标准取压装置和电磁流量计

国家标准中规定标准孔板有三种标准取压方 式：角接取压、法兰取压和D-D/2取压。

(1)角接取压

角接取压的取压口位于上、下游孔板的前后端 面处，有环室取压和单独钻孔取压两种结构形式。 它所取出的压力为节流件前后端面处的压力。图3- 68所示为角接取压装置示意图，上半部分为环室取 压结构，下半部分为单独钻孔取压结构。

每个取压 孔开孔面积不小12mm2。小管径时一般采用环室取 压，当管道直径500mm的大管径时，一般都采 用单独钻孔取压。环隙宽度或单独钻孔取压口的直 径a通常为4 ~ 10mm。

(2)法兰取压和0-/)/2取压

如图3~69所示，法兰取压时孔板被夹持在两块特殊加工的法兰中，其间加垫片，厚度不超过1mm。在两法兰上分别钻一个取压 孔，上游取压孔中心距孔板前端面为 25.4mm,下游取压孔中心位置距孔板后端 面为25. 4mm，即前后距离均为lin，取压 孔直径为6 ~ 12mm，取压孔中心与管道中心垂直。

它所取的压力为离孔板前后端面 25. 4mm处的压力。ZM)/2取压装置的上 游取压孔的中心距孔板的前端面为0，下 游取压孔的中心为距孔板前端面的肌。 取压孔直径应小于0. 13D，且小于13mm。

取压孔直径的zui小直径可根据偶然阻塞的可能性和动态特性来决定，没有任何限制。上游取 压孔和下游取压孔应具有相同的直径，且取压孔的中心线应与管道轴线相交成直角。

标准节流装置除标准节流件和标准取压装置外，还包括安装在节流件上游侧及下游侧的 测量直管段。其长度规定为上游侧测量直管段为10/>，下游侧测量直管段为标准节流 装置仅适用于圆形测量管道，在节流装置前后的直管段上，内壁表面应无可见坑凹、毛刺和 沉积物，对相对粗糙度和管道圆度均有规定。管径大小也有一定限制（Z>^50mm)，适用于 单相、均质流体且充满管道，流速恒定或缓慢变化。

4.差压流量计

差压式流量计是基于节流装置的一种流量测量仪表，也称节流式流量计。差压式流量计 由节流装置、引压导管、差压变送器（差压计）组成，其组成框图如图3-70所示。

节流装置把流体流量)转换成差压信号= 引压导管把节流装置产生的差压信号传送差压变送器（差压计），差压变送器将差压信号转换为国家规定的标准信号 (例如/。=4〜20mA DC)输出或显示流量大小。因为输出的标准信号便于集中控制和实行综 合自动化，所以用差压变送器和节流装置等组成的差压式流量计已经很普遍。

差压变送器的工作原理是被测差压使敏感元件产生微小位移，引起电容、电阻、电感和 张力的变化，再经电子测量线路转换为标准电流信号输出。

由于节流装置是一个非线性环节，因而差压式流量计的输出电流A与输入的流量之间 呈现的关系，即被测流量和差压变送器的输出电流的平方根成正比。但一般都 希望输人输出呈线性关系，即指示流量时有均匀的刻度。解决的办法是在差压变送器内增添 开方运算功能，将标准电流信号进行开方。

差压变送器输出标准电流信号的幵方运算，并不是将电流的毫安数开方就完成任务，应 使开方后的电流仍然保持在标准信号范围之内。例如直流4~20mA的信号，开方之后仍然在4~20mA范围内。故实际运算公式是/。= /Rx yT^T + 4，先宴把起点电流4mA减去， 经过开方后再把它加上，例如13mA时，开方后变为/。= ( 713-4 +4)mA =16mA的4〜20mA信号。将开方|tf后的电 流值对应关系画成曲线，得到图3-71。

如 能设计某种电路，使其输出和输入满足图中曲线关系，就可用来实现开方运算。

5.差压流量计主要特点

(1)优点

结构简单，工作可靠，成本低；应用 范围非常广泛，能够测量各种工况下的液、 气、蒸汽等全部单相流体和高温、高压下 的流体，也可应用于部分混相流，如气固、 气液、液固等的测量。

