標準取壓裝置和電磁流量計

國家標準中規定標準孔板有三種標準取壓方 式：角接取壓、法蘭取壓和D-D/2取壓。

(1)角接取壓

角接取壓的取壓口位于上、下游孔板的前后端 面處，有環室取壓和單獨鉆孔取壓兩種結構形式。 它所取出的壓力為節流件前后端面處的壓力。圖3- 68所示為角接取壓裝置示意圖，上半部分為環室取 壓結構，下半部分為單獨鉆孔取壓結構。

每個取壓 孔開孔面積不小12mm2。小管徑時一般采用環室取 壓，當管道直徑500mm的大管徑時，一般都采 用單獨鉆孔取壓。環隙寬度或單獨鉆孔取壓口的直 徑a通常為4 ~ 10mm。

(2)法蘭取壓和0-/)/2取壓

如圖3~69所示，法蘭取壓時孔板被夾持在兩塊特殊加工的法蘭中，其間加墊片，厚度不超過1mm。在兩法蘭上分別鉆一個取壓 孔，上游取壓孔中心距孔板前端面為 25.4mm,下游取壓孔中心位置距孔板后端 面為25. 4mm，即前后距離均為lin，取壓 孔直徑為6 ~ 12mm，取壓孔中心與管道中心垂直。

它所取的壓力為離孔板前后端面 25. 4mm處的壓力。ZM)/2取壓裝置的上 游取壓孔的中心距孔板的前端面為0，下 游取壓孔的中心為距孔板前端面的肌。 取壓孔直徑應小于0. 13D，且小于13mm。

取壓孔直徑的zui小直徑可根據偶然阻塞的可能性和動態特性來決定，沒有任何限制。上游取 壓孔和下游取壓孔應具有相同的直徑，且取壓孔的中心線應與管道軸線相交成直角。

標準節流裝置除標準節流件和標準取壓裝置外，還包括安裝在節流件上游側及下游側的 測量直管段。其長度規定為上游側測量直管段為10/>，下游側測量直管段為標準節流 裝置僅適用于圓形測量管道，在節流裝置前后的直管段上，內壁表面應無可見坑凹、毛刺和 沉積物，對相對粗糙度和管道圓度均有規定。管徑大小也有一定限制（Z>^50mm)，適用于 單相、均質流體且充滿管道，流速恒定或緩慢變化。

4.差壓流量計

差壓式流量計是基于節流裝置的一種流量測量儀表，也稱節流式流量計。差壓式流量計 由節流裝置、引壓導管、差壓變送器（差壓計）組成，其組成框圖如圖3-70所示。

節流裝置把流體流量)轉換成差壓信號= 引壓導管把節流裝置產生的差壓信號傳送差壓變送器（差壓計），差壓變送器將差壓信號轉換為國家規定的標準信號 (例如/。=4?20mA DC)輸出或顯示流量大小。因為輸出的標準信號便于集中控制和實行綜 合自動化，所以用差壓變送器和節流裝置等組成的差壓式流量計已經很普遍。

差壓變送器的工作原理是被測差壓使敏感元件產生微小位移，引起電容、電阻、電感和 張力的變化，再經電子測量線路轉換為標準電流信號輸出。

由于節流裝置是一個非線性環節，因而差壓式流量計的輸出電流A與輸入的流量之間 呈現的關系，即被測流量和差壓變送器的輸出電流的平方根成正比。但一般都 希望輸人輸出呈線性關系，即指示流量時有均勻的刻度。解決的辦法是在差壓變送器內增添 開方運算功能，將標準電流信號進行開方。

差壓變送器輸出標準電流信號的幵方運算，并不是將電流的毫安數開方就完成任務，應 使開方后的電流仍然保持在標準信號范圍之內。例如直流4~20mA的信號，開方之后仍然在4~20mA范圍內。故實際運算公式是/。= /Rx yT^T + 4，先宴把起點電流4mA減去， 經過開方后再把它加上，例如13mA時，開方后變為/。= ( 713-4 +4)mA =16mA的4?20mA信號。將開方|tf后的電 流值對應關系畫成曲線，得到圖3-71。

如 能設計某種電路，使其輸出和輸入滿足圖中曲線關系，就可用來實現開方運算。

5.差壓流量計主要特點

(1)優點

結構簡單，工作可靠，成本低；應用 范圍非常廣泛，能夠測量各種工況下的液、 氣、蒸汽等全部單相流體和高溫、高壓下 的流體，也可應用于部分混相流，如氣固、 氣液、液固等的測量。

