng)體式、光電式及超聲式等。

渦街流量計(jì)是屬于最年輕的一類流量計(jì),但其發(fā)展迅速,目前已成為通用的一類流量計(jì)。

優(yōu)點(diǎn):

(1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固;

(2)適用流體種類多;

(3)精度較高;

(4)范圍度寬;

(5)壓損小。

缺點(diǎn):

(1)不適用于低雷諾數(shù)測(cè)量;

(2)需較長(zhǎng)直管段;

(3)儀表系數(shù)較低(與渦輪流量計(jì)相比);

(4)儀表在脈動(dòng)流、多相流中尚缺乏應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

1.3電磁流量計(jì)

電磁流量計(jì)是根據(jù)法拉弟電磁感應(yīng)定律制成的一種測(cè)量導(dǎo)電性液體的儀表。

電磁流量計(jì)有一系列優(yōu)良特性,可以解決其它流量計(jì)不易應(yīng)用的問題,如臟污流、腐蝕流的測(cè)量。

70、80年代電磁流量在技術(shù)上有重大突破,使它成為應(yīng)用廣泛的一類流量計(jì),在流量?jī)x表中其使用量百分?jǐn)?shù)不斷上升。

優(yōu)點(diǎn):

(1)測(cè)量通道是段光滑直管,不會(huì)阻塞,適用于測(cè)量含固體顆粒的液固二相流體,如紙漿、泥漿、污水等;

(2)不產(chǎn)生流量檢測(cè)所造

成的壓力損失,節(jié)能效果好;

(3)所測(cè)得體積流量實(shí)際上不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導(dǎo)率變化的明顯影響;

(4)流量范圍大,口徑范圍寬;

(5)可應(yīng)用腐蝕性流體。

缺點(diǎn):

(1)不能測(cè)量電導(dǎo)率很低的液體,如石油制品;

(2)不能測(cè)量氣體、蒸汽和含有較大氣泡的液體;

(3)不能用于較高溫度。

應(yīng)用概況:

電磁流量計(jì)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛,大口徑儀表較多應(yīng)用于給排水工程;中小口徑常用于高要求或難測(cè)場(chǎng)合,如鋼鐵工業(yè)高爐風(fēng)口冷卻水控制,造紙工業(yè)測(cè)量紙漿液和黑液,化學(xué)工業(yè)的強(qiáng)腐蝕液,有色冶金工業(yè)的礦漿;小口徑、微小口徑常用于醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)、生物化學(xué)等有衛(wèi)生要求的場(chǎng)所。

1.4差壓式流量計(jì)

差壓式流量計(jì)是根據(jù)安裝于管道中流量檢測(cè)件產(chǎn)生的差壓,已知的流體條件和檢測(cè)件與管道的幾何尺寸來(lái)計(jì)算流量的儀表。

差壓式流量計(jì)由一次裝置(檢測(cè)件)和二次裝置(差壓轉(zhuǎn)換和流量顯示儀表)組成。通常以檢測(cè)件形式對(duì)差壓式流量計(jì)分類,如孔板流量計(jì)、文丘里流量計(jì)、均速管流量計(jì)等。

二次裝置為各種機(jī)械、電子、機(jī)電一體式差壓計(jì),差壓變送器及流量顯示儀表。它已發(fā)展為三化(系列化、通用化及標(biāo)準(zhǔn)化)程度很高的、種類規(guī)格龐雜的一大類儀表,它既可測(cè)量流量參數(shù),也可測(cè)量其它參數(shù)(如壓力、物位、密度等)。

差壓式流量計(jì)的檢測(cè)件按其作用原理可分為:節(jié)流裝置、水力阻力式、離心式、動(dòng)壓頭式、動(dòng)壓頭增益式及射流式幾大類。

檢測(cè)件又可按其標(biāo)準(zhǔn)化程度分為二大類:標(biāo)準(zhǔn)的和非標(biāo)準(zhǔn)的。

所謂標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)件是只要按照標(biāo)準(zhǔn)文件設(shè)計(jì)、制造、安裝和使用,無(wú)須經(jīng)實(shí)流標(biāo)定即可確定其流量值和估算測(cè)量誤差。

非標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)件是成熟程度較差的,尚未列入國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中的檢測(cè)件。

差壓式流量計(jì)是一類應(yīng)用最廣泛的流量計(jì),在各類流量?jī)x表中其使用量占居首位。近年來(lái),由于各種新型流量計(jì)的問世,它的使用量百分?jǐn)?shù)逐漸下降,但目前仍是最重要的一類流量計(jì)。

優(yōu)點(diǎn):

(1)應(yīng)用最多的孔板式流量, 計(jì)結(jié)構(gòu)牢固,性能穩(wěn)定可靠,使用壽命長(zhǎng);

(2)應(yīng)用范圍廣泛,至今尚無(wú)任何一類流量計(jì)可與之相比擬;

(3)檢測(cè)件與變送器、顯示儀表分別由不同廠家生產(chǎn),便于規(guī)模經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)。

缺點(diǎn): , , , , , ,(1)測(cè)量精度普遍偏低;

(2)范圍度窄,一般僅3:1~4:1;

(3)現(xiàn)場(chǎng)安裝條件要求高;

(4)壓損大(指孔板、噴嘴等)。

應(yīng)用概況:

差壓式流量計(jì)應(yīng)用范圍特別廣泛,在封閉管道的流量測(cè)量中各種對(duì)象都有應(yīng)用,如流體方面:單相、混相、潔凈、臟污、粘性流等;工作狀態(tài)方面:常

壓、高壓、真空、常溫、高溫、低溫等;管徑方面:從幾mm到幾m;流動(dòng)條件方面:亞音速、音速、脈動(dòng)流等。它在各工業(yè)部門的用量約占流量計(jì)全部用量的1/4~1/3。1.5 浮子流量計(jì)

浮子流量計(jì),又稱轉(zhuǎn)子流量計(jì),是變面積式流量計(jì)的一種,在一根由下向上擴(kuò)大的垂直錐管中,圓形橫截面的浮子的重力是由液體動(dòng)力承受的,從而使浮子可以在錐管內(nèi)自由地上升和下降。

浮子流量計(jì)是僅次于差壓式流量計(jì)應(yīng)用范圍最寬廣的一類流量計(jì),特別在小、微流量方面有舉足輕重的作用。

80年代中期,日本、西歐、美國(guó)的銷售金額占流量?jī)x表的15%~20%。我國(guó)產(chǎn)量1990年估計(jì)在12~14萬(wàn)臺(tái),其中95%以上為玻璃錐管浮子流量計(jì)。

特點(diǎn):

(1)玻璃錐管浮子流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用方便,缺點(diǎn)是耐壓力低,有玻璃管易碎的較大風(fēng)險(xiǎn);

(2)適用于小管徑和低流速;

(3)壓力損失較低。1.6容積式流量計(jì)

容積式流量計(jì),又稱定排量流量計(jì),簡(jiǎn)稱PD流量計(jì),在流量?jī)x表中是精度最高的一類。它利用機(jī)械測(cè)量元件把流體連續(xù)不斷地分割成單個(gè)已知的體積部分,根據(jù)測(cè)量室逐次重復(fù)地充滿和排放該體積部分流體的次數(shù)來(lái)測(cè)量流體體積總量。

容積式流量計(jì)按其測(cè)量元件分類,可分為橢圓齒輪流量計(jì)、刮板流量計(jì)、雙轉(zhuǎn)子流量計(jì)、旋轉(zhuǎn)活塞流量計(jì)、往復(fù)活塞流量計(jì)、圓盤流量計(jì)、液封轉(zhuǎn)筒式流量計(jì)、濕式氣量計(jì)及膜式氣量計(jì)等。

優(yōu)點(diǎn):

(1)計(jì)量精度高;

(2)安裝管道條件對(duì)計(jì)量精度沒有影響;

(3)可用于高粘度液體的測(cè)量;

(4)范圍度寬;

(5)直讀式儀表無(wú)需外部能源可直接獲得累計(jì),總量,清晰明了,操作簡(jiǎn)便。

缺點(diǎn):

(1)結(jié)果復(fù)雜,體積龐大;

(2)被測(cè)介質(zhì)種類、口徑、介質(zhì)工作狀態(tài)局限性較大;

(3)不適用于高、低溫場(chǎng)合;

(4)大部分儀表只適用于潔凈單相流體;

(5)產(chǎn)生噪聲及振動(dòng)。

應(yīng)用概況:

容積式流量計(jì)與差壓式流量計(jì)、浮子流量計(jì)并列為三類使用量最大的流量計(jì),常應(yīng)用于昂貴介質(zhì)(油品、天然氣等)的總量測(cè)量。

工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家近年P(guān)D流量計(jì)(不包括家用煤氣表和家用水表)的銷售金額占流量?jī)x表的13%~23%;我國(guó)約占20%,1990年產(chǎn)量(不包括家用煤氣表)估計(jì)為34萬(wàn)臺(tái),其中橢圓齒輪式和腰輪式分別約占70%和20%。1.7 超聲流量計(jì)

超聲流量計(jì)是通過檢測(cè)流體流動(dòng)對(duì)超聲束(或超聲脈沖)的作用以測(cè)量流量的儀表。

根據(jù)對(duì)信號(hào)檢測(cè)的原理超聲流量計(jì)可分為傳播速度差法(直接時(shí)差法、時(shí)差法、相位差法和頻差法)、波束偏移法、多普勒法、互相關(guān)法、空間濾法及噪聲法等。

超聲流量計(jì)和電磁流量計(jì)一樣,因儀表流通通道未設(shè)置任何阻礙件,均屬無(wú)阻礙流量計(jì),是適于解決流量測(cè)量困難問題的一類流量計(jì),特別在大口徑流量測(cè)量方面有較突出的優(yōu)點(diǎn),近年來(lái)它是發(fā)展迅速的一類流量計(jì)之一。

優(yōu)點(diǎn):

(1)可做非接觸式測(cè)量;

(2)為無(wú)流動(dòng)阻撓測(cè)量,無(wú)壓力損失;

(3)可測(cè)量非導(dǎo)電性液體,對(duì)無(wú)阻撓測(cè)量的電磁流量計(jì)是一種補(bǔ)充。

缺點(diǎn):

(1)傳播時(shí)間法只能用于清潔液體和氣體;而多普勒法只能用于測(cè)量含有一定量懸浮顆粒和氣泡的液體;

(2)多普勒法測(cè)量精度不高。

應(yīng)用概況:

(1)傳播時(shí)間法應(yīng)用于清潔、單相液體和氣體。典型應(yīng)用有工廠排放液、:怪液、液化天然氣等;

(2)氣體應(yīng)用方面在高壓天然氣領(lǐng)域已有使用良好的經(jīng)驗(yàn);

(3)多普勒法適用于異相含量不太高的雙相流體,例如:未處理污水、工廠排放液、臟流程液;通常不適用于非常清潔的液體。1.8 科里奧利質(zhì)量流量計(jì)

科里奧利質(zhì)量流量計(jì)(以下簡(jiǎn)稱CMF)是利用流體在振動(dòng)管中流動(dòng)時(shí),產(chǎn)生與質(zhì)量流量成正比的科里奧利力原理制成的一種直接式質(zhì)量流量?jī)x表。

我國(guó)CMF的應(yīng)用起步較晚,近年已有幾家制造廠(如太行儀表廠)自行開發(fā)供應(yīng)市場(chǎng);還有幾家制造廠組建合資企業(yè)或引用國(guó)外技術(shù)生產(chǎn)系列儀表。1.9明渠流量計(jì)

與前述幾種不同,它是在非滿管狀敞開渠道測(cè)量自由表面自然流的流量?jī)x表。

非滿管態(tài)流動(dòng)的水路稱作明渠,測(cè)量明渠中水流流量的稱作明渠流量計(jì)(open channel flowmeter)。

明渠流量計(jì)除圓形外,還有U字形、梯形、矩形等多種形狀。

明渠流量計(jì)應(yīng)用場(chǎng)所有城市供水引水渠;火電廠引水和排水渠、污水治理流入和排放渠;工礦企業(yè)水排放以及水利工程和農(nóng)業(yè)灌溉用渠道。有人估計(jì)1995臺(tái),約占流量?jī)x表整體的1.6%,但是國(guó)內(nèi)應(yīng)用尚無(wú)估計(jì)數(shù)據(jù)。

按照目前最流行、最廣泛的分類法,即分為:容積式流量計(jì)、差壓式流量計(jì)、浮子流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、電磁流量計(jì)、流體振蕩流量計(jì)中的渦街流量計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)和插入式流量計(jì)來(lái)分別闡述各種流量計(jì)的原理、特點(diǎn)、應(yīng)用概況及國(guó)內(nèi)外的發(fā)展情況

1.1 渦輪流量計(jì)

渦輪流量計(jì),是速度式流量計(jì)中的主要種類,它采用多葉片的轉(zhuǎn)子(渦輪)感受流體平均流速,從而且推導(dǎo)出流量或總量的儀表。

一般它由傳感器和顯示儀兩部分組成,也可做成整體式。

渦輪流量計(jì)和容積式流量計(jì)、科里奧利質(zhì)量流量計(jì)稱為流量計(jì)中三類重復(fù)性、精度最佳的產(chǎn)品,作為十大類型流量計(jì)之一,其產(chǎn)品已發(fā)展為多品種、多系列批量生產(chǎn)的規(guī)模。

優(yōu)點(diǎn):

(1)高精度,在所有流量計(jì)中,屬于最精確的流量計(jì);(2)重復(fù)性好;

(3)無(wú)零點(diǎn)擾能力好;

(4)范圍度寬;

(5)結(jié)構(gòu)緊湊。

缺點(diǎn):

(1)不能長(zhǎng)期保持校準(zhǔn)特性;

(2)流體物性對(duì)流量特性有較大影響。

應(yīng)用概況:

渦輪流量計(jì)在以下一些測(cè)量對(duì)象獲得廣泛應(yīng)用:石油、有機(jī)液體、無(wú)機(jī)液、液化氣、天然氣和低溫流體統(tǒng)在歐洲和美國(guó),渦輪流量計(jì)在用量上是僅次于孔板流量計(jì)的天然計(jì)量?jī)x表,僅荷蘭在天然氣管線上就采用了2600多臺(tái)各種尺寸,壓力從0.8~6.5MPa的氣體渦輪流量計(jì),它們已成為優(yōu)良的天然氣計(jì)量?jī)x表。

1.2 渦街流量計(jì)

渦街流量計(jì)是在流體中安放一根非流線型游渦發(fā)生體,流體在發(fā)生體兩側(cè)交替地分離釋放出兩串規(guī)則地交錯(cuò)排列的游渦的儀表。

渦街流量計(jì)按頻率檢出方式可分為:應(yīng)力式、應(yīng)變式、電容式、熱敏式、振動(dòng)體式、光電式及超聲式等。

渦街流量計(jì)是屬于最年輕的一類流量計(jì),但其發(fā)展迅速,目前已成為通用的一類流量計(jì)。

優(yōu)點(diǎn):

(1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固;

(2)適用流體種類多;

(3)精度較高;

(4)范圍度寬;

(5)壓損小。

缺點(diǎn):

(1)不適用于低雷諾數(shù)測(cè)量;

(2)需較長(zhǎng)直管段;

(3)儀表系數(shù)較低(與渦輪流量計(jì)相比);

(4)儀表在脈動(dòng)流、多相流中尚缺乏應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

1.3電磁流量計(jì)

電磁流量計(jì)是根據(jù)法拉弟電磁感應(yīng)定律制成的一種測(cè)量導(dǎo)電性液體的儀表。

電磁流量計(jì)有一系列優(yōu)良特性,可以解決其它流量計(jì)不易應(yīng)用的問題,如臟污流、腐蝕流的測(cè)量。

70、80年

(2)重復(fù)性好;

(3)無(wú)零點(diǎn)擾能力好;

(4)范圍度寬;

(5)結(jié)構(gòu)緊湊。

缺點(diǎn):

(1)不能長(zhǎng)期保持校準(zhǔn)特性;

(2)流體物性對(duì)流量特性有較大影響。

應(yīng)用概況:

渦輪流量計(jì)在以下一些測(cè)量對(duì)象獲得廣泛應(yīng)用:石油、有機(jī)液體、無(wú)機(jī)液、液化氣、天然氣和低溫流體統(tǒng)在歐洲和美國(guó),渦輪流量計(jì)在用量上是僅次于孔板流量計(jì)的天然計(jì)量?jī)x表,僅荷蘭在天然氣管線上就采用了2600多臺(tái)各種尺寸,壓力從0.8~6.5MPa的氣體渦輪流量計(jì),它們已成為優(yōu)良的天然氣計(jì)量?jī)x表。

1.2 渦街流量計(jì)

渦街流量計(jì)是在流體中安放一根非流線型游渦發(fā)生體,流體在發(fā)生體兩側(cè)交替地分離釋放出兩串規(guī)則地交錯(cuò)排列的游渦的儀表。

渦街流量計(jì)按頻率檢出方式可分為:應(yīng)力式、應(yīng)變式、電容式、熱敏式、振動(dòng)體式、光電式及超聲式等。

渦街流量計(jì)是屬于最年輕的一類流量計(jì),但其發(fā)展迅速,目前已成為通用的一類流量計(jì)。

優(yōu)點(diǎn):

(1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固;

(2)適用流體種類多;

(3)精度較高;

(4)范圍度寬;

(5)壓損小。

缺點(diǎn):

(1)不適用于低雷諾數(shù)測(cè)量;

(2)需較長(zhǎng)直管段;

(3)儀表系數(shù)較低(與渦輪流量計(jì)相比);

(4)儀表在脈動(dòng)流、多相流中尚缺乏應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

1.3電磁流量計(jì)

電磁流量計(jì)是根據(jù)法拉弟電磁感應(yīng)定律制成的一種測(cè)量導(dǎo)電性液體的儀表。

電磁流量計(jì)有一系列優(yōu)良特性,可以解決其它流量計(jì)不易應(yīng)用的問題,如臟污流、腐蝕流的測(cè)量。

70、80年代電磁流量在技術(shù)上有重大突破,使它成為應(yīng)用廣泛的一類流量計(jì),在流量?jī)x表中其使用量百分?jǐn)?shù)不斷上升。

優(yōu)點(diǎn):

(1)測(cè)量通道是段光滑直管,不會(huì)阻塞,適用于測(cè)量含固體顆粒的液固二相流體,如紙漿、泥漿、污水等;

(2)不產(chǎn)生流量檢測(cè)所造成的壓力損失,節(jié)能效果好;

(3)所測(cè)得體積流量實(shí)際上不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導(dǎo)率變化的明顯影響;

(4)流量范圍大,口徑范圍寬;

(5)可應(yīng)用腐蝕性流體。

缺點(diǎn):

(1)不能測(cè)量電導(dǎo)率很低的液體,如石油制品;

(2)不能測(cè)量氣體、蒸汽和含有較大氣泡的液體;

(3)不能用于較高溫度。

應(yīng)用概況:

電磁流量計(jì)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛,大口徑儀表較多應(yīng)用于給排水工程;中小口徑常用于高要求或難測(cè)場(chǎng)合,如鋼鐵工業(yè)高爐風(fēng)口冷卻水控制,造紙工業(yè)測(cè)量紙漿液和黑液,化學(xué)工業(yè)的強(qiáng)腐蝕液,有色冶金工業(yè)的礦漿;小口徑、微小口徑常用于醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)、生物化學(xué)等有衛(wèi)生要求的場(chǎng)所。