(2)缺点

现场安装条件要求较高，需较长的直管段，较难满足；测量范围窄，范围度（即测量 的zui大流量与zui小流量的比值）小；流量计对流体流动的阻碍而造成的压力损失较大；测 量的重复性、准确度不高，由于影响因素错综复杂，准确度也难以提高。

三、容积式流量计

容积流量计又称定排量流量计，简称PD流量计。它是一种直接测量型流量计，在流量 仪表中是准确度zui高的一类。容积式流量计主要用来测量不含固体杂质的液体，如油类、冷 凝液、树脂和液态食品等黏稠流体的流量对于高黏度介质的流量，其他流量计很难测量，而 容积式流量计却能测量，准确度可达±0.2%。容积流量计按其测量元件分类，可分为椭圆齿轮流量计、腰轮流量计、刮板流量计、活 塞式流量计、湿式流量计和皮膜式流量计等。

1. 工作原理

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将产生旋转，并将流体由入口排向出口。在这个过程中， 流体一次侧次地充满流量计的“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. 椭圆齿轮流量计

椭圆齿轮流量计的测量部分是由两个互相啮合的椭圆形齿轮、轴和壳体（它与椭圆形 齿轮构成计量室）等组成。其测量原理如图3-72所示。当被测流体流过椭圆齿轮流量计时， 它将带动椭圆齿轮旋转，椭圆齿轮每旋转一周，就有一定数量的流体流过仪表，只要用传动 及累积机构记录下椭圆齿轮的转数，就能知道被测流体流过仪表的总量。LY-LC系列椭圆齿轮流量计的测量部分主要由两个相互啮合的椭圆齿轮及其外壳（计 量室）所构成，椭圆齿轮在被测介质的压差AP = P, -P2的作用下，产生作用力矩使其转 动。在图3-72a所示位置时，由于P, >P2，在A和P2的作用下所产生的合力矩使轮1顺时针方向转动，把轮1和壳体间的半月形容积内的介质排至出口，并带动轮2作逆时针方向转 动，这时1为主动轮，2为从动轮。图3-72b所示为中间位置，1和2均为主动轮。而在图 3-72c所示位置，和户2作用在轮1上的合力矩为零，作用在轮2上的合力矩使轮2逆时 针方向转动，并把已吸人半月形容积内的介质排至出口，这时2为主动轮，1为从动轮，与 3-72a所示情况刚好相反。

如此往复循环，轮1和轮2互相交替地由一个带动另一个转动， 将被测介质以半月形容积为单位一次侧一次侧地由进口排至出口。显然，图3_72a、b、“又 仅表示楠圆齿轮转动了 1/4周的情况，而其所排出的被测介质为一个半月形容积。所以，椭 圆齿轮每转一周所排比的被测介质量为半月形容积的4倍，则通过椭圆齿轮流星计的体积流量Q =4tiF0式中，n为椭圆齿轮的旋转频率（rad/S); FQ为半月形部分的容积。

这样，在椭圆齿轮流量计的半月形容积K 一定的条件下，只要测出椭圆齿轮的旋转速 度〜便可知道被测介质的流量。

椭圆齿轮流量计流量信号（即椭圆齿轮的旋转速度心的显示，有就地显示和远传显示 两种。

就地显示将齿轮的转动通过一系列的减速及调整转速比机构之后，直接与仪表面板上的 指示针相连，并经过机械式计数器进行总量的显示。

远传显示主要是通过减速后的齿轮带动*磁铁旋转，使得弹簧继电器的触点以与* 磁铁相同的旋转频率同步地闭合或断开，从而发出一个个电脉冲远传给另一个显示仪表。

椭圆齿轮流量计计量准确度高，适用于高黏度介质流量的测量，黏度越大的介质，从齿 轮和计量空间隙中泄漏出去的泄漏量越小。因此被测介质的黏度越大，泄漏误差越小，对测 量越有利。但不适用于含有固体颗粒的流体（固体颗粒会将齿轮卡死，以致无法测量流 量）。如果被测液体介质中夹杂有气体时，也会引起测量误差。