(2)缺點

現場安裝條件要求較高，需較長的直管段，較難滿足；測量范圍窄，范圍度（即測量 的zui大流量與zui小流量的比值）小；流量計對流體流動的阻礙而造成的壓力損失較大；測 量的重復性、準確度不高，由于影響因素錯綜復雜，準確度也難以提高。

三、容積式流量計

容積流量計又稱定排量流量計，簡稱PD流量計。它是一種直接測量型流量計，在流量 儀表中是準確度zui高的一類。容積式流量計主要用來測量不含固體雜質的液體，如油類、冷 凝液、樹脂和液態食品等黏稠流體的流量對于高黏度介質的流量，其他流量計很難測量，而 容積式流量計卻能測量，準確度可達±0.2%。容積流量計按其測量元件分類，可分為橢圓齒輪流量計、腰輪流量計、刮板流量計、活 塞式流量計、濕式流量計和皮膜式流量計等。

1. 工作原理

流體通過流量計，就會在流量計進出口之間產生一定的壓力差。流量計的轉動部件 (簡稱轉子）在這個壓力差作用下將產生旋轉，并將流體由入口排向出口。在這個過程中， 流體一次側次地充滿流量計的“計量空間”，然后又不斷地被送往出口。在給定流量計條件 下，該計量空間的體積是確定的，只要測得轉子的轉動次數，就可以得到通過流量計的流體 體積的累積值。

2. 橢圓齒輪流量計

橢圓齒輪流量計的測量部分是由兩個互相嚙合的橢圓形齒輪、軸和殼體（它與橢圓形 齒輪構成計量室）等組成。其測量原理如圖3-72所示。當被測流體流過橢圓齒輪流量計時， 它將帶動橢圓齒輪旋轉，橢圓齒輪每旋轉一周，就有一定數量的流體流過儀表，只要用傳動 及累積機構記錄下橢圓齒輪的轉數，就能知道被測流體流過儀表的總量。LY-LC系列橢圓齒輪流量計的測量部分主要由兩個相互嚙合的橢圓齒輪及其外殼（計 量室）所構成，橢圓齒輪在被測介質的壓差AP = P, -P2的作用下，產生作用力矩使其轉 動。在圖3-72a所示位置時，由于P, >P2，在A和P2的作用下所產生的合力矩使輪1順時針方向轉動，把輪1和殼體間的半月形容積內的介質排至出口，并帶動輪2作逆時針方向轉 動，這時1為主動輪，2為從動輪。圖3-72b所示為中間位置，1和2均為主動輪。而在圖 3-72c所示位置，和戶2作用在輪1上的合力矩為零，作用在輪2上的合力矩使輪2逆時 針方向轉動，并把已吸人半月形容積內的介質排至出口，這時2為主動輪，1為從動輪，與 3-72a所示情況剛好相反。

如此往復循環，輪1和輪2互相交替地由一個帶動另一個轉動， 將被測介質以半月形容積為單位一次側一次側地由進口排至出口。顯然，圖3_72a、b、“又 僅表示楠圓齒輪轉動了 1/4周的情況，而其所排出的被測介質為一個半月形容積。所以，橢 圓齒輪每轉一周所排比的被測介質量為半月形容積的4倍，則通過橢圓齒輪流星計的體積流量Q =4tiF0式中，n為橢圓齒輪的旋轉頻率（rad/S); FQ為半月形部分的容積。

這樣，在橢圓齒輪流量計的半月形容積K 一定的條件下，只要測出橢圓齒輪的旋轉速 度?便可知道被測介質的流量。

橢圓齒輪流量計流量信號（即橢圓齒輪的旋轉速度心的顯示，有就地顯示和遠傳顯示 兩種。

就地顯示將齒輪的轉動通過一系列的減速及調整轉速比機構之后，直接與儀表面板上的 指示針相連，并經過機械式計數器進行總量的顯示。

遠傳顯示主要是通過減速后的齒輪帶動*磁鐵旋轉，使得彈簧繼電器的觸點以與* 磁鐵相同的旋轉頻率同步地閉合或斷開，從而發出一個個電脈沖遠傳給另一個顯示儀表。

橢圓齒輪流量計計量準確度高，適用于高黏度介質流量的測量，黏度越大的介質，從齒 輪和計量空間隙中泄漏出去的泄漏量越小。因此被測介質的黏度越大，泄漏誤差越小，對測 量越有利。但不適用于含有固體顆粒的流體（固體顆粒會將齒輪卡死，以致無法測量流 量）。如果被測液體介質中夾雜有氣體時，也會引起測量誤差。