1.4差壓式流量計(jì)

差壓式流量計(jì)是根據(jù)安裝于管道中流量檢測(cè)件產(chǎn)生的差 壓,已知的流體條件和檢測(cè)件與管道的幾何尺寸來(lái)計(jì)算流量的儀表。

差壓式流量計(jì)由一次裝置(檢測(cè)件)和二次裝置(差壓轉(zhuǎn)換和流量顯示儀表)組成。通常以檢測(cè)件形式對(duì)差壓式流量計(jì)分類,如孔板流量計(jì)、文丘里流量計(jì)、均速管流量計(jì)等。

二次裝置為各種機(jī)械、電子、機(jī)電一體式差壓計(jì),差壓變送器及流量顯示儀表。它已發(fā)展為三化(系列化、通用化及標(biāo)準(zhǔn)化)程度很高的、種類規(guī)格龐雜的一大類儀表,它既可測(cè)量流量參數(shù),也可測(cè)量其它參數(shù)(如壓力、物位、密度等)。

差壓式流量計(jì)的檢測(cè)件按其作用原理可分為:節(jié)流裝置、水力阻力式、離心式、動(dòng)壓頭式、動(dòng)壓頭增益式及射流式幾大類。

檢測(cè)件又可按其標(biāo)準(zhǔn)化程度分為二大類:標(biāo)準(zhǔn)的和非標(biāo)準(zhǔn)的。

所謂標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)件是只要按照標(biāo)準(zhǔn)文件設(shè)計(jì)、制造、安裝和使用,無(wú)須經(jīng)實(shí)流標(biāo)定即可確定其流量值和估算測(cè)量誤差。

非標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)件是成熟程度較差的,尚未列入國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中的檢測(cè)件。

差壓式流量計(jì)是一類應(yīng)用最廣泛的流量計(jì),在各類流量?jī)x表中其使用量占居首位。近年來(lái),由于各種新型流量計(jì)的問世,它的使用量百分?jǐn)?shù)逐漸下降,但目前仍是最重要的一類流量計(jì)。優(yōu)點(diǎn):

(1)應(yīng)用最多的孔板式流量, 計(jì)結(jié)構(gòu)牢固,性能穩(wěn)定可靠,使用壽命長(zhǎng);

(2)應(yīng)用范圍廣泛,至今尚無(wú)任何一類流量計(jì)可與之相比擬;

(3)檢測(cè)件與變送器、顯示儀表分別由不同廠家生產(chǎn),便于規(guī)模經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)。

缺點(diǎn): , , , , , ,(1)測(cè)量精度普遍偏低;

(2)范圍度窄,一般僅3:1~4:1;

(3)現(xiàn)場(chǎng)安裝條件要求高;

(4)壓損大(指孔板、噴嘴等)。

應(yīng)用概況:

差壓式流量計(jì)應(yīng)用范圍特別廣泛,在封閉管道的流量測(cè)量中各種對(duì)象都有應(yīng)用,如流體方面:單相、混相、潔凈、臟污、粘性流等;工作狀態(tài)方面:常壓、高壓、真空、常溫、高溫、低溫等;管徑方面:從幾mm到幾m;流動(dòng)條件方面:亞音速、音速、脈動(dòng)流等。它在各工業(yè)部門的用量約占流量計(jì)全部用量的1/4~1/3。1.5 浮子流量計(jì)

浮子流量計(jì),又稱轉(zhuǎn)子流量計(jì),是變面積式流量計(jì)的一種,在一根由下向上擴(kuò)大的垂直錐管中,圓形橫截面的浮子的重力是由液體動(dòng)力承受的,從而使浮子可以在錐管內(nèi)自由地上升和下降。

浮子流量計(jì)是僅次于差壓式流量計(jì)應(yīng)用范圍最寬廣的一類流量計(jì),特別在小、微流量方面有舉足輕重的作用。

80年代中期,日本、西歐、美國(guó)的銷售金額占流量?jī)x表的15%~20%。我國(guó)產(chǎn)量1990年估計(jì)在12~14萬(wàn)臺(tái),其中95%以上為玻璃錐管浮子流量計(jì)。

特點(diǎn):

(1)玻璃錐管浮子流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用方便,缺點(diǎn)是耐壓力低,有玻璃管易碎的較大風(fēng)險(xiǎn);

(2)適用于小管徑和低流速;

(3)壓力損失較低。1.6容積式流量計(jì)

容積式流量計(jì),又稱定排量流量計(jì),簡(jiǎn)稱PD流量計(jì),在流量?jī)x表中是精度最高的一類。它利用機(jī)械測(cè)量元件把流體連續(xù)不斷地分割成單個(gè)已知的體積部分,根據(jù)測(cè)量室逐次重復(fù)地充滿和排放該體積部分流體的次數(shù)來(lái)測(cè)量流體體積總量。

容積式流量計(jì)按其測(cè)量元件分類,可分為橢圓齒輪流量計(jì)、刮板流量計(jì)、雙轉(zhuǎn)子流量計(jì)、旋轉(zhuǎn)活塞流量計(jì)、往復(fù)活塞流量計(jì)、圓盤流量計(jì)、液封轉(zhuǎn)筒式流量計(jì)、濕式氣量計(jì)及膜式氣量計(jì)等。

優(yōu)點(diǎn):

(1)計(jì)量精度高;

(2)安裝管道條件對(duì)計(jì)量精度沒有影響;

(3)可用于高粘度液體的測(cè)量;

(4)范圍度寬;

(5)直讀式儀表無(wú)需外部能源可直接獲得累計(jì),總量,清晰明了,操作簡(jiǎn)便。

缺點(diǎn):

(1)結(jié)果復(fù)雜,體積龐大;

(2)被測(cè)介質(zhì)種類、口徑、介質(zhì)工作狀態(tài)局限性較大;

(3)不適用于高、低溫場(chǎng)合;

(4)大部分儀表只適用于潔凈單相流體;

(5)產(chǎn)生噪聲及振動(dòng)。

應(yīng)用概況:

容積式流量計(jì)與差壓式流量計(jì)、浮子流量計(jì)并列為三類使用量最大的流量計(jì),常應(yīng)用于昂貴介質(zhì)(油品、天然氣等)的總量測(cè)量。

工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家近年P(guān)D流量計(jì)(不包括家用煤氣表和家用水表)的銷售金額占流量?jī)x表的13%~23%;我國(guó)約占20%,1990年產(chǎn)量(不包括家用煤氣表)估計(jì)為34萬(wàn)臺(tái),其中橢圓齒輪式和腰輪式分別約占70%和20%。1.7 超聲流量計(jì)

超聲流量計(jì)是通過檢測(cè)流體流動(dòng)對(duì)超聲束(或超聲脈沖)的作用以測(cè)量流量的儀表。

根據(jù)對(duì)信號(hào)檢測(cè)的原理超聲流量計(jì)可分為傳播速度差法(直接時(shí)差法、時(shí)差法、相位差法和頻差法)、波束偏移法、多普勒法、互相關(guān)法、空間濾法及噪聲法等。

超聲流量計(jì)和電磁流量計(jì)一樣,因儀表流通通道未設(shè)置任何阻礙件,均屬無(wú)阻礙流量計(jì),是適于解決流量測(cè)量困難問題的一類流量計(jì),特別在大口徑流量測(cè)量方面有較突出的優(yōu)點(diǎn),近年來(lái)它是發(fā)展迅速的一類流量計(jì)之一。

優(yōu)點(diǎn):

(1)可做非接觸式測(cè)量;

(2)為無(wú)流動(dòng)阻撓測(cè)量,無(wú)壓力損失;

(3)可測(cè)量非導(dǎo)電性液體,對(duì)無(wú)阻撓測(cè)量的電磁流量計(jì)是一種補(bǔ)充。

缺點(diǎn):

(1)傳播時(shí)間法只能用于清潔液體和氣體;而多普勒法只能用于測(cè)量含有一定量懸浮顆粒和氣泡的液體;

(2)多普勒法測(cè)量精度不高。

應(yīng)用概況:

(1)傳播時(shí)間法應(yīng)用于清潔、單相液體和氣體。典型應(yīng)用有工廠排放液、:怪液、液化天然氣等;

(2)氣體應(yīng)用方面在高壓天然氣領(lǐng)域已有使用良好的經(jīng)驗(yàn);

(3)多普勒法適用于異相含量不太高的雙相流體,例如:未處理污水、工廠排放液、臟流程液;通常不適用于非常清潔的液體。1.8 科里奧利質(zhì)量流量計(jì)

科里奧利質(zhì)量流量計(jì)(以下簡(jiǎn)稱CMF)是利用流體在振動(dòng)管中流動(dòng)時(shí),產(chǎn)生與質(zhì)量流量成正比的科里奧利力原理制成的一種直接式質(zhì)量流量?jī)x表。

我國(guó)CMF的應(yīng)用起步較晚,近年已有幾家制造廠(如太行儀表廠)自行開發(fā)供應(yīng)市場(chǎng);還有幾家制造廠組建合資企業(yè)或引用國(guó)外技術(shù)生產(chǎn)系列儀表。1.9明渠流量計(jì)

與前述幾種不同,它是在非滿管狀敞開渠道測(cè)量自由表面自然流的流量?jī)x表。

非滿管態(tài)流動(dòng)的水路稱作明渠,測(cè)量明渠中水流流量的稱作明渠流量計(jì)(open channel flowmeter)。

明渠流量計(jì)除圓形外,還有U字形、梯形、矩形等多種形狀。

明渠流量計(jì)應(yīng)用場(chǎng)所有城市供水引水渠;火電廠引水和排水渠、污水治理流入和排放渠;工礦企業(yè)水排放以及水利工程和農(nóng)業(yè)灌溉用渠道。有人估計(jì)1995臺(tái),約占流量?jī)x表整體的1.6%,但是國(guó)內(nèi)應(yīng)用尚無(wú)估計(jì)數(shù)據(jù)。

第二篇：各流量計(jì)工作原理、優(yōu)缺點(diǎn)分析

V錐型流量計(jì)： 工作原理

V型錐流量計(jì)屬高精度、高穩(wěn)定性的新型差壓式流量?jī)x表。和其他差壓式儀表一樣，也是基于流動(dòng)連續(xù)性原理和伯努利方程來(lái)計(jì)算流體工況流量的。我們知道在同一密閉管道內(nèi)，當(dāng)壓力降低時(shí)，速度會(huì)增加，當(dāng)介質(zhì)接近錐體時(shí)，其壓力為P+，在介質(zhì)通過錐體的節(jié)流區(qū)時(shí)，速度會(huì)增加，壓力會(huì)降低為P-，如圖一所示，P+和P-都通過V型錐形流量計(jì)的取壓口引到差壓變送器上，流速發(fā)生變化時(shí)，差壓值會(huì)隨之增大或減小。也就是說(shuō)對(duì)于穩(wěn)定流體，流量的大小與差壓平方根成正比。當(dāng)流速相同時(shí)，錐體節(jié)流面積越大，則產(chǎn)生的差壓值也越大。

測(cè)量介質(zhì)

V型錐流量計(jì)主要用于煤氣（焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣、發(fā)生爐煤氣），天然氣（包括含濕量5%以上的天然氣），各種碳?xì)浠衔餁怏w，包括含濕的HC氣體，各種稀有氣體，如氫、氦、氬、氧、氮等，濕的氯化物氣體，空氣，包括含水，含其它塵埃的空氣，煙道氣；飽和蒸氣，過熱蒸汽；油類，包括原油（在一定的粘度下）、燃料油、含水乳化油等，水，包括凈水、污水，各種水溶液，包括鹽、堿水溶液，含蠟、含有水，含油、含沙的水。

優(yōu)點(diǎn)

1．安裝直管段要求低

伯努力方程要求受測(cè)流體為理想流體，在實(shí)際應(yīng)用中這是根本不可能的，很多情況會(huì)造成流體分布不均勻，如彎頭，閥門，縮徑，擴(kuò)徑，泵，三通等等，對(duì)其它儀表而言，這是一個(gè)很難解決的問題。V錐流量計(jì)可在極為惡劣的情況下均勻流體分布，如在緊鄰儀表上游有單彎管，雙彎管，經(jīng)過錐體“整流”后的流體分布比較均勻可保證儀表在惡劣的條件下獲得較高的測(cè)量精度，由于V型流量計(jì)可均勻流體分布曲線，因此同其它類型的差壓流量計(jì)相比，對(duì)上下游直管段的要求小，建議安裝時(shí)在上游留0-3D的直管段，在下游留0-1D的直段管。當(dāng)用戶的管道尺寸大，管道價(jià)格高或直管段不夠的情況下，V錐型流量計(jì)將是最佳選擇。在過去十年內(nèi)，對(duì)V型流量計(jì)的上游有一個(gè)90℃的單彎管或兩個(gè)不在一個(gè)平面上的雙彎管的情況進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明，V錐型流量計(jì)可在緊鄰它的地方裝有一個(gè)彎管或不在同一個(gè)平面上的雙彎管而不會(huì)對(duì)測(cè)量精度有影響。這對(duì)那些大口徑，費(fèi)用昂貴的管路用戶，或較短運(yùn)行管路的用戶帶來(lái)好處。

2、量程比很寬

可以測(cè)量較低雷諾數(shù)范圍（Re≥8000）的流量（小流量）。

典型量程比是10∶1，選擇合適的參數(shù)，可以做到50∶1。由于V錐體懸掛在管道的中央，直接與高流速區(qū)域產(chǎn)生相互作用，迫使高流速區(qū)域與靠近管壁的低流速混合；當(dāng)流量減小時(shí)，V錐繼續(xù)與管道內(nèi)的最大流速產(chǎn)生相互作用，在其它差壓儀表可能檢測(cè)不出差壓信號(hào)時(shí)，V錐傳感器仍然能夠產(chǎn)生差壓信號(hào)低到8000。這是V錐流量計(jì)在檢測(cè)小流量時(shí)的一個(gè)最大優(yōu)點(diǎn)。

3、高精度

V錐傳感器的一次元件精度為±0.5%。系統(tǒng)精度取決于V錐傳感器的精度等級(jí)和差壓變送器、二次儀表的精度等級(jí)等。

4、重復(fù)性好

V錐傳感器的重復(fù)性優(yōu)于0.1%

5、V錐傳感器耐磨損，傳感器長(zhǎng)期穩(wěn)定性能好

由于V錐體的外形是收縮流體，在錐體表面產(chǎn)生真空效應(yīng)，不會(huì)對(duì)突變表面產(chǎn)生撞擊，沿錐體表面形成分界層，引導(dǎo)流體離開β邊。這意味著β邊不會(huì)遭到臟污流體的磨損，因此β系數(shù)保持不變，V錐傳感器具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性能好的特點(diǎn)。

6、信號(hào)穩(wěn)定性好

差壓檢測(cè)一般都有“信號(hào)波動(dòng)”，即使在流量穩(wěn)定情況下，一次元件產(chǎn)生的信號(hào)也會(huì)由于干擾而有一定的波動(dòng)。對(duì)于V錐傳感器，流體通過V錐，在V錐體后面形成短的渦流，產(chǎn)生低振幅，高頻率信號(hào)，轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的V錐信號(hào)。其信號(hào)波動(dòng)是孔板的1/10。

7、永久壓力損失小

因?yàn)榱黧w對(duì)突變V錐的平滑表面沒有撞擊，因此V錐傳感器的永久壓損比孔板低。同樣，由于V錐信號(hào)的穩(wěn)定性，同樣流量的滿量程V錐差壓信號(hào)比其它差壓儀表低。同樣的β值，其壓損是孔板的1/3～1/5。

8、V錐體β系數(shù)計(jì)算范圍寬

由于V錐傳感器的V錐獨(dú)特的幾何形狀，使得它的β系數(shù)范圍寬，標(biāo)準(zhǔn)的β系數(shù)范圍：0.45, 0.55, 0.65, 0.75,0.85。

9、V錐傳感器不堵塞，不粘附，無(wú)滯留死區(qū)，適用于臟污介質(zhì)的流量測(cè)量

由于V錐傳感器具有自清潔的功能，不會(huì)在管內(nèi)有流體中的顆粒、殘?jiān)⒛Y(jié)物沉積的滯留區(qū)域，適用于臟污流體的流量測(cè)量，比如：焦?fàn)t媒氣、高爐媒氣、原料油、渣油等。

10、可以測(cè)量高溫高壓的介質(zhì)

工作溫度最高850℃，最大壓力40MPa。

11、規(guī)格齊全，安裝方式靈活

可選擇法蘭式、對(duì)夾式、直接焊接式等。管徑從15mm～2000mm。缺點(diǎn)

當(dāng)然，作為差壓流量計(jì)的一種，它由于成本關(guān)系而并不能完全取代孔板、文丘里等傳統(tǒng)差壓流量計(jì)的位置。相比渦街流量計(jì)、電磁流量計(jì)等，它又有安裝導(dǎo)壓管等劣勢(shì)。電磁流量計(jì)

工作原理

電磁流量計(jì)是一種應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定律的流量計(jì)，其傳感器主要由內(nèi)襯絕緣材料的測(cè)量管，穿通測(cè)量管壁安裝的一對(duì)電極和用以產(chǎn)生工作磁場(chǎng)的一對(duì)線圈及鐵芯組成。當(dāng)導(dǎo)電流體流經(jīng)傳感器測(cè)量管時(shí)，在電極上將感應(yīng)與流體平均流速成正比的電壓信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換器放大處理，直接顯示流量及總量并可輸出模擬、數(shù)字信號(hào)。測(cè)量介質(zhì)

測(cè)量各種酸、堿、鹽等腐蝕液體；各種易燃，易爆介質(zhì)；各種工業(yè)污水，紙漿，泥漿等。電磁流量計(jì)不能用于測(cè)量氣體、蒸氣以及含有大量氣體的液體.不能用來(lái)測(cè)量電導(dǎo)率很低的液體介質(zhì),不能測(cè)量高溫高壓流體。

優(yōu)點(diǎn)

1、電磁流量計(jì)可用來(lái)測(cè)量工業(yè)導(dǎo)電液體或漿液。

2、無(wú)壓力損失。

3、測(cè)量范圍大，電磁流量變送器的口徑從2.5ｍｍ到2.6ｍ。

4、電磁流量計(jì)測(cè)量被測(cè)流體工作狀態(tài)下的體積流量，測(cè)量原理中不涉及流體的溫度、壓力、密度和粘度的影響。

5、無(wú)節(jié)流部件，因此壓力損失小，減少能耗，只與被測(cè)流體的平均速度有關(guān)，測(cè)量范圍寬；只需經(jīng)水標(biāo)定后即可測(cè)量其他介質(zhì)，無(wú)須修正，最適合作為結(jié)算用計(jì)量設(shè)備使用。由于技術(shù)及工藝材料的不斷改進(jìn)，穩(wěn)定性、線性度、精度和壽命的不斷提高和管徑的不斷擴(kuò)大，對(duì)于固液兩相的介質(zhì)的測(cè)量采用了可更換電極以及刮刀電極的方式，解決了高壓（32MPA）、耐腐蝕（防強(qiáng)酸、堿襯里）介質(zhì)的測(cè)量問題，以及口徑的不斷擴(kuò)大（最大作到 3200MM 口徑），壽命的不斷增長(zhǎng)（一般大于 10 年），電磁流量計(jì)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，其成本也得到了降低，但整體價(jià)格特別是大管徑的價(jià)格仍較高，因此在流量?jī)x表的采購(gòu)中有重要的地位。