椭圆齿轮流量计在安装前应清洁管道。若液体内含有固体颗粒，则必须在管道上游加装 过滤器；若含气体应安装排气装置。椭圆齿轮流量计对前后直管段没有一定的要求，它可以 水平或垂直安装。安装时，应使流量计的橢圆齿轮转动轴与地面平行。

3.腰轮流量计

腰轮流量计又叫罗茨流量计，其结构特征为：在流量计的壳体内有一个计量室，计量室内有一对或两对可以相切旋转的腰轮（由此得名腰轮流量计）。在流量计壳体外面与两个腰 轮同轴安装了一对传动齿轮，它们相互啮合使两个腰轮可以相互联动。因此它较椭圆齿轮流 量计的明显优点是能保持长期的稳定性。腰轮流量计的工作原理与椭圆齿轮流量计相同，其 结构原理示意图如图3-73所示。

腰轮流量计能用于各种清洁液体的流量测量，尤其适用于油品计量，也可制成测量气体 的流量计。它的计量准确度高，可达0. 1 ~0. 5级。

四、电磁流量计

电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律进行流量测量的流量计。电磁流量计的优点是压 损极小，可测流量范围大，zui大流量与zui小流量的比值一般为20:1以上，适用的工业管径 范围宽，zui大可达3m，输出信号和被测流量成线性，准确度较高，可测量电导率不小于lp/cm的酸、碱、盐溶液、水、污水、腐蚀性液体 以及泥浆、矿浆等流体流量。但它不能测量气体、蒸 汽以及纯净水的流量。

1.工作原理

当导体在磁场中作切割磁力线运动时，在导体中— 会产生感应电动势，感应电动势的大小与导体在磁场 中的有效长度及导体在磁场中作垂直于磁场方向运动 的速度成正比。同理，如图3-74所示，导电流体在磁 场中作垂直方向流动而切割磁力线时，也会在管道两 边的电极上产生感应电动势。感应电动势的方向可用 右手定则判定，感应电动势的大小由下式确定：

Ex=BDv (3-93)

式中，圪为感应电动势（V); S为磁感应强度（T); D为管道内径（m); t;为液体的平均 流速（m/s)。

由于体积流量仏等于流体的流速〃与管道截面积/4的乘积

将式（3-93)代入式（3-94)得由上式可知，在管道直径D已定且保持磁感应强度S不变时，被测体积流量与感应电动势 呈线性关系。若在管道两侧各續入一根电极，就可引入感应电动势&，测量此电动势的大 小，就可求得体积流量。

2.电磁流量计的结构

电磁流量计的结构如图3-75所示，主要由磁路系统、测量导管、电极、外壳、衬里和 转换器等部分组成。

(1)磁路系统

磁路系统的作用是产生均匀的直流或交流磁场。直流磁路用*磁铁来实现，其优点是 结构比较简单，受交流磁场的干扰较小，但它易使通过测量导管内的电解质液体极化，使正 电极被负离子包围，负电极被正离子包围，即电极的极化现象，并导致两电极之间的内阻增 大，从而严重影响仪表正常工作。当管道直径较大时，*磁铁相应也很大，笨重且不经 济。所以电磁流量计一般采用交变磁场，且是50Hz工频电源激励产生的。产生交变磁场励 磁线圈的结构型式因测量导管的口径不同而有所不同，图3-75所示是一种集中绕组式结构。 它由两只串联或并联的马鞍形励磁绕组组成，上下各一只夹持在测量导管上，为了形成磁路 并保证磁场均勻，在线圈外围有若干层硅钢片叠成的磁轭。

采用交变磁场的电磁流量计，其磁感应强度故此时的感应电动势&也是 一交变电动势，即

式中，为磁感应强度的zui大幅值（T); W为交变磁场的角频率（s — 1);为时间（s)。

(2)测量导管

测量导管的作用是让被测导电性液体通过。为了使磁力线通过测量导管时磁通量被分流 或短路，测量导管必须采用不导磁、低电导率、低导热率和具有一定机械强度的材料制成，可选用不导磁的不锈钢、玻璃钢、高强度塑料、铝等。