橢圓齒輪流量計在安裝前應清潔管道。若液體內含有固體顆粒，則必須在管道上游加裝 過濾器；若含氣體應安裝排氣裝置。橢圓齒輪流量計對前后直管段沒有一定的要求，它可以 水平或垂直安裝。安裝時，應使流量計的橢圓齒輪轉動軸與地面平行。

3.腰輪流量計

腰輪流量計又叫羅茨流量計，其結構特征為：在流量計的殼體內有一個計量室，計量室內有一對或兩對可以相切旋轉的腰輪（由此得名腰輪流量計）。在流量計殼體外面與兩個腰 輪同軸安裝了一對傳動齒輪，它們相互嚙合使兩個腰輪可以相互聯動。因此它較橢圓齒輪流 量計的明顯優點是能保持長期的穩定性。腰輪流量計的工作原理與橢圓齒輪流量計相同，其 結構原理示意圖如圖3-73所示。

腰輪流量計能用于各種清潔液體的流量測量，尤其適用于油品計量，也可制成測量氣體 的流量計。它的計量準確度高，可達0. 1 ~0. 5級。

四、電磁流量計

電磁流量計是根據法拉第電磁感應定律進行流量測量的流量計。電磁流量計的優點是壓 損極小，可測流量范圍大，zui大流量與zui小流量的比值一般為20:1以上，適用的工業管徑 范圍寬，zui大可達3m，輸出信號和被測流量成線性，準確度較高，可測量電導率不小于lp/cm的酸、堿、鹽溶液、水、污水、腐蝕性液體 以及泥漿、礦漿等流體流量。但它不能測量氣體、蒸 汽以及純凈水的流量。

1.工作原理

當導體在磁場中作切割磁力線運動時，在導體中— 會產生感應電動勢，感應電動勢的大小與導體在磁場 中的有效長度及導體在磁場中作垂直于磁場方向運動 的速度成正比。同理，如圖3-74所示，導電流體在磁 場中作垂直方向流動而切割磁力線時，也會在管道兩 邊的電極上產生感應電動勢。感應電動勢的方向可用 右手定則判定，感應電動勢的大小由下式確定：

Ex=BDv (3-93)

式中，圪為感應電動勢（V); S為磁感應強度（T); D為管道內徑（m); t;為液體的平均 流速（m/s)。

由于體積流量仏等于流體的流速〃與管道截面積/4的乘積

將式（3-93)代入式（3-94)得由上式可知，在管道直徑D已定且保持磁感應強度S不變時，被測體積流量與感應電動勢 呈線性關系。若在管道兩側各續入一根電極，就可引入感應電動勢&，測量此電動勢的大 小，就可求得體積流量。

2.電磁流量計的結構

電磁流量計的結構如圖3-75所示，主要由磁路系統、測量導管、電極、外殼、襯里和 轉換器等部分組成。

(1)磁路系統

磁路系統的作用是產生均勻的直流或交流磁場。直流磁路用*磁鐵來實現，其優點是 結構比較簡單，受交流磁場的干擾較小，但它易使通過測量導管內的電解質液體極化，使正 電極被負離子包圍，負電極被正離子包圍，即電極的極化現象，并導致兩電極之間的內阻增 大，從而嚴重影響儀表正常工作。當管道直徑較大時，*磁鐵相應也很大，笨重且不經 濟。所以電磁流量計一般采用交變磁場，且是50Hz工頻電源激勵產生的。產生交變磁場勵 磁線圈的結構型式因測量導管的口徑不同而有所不同，圖3-75所示是一種集中繞組式結構。 它由兩只串聯或并聯的馬鞍形勵磁繞組組成，上下各一只夾持在測量導管上，為了形成磁路 并保證磁場均勻，在線圈外圍有若干層硅鋼片疊成的磁軛。

采用交變磁場的電磁流量計，其磁感應強度故此時的感應電動勢&也是 一交變電動勢，即

式中，為磁感應強度的zui大幅值（T); W為交變磁場的角頻率（s — 1);為時間（s)。

(2)測量導管

測量導管的作用是讓被測導電性液體通過。為了使磁力線通過測量導管時磁通量被分流 或短路，測量導管必須采用不導磁、低電導率、低導熱率和具有一定機械強度的材料制成，可選用不導磁的不銹鋼、玻璃鋼、高強度塑料、鋁等。