缺點(diǎn)

1、電磁流量計(jì)的應(yīng)用有一定局限性，它只能測(cè)量導(dǎo)電介質(zhì)的液體流量，不能測(cè)量非導(dǎo)電介質(zhì)的流量，例如氣體和水處理較好的供熱用水。另外在高溫條件下其襯里需考慮。

2、電磁流量計(jì)是通過測(cè)量導(dǎo)電液體的速度確定工作狀態(tài)下的體積流量。按照計(jì)量要求，對(duì)于液態(tài)介質(zhì)，應(yīng)測(cè)量質(zhì)量流量，測(cè)量介質(zhì)流量應(yīng)涉及到流體的密度，不同流體介質(zhì)具有不同的密度，而且隨溫度變化。如果電磁流量計(jì)轉(zhuǎn)換器不考慮流體密度，僅給出常溫狀態(tài)下的體積流量是不合適的。

3、電磁流量計(jì)的安裝與調(diào)試比其它流量計(jì)復(fù)雜，且要求更嚴(yán)格。變送器和轉(zhuǎn)換器必須配套使用，兩者之間不能用兩種不同型號(hào)的儀表配用。在安裝變送器時(shí)，從安裝地點(diǎn)的選擇到具體的安裝調(diào)試，必須嚴(yán)格按照產(chǎn)品說(shuō)明書要求進(jìn)行。安裝地點(diǎn)不能有振動(dòng)，不能有強(qiáng)磁場(chǎng)。在安裝時(shí)必須使變送器和管道有良好的接觸及良好的接地。變送器的電位與被測(cè)流體等電位。在使用時(shí)，必須排盡測(cè)量管中存留的氣體，否則會(huì)造成較大的測(cè)量誤差。

4、電磁流量計(jì)用來(lái)測(cè)量帶有污垢的粘性液體時(shí)，粘性物或沉淀物附著在測(cè)量管內(nèi)壁或電極上，使變送器輸出電勢(shì)變化，帶來(lái)測(cè)量誤差，電極上污垢物達(dá)到一定厚度，可能導(dǎo)致儀表無(wú)法測(cè)量。

5、供水管道結(jié)垢或磨損改變內(nèi)徑尺寸，將影響原定的流量值，造成測(cè)量誤差。如100ｍｍ口徑儀表內(nèi)徑變化1ｍｍ會(huì)帶來(lái)約2％附加誤差。

6、變送器的測(cè)量信號(hào)為很小的毫伏級(jí)電勢(shì)信號(hào)，除流量信號(hào)外，還夾雜一些與流量無(wú)關(guān)的信號(hào)，如同相電壓、正交電壓及共模電壓等。為了準(zhǔn)確測(cè)量流量，必須消除各種干擾信號(hào)，有效放大流量信號(hào)。應(yīng)該提高流量轉(zhuǎn)換器的性能，最好采用微處理機(jī)型的轉(zhuǎn)換器，用它來(lái)控制勵(lì)磁電壓，按被測(cè)流體性質(zhì)選擇勵(lì)磁方式和頻率，可以排除同相干擾和正交干擾。但改進(jìn)的儀表結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。

7、價(jià)格較高。

渦街流量計(jì) 工作原理

渦街流量計(jì)的原理是在流量計(jì)管道中，設(shè)置一阻流件，當(dāng)流體流經(jīng)阻流件時(shí)，由于阻流件表面的阻流作用等原因，在其下游會(huì)產(chǎn)生兩列不對(duì)稱的旋渦，這些旋渦在阻流件的側(cè)后方分開，形成所謂的卡門（Karman）旋渦列，兩列旋渦的旋轉(zhuǎn)方向是相反的，卡門從理論上證明了當(dāng)h/L=0.281（h為兩旋渦列之間的寬度，L為兩個(gè)相鄰旋渦間的距離）時(shí)，旋渦列是穩(wěn)定的，在此情況下，產(chǎn)生旋渦的頻率f與流量計(jì)管道中流體流速υ呈線性關(guān)系。測(cè)量介質(zhì)

渦街流量計(jì),主要用于工業(yè)管道介質(zhì)流體的流量測(cè)量,如氣體、液體、蒸氣等多種介質(zhì)。其特點(diǎn)是壓力損失小,量程范圍大,精度高,在測(cè)量工況體積流量時(shí)幾乎不受流體密度、壓力、溫度、粘度等參數(shù)的影響。優(yōu)點(diǎn)

1、渦街流量計(jì)無(wú)可動(dòng)部件，測(cè)量元件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠，使用壽命長(zhǎng)。

2、渦街流量計(jì)測(cè)量范圍寬。量程比一般能達(dá)到1：10。

3、渦街流量計(jì)的體積流量不受被測(cè)流體的溫度、壓力、密度或粘度等熱工參數(shù)的影響。一般不需單獨(dú)標(biāo)定。它可以測(cè)量液體、氣體或蒸汽的流量。

4、它造成的壓力損失小。

5、準(zhǔn)確度較高，重復(fù)性為0.5％，且維護(hù)量小。缺點(diǎn)

1、渦街流量計(jì)工作狀態(tài)下的體積流量不受被測(cè)流體溫度、壓力、密度等熱工參數(shù)的影響，但液體或蒸汽的最終測(cè)量結(jié)果應(yīng)是質(zhì)量流量，對(duì)于氣體，最終測(cè)量結(jié)果應(yīng)是標(biāo)準(zhǔn)體積流量。質(zhì)量流量或標(biāo)準(zhǔn)體積流量都必須通過流體密度進(jìn)行換算，必須考慮流體工況變化引起的流體密度變化。

2、造成流量測(cè)量誤差的因素主要有：管道流速不均造成的測(cè)量誤差；不能準(zhǔn)確確定流體工況變化時(shí)的介質(zhì)密度；將濕飽和蒸汽假設(shè)成干飽和蒸汽進(jìn)行測(cè)量。這些誤差如果不加以限制或消除，渦街流量計(jì)的總測(cè)量誤差會(huì)很大。

3、抗振性能差。外來(lái)振動(dòng)會(huì)使渦街流量計(jì)產(chǎn)生測(cè)量誤差，甚至不能正常工作。通道流體高流速?zèng)_擊會(huì)使渦街發(fā)生體的懸臂產(chǎn)生附加振動(dòng)，使測(cè)量精度降低。大管徑影響更為明顯。

4、對(duì)測(cè)量臟污介質(zhì)適應(yīng)性差。渦街流量計(jì)的發(fā)生體極易被介質(zhì)臟污或被污物纏繞，改變幾何體尺寸，對(duì)測(cè)量精度造成極大影響。

5、直管段要求高。專家指出，渦街流量計(jì)直管段一定要保證前40D后20D，才能滿足測(cè)量要求。

6、耐溫性能差。渦街流量計(jì)一般只能測(cè)量300℃以下介質(zhì)的流體流量。

第三篇：流量計(jì)的選型與優(yōu)缺點(diǎn)分析

流量計(jì)的選型與優(yōu)缺點(diǎn)分析

流量計(jì)是少數(shù)幾種使用比制造艱難的儀表之一。這是因?yàn)榱髁渴且粋€(gè)動(dòng)態(tài)量，處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的液體內(nèi)部不僅存在著粘性摩擦作用，還會(huì)產(chǎn)生不穩(wěn)定的旋渦和二次流等復(fù)雜流動(dòng)現(xiàn)象。測(cè)量?jī)x表本身受到眾多因素，如：管道、口徑大小、形狀（圓形、矩形）、邊界條件、介質(zhì)的物性（溫度、壓力、密度、粘度、臟污性、腐蝕性等）、流體的流動(dòng)狀態(tài)（紊流狀態(tài)、速度分布等）以及安裝條件與水平的影響。

面對(duì)國(guó)內(nèi)外十幾類、上百個(gè)品種的流量?jī)x表（先后發(fā)展起來(lái)的容積式、差壓式、渦輪式、面積式、電磁式、超聲波式和熱式流量計(jì)等類型），如何根據(jù)流量、流態(tài)、安裝要求與環(huán)境條件、經(jīng)濟(jì)性等因素合理選型，是應(yīng)用好流量?jī)x表的前提和基礎(chǔ)。除了儀表自身質(zhì)量要得到保證，工藝數(shù)據(jù)的提供和儀表的安裝、使用、維護(hù)是否合理也相當(dāng)重要。

沒有一種流量計(jì)是完美的，對(duì)任何流體、工況都完全適應(yīng)的，每種流量計(jì)都有自己的特點(diǎn)，有著其適應(yīng)的條件，因此在對(duì)各種測(cè)量方法和儀表特性作比較全面了解的前提下，選擇出最適合、最穩(wěn)定可靠的最佳形式。本文介紹了幾種流量計(jì)的特點(diǎn)和適用環(huán)境。

1、電磁流量計(jì)

電磁流量計(jì)自20世紀(jì)50年代末國(guó)內(nèi)首次工業(yè)應(yīng)用以來(lái)，七八十年代在流量測(cè)量中運(yùn)用和發(fā)展很快。電磁流量計(jì)的工作原理是基于法拉第電磁感應(yīng)定律，即被測(cè)介質(zhì)垂直于磁力線方向流動(dòng)，因而在與介質(zhì)流動(dòng)和磁力線都垂直的方向上產(chǎn)生一感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)EX，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度B與兩極間距離d一定時(shí)，則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)EX與被測(cè)介質(zhì)流量（流速）成正比。電磁流量計(jì)不受溫度、壓力、粘度、重度等外界因素的影響，測(cè)量管內(nèi)部無(wú)收縮或凸出部分的壓力損失，另外，流量元件檢測(cè)出的最初信號(hào)，是一個(gè)與流體平均流速成精確線性變化的電壓，它與流體的其他性質(zhì)無(wú)關(guān)，具有很大的優(yōu)越性。根據(jù)污水具有流量變化大、含雜質(zhì)、腐蝕性小、有一定的導(dǎo)電能力等特性，測(cè)量污水的流量，電磁流量計(jì)是一個(gè)很好的選擇。它結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，安裝、操作、維護(hù)方便，如測(cè)量系統(tǒng)采用智能化設(shè)計(jì)，整體密封加強(qiáng)，能在較惡劣的環(huán)境下正常工作。選型時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：

① 被測(cè)量液體必須是導(dǎo)電的液體或漿液；

② 口徑與量程，最好是正常量程超過滿量程的一半（一般為正常流量的4～8倍），流速在2-4m/s之間； ③ 使用壓力必須小于流量計(jì)耐壓；

④ 不同溫度及腐蝕性介質(zhì)選用不同內(nèi)襯材料和電極材料。

優(yōu)點(diǎn)：無(wú)節(jié)流部件，因此壓力損失小。不受流體的溫度、壓力、密度和粘度的影響；只與被測(cè)流體的平均速度有關(guān)，測(cè)量范圍寬；只需經(jīng)水標(biāo)定后即可測(cè)量其他介質(zhì)，無(wú)須修正，最適合作為結(jié)算用計(jì)量設(shè)備使用。由于技術(shù)及工藝材料的不斷改進(jìn)，穩(wěn)定性、線性度、精度和壽命的不斷提高和管徑的不斷擴(kuò)大，對(duì)于固液兩相的介質(zhì)的測(cè)量采用了可更換電極以及刮刀電極的方式，解決了高壓（32MPa）、耐腐蝕（防強(qiáng)酸、堿襯里）介質(zhì)的測(cè)量問題，以及口徑的不斷擴(kuò)大（最大作到3200mm口徑），壽命的不斷增長(zhǎng)（一般大于10年），電磁流量計(jì)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，其成本也得到了降低，但整體價(jià)格特別是大管徑的價(jià)格仍較高，因此在流量?jī)x表的采購(gòu)中有重要的地位。缺點(diǎn)：電磁流量計(jì)不能用于測(cè)量氣體、蒸汽以及含有大量氣體的液體，不能用來(lái)測(cè)量電解率很低的液體介質(zhì)，不能測(cè)量高溫高壓流體；電磁流量計(jì)的安裝與調(diào)試比其它流量計(jì)復(fù)雜，且要求更嚴(yán)格；用來(lái)測(cè)量帶有污垢的粘性液體時(shí)，粘性物或沉淀物附著在測(cè)量管內(nèi)壁或電極上，使變送器輸出電勢(shì)變化，帶來(lái)測(cè)量誤差，電極上污垢物達(dá)到一定厚度，可能導(dǎo)致儀表無(wú)法測(cè)量。

2、超聲波流量計(jì)

超聲波流量計(jì)是通過檢測(cè)流體流動(dòng)對(duì)超聲束（或超聲脈沖）的作用以測(cè)量流量的儀表。在封閉管道用超聲波流量計(jì)按測(cè)量原理分類有：時(shí)間傳播法、多普勒效應(yīng)法、波束偏移法、相關(guān)法、噪聲法。

對(duì)管道流量進(jìn)行測(cè)試時(shí)，為提高水流量測(cè)量精度，選擇測(cè)量點(diǎn)時(shí)要求選擇流體流場(chǎng)均勻的部分，一般應(yīng)遵循下列原則：

① 被測(cè)管道內(nèi)流體必須是滿管。

② 選擇被測(cè)管道的材質(zhì)應(yīng)均勻質(zhì)密，易于超聲波傳播，如垂直管段(流體由下向上）或水平管段（整個(gè)管路中最低處為好）。

③ 安裝距離應(yīng)選擇上游大于10倍直管徑，下游大于5倍直管徑(注：不同儀器要求的距離會(huì)有所不同,具體距離以使用的儀器說(shuō)明書為準(zhǔn))以內(nèi)無(wú)任何閥門、彎頭、變徑等均勻的直管段，測(cè)量點(diǎn)應(yīng)充分遠(yuǎn)離閥門、泵、高壓電、變頻器等干擾源。

④ 充分考慮管內(nèi)結(jié)垢狀況，盡量選擇無(wú)結(jié)垢的管段進(jìn)行測(cè)量。

優(yōu)點(diǎn)：是一種非接觸式測(cè)量?jī)x表，可用來(lái)測(cè)量不易接觸、不易觀察的流體流量和大管徑流量，它不會(huì)改變流體的流動(dòng)狀態(tài)，不會(huì)產(chǎn)生壓力損失，且便于安裝；可以測(cè)量強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)和非導(dǎo)電介質(zhì)的流量；超聲波流量計(jì)的測(cè)量范圍大，管徑范圍從20mm～５m，不受被測(cè)流體的溫度、壓力、粘度及密度等熱物性參數(shù)的影響；可以做成捆綁式、管道式和便攜式兩種形式。

缺點(diǎn)：溫度測(cè)量范圍不高，一般只能測(cè)量溫度低于200℃的流體；抗干擾能力差；易受氣泡、結(jié)垢、泵及其它聲源混入的超聲雜音干擾、影響測(cè)量精度；直管段要求嚴(yán)格，為前20D，后5D否則離散性差，測(cè)量精度低；測(cè)量管道因結(jié)垢，會(huì)嚴(yán)重影響測(cè)量準(zhǔn)確度，帶來(lái)顯著的測(cè)量誤差，甚至在嚴(yán)重時(shí)儀表無(wú)流量顯示；可靠性、精度等級(jí)不高（一般為1.5～2.5級(jí)左右），重復(fù)性差。

3、渦街流量計(jì)

渦街流量計(jì)作為一種新型流量計(jì)，80年代中期以來(lái)發(fā)展較快，它在流量測(cè)量方面有著諸多的優(yōu)點(diǎn)和長(zhǎng)處，在現(xiàn)代流量測(cè)量中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。在國(guó)內(nèi)使用渦街流量計(jì)進(jìn)行流量測(cè)量也愈來(lái)愈得到重視，目前我國(guó)已有性能優(yōu)良并有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品系列。渦街流量計(jì)是基于流體振動(dòng)發(fā)展起來(lái)的，根據(jù)旋渦的不同，檢測(cè)方式從熱絲式、熱敏式逐漸發(fā)展了應(yīng)力式、磁敏式及差動(dòng)開關(guān)電容式、超聲波式等。

渦街流量計(jì)的原理是在流量計(jì)管道中，設(shè)置一阻流件，當(dāng)流體流經(jīng)阻流件時(shí)，由于阻流件表面的阻流作用等原因，在其下游會(huì)產(chǎn)生兩列不對(duì)稱的旋渦，這些旋渦在阻流件的側(cè)后方分開，形成所謂的卡門旋渦列，兩列旋渦的旋轉(zhuǎn)方向是相反的，當(dāng)旋渦列是穩(wěn)定時(shí)，產(chǎn)生旋渦的頻率f與流量計(jì)管道中流體流速υ呈線性關(guān)系。

優(yōu)點(diǎn)：幾乎可用于一切可形成旋渦列的場(chǎng)合，不僅可用于封閉的管道，還可用于開放的溝槽。與渦輪流量計(jì)相比，渦街流量計(jì)沒有可動(dòng)的機(jī)械部件，維護(hù)工作量小，儀表常數(shù)穩(wěn)定；與孔板式流量計(jì)相比，渦街流量計(jì)測(cè)量范圍大，壓力損失小，準(zhǔn)確度高，安裝與維護(hù)簡(jiǎn)單。

缺點(diǎn)：

（1）渦街流量計(jì)的測(cè)量范圍較大，一般10：1，但測(cè)量下限受許多因素限制：Re＞10000是渦街流量計(jì)工作的最基本條件，除此以外，它還受旋渦能量的限制，介質(zhì)流速較低，則旋渦的強(qiáng)度、旋轉(zhuǎn)速度也低，難以引起傳感元件產(chǎn)生響應(yīng)信號(hào)，旋渦頻率f也小，還會(huì)使信號(hào)處理發(fā)生困難。測(cè)量上限則受傳感器的頻率響應(yīng)（如磁敏式一般不超過400Hz）和電路的頻率限制，因此設(shè)計(jì)時(shí)一定要對(duì)流速范圍進(jìn)行計(jì)算、核算，根據(jù)流體的流速進(jìn)行選擇。使用現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件復(fù)雜，選型時(shí)除注意環(huán)境溫度、濕度、氣氛等條件外，還要考慮電磁干擾。在強(qiáng)干擾如高壓輸電電站、大型整流所等場(chǎng)合，磁敏式、壓電應(yīng)力式等儀表不能正常工作或不能準(zhǔn)確測(cè)量。

（2）振動(dòng)也是該類儀表的一大勁敵。因此在使用時(shí)注意避免機(jī)械振動(dòng)，尤其是管道的橫向振動(dòng)（垂直于管道軸線又垂直旋渦發(fā)生體軸線的振動(dòng)），這種影響在流量計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上是無(wú)法抑制和消除的。由于渦街信號(hào)對(duì)流場(chǎng)影響同樣敏感，故直管段長(zhǎng)度不能保證穩(wěn)定渦街所必要的流動(dòng)條件時(shí)，是不宜直接選用的（要加裝整流器）。即使是抗振性較強(qiáng)的電容式、超聲波式，保證流體為充分發(fā)展的單向流，也是不可忽略的。

（3）介質(zhì)溫度對(duì)渦街流量計(jì)的使用性能也有很大的影響。如壓電應(yīng)力式渦街流量計(jì)不能長(zhǎng)期使用在300℃狀態(tài)下，因其絕緣阻抗會(huì)由常溫下的10MΩ～100MΩ急降至1MΩ～10KΩ，輸出信號(hào)也變小，導(dǎo)致測(cè)量特性惡化，對(duì)此宜選用磁敏式或電容式結(jié)構(gòu)。在測(cè)量系統(tǒng)中，傳感器與轉(zhuǎn)換器宜采用分離安裝方式，以免長(zhǎng)期高溫影響儀表可靠性和使用壽命。