(3)电极

电极的作用是引出和被测流量成正比的感应电动势信号。电极一般用非导磁的不锈钢制

成，且被要求与衬里齐平，以便流体通过一 时不受阻碍。它的安装位置宜在管道的垂 直方向，以防止沉淀物堆积在其上面而影一 响测量准确度。电极的结构如图3-76所示

(4) 外壳

外壳应用铁磁材料制成，是保护励磁 线圈的外罩，并隔离外磁场的干扰。

(5) 衬里

在测量导管的内侧及法兰密封面上，

有一层完整的电绝缘衬里。它直接接触被测液体，其作用是增加测量导管的耐腐蚀性，防止 感应电动势被金属测量导管管壁短路。衬里材料多为耐腐蚀、耐高温、耐磨的聚四氟乙烯塑 料或陶瓷等。

(6)转换器

由液体流动产生的感应电动势信号十分微弱，受各种干扰因素的影响很大，转换器的作 用就是将感应电动势信号放大并转换成统一的标准信号并抑制主要的干扰信号。

电磁流量计为了消除电极的极化现象，一般都采用交变磁场。虽然这可以有效地克服介 质的极化现象，但随之而来的是带来正交干扰信号明显在增大。正交干扰是指相位和感应电 动势A相差90。的无用信号。产生正交干扰的主要原因是••当电磁流量计工作时，管道内 充满导电液体，使被测液体、电极、电极引线和转换器的输人阻抗构成闭合回路。当闭合回 路中有交变磁场通过，就要产生感应电动势（干扰电动势），其值为

比较式（3-96)和式（3-98)可以看出干扰电动势~和被测感应电动势坎的频率相 同，相位相差90。，习惯上称为正交干扰。严重时，正交干扰甚至超过被测感应电动势坎， 使流量计无法工作，故必须设法消除正交干扰的影响。消除正交干扰的主要方法有下列两种：

1)自动对消法。如图3-77所示， 从一个电极上引出两根导线分别绕过磁- 极形成两个闭合回路。当有磁力线穿过 这两个闭合回路时，在两个回路内产生 方向相反的干扰电流A和〖2，调整调零 电位器W的中间位置，使干扰电流h = i2，进而使干扰电动势自动抵消，从而有 效地抑制正交干扰的影响。

图3-77中的/?y代表测量电路的等效输人电阻。

2)在转换器的电路中进一步采取抑制措施来消除正交干扰。

3.电磁流量计的选用与安装f意事项电磁流量计的合理选用及正确i装对提高流量计的测量精度和延长仪表寿命，都是极其

重要的。其选用原则有以下四点：

1) 被测流体必须是导电液体，它不能测量气体、蒸汽、石油制品、甘油、酒精等物

质，也不能测量纯净水。 、

2) 口径与量程的选择。流量计口径比管道内径稍小。流量计的量程根据不低于预计的

zui大流量值的原则选择满量程刻度，常用流量超过满量程的50%，这样可获得较高的 测量准确度。常用流速为2 ~4m/szui合适。

3) 压力的选择。使用压力必须低于电磁流量计额定工作压力，一般不得超过16 x105Pa。

4) 温度的选择。被测介质温度不能超过衬里材料的容许使用温度，一般不大于200SC。 电磁流量计安装注意事项如下：

1) 安装位置。电磁流量计可以垂直、水平安装，但推荐垂直安装，且被测流体是自下 而上流动。也可以水平安装，但要使两电极在同一水平面上。水平安装时要保证在何时测量 导管都充满液体。

2) 电磁流量计信号比较弱，满量程时只有几毫伏，且流量很小时’只有几微伏，外界 稍有干扰就会影响测量准确度。因此，流量计的外壳、屏蔽线、测量导管都要接地。要求单 独设置接地点，千万不要连接在电动机或上、下管道上。

3) 流量计的安装地点要远离一切磁源（如大功率电动机、变压器等）。

4) 电磁流量计是速度式流量计。当流线分布不符合设定条件时，将产生测量误差。因 此，在电磁流量计前必须有10^左右的直管段，以消除各种局部阻力对流线分布对称性的影响。