(3)電極

電極的作用是引出和被測流量成正比的感應電動勢信號。電極一般用非導磁的不銹鋼制

成，且被要求與襯里齊平，以便流體通過一 時不受阻礙。它的安裝位置宜在管道的垂 直方向，以防止沉淀物堆積在其上面而影一 響測量準確度。電極的結構如圖3-76所示

(4) 外殼

外殼應用鐵磁材料制成，是保護勵磁 線圈的外罩，并隔離外磁場的干擾。

(5) 襯里

在測量導管的內側及法蘭密封面上，

有一層完整的電絕緣襯里。它直接接觸被測液體，其作用是增加測量導管的耐腐蝕性，防止 感應電動勢被金屬測量導管管壁短路。襯里材料多為耐腐蝕、耐高溫、耐磨的聚四氟乙烯塑 料或陶瓷等。

(6)轉換器

由液體流動產生的感應電動勢信號十分微弱，受各種干擾因素的影響很大，轉換器的作 用就是將感應電動勢信號放大并轉換成統一的標準信號并抑制主要的干擾信號。

電磁流量計為了消除電極的極化現象，一般都采用交變磁場。雖然這可以有效地克服介 質的極化現象，但隨之而來的是帶來正交干擾信號明顯在增大。正交干擾是指相位和感應電 動勢A相差90。的無用信號。產生正交干擾的主要原因是••當電磁流量計工作時，管道內 充滿導電液體，使被測液體、電極、電極引線和轉換器的輸人阻抗構成閉合回路。當閉合回 路中有交變磁場通過，就要產生感應電動勢（干擾電動勢），其值為

比較式（3-96)和式（3-98)可以看出干擾電動勢~和被測感應電動勢坎的頻率相 同，相位相差90。，習慣上稱為正交干擾。嚴重時，正交干擾甚至超過被測感應電動勢坎， 使流量計無法工作，故必須設法消除正交干擾的影響。消除正交干擾的主要方法有下列兩種：

1)自動對消法。如圖3-77所示， 從一個電極上引出兩根導線分別繞過磁- 極形成兩個閉合回路。當有磁力線穿過 這兩個閉合回路時，在兩個回路內產生 方向相反的干擾電流A和〖2，調整調零 電位器W的中間位置，使干擾電流h = i2，進而使干擾電動勢自動抵消，從而有 效地抑制正交干擾的影響。

圖3-77中的/?y代表測量電路的等效輸人電阻。

2)在轉換器的電路中進一步采取抑制措施來消除正交干擾。

3.電磁流量計的選用與安裝f意事項電磁流量計的合理選用及正確i裝對提高流量計的測量精度和延長儀表壽命，都是極其

重要的。其選用原則有以下四點：

1) 被測流體必須是導電液體，它不能測量氣體、蒸汽、石油制品、甘油、酒精等物

質，也不能測量純凈水。 、

2) 口徑與量程的選擇。流量計口徑比管道內徑稍小。流量計的量程根據不低于預計的

zui大流量值的原則選擇滿量程刻度，常用流量超過滿量程的50%，這樣可獲得較高的 測量準確度。常用流速為2 ~4m/szui合適。

3) 壓力的選擇。使用壓力必須低于電磁流量計額定工作壓力，一般不得超過16 x105Pa。

4) 溫度的選擇。被測介質溫度不能超過襯里材料的容許使用溫度，一般不大于200SC。 電磁流量計安裝注意事項如下：

1) 安裝位置。電磁流量計可以垂直、水平安裝，但推薦垂直安裝，且被測流體是自下 而上流動。也可以水平安裝，但要使兩電極在同一水平面上。水平安裝時要保證在何時測量 導管都充滿液體。

2) 電磁流量計信號比較弱，滿量程時只有幾毫伏，且流量很小時’只有幾微伏，外界 稍有干擾就會影響測量準確度。因此，流量計的外殼、屏蔽線、測量導管都要接地。要求單 獨設置接地點，千萬不要連接在電動機或上、下管道上。

3) 流量計的安裝地點要遠離一切磁源（如大功率電動機、變壓器等）。

4) 電磁流量計是速度式流量計。當流線分布不符合設定條件時，將產生測量誤差。因 此，在電磁流量計前必須有10^左右的直管段，以消除各種局部阻力對流線分布對稱性的影響。