渦街流量計(jì)如果選擇不當(dāng)，性能也不能很好發(fā)揮。只有經(jīng)過合理選型、正確安裝后，還需要在使用過程中認(rèn)真定期維護(hù)，不斷積累經(jīng)驗(yàn)，提高對(duì)系統(tǒng)故障的預(yù)見性以及判斷、處理問題的能力，從而達(dá)到令人滿意的效果。

4、節(jié)流式流量計(jì)

節(jié)流式流量計(jì)是一種使用歷史悠久，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較完善的測(cè)量裝置。它是以測(cè)量流體流經(jīng)節(jié)流裝置所產(chǎn)生的靜壓差來(lái)顯示流量大小的一種流量計(jì)。最基本的配置是由節(jié)流裝置、差壓信號(hào)管路和差壓變送器組成。工業(yè)上最常用的是節(jié)流裝置是已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化了的“標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置”。如，標(biāo)準(zhǔn)孔板、噴嘴、文丘利噴嘴、文丘利管。現(xiàn)在節(jié)流裝置特別是噴嘴流量測(cè)量朝一體化方向，將高精度的差壓變送器和溫度補(bǔ)償與噴嘴做成一體化，大大提高了精度。

采用皮托管技術(shù)可對(duì)節(jié)流裝置進(jìn)行在線標(biāo)定。現(xiàn)今在工業(yè)測(cè)量中也采用一些非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，如雙重孔板，圓缺孔板，環(huán)形孔板等，這些儀表一般需要實(shí)流標(biāo)定。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但由于它尺寸公差、形狀和位置公差的要求比較高，加工的技術(shù)難度較高。以標(biāo)準(zhǔn)孔板為例，它屬于超薄板狀零件，加工易產(chǎn)生變形，較大的孔板在使用過程中也易產(chǎn)生變形而影響精度。節(jié)流裝置的取壓孔一般不會(huì)開得太大，在使用過程中也會(huì)產(chǎn)生變形而影響測(cè)量精度。標(biāo)準(zhǔn)孔板由于在使用過程中經(jīng)過流體對(duì)它的摩擦，也會(huì)使其與測(cè)量有關(guān)的結(jié)構(gòu)要素（如銳角）產(chǎn)生磨損而降低測(cè)量精度。

盡管差壓流量計(jì)發(fā)展較早，但隨著其他各種形式的流量?jī)x表的不斷完善和開發(fā)，隨著工業(yè)發(fā)展對(duì)流量計(jì)量要求的不斷提高，差壓流量計(jì)在工業(yè)測(cè)量中的地位已逐步地被先進(jìn)的、高精度的、便利的流量?jī)x表所取代。

5、渦輪流量計(jì)

渦輪流量計(jì),是速度式流量計(jì)中的主要種類,它采用多葉片的轉(zhuǎn)子(渦輪)感受流體平均流速,從而推導(dǎo)出流量或總量的儀表。渦輪流量計(jì)首先將流速轉(zhuǎn)換為渦輪的轉(zhuǎn)速，再將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成與流量成正比的電信號(hào)。一般它由傳感器和顯示儀兩部分組成,也可做成整體式。它在一些測(cè)量對(duì)象上得到了廣泛的應(yīng)用，例如：石油、有機(jī)液體、無(wú)機(jī)液、液化氣、天然氣和低溫流體等。

渦輪流量計(jì)和容積式流量計(jì)、科里奧利質(zhì)量流量計(jì)稱為流量計(jì)中三類重復(fù)性、精度最佳的產(chǎn)品,作為十大類型流量計(jì)之一,其產(chǎn)品已發(fā)展為多品種、多系列批量生產(chǎn)的規(guī)模。

優(yōu)點(diǎn)：渦街流量計(jì)精度高，重復(fù)性高，無(wú)零點(diǎn)漂移，抗干擾能力強(qiáng)，量程范圍寬，結(jié)構(gòu)緊湊。壓力損失小，葉輪能具有防腐功能；容易維修，有自整流的結(jié)構(gòu)，小型輕巧，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可在短時(shí)間內(nèi)將其組合拆開。現(xiàn)階段生產(chǎn)的渦輪流量計(jì)還采用全硬質(zhì)合金(碳化鎢)屏蔽式懸臂梁結(jié)構(gòu)軸承，集轉(zhuǎn)動(dòng)軸承與壓力軸承于一體，大大提高了軸承壽命，并可在有少量泥沙與污物的介質(zhì)中工作。而且具有非線性精度補(bǔ)償功能的智能流量顯示器，修正公式精度優(yōu)于±0.02%。

缺點(diǎn)：不適合長(zhǎng)期使用，它不能長(zhǎng)期保持校準(zhǔn)狀態(tài)，流體物性對(duì)流量特性有較大影響。；要求上游管道長(zhǎng)度應(yīng)有不小于2D的等徑直管段；不適合臟污介質(zhì)。

除了以上幾個(gè)類型的流量計(jì)外，還有浮子流量計(jì)、科氏力質(zhì)量流量計(jì)、熱式（氣體）質(zhì)量流量計(jì)、容積式流量計(jì)等。

綜上所述，流量計(jì)選型是指按照生產(chǎn)要求，從儀表產(chǎn)品供應(yīng)的實(shí)際情況出發(fā)，綜合地考慮測(cè)量的安全、準(zhǔn)確和經(jīng)濟(jì)性，并根據(jù)被測(cè)流體的性質(zhì)及流動(dòng)情況確定流量取樣裝置的方式和測(cè)量?jī)x表的型式和規(guī)格。在保證儀表安全運(yùn)行的基礎(chǔ)上，力求提高儀表的準(zhǔn)確性和節(jié)能性。為此，不僅要選用滿足準(zhǔn)確度要求的顯示儀表，而且要根據(jù)被測(cè)介質(zhì)的特點(diǎn)選擇合理的測(cè)量方式。為保證流量計(jì)使用壽命及準(zhǔn)確性，選型時(shí)還要注意儀表的防振要求。在濕熱地區(qū)要選擇濕熱式儀表。正確地選擇儀表的規(guī)格，也是保證儀表使用壽命和準(zhǔn)確度的重要一環(huán)。應(yīng)特別注意靜壓及耐溫的選擇。

總之，沒有一種測(cè)量方式或流量計(jì)對(duì)各種流體及流動(dòng)情況都能適應(yīng)的．不同的測(cè)量方式和結(jié)構(gòu)，要求不同的測(cè)量操作、使用方法和使用條件。每種型式都有它特有的優(yōu)缺點(diǎn)。因此，應(yīng)在對(duì)各種測(cè)量方式和儀表特性作全面比較的基礎(chǔ)上選擇適于生產(chǎn)要求的，既安生可靠又經(jīng)濟(jì)耐用的最佳型式。

第四篇：流量計(jì)畢業(yè)論文

渦輪流量計(jì)標(biāo)定裝置及測(cè)量電路設(shè)計(jì)

學(xué)

院專

業(yè)班

級(jí)學(xué)

號(hào)姓

名指導(dǎo)教師負(fù)責(zé)教師

航空航天工程學(xué)部 飛行器動(dòng)力工程 04040102 2010040401053

孔祥宇 彭大維 彭大維

沈陽(yáng)航空航天大學(xué)

2014年6月

渦輪流量計(jì)標(biāo)定裝置及測(cè)量電路設(shè)計(jì)

摘要

隨著流體系統(tǒng)向微小化方向的發(fā)展，對(duì)微小流量進(jìn)行精確測(cè)量的需求變得越來(lái)越多。本文提出了小量程流量計(jì)、標(biāo)定試驗(yàn)器及傳感器后調(diào)理電路的設(shè)計(jì)，使其具有測(cè)量精度高、使用方便、適應(yīng)性強(qiáng)、數(shù)字信號(hào)輸出并轉(zhuǎn)換為易于識(shí)別的方波等優(yōu)點(diǎn)。文章主要研究設(shè)計(jì)了切向渦輪流量計(jì)以及對(duì)切向流量計(jì)中傳感器后的調(diào)理電路進(jìn)行了仿真設(shè)計(jì)和PCB設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)調(diào)節(jié)渦輪轉(zhuǎn)速的步進(jìn)電機(jī)的安裝操作進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。并根據(jù)測(cè)量微小流量的原理及其實(shí)現(xiàn)方法，改進(jìn)測(cè)量系統(tǒng)。測(cè)量系統(tǒng)在液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的基礎(chǔ)上，改進(jìn)了穩(wěn)壓裝置，采用穩(wěn)壓溢流堰的方法，設(shè)計(jì)了新的液體稱重容器--雙套量杯稱重容器，選用了測(cè)量精度更高的電子天平，取代了常用杠桿式天平，使測(cè)量更簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確。根據(jù)微小流量測(cè)量的特點(diǎn)，本文選擇動(dòng)態(tài)質(zhì)量法原理進(jìn)行流量標(biāo)定，它簡(jiǎn)化了測(cè)量過程，降低了成本，提高了測(cè)量精度，證明對(duì)它的設(shè)計(jì)是可行的。關(guān)鍵詞：切向渦輪流量計(jì)；液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置；動(dòng)態(tài)質(zhì)量法；流量標(biāo)定;信號(hào)調(diào)理電路；步進(jìn)電機(jī)調(diào)控；PCB電路板印刷

渦輪流量計(jì)標(biāo)定裝置及測(cè)量電路設(shè)計(jì)

Turbine flowmeter calibration device and measurement circuit

design

Abstract

With the development of the fluid system to the direction of miniaturization, the demand for accurate measurement of small flow becomes more and more.This paper presents the design of a small range of flow meter.the calibration test and the design of the sensor conditioning, it has high accuracy, easy to use, adaptable, and converted to a digital signal output of the advantages of easy identification square wave.The article is mainly designed tangential turbine flow-meter, As well as the design of the cutting simulation and PCB design after the flowmeter sensor conditioning circuits.while adjusting the speed of the turbine installation stepper motor for a detailed description.and in accordance with the principle and implementation method for measuring small flows, improved measurement system.Measurement system on the basis of the liquid flow standard device to improve the regulator device, using the method of regulator overflow weir;Designed a new liquid weighing container-double sets of measuring cups weighing the container;The selection of a higher measurement accuracy electronic balance, replacing the commonly used leveraged balance, the measurement is more simple and accurate.According to the characteristics of micro flow measurement, this article selection of the dynamic quality of the principle of flow calibration which simplifies the measurement process, reduces cost and improves the measurement accuracy, to prove that its design is feasible.Keywords: Tangential turbine flow-meter;Liquid flow standard device;Dynamic Quality Act;Flow calibration;Signal condition circuit;Stepper motor regulation;PCB printed circuit board

渦輪流量計(jì)標(biāo)定裝置及測(cè)量電路設(shè)計(jì)

目錄 緒論...................................................................................................................................5 1.1 研究的背景、目的和意義.........................................................................................5 1.2 微小流量測(cè)量概術(shù).....................................................................................................5 1.2.1 微小流量測(cè)量的研究現(xiàn)狀..................................................................................5 1.2.2 微小流量測(cè)量?jī)x表研究現(xiàn)狀..............................................................................6 1.2.3 微小流量標(biāo)準(zhǔn)裝置研究現(xiàn)狀..............................................................................6 1.3 流量標(biāo)定裝置發(fā)展趨勢(shì).............................................................................................7

1.4渦輪轉(zhuǎn)速信號(hào)采集研究發(fā)展趨勢(shì)...............................................................................7

1.5 本課題研究的主要內(nèi)容、技術(shù)路線及需解決的技術(shù)關(guān)鍵.....................................8 1.5.1 研究的指導(dǎo)思想..................................................................................................8

1.5.2 主要研究?jī)?nèi)容、技術(shù)關(guān)鍵與難點(diǎn)......................................................................8 2 小量程流量計(jì)的選擇及設(shè)計(jì).........................................................................................10 2.1 渦輪流量計(jì)概述.......................................................................................................10 2.1.1 渦輪流量計(jì)發(fā)展概況........................................................................................10 2.1.2 渦輪流量計(jì)的特點(diǎn)............................................................................................11 2.2 切向式渦輪流量計(jì)...................................................................................................12

試驗(yàn)系統(tǒng)的建立與選擇.................................................................................................17 3.1 微小流量的定常流測(cè)量原理...................................................................................17 3.2 靜態(tài)質(zhì)量法液體微小流量測(cè)量裝置.......................................................................17 3.3 動(dòng)態(tài)質(zhì)量法液體微小流量測(cè)量裝置.......................................................................18 3.4 基于以上兩種測(cè)量方法，對(duì)比分析并選擇試驗(yàn)系統(tǒng)...........................................19 4 動(dòng)態(tài)質(zhì)量法測(cè)量裝置.....................................................................................................21 4.1 測(cè)量系統(tǒng)的原理及設(shè)計(jì)...........................................................................................21 4.2 測(cè)量系統(tǒng)的優(yōu)化及改進(jìn)...........................................................................................22 4.2.1 穩(wěn)壓源的改進(jìn)....................................................................................................22 4.2.2 稱重容器的改進(jìn)................................................................................................23 4.2.3 稱重裝置的改進(jìn)................................................................................................25

渦輪流量計(jì)標(biāo)定裝置及測(cè)量電路設(shè)計(jì) 流量計(jì)標(biāo)定技術(shù).............................................................................................................27 5.1 流量標(biāo)定技術(shù)分類...................................................................................................27 5.2 切向渦輪流量計(jì)的標(biāo)定...........................................................................................27 6 轉(zhuǎn)速傳感器所連接電路及步進(jìn)電機(jī)調(diào)控裝置...........................................................30

6.1傳感器后信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)...................................................................................30

6.1.1轉(zhuǎn)速傳感器所連接電路...................................................................................30

6.1.2轉(zhuǎn)速傳感器所連接電路的軟件繪制...............................................................32

6.2步進(jìn)電機(jī)調(diào)控裝置....................................................................................................33

6.2.1并口卡...............................................................................................................34

6.2.2HYQD—100兩項(xiàng)混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器......................................................40

6.2.3電動(dòng)機(jī)...............................................................................................................43

6.2.4裝置效果圖.......................................................................................................43 7 裝置不確定度分析.........................................................................................................45 7.1 測(cè)量動(dòng)態(tài)誤差分析...................................................................................................45 7.2 計(jì)時(shí)器的不確定度...................................................................................................45 7.3 電子秤的不確定度...................................................................................................46 7.4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度...................................................................................................47 7.5 擴(kuò)展不確定度...........................................................................................................47 8 總結(jié).................................................................................................................................48 參考文獻(xiàn).............................................................................................................................50 致

謝.................................................................................................................................54

渦輪流量計(jì)標(biāo)定裝置及測(cè)量電路設(shè)計(jì) 緒論

1.1 研究的背景、目的和意義

近年來(lái)隨著能源和水資源的全球性匱乏，和在石油、化工、電力、冶金、采礦、食品、輕工等很多工業(yè)生產(chǎn)過程中，對(duì)流量的測(cè)量都是必不可少的，因此全社會(huì)對(duì)流量計(jì)量測(cè)試技術(shù)的要求越來(lái)越高。國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局批準(zhǔn)發(fā)布了各種流量計(jì)量設(shè)備的檢定規(guī)程，將流量計(jì)量設(shè)備的檢定列為國(guó)家強(qiáng)制檢定項(xiàng)目。對(duì)于流量計(jì)量來(lái)說(shuō)，各種流量標(biāo)準(zhǔn)裝置是實(shí)施計(jì)量服務(wù)的主要手段，其自身的功能、精度與先進(jìn)程度就顯得至關(guān)重要。在對(duì)燃油測(cè)量精度越來(lái)越高的今天，任何微小的標(biāo)準(zhǔn)量值的差異都將導(dǎo)致嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)利益矛盾。因此計(jì)量的準(zhǔn)確性愈來(lái)愈受到人們的普遍關(guān)注。如何進(jìn)一步提高其測(cè)量精度是一個(gè)重要而又現(xiàn)實(shí)的問題。

針對(duì)目前微小流量測(cè)量中存在的問題，本文提出了一種用簡(jiǎn)單、有效定常流測(cè)量微小流量的原理及其實(shí)現(xiàn)方法，改進(jìn)了穩(wěn)壓裝置，簡(jiǎn)化了測(cè)量過程，降低了成本，提高了測(cè)量精度。并且本文對(duì)所設(shè)計(jì)的流量計(jì)裝置在電方面進(jìn)行了深入的探討進(jìn)一步的研究，是本文顯得更加充實(shí)飽滿。本課題研究成果不僅具有顯著的社會(huì)效益，而且還具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

本文研究的目的是：用動(dòng)態(tài)稱重方法進(jìn)行流量測(cè)量, 從而建立一套結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度高、運(yùn)行效率高、性價(jià)比高的液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置自動(dòng)檢定系統(tǒng)，一方面能保證流量計(jì)量設(shè)備準(zhǔn)確的量值通過電信號(hào)的傳遞，另一方面能有效地避免在生產(chǎn)和貿(mào)易結(jié)算領(lǐng)域應(yīng)用的流量計(jì)量設(shè)備由于計(jì)量精度而引起的生產(chǎn)浪費(fèi)和貿(mào)易糾紛等。

1.2 微小流量測(cè)量概術(shù)

1.2.1 微小流量測(cè)量的研究現(xiàn)狀

微小流量在業(yè)界尚無(wú)公認(rèn)的定義和界限，因其應(yīng)用領(lǐng)域而異是一個(gè)模糊的概念。微小流量測(cè)量體現(xiàn)于流量本身微小和流速低兩個(gè)方面，通常的微小流量根據(jù)行業(yè)習(xí)慣不同可以分為小流量、微小流量和超微小流量三個(gè)層次，在醫(yī)療器械和微小流體器件的流量測(cè)量領(lǐng)域，通常可將液流通道直徑小于15 mm，流量范圍為幾百ml/min至幾千ml/min液體微小流量的定常流流量測(cè)量稱為小流量測(cè)量；將液流通道直徑介于0.1 mm至2 mm，流量范圍為幾ml/min至幾百ml/min內(nèi)的流量測(cè)量稱為微小流量測(cè)量；將液流通道直徑小于0.1 mm，流量范圍為1 ml/min、甚至幾ml/min內(nèi)的流量測(cè)量稱為超微小流量測(cè)量。對(duì)于微小流量的測(cè)量方法的研究，目前主要集中在小流量?jī)x表和小流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的開發(fā)研究?jī)蓚€(gè)方面。而對(duì)于本文研究范圍為幾ml/min至幾百

渦輪流量計(jì)標(biāo)定裝置及測(cè)量電路設(shè)計(jì)

ml/min的流量的測(cè)量，介于通常的小流量測(cè)量和超微小流量測(cè)量之間，對(duì)其測(cè)量方法的研究，特別是對(duì)其測(cè)量原理的研究，目前可見的文獻(xiàn)并不很多。

1.2.2 微小流量測(cè)量?jī)x表研究現(xiàn)狀

微小流量?jī)x表是微流量測(cè)量和控制系統(tǒng)的檢測(cè)反饋元件，其研究現(xiàn)狀是微小流量測(cè)量原理和測(cè)量方法進(jìn)展的直接反映。由于微小流量測(cè)量時(shí)流體的動(dòng)能甚小，在測(cè)量微小流量時(shí)，儀表檢測(cè)靈敏度和穩(wěn)定度不能滿足要求，測(cè)量精度下降，成本增加。目前，國(guó)內(nèi)外水力機(jī)械試驗(yàn)臺(tái)流量測(cè)試儀表主要有：標(biāo)準(zhǔn)差壓流量計(jì)、孔板流量計(jì)、電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)、渦輪流量計(jì)等，其中在高精度實(shí)驗(yàn)室中采用最多是電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)和文丘里流量計(jì)，雖然它們初期投入使用正常，但隨著時(shí)間的推移，如何保證測(cè)試準(zhǔn)確度，對(duì)實(shí)驗(yàn)室維護(hù)人員提出了較高的要求。目前各公司已經(jīng)開發(fā)出了相當(dāng)一部分液體體積微小流量?jī)x表，其可測(cè)最小流量在 10 ml/min數(shù)量級(jí)，例如，伺服容積式流量計(jì)為8 ml/min，浮子流量計(jì)用2 mm球形浮子可測(cè)16 ml/min，內(nèi)徑3 mm的電磁流量計(jì)可測(cè) 50 ml/min，小型容積式流量計(jì)可測(cè)最小流量為250 ml/min。目前，液體微小流量計(jì)量以國(guó)外進(jìn)口儀表為主，國(guó)產(chǎn)相關(guān)儀表較少。切向渦輪流量傳感器具有精度高、重復(fù)性好、響應(yīng)速度快、壓力損失小、信號(hào)便于遠(yuǎn)傳、即使出現(xiàn)故障也不會(huì)阻塞管路等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于液體微小流量測(cè)量。國(guó)產(chǎn)切向渦輪存在可測(cè)最小流量偏高、量程比較小的問題。為了提高切向渦輪流量傳感器的性能，需要進(jìn)行廣泛、深入的理論和實(shí)驗(yàn)研究。

基于此本文設(shè)計(jì)了切向渦輪流量計(jì)，并改進(jìn)了傳統(tǒng)的液體流量測(cè)量裝置，使測(cè)量的精度得以有效提高，并使測(cè)量過程簡(jiǎn)單有效。

1.2.3 微小流量標(biāo)準(zhǔn)裝置研究現(xiàn)狀

本文所論述的微小流量裝置設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論，主要是基于流體力學(xué)伯努利方程的液體出流理論，這方面的基礎(chǔ)理論和試驗(yàn)研究可參見文獻(xiàn)。

現(xiàn)有的微小流量測(cè)量裝置，主要依據(jù)液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的工作原理而設(shè)計(jì)。通常，液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置是流量?jī)x表標(biāo)定時(shí)使用的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，對(duì)于微小流量測(cè)量，它的測(cè)量精度高，投資較小。

液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置是液體流量計(jì)量和測(cè)試技術(shù)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，國(guó)際上成立了標(biāo)準(zhǔn)化組織和法制計(jì)量組織，各國(guó)制定了相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。為維持定常流條件，現(xiàn)有液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置一般均為恒定水頭的定常流測(cè)量方法，需提供穩(wěn)壓源，通常有三種方法:高位槽溢流的溢流穩(wěn)壓法、通過壓縮氣體閉環(huán)調(diào)節(jié)液面的容器穩(wěn)壓法和變頻器加液泵構(gòu)成的變頻調(diào)速穩(wěn)壓法。

對(duì)于工程實(shí)踐中涉及的微小流量和類似微小流量的測(cè)量問題(如不規(guī)則加工件配合縫隙、微小流體器件流量測(cè)量和微小管徑的測(cè)量等)，為使測(cè)量結(jié)果具有可比性，均規(guī)定被測(cè)試件前后壓差為一恒值，如果被測(cè)試件的過流斷面面積等參數(shù)不變，則被測(cè)試件即處于定常流場(chǎng)中。上述測(cè)量過程中，通常采用液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的設(shè)計(jì)原理來(lái)設(shè)計(jì)微小流量測(cè)量裝置，對(duì)于這種流量測(cè)量裝置，傳統(tǒng)做法是采用由穩(wěn)壓源(如高位水箱、水塔)、量杯(計(jì)量容器)、換向器和計(jì)時(shí)器等構(gòu)成的靜、動(dòng)態(tài)體積法，或由電子秤(稱量設(shè)備)、換向器和計(jì)時(shí)器等構(gòu)成的靜、動(dòng)態(tài)質(zhì)量法進(jìn)行測(cè)量。

渦輪流量計(jì)標(biāo)定裝置及測(cè)量電路設(shè)計(jì)

有理由相信，上世紀(jì)興起的半導(dǎo)體技術(shù)、激光技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等新技術(shù)和PIV、PAD等新的儀器設(shè)備的應(yīng)用，將為微小流量的測(cè)量研究提供強(qiáng)有力的手段，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)、數(shù)字仿真(numerical simulation technique)和流動(dòng)可視化(flow visualization)等技術(shù)在微小流量測(cè)量裝置設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用，將大大增強(qiáng)微小流量測(cè)量裝置的設(shè)計(jì)水平。

1.3 流量標(biāo)定裝置發(fā)展趨勢(shì)

近年來(lái)，隨著新技術(shù)、新方法的不斷出現(xiàn)，流量標(biāo)定裝置發(fā)展出現(xiàn)了多樣化的趨勢(shì)，主要表現(xiàn)為以下兩大趨勢(shì)：(1)不斷提高流量標(biāo)定裝置的精度

高精度的流量標(biāo)定裝置通常采用靜態(tài)質(zhì)量法，研究的重點(diǎn)集中在減少稱重系統(tǒng)的誤差上。并考慮可能影響稱重部分不確定度的外界因素。(2)新的測(cè)量方法和測(cè)量手段出現(xiàn)

利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，PTB對(duì)相距約300 km的 pigsar 實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程檢定[351。隨著新型流量計(jì)的不斷出現(xiàn)，標(biāo)準(zhǔn)表法流量標(biāo)準(zhǔn)裝置研究重新得到重視，匈牙利FLOMET公司以科里奧利質(zhì)量流量計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)表，獲得了優(yōu)于0．01％的重復(fù)性。巴西建造了一套用三臺(tái)渦輪流量計(jì)作標(biāo)準(zhǔn)表的水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置。

1.4 渦輪轉(zhuǎn)速信號(hào)采集研究發(fā)展趨勢(shì)

隨著渦輪的性能不斷提高，需要控制的參數(shù)，需要控制的參數(shù)越來(lái)越多，要求的控制算法越來(lái)越復(fù)雜，傳統(tǒng)的機(jī)械液壓式控制系統(tǒng)日益不能滿足需要，并且它還有許多自身難以克服的缺點(diǎn)。例如，控制范圍窄、精度不高、可更改性差、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積和重量較大等。渦輪數(shù)字電子控制系統(tǒng)步進(jìn)能夠克服這些不足還能夠充分發(fā)揮渦輪的潛力以及提供許多新的功能。所以現(xiàn)在渦輪控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)是全權(quán)限數(shù)字電子控制系統(tǒng)。

輸入信號(hào)的采集是控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其控制功能的重要環(huán)節(jié)。在上述所提到控制系統(tǒng)中，電子控制器通過傳感器、計(jì)數(shù)器或外部開關(guān)來(lái)采集渦輪的狀態(tài)信號(hào)和動(dòng)作指令，這些信號(hào)需要經(jīng)過信號(hào)調(diào)理后，轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的能被電子控制器接口設(shè)備所能識(shí)別的信號(hào)。

渦輪轉(zhuǎn)速是一個(gè)非常重要的被控量，渦輪控制系統(tǒng)最基本的功能就是通過燃油流量來(lái)控制渦輪的轉(zhuǎn)速。同時(shí)轉(zhuǎn)速也是評(píng)價(jià)渦輪性能的一個(gè)重要參數(shù)，因此轉(zhuǎn)速信號(hào)的采集就顯得非常重要了。

渦輪流量計(jì)標(biāo)定裝置及測(cè)量電路設(shè)計(jì)

1.5本課題研究的主要內(nèi)容、技術(shù)路線及需解決的技術(shù)關(guān)鍵

1.5.1研究的指導(dǎo)思想

1、繼承和發(fā)展原則。定常流測(cè)量方法是流量精確測(cè)量時(shí)普遍采用的方法而對(duì)于渦輪的轉(zhuǎn)速，傳統(tǒng)的機(jī)械液壓式控制系統(tǒng)也曾經(jīng)廣泛應(yīng)用，兩者其中的很多優(yōu)點(diǎn)必須要繼承，沒有繼承就沒有發(fā)展。通過對(duì)現(xiàn)有成果的總結(jié)和完善，找出其存在的問題，提出比原方法更加簡(jiǎn)單方便的測(cè)量方法和信號(hào)采集方法。

2、實(shí)用性原則。本文研究的出發(fā)點(diǎn)是解決微小流量定常流測(cè)量以及對(duì)渦輪轉(zhuǎn)速信號(hào)的采集的完善與改進(jìn)，提供理論和實(shí)踐的指導(dǎo)。

1.5.2主要研究?jī)?nèi)容、技術(shù)關(guān)鍵與難點(diǎn)

主要研究?jī)?nèi)容: 渦輪流量計(jì)、齒輪流量計(jì)都是容積式流量計(jì)。被測(cè)介質(zhì)的壓頭推動(dòng)齒輪或葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，速度傳感器記錄單位時(shí)間經(jīng)過齒數(shù)或葉片數(shù)此過程中產(chǎn)生的正弦波通過信號(hào)調(diào)理電路轉(zhuǎn)換為方波后輸給微電腦，便可換算出流量。它們可用于精密的連續(xù)或間斷的測(cè)量管道中液體的流量或瞬時(shí)流量。小量程液體流量計(jì)的標(biāo)定，需用數(shù)字電子天平，測(cè)出單位時(shí)間流經(jīng)儀表的液體重量，換算出質(zhì)量流量和體積流量。

本課題要求:設(shè)計(jì)測(cè)量渦輪轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)的轉(zhuǎn)換電路,控制渦輪轉(zhuǎn)速的步進(jìn)電機(jī)安裝。對(duì)比分析小量程流量計(jì)的測(cè)量精度，設(shè)計(jì)適合小量程液體流量計(jì)的標(biāo)定裝置，分析測(cè)量的不確定度。

測(cè)量渦輪轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)主要內(nèi)容： 利用Proteus 7 Professional軟件繪制仿真電路設(shè)計(jì)并進(jìn)行仿真 3 利用Altium Designer 6軟件繪制PCB圖 控制渦輪轉(zhuǎn)速的步進(jìn)電機(jī)的安裝： 并口卡相關(guān)控制軟件Mach3的安裝及操作 5 并口卡、步進(jìn)電機(jī)控制器、步進(jìn)電機(jī)的接線

小量程流量計(jì)及標(biāo)定試驗(yàn)器設(shè)計(jì)主要內(nèi)容： 1）小量程流量計(jì)的設(shè)計(jì)； 2）流量檢測(cè)及標(biāo)定裝置設(shè)計(jì)； 4）試驗(yàn)誤差分析及優(yōu)化試驗(yàn)。需解決的技術(shù)關(guān)鍵和難點(diǎn)： 測(cè)量渦輪轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)的轉(zhuǎn)換電路的繪制 并口卡、步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)控制器相關(guān)線路的連接及軟件控制

渦輪流量計(jì)標(biāo)定裝置及測(cè)量電路設(shè)計(jì)

3）試驗(yàn)系統(tǒng)的穩(wěn)壓；

4）改進(jìn)試驗(yàn)裝置，減小流體測(cè)量過程中動(dòng)態(tài)沖量對(duì)試驗(yàn)引起的誤差； 5）流量計(jì)的標(biāo)定；

6）試驗(yàn)誤差及不確定度的分析。

對(duì)測(cè)量渦輪轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)的轉(zhuǎn)換電路的繪制需要經(jīng)過電路仿真和PCB設(shè)計(jì)，渦輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)控制裝置包含并口卡、步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)控制器的連線以及軟件控制。根據(jù)試驗(yàn)中產(chǎn)生的誤差因素，可從幾個(gè)方面對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)。如減小或者消除測(cè)量過程中沖量所引起的動(dòng)態(tài)誤差，進(jìn)一步提高小流量的穩(wěn)定流動(dòng)，規(guī)范安裝過程和操作過程以減少人為因素等。

渦輪流量計(jì)標(biāo)定裝置及測(cè)量電路設(shè)計(jì) 渦輪流量計(jì)的選擇及設(shè)計(jì)

基于本試驗(yàn)裝置主要適用于液體流量的測(cè)量，并考慮到受液體粘度等的影響較小等因素，本課題選用渦輪流量計(jì)。渦輪流量計(jì):利用置于流體中的葉輪感受流體平均速度來(lái)測(cè)量流體流量的流量計(jì)。與流量成正比的葉輪轉(zhuǎn)速通常由安裝在管道外的檢出裝置檢出。渦輪流量計(jì)由渦輪流量傳感器和顯示儀表組成。

8.1 渦輪流量計(jì)概述

渦輪流量計(jì)是一種速度式流量?jī)x表，它利用置于流體中的葉輪旋轉(zhuǎn)角速度與流體流速成比例的關(guān)系，通過測(cè)量葉輪的轉(zhuǎn)速來(lái)反映通過管道的體積流量的大小，是目前流量?jī)x表中比較成熟的高精度儀表。渦輪流量計(jì)由渦輪流量傳感器和流量顯示儀表組成，可實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)流量和累積流量的計(jì)量。傳感器輸出與流量成正比的脈沖頻率信號(hào)，該信號(hào)通過傳輸線路可以遠(yuǎn)距離傳送給顯示儀表，便于進(jìn)行流量的顯示。此外，傳感器輸出的脈沖信號(hào)可以單獨(dú)與計(jì)算機(jī)配套使用，由計(jì)算機(jī)代替流量顯示儀表實(shí)現(xiàn)密度、溫度或壓力補(bǔ)償，顯示質(zhì)量流量或氣體的體積流量。渦輪流量計(jì)因其精度高、重復(fù)性好、量程范圍寬、體積小、輸出脈沖信號(hào)等優(yōu)點(diǎn)，而廣泛應(yīng)用于天然氣計(jì)量、油品精確計(jì)量、工業(yè)生產(chǎn)過程監(jiān)控、測(cè)量等領(lǐng)域。

8.1.1 渦輪流量計(jì)發(fā)展概況

美國(guó)早在1886年即發(fā)布過第一個(gè)TUF（渦輪流量計(jì)）專利，1914年的專利認(rèn)為TUF的流量與頻率有關(guān)。美國(guó)的第一臺(tái)是在1938年開發(fā)的，它用于飛機(jī)上燃油的流量測(cè)量，只是直至二戰(zhàn)后因噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)和液體噴氣燃料急需一種高精度、快速響應(yīng)的流量計(jì)才使它獲得真正的工業(yè)應(yīng)用。渦輪流量計(jì)是測(cè)量?jī)x表門類中的一個(gè)重要的產(chǎn)品系列，若用于潔凈的低粘度液體流量測(cè)量時(shí)，在相當(dāng)寬的流量范圍內(nèi)，其測(cè)量精確度高，重復(fù)性好，這是它最為突出的優(yōu)點(diǎn)。另外，它還具有體積小、重量輕、易于做到耐高壓及數(shù)字脈沖輸出等特點(diǎn)，因而不僅可做監(jiān)控測(cè)量?jī)x表，而且更重要的是，由它組成的流量測(cè)量系統(tǒng)可達(dá)國(guó)際商業(yè)貿(mào)易允許的計(jì)量誤差要求。

渦輪流量計(jì)的主要部分渦輪流量傳感器有如下幾種類型：

1．軸向型（普通型），葉輪軸中心與管道軸線重合，是渦輪流量傳感器的主要產(chǎn)品。有全系列產(chǎn)品（DN10—DN600）。2．切向型，葉輪軸與管道軸線垂直，流體流向葉片平面的沖角約 90 度，適用于小口徑微流量測(cè)量，在大口徑流量測(cè)量時(shí)也用到了插入式的切向型渦輪流量計(jì)。3．機(jī)械型，葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)直接或經(jīng)磁耦合帶動(dòng)機(jī)械計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)，指示積算總量，測(cè)量精度比電信號(hào)檢測(cè)的傳感器稍低，其傳感器與顯示裝置是一體式的。

4．井下專用型，適用于石油開采井下作業(yè)使用，測(cè)量介質(zhì)有泥漿及油氣流等，渦輪流量計(jì)標(biāo)定裝置及測(cè)量電路設(shè)計(jì)

傳感器體積受限制，需耐高壓、高溫及流體沖擊等。

5．自校正雙渦輪型，可用于天然氣等氣體流量測(cè)量，傳感器由主、輔雙葉輪組成，可由兩葉輪的轉(zhuǎn)速差自動(dòng)校正流量特性的變化。

6．廣粘度型，在波特型浮動(dòng)轉(zhuǎn)子壓力平衡結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上擴(kuò)大上錐體與下錐體的直徑，增加粘度補(bǔ)償翼及承壓葉片等結(jié)構(gòu)措施，使傳感器適用于高粘度液體（如重油，粘度達(dá)30mm2/s）。7．插入型，插入型流量傳感器由測(cè)量頭、插入桿、插入機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)換器及儀表等部分組成。

總之，渦輪流量傳感器按結(jié)構(gòu)可分為軸向式渦輪流量傳感器和切向式渦輪流量傳感器兩種。軸向式渦輪流量傳感器目前應(yīng)用較為廣泛，而切向式渦輪流量傳感器應(yīng)用較少。但切向式渦輪流量傳感器自身的一些特點(diǎn)是軸向式渦輪流量傳感器所不具備的，例如：測(cè)量下限更低，測(cè)量靈敏度更高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度更快。

8.1.2 渦輪流量計(jì)的特點(diǎn)

渦輪流量計(jì)多年來(lái)用于工業(yè)和實(shí)驗(yàn)室測(cè)量，并一直得到廣泛的應(yīng)用，其具有如下主要特點(diǎn)：

1．測(cè)量精度高。渦輪流量計(jì)的測(cè)量精度是指示值的 0.05%--0.2%之間，在線性范圍內(nèi)，即使流量發(fā)生變化，累計(jì)流量準(zhǔn)確度也不會(huì)發(fā)生變化。

2．壓力損失較小。在最大流量下其壓力損失為 0.01--0.1 MPa。

3．流量測(cè)量范圍寬。最大和最小流量比通常為 10:1 到 20:1，故相對(duì)適用于流量大幅度變化的場(chǎng)合。

4．重復(fù)性好。短期重復(fù)性可達(dá) 0.05%--0.2%。由于良好的重復(fù)性，經(jīng)過校準(zhǔn)或在線校準(zhǔn)即可得到很高的精度。

5．耐高壓、耐腐蝕。由于具有較簡(jiǎn)單的外形且采用磁電感應(yīng)結(jié)構(gòu)，容易實(shí)現(xiàn)耐高壓設(shè)計(jì)，故可適用于高壓管路液體的測(cè)量；采用抗腐蝕材料制造，使得流量計(jì)耐腐蝕性能良好。

6．可獲得很高的頻率信號(hào)(3--4 kHz)，信號(hào)分辨能力強(qiáng)。通過傳輸線路不會(huì)降低其精度，容易進(jìn)行累積顯示，易于送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，無(wú)零點(diǎn)漂移，抗干擾能力強(qiáng)。

7．結(jié)構(gòu)緊湊輕巧，安裝維護(hù)方便，流通能力大。

8．專業(yè)性傳感器類型多。可根據(jù)用戶特殊需要設(shè)計(jì)為各種專用型傳感器，例如低溫型、雙向型、井下型及混沙專用型等。

9．一般液體渦輪流量計(jì)不適用于測(cè)量較高粘度介質(zhì)(高粘度型除外)，這是因?yàn)殡S著粘度的增大，流量計(jì)測(cè)量下限值提高，范圍度縮小，線性度變差。

渦輪流量計(jì)標(biāo)定裝置及測(cè)量電路設(shè)計(jì)

10．流體的物理性質(zhì)對(duì)儀表的特性有較大影響。氣體流量計(jì)易受密度影響，而液體量計(jì)對(duì)粘度變化反應(yīng)敏感。

8.2 切向式渦輪流量計(jì)

切向渦輪流量計(jì)是一種速度式流量?jī)x表，它以動(dòng)量守恒原理為基礎(chǔ)。流體沖擊葉輪，使葉輪旋轉(zhuǎn)，葉輪的旋轉(zhuǎn)速度隨流量的變化而變化，根據(jù)葉輪轉(zhuǎn)速求出流量值。在工業(yè)上，可采用渦輪流量計(jì)測(cè)量粘度較低的各種液體和氣體的流量。這種流量計(jì)具有測(cè)量精度高、量程范圍寬、線性好、脈沖輸出等優(yōu)點(diǎn)。

切向渦輪流量計(jì)由渦輪流量傳感器和接收電脈沖信號(hào)的顯示儀表組成。通過信號(hào)檢測(cè)放大器將葉輪的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電脈沖，送入二次儀表進(jìn)行計(jì)數(shù)和顯示，實(shí)現(xiàn)對(duì)瞬時(shí)流量和累積流量的計(jì)量。

不同廠家的切向渦輪流量傳感器，其整體結(jié)構(gòu)差異較大，目前國(guó)內(nèi)外主要有三種，如下圖 2-1 所示。

圖2-1 切向渦輪式流量傳感器結(jié)構(gòu)圖

1．單流束水平流動(dòng)結(jié)構(gòu)，如圖 2-1(a)所示。

傳感器的流體入口和出口在同一軸線上。流體經(jīng)過一個(gè)噴嘴，沖擊葉輪上部的葉片表面，推動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)。流體經(jīng)過另外一個(gè)與入口噴嘴在同一軸線上反向安裝的噴嘴

渦輪流量計(jì)標(biāo)定裝置及測(cè)量電路設(shè)計(jì)

流出傳感器。

2．單流束環(huán)形流動(dòng)結(jié)構(gòu)，如圖 2-1(b)、(c)所示。

傳感器流體入口和出口軸線平行或成一定的角度。流體經(jīng)過一個(gè)噴嘴，沖擊葉輪側(cè)面的葉片表面，推動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)；隨葉輪旋轉(zhuǎn)，流體在傳感器腔內(nèi)做環(huán)形流動(dòng)，進(jìn)一步推動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)；在葉輪另一側(cè)，流體經(jīng)過另外一個(gè)與入口噴嘴軸線平行或成一定角度反向安裝的噴嘴或管道，流出傳感器。

3．預(yù)旋流切向流動(dòng)結(jié)構(gòu)，如圖 2-1(d)所示。

流體首先經(jīng)過一個(gè)螺桿 1，形成螺旋形流動(dòng)，再推動(dòng)葉輪 2 旋轉(zhuǎn)。

在圖2-1(a)所示單流束水平流動(dòng)結(jié)構(gòu)的切向渦輪流量傳感器主要用于微流量測(cè)量。其結(jié)構(gòu)主要由儀表殼體、渦輪（葉輪）、噴嘴、軸和軸承以及信號(hào)檢測(cè)放大器等組成。

本文設(shè)計(jì)的切向渦輪流量計(jì)如下：

圖 2-2 為傳感器殼體結(jié)構(gòu)圖，圖中左側(cè)上圖為殼體的俯視圖，左側(cè)下圖為縱向切面圖，右側(cè)圖則為殼體的透視圖。殼體的各個(gè)幾何參數(shù)圖中均有標(biāo)注。儀表殼體一般采用不導(dǎo)磁的不銹鋼或鋁合金制成，對(duì)于大口徑傳感器亦可用碳鋼與不銹鋼組合的鑲嵌結(jié)構(gòu)。殼體是傳感器的主體部件，它起到承受被測(cè)流體的壓力，固定安裝檢測(cè)部件，連接管道的作用，殼體內(nèi)裝有葉輪、軸、軸承，殼體外壁安裝有信號(hào)檢測(cè)放大器。

渦輪流量計(jì)標(biāo)定裝置及測(cè)量電路設(shè)計(jì)

圖 2-2 傳感器殼體結(jié)構(gòu)圖

圖2-3是傳感器的蓋子，圖中左側(cè)上圖為蓋子的主視剖視圖，左側(cè)下圖為蓋子的俯視圖，右側(cè)則為蓋子的左視圖。它的各個(gè)幾何參數(shù)都在圖中已經(jīng)注出。材質(zhì)可選擇與傳感器的殼體相同。蓋子的作用是固定軸，使葉輪繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，并且還起到防止其他外界因素干擾葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)及防止漏油。

渦輪流量計(jì)標(biāo)定裝置及測(cè)量電路設(shè)計(jì)

圖2-3是傳感器的蓋子

圖 2-4 是傳感器葉輪和軸的結(jié)構(gòu)圖。葉輪一般由高導(dǎo)磁性材料制成，是傳感器的檢測(cè)部件。它的作用是把流體動(dòng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。葉輪有直板葉片、螺旋葉片和丁字形葉片等幾種，亦可用嵌有許多導(dǎo)磁體的多孔護(hù)罩環(huán)來(lái)增加一定數(shù)量葉片渦輪旋轉(zhuǎn)的頻率。葉輪由支架中軸承支承，與殼體同軸，其葉片數(shù)視口徑大小而定。葉輪幾何形狀及尺寸對(duì)傳感器性能有較大影響，要根據(jù)流體性質(zhì)、流量范圍、使用要求等設(shè)計(jì)，葉輪的動(dòng)態(tài)平衡很重要，直接影響儀表的性能和使用壽命。

渦輪流量計(jì)標(biāo)定裝置及測(cè)量電路設(shè)計(jì)

圖 2-4 是傳感器葉輪和軸

軸與軸承通常選用不銹鋼或硬質(zhì)合金制作，它支承和保證葉輪自由旋轉(zhuǎn)，需要有足夠的剛度、強(qiáng)度和硬度、耐磨性，耐腐性等，它決定著傳感器的可靠性和使用期限。傳感器失效通常是由軸與軸承引起的，因此它的結(jié)構(gòu)與材料的選用以及維護(hù)是很重要的。

我國(guó)目前一般采用變磁阻式信號(hào)檢測(cè)放大器，它由永久磁鋼、導(dǎo)磁棒（鐵芯）、線圈等組成。它的作用是把渦輪的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)輸出。信號(hào)檢測(cè)放大器安裝在渦輪葉片的正上方，流體流過時(shí)，沖擊葉輪旋轉(zhuǎn)。葉片處在永久磁鋼的正下方時(shí)，磁路的磁阻最小；當(dāng)兩個(gè)葉片中間的間隙處在永久磁鐵的正下方時(shí)，磁路的磁阻最大。葉輪在流體的沖擊下旋轉(zhuǎn)，不斷地改變磁路的磁阻，使永久磁鋼外的線圈中產(chǎn)生變化的感生電勢(shì)，送入放大整形電路，變成脈沖信號(hào)。脈沖信號(hào)的頻率與管道中流體的流量成正比。

渦輪流量計(jì)標(biāo)定裝置及測(cè)量電路設(shè)計(jì) 試驗(yàn)系統(tǒng)的建立與選擇

本章介紹了微小流量定常流測(cè)量方法，根據(jù)微小流量測(cè)量的特點(diǎn)，分別設(shè)計(jì)了靜態(tài)質(zhì)量法、動(dòng)態(tài)質(zhì)量法并指出了定常流條件下微小流量測(cè)量存在的問題。

9.1 微小流量的定常流測(cè)量原理

如圖3.1所示，測(cè)量容器的過流斷面面積為A，被測(cè)試件的過流端面面積為a，測(cè)試段液體體積為V。試驗(yàn)時(shí)，測(cè)量容器中水頭H保持為定值，以保證被測(cè)試件2處的壓差為定值，故2處的流動(dòng)為不隨時(shí)間變化的定常流。為保證H為定值，則需測(cè)量容器上部一直處于溢流狀態(tài)，也可以采用加恒值氣壓的方法保證2處的壓差為定值，但需要恒值氣源，設(shè)備復(fù)雜，成本高。根據(jù)流量的定義，測(cè)量在一定時(shí)間段t內(nèi)流入計(jì)量容器(量杯)內(nèi)的液體體積V或質(zhì)量M即可得到體積流量：

Qv?V或質(zhì)量流量：

?t（3.1）

Qm?M?t

（3.2）

圖3.1定常流流量測(cè)量原理圖

1.測(cè)量容器 2.被測(cè)試件 3.計(jì)量容器(量杯)

9.2 靜態(tài)質(zhì)量法液體微小流量測(cè)量裝置

對(duì)于流量的測(cè)量，靜態(tài)質(zhì)量法液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置可以達(dá)到最高的精度，當(dāng)需要高精確度的微小流量測(cè)量時(shí)，可以參照靜態(tài)質(zhì)量法液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的原理來(lái)設(shè)計(jì)微小流量測(cè)量裝置。

靜態(tài)質(zhì)量法是指在靜止?fàn)顟B(tài)下，稱量一段時(shí)間內(nèi)容器中的液體質(zhì)量，從而計(jì)算出質(zhì)量流量。靜態(tài)質(zhì)量法液體微小流量測(cè)量裝置典型結(jié)構(gòu)如圖2.7所示，由穩(wěn)壓源、計(jì)量容器或稱重裝置、截止閥(或單向閥)、換向器、計(jì)時(shí)器和管路系統(tǒng)等組成。其工作原理為:先將水用水泵3打入置頂液箱6中，水注滿后，液體由溢流堰5溢流，經(jīng)過泄漏管8回水池1。為保證被試件處為定常流動(dòng)，整個(gè)試驗(yàn)過程中置頂液箱6一直處于溢流

渦輪流量計(jì)標(biāo)定裝置及測(cè)量電路設(shè)計(jì)

狀態(tài)。試驗(yàn)開始時(shí)，打開截止閥(或頂開單向閥)9，換向器液流流入泄漏管巧方向，此時(shí)稱重容器的質(zhì)量為初始值M0，當(dāng)流量穩(wěn)定后，啟動(dòng)換向器，使得換向器液流流入稱重容器13，同時(shí)計(jì)時(shí)器觸發(fā)機(jī)構(gòu)12觸發(fā)計(jì)時(shí)器啟動(dòng)計(jì)時(shí)。當(dāng)達(dá)到預(yù)定的液體重量時(shí)，換向器自動(dòng)換向，使換向器液流流入泄漏管徑的方向，并同時(shí)停止計(jì)時(shí)器，記錄此時(shí)稱重容器的質(zhì)量M和計(jì)時(shí)器的測(cè)量時(shí)間T，則實(shí)際質(zhì)量流量為

Qm?M?M0

（3.3）

TM?M0（3.4）

?T由質(zhì)量流量換算為體積流量時(shí)，可由下式計(jì)算

Qv?Qm??在微小流量測(cè)量時(shí)，為了不降低測(cè)量質(zhì)量的電子秤的準(zhǔn)確度，測(cè)量的時(shí)間T必須足夠長(zhǎng)，這使得測(cè)量效率降低;要得到被檢流量計(jì)的體積流量，還須經(jīng)過質(zhì)量與體積的換算，這樣又會(huì)引入密度測(cè)量的誤差;由于稱量的容器處于空氣中，砝碼密度和水的密度不同，受到的浮力不同，故存在浮力修正問題。

圖2.7靜態(tài)質(zhì)量法液體微小流量測(cè)量裝置

1.水池 2.進(jìn)水管 3.水泵 4.上水管 5.溢流堰 6.置頂液箱 7.測(cè)量容器 8、15、16.泄漏管 9.截止閥(或單向閥)10.被試工件 11.換向器 12.計(jì)時(shí)器觸發(fā)機(jī)構(gòu) 13.稱重容器 14.電子秤

17.放水閥

9.3 動(dòng)態(tài)質(zhì)量法液體微小流量測(cè)量裝置

動(dòng)態(tài)質(zhì)量法是指在液體流入到稱量容器的流動(dòng)過程中，稱量一段時(shí)間內(nèi)容器中的液體質(zhì)量的增量，從而計(jì)算出流量。如圖2.8為采用杠桿觸發(fā)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)質(zhì)量法測(cè)量裝置。

渦輪流量計(jì)標(biāo)定裝置及測(cè)量電路設(shè)計(jì)

圖2動(dòng)態(tài)質(zhì)量法液體微小流量測(cè)量裝置

1.水池 2.進(jìn)水管3.水泵上水管5.溢流堰6.置頂水箱7.測(cè)量管 8、12.泄漏管9.截止閥10.被試工件11.放水閥13.稱重容器14.平衡梁(杠桿)15.預(yù)定重量祛碼16.計(jì)時(shí)器啟停觸動(dòng)機(jī)構(gòu)

其工作原理為:先將水用水泵3打入置頂水箱5中，水注滿后，液體由溢流堰5溢流，經(jīng)過泄漏管8回水池1。為保證被試件處為定常流動(dòng)，整個(gè)試驗(yàn)過程中一直處于溢流狀態(tài)。試驗(yàn)開始時(shí)，打開截止閥(或頂開單向閥)9，當(dāng)流量穩(wěn)定后，稱量容器底部放水閥11快速關(guān)閉，稱量容器內(nèi)的液體質(zhì)量開始增加，當(dāng)增加的總質(zhì)量達(dá)到預(yù)定的平衡質(zhì)量Ml時(shí)，杠桿抬起，觸發(fā)計(jì)時(shí)器啟動(dòng)開始計(jì)時(shí)。當(dāng)稱量容器內(nèi)的液體質(zhì)量增加到第二個(gè)平衡質(zhì)量M2時(shí)，杠桿又抬起，觸動(dòng)計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí)，并記下計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)時(shí)間T，則質(zhì)量流量為

Qm?M2?M（3.5）

T由于存在動(dòng)態(tài)效應(yīng)，射流沖擊力對(duì)稱量結(jié)果造成影響，受杠桿系統(tǒng)慣性滯后影響，引起系統(tǒng)誤差的因素較多。

9.4 基于以上兩種測(cè)量方法，對(duì)比分析并選擇試驗(yàn)系統(tǒng)

靜態(tài)質(zhì)量法一般有較高的測(cè)量精度，可達(dá)到?0.05%，但是測(cè)量系統(tǒng)復(fù)雜，測(cè)量過程中存在較大誤差。其中包括： 靜態(tài)質(zhì)量法中有多處截止閥，測(cè)量過程中啟動(dòng)或者停止需要人工操作，會(huì)帶來(lái)較大誤差； 系統(tǒng)中使用了換向器，在停止換向時(shí)會(huì)對(duì)測(cè)量帶來(lái)一定的誤差； 測(cè)量過程中存在流體向下流入稱重容器時(shí)產(chǎn)生沖量，對(duì)試驗(yàn)測(cè)量帶來(lái)不可避免的誤差。

動(dòng)態(tài)質(zhì)量法的準(zhǔn)確度較靜態(tài)質(zhì)量法低，一般靜態(tài)質(zhì)量法準(zhǔn)確度可達(dá)

渦輪流量計(jì)標(biāo)定裝置及測(cè)量電路設(shè)計(jì)

?0.05%--?0.1%，而動(dòng)態(tài)質(zhì)量法準(zhǔn)確度通常為?0.2%--?0.4%。

12.1

動(dòng)態(tài)質(zhì)量法不需要換向器，沒有換向誤差，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，完成一次測(cè)量的時(shí)間短，測(cè)量效率高；

12.2動(dòng)態(tài)質(zhì)量法由于本身容易實(shí)現(xiàn)密封，所以可用于有害液體或易揮發(fā)液體的流量測(cè) 量，這在微小流量測(cè)量時(shí)有特別的意義，因?yàn)閾]發(fā)對(duì)微小流量的測(cè)量影響更大。12.3 通過改進(jìn)稱重容器可以有效減小稱重過程中流體沖量對(duì)試驗(yàn)誤差的影響。總得來(lái)說(shuō)，運(yùn)用動(dòng)態(tài)質(zhì)量法對(duì)小量程流量計(jì)測(cè)量的試驗(yàn)最優(yōu)，其優(yōu)點(diǎn)是：精度高，可靠性好，流量范圍大，性能穩(wěn)定，運(yùn)行成本低，操作方便，自動(dòng)化程度高，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。

渦輪流量計(jì)標(biāo)定裝置及測(cè)量電路設(shè)計(jì) 動(dòng)態(tài)質(zhì)量法測(cè)量裝置

本文基于液態(tài)流動(dòng)流體的稱重系統(tǒng)，為了減少誤差，進(jìn)一步提高流量計(jì)的準(zhǔn)確性，選用的動(dòng)態(tài)質(zhì)量法。動(dòng)態(tài)質(zhì)量法水流量標(biāo)定是用動(dòng)態(tài)稱重方法進(jìn)行流量測(cè)量, 從而檢驗(yàn)標(biāo)定電磁、渦輪、轉(zhuǎn)子等流量計(jì)。進(jìn)一步解決靜態(tài)質(zhì)量法中流體沖量所引起的誤差。但實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該注意到液體流體的穩(wěn)定流動(dòng)，這對(duì)實(shí)驗(yàn)會(huì)產(chǎn)生較大誤差。

13.1 測(cè)量系統(tǒng)的原理及設(shè)計(jì)

整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)的測(cè)量原理及設(shè)計(jì)：系統(tǒng)依靠水泵產(chǎn)生流量，使水流經(jīng)被檢流量計(jì)注入稱重容器，在設(shè)定的時(shí)間間隔t內(nèi)，電子秤測(cè)得水質(zhì)量m，求得流量q=m／t，從而確定被檢流量計(jì)的流量并進(jìn)行流量標(biāo)定。

圖4-1 動(dòng)態(tài)質(zhì)量法測(cè)量裝置

1-液體源 2-水泵 3-試驗(yàn)管路 4-穩(wěn)壓溢流堰 5-截止閥 6-被測(cè)流量計(jì) 7-稱重容器 8-電子天平

系統(tǒng)裝置主要由小型水泵、試驗(yàn)管路、液體源、水塔式流量容器及循環(huán)系統(tǒng)、截止閥、稱重容器和電子天平等組成。

渦輪流量計(jì)標(biāo)定裝置及測(cè)量電路設(shè)計(jì)

13.2 測(cè)量系統(tǒng)的優(yōu)化及改進(jìn)

13.2.1 穩(wěn)壓源的改進(jìn)

溢流法在流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的設(shè)計(jì)中，稱為水塔穩(wěn)壓法，是用置頂容器溢流的方法來(lái)得到被測(cè)試件處的恒定水頭，如圖4-2所示，(l)為置頂溢流容器，(2)為被測(cè)試件，(3)為量杯。為保證被測(cè)試件(2)處為恒定水頭，容器(l)必須一直處于溢流狀態(tài)。由于恒定壓力由液柱產(chǎn)生，置頂容器的高度有限，這種方法不能測(cè)量壓力過高，管道流動(dòng)雷諾數(shù)較低。

圖4-2溢流法原理圖

溢流法穩(wěn)壓時(shí)，對(duì)于中、大流量測(cè)量的應(yīng)用一般只是供水泵的功率損耗問題，但是對(duì)于微小流量的精確測(cè)量，存在如下問題: 第一、由于供水泵排量的變化和管道系統(tǒng)阻力的變化，進(jìn)入置頂液箱的流量是波動(dòng)的，溢流過程可看成是液體流過完全直角、并且沒有側(cè)向壓縮的銳邊溢流堰，高出溢流堰邊的液體高度隨流量而變化，造成穩(wěn)壓水頭實(shí)際上不穩(wěn)定；

第二、由于溢流的液面不斷受到入流沖擊影響，所以存在液面沖擊干擾，這在測(cè)量微小流量時(shí)會(huì)引入動(dòng)態(tài)流量造成的誤差；

第三、不斷的液面入流會(huì)使氣泡混入測(cè)試液體且很難排出，引起氣泡干擾;第四、啟停瞬間造成流動(dòng)狀態(tài)的干擾；

第五、測(cè)試液體不可回收時(shí)，溢流造成測(cè)試液浪費(fèi)。

本課題可采用高位槽溢流的溢流穩(wěn)壓法（如下圖）對(duì)上述問題做出有效改進(jìn)。

渦輪流量計(jì)標(biāo)定裝置及測(cè)量電路設(shè)計(jì)

圖4-3 穩(wěn)壓溢流堰

首先是采用了溢流堰，測(cè)量過程中能保持液位高度始終不變同時(shí)溢流液體可以回收，循環(huán)至液體源；

其次，本實(shí)驗(yàn)中采用了可調(diào)升降的溢流堰，通過調(diào)節(jié)溢流堰的高度，可以方便有效的改變測(cè)量時(shí)所需要的不同流速，操作簡(jiǎn)單、有效；

最后是試驗(yàn)起止及實(shí)驗(yàn)過程中，都能有效保持相對(duì)穩(wěn)定流動(dòng)，對(duì)動(dòng)態(tài)測(cè)量只產(chǎn)生較小影響。

13.2.2 稱重容器的改進(jìn)

傳統(tǒng)的稱重容器都是測(cè)量時(shí)液體直接流進(jìn)稱重容器，然后通過稱重裝置進(jìn)行稱重，如圖

圖4-4稱重容器 1-稱重容器 2-電子天平

渦輪流量計(jì)標(biāo)定裝置及測(cè)量電路設(shè)計(jì)

但是采用該裝置，在測(cè)量過程中將產(chǎn)生不可避免的流體下落時(shí)產(chǎn)生的沖量問題，這會(huì)對(duì)試驗(yàn)的測(cè)量精度產(chǎn)生較大誤差，因此如何改進(jìn)稱重容器，是提高測(cè)量精度的關(guān)鍵問題。

方案一 采用帶檔板的稱重容器

圖4-5稱重容器

1-爬梯 2-稱重容器 3-電子天平

如圖所示，當(dāng)液體流入稱重容器時(shí)，流體首先落在了檔板上，抵消了一部分沖量，如此往復(fù)可以有效降低液體流入容器時(shí)的速度，到進(jìn)入稱重容器的液面時(shí)，速度基本將為0。雖然該裝置有效降低了液體下落時(shí)帶來(lái)的沖量問題，但是，在容器液面較低時(shí)，仍然會(huì)有一定的影響。

方案二 采用雙套稱重容器

圖4-6稱重容器

1-水頭 2-小量杯 3-吸附性海綿 4-稱重容器

渦輪流量計(jì)標(biāo)定裝置及測(cè)量電路設(shè)計(jì)

如圖所示，此方案是采用兩個(gè)容器，將小量杯固定在大量杯內(nèi)，再在小量杯外側(cè)固定海綿或者細(xì)絲密實(shí)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（根據(jù)測(cè)量液體的粘性選擇）。本試驗(yàn)測(cè)量的是液態(tài)水，因此在小量杯外側(cè)固定上厚度為2 cm的吸附性海綿。試驗(yàn)過程中，保持水頭在小量杯的上方且固定不動(dòng)，并且小量杯內(nèi)液體始終是滿的。該過程可使液體流入稱重容器所產(chǎn)生的沖量始終保持不變，對(duì)測(cè)量結(jié)果基本不產(chǎn)生影響；同時(shí)，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)液體稱重系統(tǒng)中存在的多收集了一段水柱的問題，應(yīng)用該裝置，測(cè)量前后都是同樣多收集了一段，可以抵消不計(jì)，對(duì)試驗(yàn)測(cè)量誤差影響較小。最后是，當(dāng)液體從小量杯溢流流入大量杯時(shí)，因?yàn)橥鈧?cè)有吸附性海綿，可以降低流速，使流速基本接近于0，對(duì)試驗(yàn)基本沒有影響。

綜上所訴，本實(shí)驗(yàn)選取方案二稱重系統(tǒng)，該方案有效降低了傳統(tǒng)模式下的兩個(gè)誤差問題，能有效提高小量程流量計(jì)的測(cè)量精度，對(duì)試驗(yàn)有較大的提高。

13.2.3 稱重裝置的改進(jìn)

傳統(tǒng)的稱重裝置都是天平式的稱重容器，如圖

圖4-7 稱重裝置

1-稱重容器 2-平衡梁(杠桿)3-計(jì)時(shí)器啟停觸動(dòng)機(jī)構(gòu) 4-砝碼

該裝置采用杠桿觸發(fā)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)質(zhì)量法測(cè)量，雖然該裝置測(cè)量簡(jiǎn)單，且計(jì)時(shí)也相對(duì)準(zhǔn)確，但是在測(cè)量過程中存在兩方面的誤差：

1、在測(cè)量過程中，添加砝碼需要人工操作，會(huì)有一定的人工延遲誤差，造成計(jì)時(shí)偏大，測(cè)量結(jié)果偏小；

2、動(dòng)態(tài)測(cè)量過程中，由于存在動(dòng)態(tài)效應(yīng)，射流沖擊力對(duì)稱量結(jié)果造成影響，受杠桿系統(tǒng)慣性滯后影響，引起系統(tǒng)誤差。

渦輪流量計(jì)標(biāo)定裝置及測(cè)量電路設(shè)計(jì)

改進(jìn)方法為改平衡梁式天平為電子天平。采用最大量程為2000g精度為0.01g的電子天平（J B 2102電子天平），其優(yōu)點(diǎn)是不需要人工添加砝碼，及沒有砝碼所帶來(lái)的準(zhǔn)確性方面的誤差；二是測(cè)量過程中，雖然有動(dòng)態(tài)沖量的存在，但是系統(tǒng)滯后性及穩(wěn)定性所帶來(lái)的誤差較小；三是操作更簡(jiǎn)單方便，測(cè)量及計(jì)時(shí)可通過連接電腦操作控制，使測(cè)量精度更高。

渦輪流量計(jì)標(biāo)定裝置及測(cè)量電路設(shè)計(jì) 流量計(jì)標(biāo)定技術(shù)

14.1 流量標(biāo)定技術(shù)分類

按要求將被檢流量計(jì)安裝到裝置上，啟動(dòng)液體循環(huán)系統(tǒng)，使液體流經(jīng)被檢流量計(jì)和流量工作標(biāo)準(zhǔn)，同步操作被檢流量計(jì)和流量工作標(biāo)準(zhǔn)，比較兩者的輸出流量值，從而確定被檢流量計(jì)的計(jì)量準(zhǔn)確度和重復(fù)性。按流量工作標(biāo)準(zhǔn)的取值方式，裝置可分為四種類型：

靜態(tài)質(zhì)量法(含啟停質(zhì)量法):在靜止?fàn)顟B(tài)下，稱量一段時(shí)間內(nèi)容器中的液體質(zhì)量，從而計(jì)算出流量。

靜態(tài)容積法(含啟停容積法):在靜止?fàn)顟B(tài)下，測(cè)量一段時(shí)間內(nèi)工作量器中的液體體積量，從而計(jì)算出流量。

動(dòng)態(tài)質(zhì)量法:在液體流動(dòng)過程中，稱量一段時(shí)間內(nèi)容器中的液體質(zhì)量變量，從而計(jì)算出流量。

動(dòng)態(tài)容積法:在液體流動(dòng)過程中，測(cè)量一段時(shí)間內(nèi)工作量器中的液體體積變量，從而計(jì)算出流量。

14.2 切向渦輪流量計(jì)的標(biāo)定

由于靜態(tài)法必須等待容器中的液體靜止后才能測(cè)量, 另外容器中不能存在殘留液體, 所以效率低。動(dòng)態(tài)標(biāo)定法是在液體流動(dòng)情況下進(jìn)行質(zhì)量或容積測(cè)量；一般先把容積或質(zhì)量固定, 只測(cè)量時(shí)間, 操作簡(jiǎn)便, 效率高。下圖為一種動(dòng)態(tài)質(zhì)量法標(biāo)定系統(tǒng), 可在連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)下對(duì)流量計(jì)進(jìn)行標(biāo)定。

渦輪流量計(jì)標(biāo)定裝置及測(cè)量電路設(shè)計(jì)

圖5-1 動(dòng)態(tài)質(zhì)量法測(cè)量裝置

1-液體源 2-水泵 3-試驗(yàn)管路 4-穩(wěn)壓溢流堰 5-截止閥 6-被測(cè)流量計(jì) 7-稱重容器 8-電子天平

其工作過程為: 打開5截止閥，然后開啟2水泵，使測(cè)量液體在3試驗(yàn)管路中流動(dòng)循環(huán)起來(lái)，并開始流入7稱重容器。在這過程中，液體首先流入4穩(wěn)壓溢流堰，待液體高出擋板后經(jīng)過管路又循環(huán)回流到了1液體源里；然后液體經(jīng)過6被測(cè)流量計(jì)后流入了7稱重容器，測(cè)量時(shí)要保持液體盛滿稱重容器里的小量杯，并且溢流將外側(cè)的吸附性海綿完全滲透使大量杯里有一定量的液體；此時(shí)開始記錄8電子天平此時(shí)的讀數(shù)M并立刻開始計(jì)時(shí)；當(dāng)測(cè)量一定的時(shí)間t后（稱重容器里的液面不能將吸附性海綿完全淹沒），即使記錄8電子天平的讀數(shù)m，并關(guān)閉5截止閥和2水泵。由測(cè)量的時(shí)間t和稱重質(zhì)量（M-m）則可求出質(zhì)量流量。

Qm?M?mt（5.1）

當(dāng)被測(cè)流體通過切向渦輪流量傳感器時(shí)，流體通過噴嘴沖擊葉片，流體的沖擊力對(duì)渦輪產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，使葉輪克服機(jī)械摩擦阻力矩和流動(dòng)阻力矩而轉(zhuǎn)動(dòng)。實(shí)踐表明，在一定的流量范圍內(nèi)，對(duì)于一定的流體介質(zhì)粘度，葉輪的旋轉(zhuǎn)角速度與通過傳感器腔體的流量成正比。所以，可以通過傳感器測(cè)量葉輪的旋速度，然后傳輸?shù)绞静ㄆ魃希涗浵峦ㄟ^的完整波形的個(gè)數(shù)來(lái)測(cè)量流量。

測(cè)量前先對(duì)示波器進(jìn)行設(shè)置，使其在葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周時(shí)，剛好記錄一個(gè)完整的正弦波形。當(dāng)測(cè)量流體通過葉輪時(shí)，驅(qū)動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，并引起電磁傳感器跟蹤記錄，并將測(cè)量的信號(hào)傳輸?shù)竭B接的示波器上。調(diào)節(jié)示波器，使其接收的波形大小合適，頻率穩(wěn)定，此時(shí)開始記錄，采集在時(shí)間t內(nèi)，示波器接收的完整波形數(shù)。輸出波形數(shù)與葉輪轉(zhuǎn)速相等，葉輪轉(zhuǎn)速又與流量正相關(guān)，所以輸出波形數(shù)與流過傳感器的流量正相關(guān)。

切向渦輪流量傳感器的波形頻率 f（次/秒）與流過管道的體積流量 qv(m3s）

渦輪流量計(jì)標(biāo)定裝置及測(cè)量電路設(shè)計(jì)

正相關(guān)時(shí)，其比例系數(shù)即為傳感器的儀表系數(shù) K（1m3），如式（7）所示：

K?f

（5.2）qv即

qv?f（5.3）K在同一時(shí)間內(nèi)，傳感器的脈沖數(shù) N 與流過管道的液體體積 V（m3）也成正相關(guān)，其比例系統(tǒng)也為傳感器的儀表系數(shù) K（1m3），如式（9）所示：

K?N（5.4）V

圖5-2切向渦輪流量傳感器的工作原理

1－噴嘴；2－渦輪；3－電感

渦輪流量計(jì)標(biāo)定裝置及測(cè)量電路設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)速傳感器所連接電路及步進(jìn)電機(jī)調(diào)控裝置

6.1傳感器后信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)

6.1.1轉(zhuǎn)速傳感器所連接電路

隨著轉(zhuǎn)速的變化，轉(zhuǎn)速傳感器輸出頻率信號(hào)的幅值和頻率也在變化。針對(duì)本文所研究的，其轉(zhuǎn)速傳感器輸出信號(hào)的幅值在幾百毫伏到幾伏之間，頻率在100Hz到10KHz之間，并且為一個(gè)近似正弦信號(hào)。無(wú)論從波形和幅值上來(lái)講該信號(hào)都無(wú)法直接送入電子控制器，需要經(jīng)過信號(hào)調(diào)理電路轉(zhuǎn)換為0 到3V的方波信號(hào)才能被DSP所接受。

圖6—1

轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)調(diào)理電路原理圖

如圖6—1為采用Altium Designer 6 軟件繪制的信號(hào)調(diào)理電路原理圖，Altium Designer 6是Protel 的最新版本，是一款專門用于電路板級(jí)設(shè)計(jì)的軟件，它能完成電路的原理圖設(shè)計(jì)與PCB板的繪制。在此之前要進(jìn)行對(duì)該電路的仿真，則采用Proteus 7 Professional 進(jìn)行電路仿真，這是一款廣泛用于仿真的軟件。信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)的前提是：轉(zhuǎn)速傳感器輸出信號(hào)的幅值在0.2V到5V之間，頻率在100Hz到10KHz之間。信號(hào)調(diào)理的功能為將轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換為同頻率的0到3V的標(biāo)準(zhǔn)方波信號(hào)，其原理為：首先，由電阻和電容構(gòu)成低通濾波器，濾除頻率高于10KHz的高頻干擾信號(hào)；然后，由于輸入信號(hào)的幅值很小時(shí)無(wú)法使限幅電路中的二級(jí)管導(dǎo)通，所以需要先經(jīng)過一個(gè)放大5倍的反向放大器進(jìn)行放大，再經(jīng)過兩個(gè)反向并聯(lián)的二極管限制電路把信號(hào)的幅值限制在+0.5V的范圍，這樣保證了后續(xù)電壓放大的一致性；接著采用AD620放大器將信號(hào)放大3倍，并且將電壓幅值抬升1.5V。根據(jù)公式（1）選擇Rg的大小，確定AD620的放大倍數(shù)G;AD620的5引腳接參考電壓，此時(shí)AD620的輸出根據(jù)公式（2）確定。至此，已經(jīng)得到的0到3V左右的正弦波信號(hào)，最后由CD4093史密特觸發(fā)器可以將其轉(zhuǎn)換為0到3V的方波信號(hào)，CD4093的電源電壓為3V。

49.4k?G??1(6.1)Rg Vout?Vin?G?V5(6.2)

渦輪流量計(jì)標(biāo)定裝置及測(cè)量電路設(shè)計(jì)

為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的信號(hào)調(diào)理電路的功能，在Proteus 7 Professional中進(jìn)行了原理圖仿真分析，采用正弦電源模擬轉(zhuǎn)速傳感器的輸出信號(hào)，分別將該信號(hào)設(shè)置為幅值0.2V頻率100Hz和幅值5V頻率10KHz的正弦波，在圖6—1電路中設(shè)置了5個(gè)探測(cè)點(diǎn)，V0為傳感器信號(hào)，V1 為經(jīng)過濾波后的信號(hào)，V2為經(jīng)過放大和限幅的信號(hào)，V3為經(jīng)過放大和幅值抬升的信號(hào)，V4為總輸出信號(hào)。圖6—2和圖6—3為轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)調(diào)理電路仿真結(jié)果。由仿真結(jié)果看到，當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)速傳感器輸出信號(hào)的幅值在0.2V到5V之間，頻率在100Hz到10KHz之間時(shí)，信號(hào)調(diào)理電路總能將其轉(zhuǎn)換為同頻率的0到3V的標(biāo)準(zhǔn)方波信號(hào)。

圖6—2輸入正弦波幅值0.2V頻率100Hz的仿真結(jié)果

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圖6—3輸入正弦波幅值5V頻率10KHz的仿真結(jié)果

6.1.2轉(zhuǎn)速傳感器所連電路的軟件繪制

（1）利用Proteus 7 Professional軟件繪制的仿真電路圖，如圖6—4 以及圖6—5：

圖6—4 Proteus 7 Professional軟件繪制的仿真電路圖

圖6—5 Proteus 7 Professional軟件繪制的仿真電路調(diào)通后圖

渦輪流量計(jì)標(biāo)定裝置及測(cè)量電路設(shè)計(jì)

如圖6—4左側(cè)仿真示波器A口接于輸入端，A口檢驗(yàn)波為黃色。可見圖6—5左側(cè)對(duì)應(yīng)圖6—4左側(cè)仿真示波器檢測(cè)出正弦波，所以證明輸入為正弦波。圖6—4右側(cè)所示仿真示波器與圖6—5右側(cè)對(duì)應(yīng)，圖6—4右側(cè)仿真示波器A、B、C、D接口依次從左至右接在如圖6—4所示位置，其波形顏色依次為黃、藍(lán)、紫、綠，在圖6—5右側(cè)可見波形從正弦波經(jīng)過調(diào)理電路逐漸變?yōu)榉讲ā?/p>

（2）利用Altium Designer 6軟件繪制的PCB圖，如圖6—6：

圖6—6

Altium Designer 6軟件繪制的PCB圖

渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)通過電感感知出的正弦波由左側(cè)J2輸入，經(jīng)過傳感器信號(hào)調(diào)理電路的處理，最終得到的方波由右側(cè)J1輸出。輸出后的方波連接到電腦即可識(shí)別，并且能夠根據(jù)脈沖數(shù)來(lái)判斷流量。

6.2步進(jìn)電機(jī)調(diào)控裝置

渦輪的轉(zhuǎn)動(dòng)需要步進(jìn)電機(jī)提供其轉(zhuǎn)動(dòng)所需動(dòng)力，本套裝置中包含三個(gè)部分，分別為；并口卡.電動(dòng)機(jī)以及HYQD—100兩相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。

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6.2.1并口卡

圖6—7

并口卡實(shí)物圖

（一）板上接口介紹（1）25針并口接頭（2）手控器接頭（3）維宏卡接頭（4）限位開關(guān)及其他輸入接頭（5）5路步進(jìn)電機(jī)輸出接頭（6）主軸繼電器輸出接頭（7）5V電源接頭（綠色的接線端子和耳機(jī)式接頭）（8）USB電源接頭

（二）詳細(xì)接線介紹：

1.步進(jìn)電機(jī)輸出接口可以采用共陰或共陽(yáng)接法，配合我們的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，接線方法可以參照我們的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接線方法（5路相同）：

（1）共陽(yáng)極接法：分別將CP+，U/D+,EN+連接到控制系統(tǒng)的電源上，如果此電源是+5V則可直接接入，如果此電源大于+5V，則須外部另加限流電阻R，保證給驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部光藕8到15mA的驅(qū)動(dòng)電流。脈沖輸入信號(hào)通過cp—接入；此時(shí)，U/D—，EN—在低電平有效。

（2）共陰極接法：分別將CP—，U/D—，EN—連接到控制系統(tǒng)的地端（SGND，與電源地隔離）；+5V的脈沖輸入信號(hào)通過CP+加入；此時(shí)，U/D+，EN+在高電平有效。限流電阻R的接法取值與共陽(yáng)極接法相同。

注：EN端可不接，EN有效時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)子處于自由狀態(tài)（脫機(jī)狀態(tài)），這時(shí)可以手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)軸，做適合您的調(diào)節(jié)。手動(dòng)調(diào)節(jié)完成后，再將EN設(shè)為無(wú)效狀態(tài)，以繼續(xù)自動(dòng)控制。

2五路輸入端接法：

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用戶可外接限位開關(guān)，急停信號(hào)等！

用戶需外接電源，將開關(guān)接在電源地與輸入點(diǎn)之間，開關(guān)按下或限位開關(guān)觸發(fā)，將輸入信號(hào)與地導(dǎo)通，內(nèi)部觸發(fā)接收到的輸入信號(hào)，并通過并口傳至電腦。

3電源接法

不帶DC—DC隔離的接法（不焊接DC—DC模塊，可便宜DC—DC隔離模塊的價(jià)格），需分兩路供電，一路是外部接口供電（耳機(jī)接頭或綠色的接線端子）；一路是為和并口相連的電路部分供電，建議采用電腦USB口供電，以保證安全！

4關(guān)于MACH軟件的設(shè)置

安裝好之后，打開圖標(biāo)，根據(jù)版本不同或許圖標(biāo)有些差異，但圖標(biāo)名稱應(yīng)該是Mach3mill.然后進(jìn)入界面，并開始進(jìn)行設(shè)置!

圖6—8

界面

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圖6—9

端口設(shè)計(jì)

圖6—10

端口選擇及頻率設(shè)定

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圖6—11 電機(jī)輸出設(shè)定，一般雕刻機(jī)4 5軸不用，所以不用打開，如有需要可以選擇打開！

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圖6—12

輸入設(shè)置，主要設(shè)置限位開關(guān)，急停等！

圖6—13

輸出設(shè)定

圖6—13表示輸出設(shè)定，設(shè)定使能所有電機(jī)使能接在一起，使能一般用的少，接這個(gè)要注意自己的驅(qū)動(dòng)器低電平使能還是高電平使能！不同的使能電平對(duì)應(yīng)設(shè)置不同低電平使能時(shí)

應(yīng)該勾選，反之不夠選！

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設(shè)定主軸開關(guān)，使用繼電器控制開或者關(guān)！G代碼M3.M4開繼電器（OFF與COM連通），M5關(guān)繼電器（ON與COM連通）！

圖6—14 主軸設(shè)定

當(dāng)按照上述操作調(diào)試好軟件的基本屬性時(shí)，接下來(lái)在桌面上打開擇Plasma點(diǎn)OK即可進(jìn)入操作界面如圖6—15：

然后選

圖6—15 操作界面

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隨后點(diǎn)擊鍵盤上的Tab鍵即可出現(xiàn)如圖6—16所示的操作圖：

圖6—16 啟動(dòng)界面

此時(shí)點(diǎn)擊圖6—16右側(cè)的X—電動(dòng)機(jī)就會(huì)以調(diào)定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)。

6.2.2 HYQD—100兩項(xiàng)混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器

圖6—17

HYQD—100兩項(xiàng)混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器

(一）簡(jiǎn)介：

THB7128是一款專業(yè)的兩相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。它內(nèi)部集成了細(xì)分、電流調(diào)節(jié)、CMOS功率放大等電路，配合簡(jiǎn)單的外圍電路即可實(shí)現(xiàn)高性能、多細(xì)分、大電流的驅(qū)動(dòng)電路。適合驅(qū)動(dòng)42、57型兩相、四相混合式步進(jìn)電機(jī)。在低成本、低振動(dòng)、小噪聲、高速度的設(shè)計(jì)中應(yīng)用效果較佳。

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（二）特色

（1）采用的是7128單芯片兩相正弦細(xì)分步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)(2)直接采用單脈沖和方向信號(hào)譯碼控制模式（3）雙全橋MOSFET驅(qū)動(dòng)，低導(dǎo)通電阻Ron為0.53歐（4）可實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制（5）通過3位選擇8檔細(xì)分控制（1、1/

2、1/

4、1/

8、1/

16、1/

32、1/64、1/128）（6）最高耐壓40VDC（7）高輸出電流（Iout=3A),輸出電流方便可調(diào)（8）芯片內(nèi)部有過熱保護(hù)（TSD）和過流檢測(cè)電路（9）采用底部大散熱片，散熱快。（10）采用高速光耦，使得性能更穩(wěn)定，速度更快。

（三）使用指南 關(guān)于電源： VCC連接直流電源正（注意：10V

（2）關(guān)于電流的輸出：

電流調(diào)節(jié)使用可調(diào)電阻，根據(jù)不同檔位對(duì)應(yīng)不同大小的電流。（順時(shí)針調(diào)減小，逆時(shí)針增大）如圖6—13：

圖6—18 電流調(diào)節(jié)使用可調(diào)電阻圖

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（3）關(guān)于電機(jī)的正反轉(zhuǎn)問題：

如果發(fā)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與自己預(yù)想的方向不一致時(shí)，只需要把其中一相的兩根線互換接入即可。

（4）關(guān)于輸入信號(hào)接線：

輸入信號(hào)接口有兩種接法：共陽(yáng)極接法或共陰極接法。

1、共陽(yáng)極接法：分別將CP+、DIR+、EN+連接到控制系統(tǒng)的電源上，如果此電源是+5V則可直接接入，如果此電源大于+5V，則須外部另加限流電阻R,保證給驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部光藕

提供8到15mA的驅(qū)動(dòng)電流。脈沖輸入信號(hào)通過CP—接入，方向信號(hào)通過DIR—接入，使能信號(hào)通過EN—接入（EN—為高電平時(shí)脫機(jī)）。如圖6—19：

圖6—19

共陽(yáng)極接法

2、共陰極接法：分別將CP-、DIR-、EN-連接到控制系統(tǒng)的地端（SGND，與電源地隔離）：脈沖輸入信號(hào)通過CP+接入，方向信號(hào)通過DIR+接入，使能信號(hào)通過EN+接入（EN+為低電平時(shí)脫機(jī)）。若需限流電阻，限流電阻R的接法取值與共陽(yáng)極接法相同。如圖6—20：

圖6—20 共陰極接法

（5）關(guān)于電機(jī)接線：

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可接兩相4線、6線、8線電機(jī)。如圖6—21：

圖6—21 電機(jī)接線圖

四線直接接入；六線不接中間抽頭，將兩頭的接起來(lái)即可（中間抽頭可根據(jù)阻值確定）；八線可采用并聯(lián)或串聯(lián)接法，并聯(lián)為大電流接法。

接線時(shí)請(qǐng)斷開電源，電機(jī)接線需注意不要錯(cuò)相，相內(nèi)相間短路，以免損壞驅(qū)動(dòng)器。6.2.3電動(dòng)機(jī)

本裝置所選用的電動(dòng)機(jī)如圖6—22所示：

圖6—22 電動(dòng)機(jī) 6.2.4裝置組裝效果圖

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圖6—23 裝置組裝效果圖

如圖6—23所示，因連接并口卡的并口線比較老版在現(xiàn)在的電腦中很難找到其對(duì)應(yīng)的接口，所以購(gòu)買了一條并口轉(zhuǎn)USB的線將其接電腦的并口轉(zhuǎn)為廣泛應(yīng)用的USB口，即可輕松的連接至電腦上。之后只需將上述裝置連接至電腦，就可調(diào)節(jié)和設(shè)置電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而以不同的轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)渦輪從而達(dá)到所需的效果。

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7裝置不確定度分析

文章應(yīng)該分析試驗(yàn)存在的各類誤差，以提高小量程流量計(jì)的精度。其中包括有1）動(dòng)態(tài)誤差：主要為起止水柱沖力差； 起止水柱長(zhǎng)度差；2）由于計(jì)時(shí)的開始和結(jié)束兩時(shí)刻必產(chǎn)生不同的滯后時(shí)間, 形成慣性誤差。3）秤的慣性誤差和不穩(wěn)定性誤差。4）秤的性能不穩(wěn)定和流速的不穩(wěn)定, 將對(duì)測(cè)量結(jié)果生隨機(jī)誤差。5）合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度6）擴(kuò)展不確定度等。

7.1測(cè)量動(dòng)態(tài)誤差分析

本文采用的是雙套量杯稱重容器，只要能保持流入液面的水頭高度一定，且流量流動(dòng)穩(wěn)定，則能保持在測(cè)量過程中，開始測(cè)量時(shí)產(chǎn)生的流量動(dòng)態(tài)沖量至整個(gè)測(cè)量過程結(jié)束所產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)沖量始終保持一致，則對(duì)實(shí)驗(yàn)稱重的過程基本不產(chǎn)生誤差影響。另一方面，傳統(tǒng)測(cè)量方法中還存在多收集一段液柱的問題，本文采用的雙套量杯和保持入水頭高度一定的裝置，在動(dòng)態(tài)質(zhì)量法的測(cè)量過程中，也是同樣保持了測(cè)量前后入水液注高度始終保持一致，則對(duì)實(shí)驗(yàn)基本不產(chǎn)生誤差。基于此，本文基本解決了傳統(tǒng)測(cè)量動(dòng)態(tài)誤差較大的問題。

7.2計(jì)時(shí)器的不確定度

現(xiàn)行的液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定規(guī)程中，采用對(duì)計(jì)時(shí)器進(jìn)行直接檢定，并分析其不確定度的方法。按使用情況連接計(jì)時(shí)器和標(biāo)準(zhǔn)計(jì)時(shí)器，使二者同步進(jìn)行啟、停計(jì)時(shí)。以裝置使用的最短測(cè)量時(shí)間為時(shí)間間隔，啟、停計(jì)時(shí)器，讀取標(biāo)準(zhǔn)計(jì)時(shí)器的數(shù)值差和計(jì)時(shí)器的數(shù)值差，完成1次檢定。重復(fù)進(jìn)行n(n≥10)次檢定。

第i次差值

?ti?ti?t0平均值：

（7.1）

1n?t???ti

（7.2）

ni?1A類相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

渦輪流量計(jì)標(biāo)定裝置及測(cè)量電路設(shè)計(jì)

12?n2????t??ti?1???i?1??100%uA1?

（7.3）tmin?n?1?????B類相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

uB17.3電子秤的不確定度

?t??100%

（7.4）

2tmin在使用量限內(nèi)取10個(gè)均勻分布點(diǎn)(j=l，2，?，m；m≥10)。用標(biāo)準(zhǔn)砝碼從j=l逐步加載到j(luò)=m，完成一次檢定；再?gòu)膉=m逐步卸載到j(luò)=l，完成第二次檢定。分別記錄各點(diǎn)的加載及卸載質(zhì)量和電子秤的讀數(shù)。重復(fù)進(jìn)行n(n≥10)次檢定。負(fù)載為mj?R0的第j點(diǎn)第i次檢定差值：

1n?m???mini?1n

（7.5）

第j點(diǎn)單次測(cè)量A類相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

uA2j?2???mi??m????1?i?1??100%?

（7.6）mj?R0?n?1?????12第j點(diǎn)B類相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

uB2jA類相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

?m??100%

（7.7）2?mj?R0?uA2??uA2j?max

（7.8）

B類相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

uB2??uB2j?max

（7.9）

渦輪流量計(jì)標(biāo)定裝置及測(cè)量電路設(shè)計(jì)

7.4合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

質(zhì)量法液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

ur?uA1?uA2?uA3?uA4?uB1?uB2?uB3?222222122??0.021%

（7.10）

7.5擴(kuò)展不確定度

質(zhì)量法液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的擴(kuò)展不確定度為：

U?kur?0.042%?k?2?

（7.11）

渦輪流量計(jì)標(biāo)定裝置及測(cè)量電路設(shè)計(jì)

總結(jié)

本文主要完成了以下工作： 基于對(duì)微小液體流量的測(cè)量，本文設(shè)計(jì)了切向渦輪流量計(jì)。切向渦輪流量計(jì)主要包括切向渦輪流量傳感器和數(shù)字顯示儀表，本文主要設(shè)計(jì)了切向渦輪以及其中的傳感器后的測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)換電路還有驅(qū)動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)的安裝。切向渦輪主要由殼體、蓋子、軸、軸承和葉輪組成。傳感器后的測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)則包括電路仿真和PCB設(shè)計(jì)，驅(qū)動(dòng)渦輪的步進(jìn)電機(jī)則包括并口卡、電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器。根據(jù)傳統(tǒng)的液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，本文分析了靜態(tài)質(zhì)量法和動(dòng)態(tài)測(cè)量法測(cè)量裝置的優(yōu)缺點(diǎn)，最終確定并選擇了動(dòng)態(tài)質(zhì)量法測(cè)量裝置。采用該系統(tǒng)，能達(dá)到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、連續(xù)性強(qiáng)、試驗(yàn)精度高等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)本文采用的動(dòng)態(tài)質(zhì)量法標(biāo)定裝置做了合理可行的改進(jìn)。主要對(duì)穩(wěn)壓溢流堰、稱重容器和稱重儀器進(jìn)行了適當(dāng)?shù)母难b與選用。對(duì)穩(wěn)壓溢流堰，采用添加隔板的辦法，可使溢流液體循環(huán)到液體源中，可減少能源的浪費(fèi)；再是改進(jìn)了該裝置，使其可以調(diào)節(jié)高度，在測(cè)量過程中可以簡(jiǎn)單方便有效快速的實(shí)現(xiàn)控制流量的變化。對(duì)稱重容器，本文提出了兩種改進(jìn)方案，一種是采用多級(jí)擋板，逐級(jí)減小流體下落時(shí)的沖量；另一種是采用雙套量杯，可以有效測(cè)量，基本沒有沖量引起的誤差。本文選用了第二種方案，雙套量杯裝置。只要能保持流量相對(duì)穩(wěn)定，則可在實(shí)驗(yàn)過程中控制水頭不變，從而保證測(cè)量過程中沖量始終保持一致及測(cè)量過程中避免了多收集一段液柱，對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量基本不帶來(lái)誤差。從而有效解決了傳統(tǒng)稱重容器都不可避免的動(dòng)態(tài)沖量所帶來(lái)的誤差，及實(shí)驗(yàn)多收集了一段液柱的問題。最后是改進(jìn)了測(cè)量裝置，放棄了傳統(tǒng)的杠桿式天平，而是采用了測(cè)量精度更高，操作更簡(jiǎn)單方便的電子天平。以上對(duì)試驗(yàn)系統(tǒng)的改進(jìn)在很大程度上減小的測(cè)量誤差，對(duì)高精度的測(cè)量帶來(lái)很大的好處。根據(jù)設(shè)計(jì)的切向渦輪流量計(jì)，對(duì)液體流量進(jìn)行標(biāo)定。根據(jù)試驗(yàn)測(cè)量原理，用動(dòng)態(tài)質(zhì)量法可求出流經(jīng)流量計(jì)的質(zhì)量流量，然后根據(jù)切向渦輪流量計(jì)傳感器可測(cè)得在該質(zhì)量流量下的葉輪的轉(zhuǎn)速，從而根據(jù)多次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)流量計(jì)進(jìn)行標(biāo)定，最終完成流量計(jì)的設(shè)計(jì)。根據(jù)所設(shè)計(jì)的傳感器后的信號(hào)調(diào)理電路，可將由于渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)感應(yīng)出的正弦波，轉(zhuǎn)變?yōu)橐子谧R(shí)別的方波信號(hào)，從而電腦可識(shí)別。而這一過程需要經(jīng)過軟件的仿真電路測(cè)

第五篇：流量計(jì)分級(jí)管理制度

流量計(jì)分級(jí)維護(hù)管理制度

第一條 根據(jù)南郊水廠計(jì)量器具的分類和管理要求，依據(jù)工藝運(yùn)行實(shí)際情況、工藝要求和儀表劃分原則，將我廠流量計(jì)共28臺(tái)分為A、B、C三類，分別進(jìn)行維護(hù)管理。

第二條 儀表分類原則

按照《南郊水廠計(jì)量管理制度》計(jì)量器具的分類和管理要求進(jìn)行分類管理。

第三條 A類流量計(jì)劃分及維護(hù)一、二、A類流量計(jì)是在生產(chǎn)中進(jìn)行貿(mào)易結(jié)算，為水廠成本核算提供依據(jù)的我廠劃為A類的流量計(jì)如下： 流量計(jì)。

原水流量計(jì)

一臺(tái) 出廠水流量計(jì)

兩臺(tái) 共3臺(tái)

三、A類流量計(jì)維護(hù)內(nèi)容

巡視流量計(jì)

每天1次 根據(jù)公司要求每年強(qiáng)制檢定1次

故障強(qiáng)制更換

第四條 B類流量計(jì)劃分及維護(hù)

一、B類流量計(jì)在水處理過程中監(jiān)控各凈水構(gòu)筑物水量分布情況，為生產(chǎn)運(yùn)行控制提供參考信息。

二、我廠劃為B類的流量計(jì)如下：

監(jiān)控混合池進(jìn)水流量

4臺(tái) 監(jiān)控濾池出水流量

2臺(tái) 監(jiān)控反沖洗出水流量

1臺(tái) 監(jiān)控排泥水流量

1臺(tái) 監(jiān)控自用水水量

1臺(tái) 監(jiān)控反沖洗進(jìn)水流量

1臺(tái) 監(jiān)控混凝劑投加流量

4臺(tái) 監(jiān)控助凝劑投加流量

4臺(tái) 監(jiān)控藥劑廠輸藥流量

1臺(tái) 監(jiān)控回用水流量

1臺(tái) 共20臺(tái)

三、B類流量計(jì)維護(hù)內(nèi)容

巡視流量計(jì)

每月1次 根據(jù)公司要求定期檢定平均每2年1次 定期更換 第五條 C類流量計(jì)劃分及維護(hù)

一、C類流量計(jì)是在生產(chǎn)過程中監(jiān)測(cè)廢水處理車間污水污泥處理運(yùn)行狀況，為生產(chǎn)控制提供參考信息的流量計(jì)。

二、我廠劃為C類的流量計(jì)如下：

監(jiān)控排泥池排泥水流量

1臺(tái) 監(jiān)控脫泥機(jī)加藥流量

2臺(tái) 監(jiān)控脫泥機(jī)進(jìn)泥流量

2臺(tái) 監(jiān)控脫泥機(jī)配藥流量

1臺(tái)

監(jiān)控加壓泵站出水流量檢測(cè)

2臺(tái)（未啟用）共8臺(tái)

三、C類流量計(jì)維護(hù)內(nèi)容

巡視流量計(jì)運(yùn)行狀況

故障直接更換

每月1次