水工程仪表与控制复习资料(给09修订)

水工程仪表与控制复习资料(给09修订)内容摘要：

1。 流量检测元件的输出接近于线性。 压力损失较低。 d. 玻璃管浮子流量计结构简单，价格低廉。 只要在现场指示流量者使用方便，缺点是有玻璃管易碎的风险，尤其是无导向结构浮子用于气体。 9 e. 金属管浮子流量计无锥管破裂的风险。 与玻璃管浮子流量计相比，使用温度和压力范围宽。 f. 大部分结构浮子流量计只能用于自下向上垂直流的管道安装。 g. 应用局限于中小管径，普通全流型浮子流量计不能用于大管径，玻 璃管浮子流量计最大口径 100mm，金属管浮子流量计为 150mm。 h. 使用流体和出厂标定流体不同时，要作流量示值修正。 液体用浮子流量计通常以水标定，气体用空气标定。 3）容积式流量计 容积式流量计，又称定排量流量计，简称 PD流量计，在流量仪表中是精度最高的一类。 它利用机械测量元件把流体连续不断地分割成单个已知的体积部分，根据测量室逐次重复地充满和排放该体积部分流体的次数来测量流体体积总量，是一种总量表。 PD流量计一般不具有时间基准，为得到瞬时流量值需要另外附加测量时间的装置。 容积式流量计按其测量元件 分类 ,可分为椭圆齿轮流量计、刮板流量计、螺杆式（双转子）流量计、旋转活塞流量计、往复活塞流量计、圆盘流量计、液封转筒式流量计、湿式气量计及膜式气量计（家用燃气表）等。 容积式流量计与差压式流量计、浮子流量计并列为三类使用量最大的流量计 ,常应用于昂贵介质 (油品、天然气等 )的总量测量。 ◆ [差压式流量计、浮子流量计、容积式流量计、涡轮流量计、电磁流量计、涡街流量计、超声流量计、热式流量计 ] 差压式流量计的基本工作原理、主要特点、选用原则。 差压式流量计（ DPF）： 是应用最广泛的流量计 , 近年来 ,由于各种 新型流量计的问世 ,它的使用量百分数逐渐下降 ,但目前仍是最重要的一类流量计。 ◆ 基本原理 : 差压式流量计是根据安装于管道中流量检测件产生的差压 ,已知的流体条件和检测件与管道的几何尺寸来计算流量的仪表。 充满管道的流体，当它流经管道内的节流件时，如图 所示，流束将在节流件处形成局部收缩，因而流速增加，静压力降低，于是在节流件前后便产生了压差。 流体流量愈大，产生的压差愈大，这样可依据压差来衡量流量的大小。  组成 由一次装置 (检测件 )和二次装置 (差压转换和流量显示仪表 )组成。 按检测件 型式对 DPF分 类为 :孔板流量计，文丘里管流量计及均速管流量计等。 二次装置为各种机械、电子、机电一体式差压计 ,差压变送器及流量显示仪表。 它已发展为三化 (系列化、通用化及标准化 )程度很高的、种类规格庞杂的一大类仪表 ,既可测量流量 ,也可测量其它参数 (如压力、物位、密度等 )。 DPF 按检测件作用原理可分为 :节流装置、水力阻力式、离心式、动压头式、动压头增益式及射流式几大类。 其中以节流式和动压头增益式应用最为广泛。 节流装置按其标准化程度分为标准型和非标准型二大类。 所谓标准节流装置是指只要按照标准文件设计、制造、安装和使用，无 须经实流校准即可确定其流量值并估算其测量误差。 非标准节流装置是成熟程度较差，尚未列入标准文件的检测件。 ◆ 节流式 DPF的优点： 应用最普遍的节流件标准孔板结构易于复制，简单，牢固，性能稳定可靠，使用期限长，价格低廉。 节流式差压式流量计应用范围极广泛，至今尚无任何一类流量计可与之相比。 全部单相流体，包括液、气、蒸汽皆可测量，部分混相流，如气固、气液、液固等亦可应用，一般生产过程 10 的管径、工作状态 (压力，温度 )皆有产品。 检测件与差压显示仪表可分开不同生产厂生产，便于专业化形成规模经济生产，它们的结合非常灵活方 便。 检测件，特别是标准型的，是全世界通用的，并得到国际标准组织的认可。 标准型节流式 DPF 无需实流校准，即可投用，在流量计中亦是惟一的 目前在各种类型中以节流式和动压头式应用最多。 ◆ 节流式 DPF 主要存在以下缺点： 1)测量的重复性、精确度在流量计中属于中等水平，由于众多因素的影响错综复杂， 精确度难以提高。 2)范围度窄，由于仪表信号 (差压 )与流量为平方关系，一般范围度仅 3:14:1。 3)现场安装条件要求较高，如需较长的直管段 (指孔板，喷嘴 )，一般难以满足。 4)检测件与差压显 示仪表之间引压管线为薄弱环节，易产生泄漏、堵塞、冻结及信号 失真等故障。 5)压损大 (指孔板，喷嘴 )。 ◆ 差压流量计的选用原则：选用考虑因素的五个方面为仪表性能、流体特性、安装条件、 环境条件和经济因素 1 仪表性能方面 (1) 精确度、重复性、线性度、流量范围和范围度 ⑵压力损失 2 流体特性方面 ⑴流体物性参数的确定，流体物性参数包括密度、粘度、等熵指数、湿度等， (2)流体的腐蚀、磨蚀、结垢、脏污等 3 安装条件 4 环境条件 5 经济因素 电磁流量计的基本工作原理、主要特点、选用原则。 （ 1）工作原理： 电磁流量计 根据法拉第电磁感应原理，在与测量管轴线和磁力线相垂直的管壁上安装了一对检测电极，当导电液体沿测量管轴线运动时，导电液体切割磁力线产生感应电势，此感应电势由两个检测电极检出，数值大小与流量成比例，其值为： 式中： E=KBVD E感应电势； K与磁场分布及轴向长度有关的系数。 B磁感应强度； V导电液体平均流速； D电极间距；（测量管内直径） （ 2） 电磁流量计 （ EMF） 优点 : (a)测量通道是段光滑直管 ,不会阻塞 ,适用于测量含固体颗粒的液固二相流体 ,如纸浆、 泥浆、污水等。 (b) 电磁流量计不产生因检测流量所形成的压力损失，仪表的阻力仅是同一长度管道的沿程阻力，节能效果显著，对于要求低阻力损失的大管径供水管道最为适合。 (c)所测得体积流量实际上不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的明显影响。 (d) 与其他大部分流量仪表相比，前置直管段要求较低 11 （ e） 电磁流量计测量范围度大，通常为 20： 1～ 50： 1，可选流量范围宽。 满度值液体流速可在 ～ 10m/s内选定。 有些型号仪表可在现场根据需要扩大和缩小流量不必取下作离线实流标定。 （ f） 电磁流量计的口径范围比其他品 种流量仪表宽，从几毫米到 3m。 (g) 可测正反双向流量，也可测脉动流量，只要脉动频率低于激磁频率很多。 （ h） 仪表输出本质上是线性的。 （ j） 易于选择与流体接触件的材料品种，可应用于腐蚀性流体。 (3)电磁流量计 （ EMF） 缺点： a电磁流量计不能测量电导率很低的液体，如石油制品和有机溶剂等。 b不能测量气体、蒸汽和含有较多较大气泡的液体。 c 通用型电磁流量计由于衬里材料和电气绝缘材料限制，不能用于较高温度的液体；有些型号仪表用于过低于室温的液体，因测量管外凝露而破坏绝缘。 (4)电磁流量计的选用 原则： 大口径电磁流量计较多使用于给排水工程，中小口径常使用于固液双相等难测流体或高请求场所，而小口径和巨大口径常使用于医药工业、食品工业、生物工程等有卫生请求的场所。 EMF 选用应考虑以下几点： 1 精度等级和功效 2 流速、满度流量、领域度和口径 3 液体电导率 4 液体中含有混入物 5 附着和沉淀 6 与流体接触零部件资料的选择 (5)电磁流量计安装注意事项：转换器安装与连接电缆 一体型 EMF 无单独安装转换器；分离型转换器安装在传感器附近或仪表室 转换器和传感器间距离受制于被测介质电导率和信号电缆型号，即电 缆的分布电容、导线截 面和屏蔽层数等。 要用制造厂随仪表所附（或规定型号）的信号电缆。 电导率较低液体和传 输距离较长时，也有规定用三层屏蔽电缆 为了避免干扰信号，信号电缆必须单独穿在接地保护钢管内，不能把信号电缆和电源线安装 在同一钢管内。 超声流量计的基本工作原理、主要特点、选用原则。 (1)超声波流量计（简称 USF）是通过检测流体流动对超声束 (或超声脉冲 )的作用，以测量体积流量的仪表。 这里主要讨论用于测量封闭管道液体流量的 USF 封闭管道用 USF 按测量原理分类有：传播时间法、多普勒效应法、波束偏移 法、相关法、噪声法等。 (2)工作原理：声波在流体中传播，顺流方向声波传播速度会增大，逆流方向则减小，同一传播距离就有不同的传播时间。 利用传播速度之差与被测流体流速之关系求取流速，称之传播时间法。 按测量具体参数不同，分为时差法、相位差法和频差法。 (3)优点 1USF 可作非接触测量，可作移动性（即非定点固定安装）测量，适用于管网流动状况评 估测定 2USF 为无流动阻挠测量，无额外压力损失。 3 流量计的仪表系数是可从实际测量管道及声道等几何尺寸计算求得的，既可采用 12 4 干 法标定，除带测量管段式外一般不需作实流校 验。 5USF 适用于大型圆形管道和矩形管道，且原理上不受管径限制，其造价基本上与管径无关。 6 多普勒 USF 可测量固相含量较多或含有气泡的液体。 7USF 可测量非导电性液体，在无阻挠流量测量方面是对电磁流量计的一种补充。 8 因易于实行与测试方法（如流速计的速度 面积法，示踪法等）相结合，可解决一些特 殊测量问题，如速度分布严重畸变测量，非圆截面管道测量等。 9 某些传播时间法 USF 附有测量声波传播时间的功能，即可测量液体声速以判断所测液 体类别。 （ 4）缺点 传播时间法 USF 只能用于清洁液体和气体，不能测量悬浮 颗粒和气泡超过某一范围的液体；反之多普勒法 USF 只能用于测量含有一定异相的液体。 外夹装换能器的 USF 不能用于衬里或结垢太厚的管道，以及不能用于衬里（或锈层）与内管壁剥离（若夹层夹有气体会严重衰减超声信号）或锈蚀严重（改变超声传播路径）的管道。 多普勒法 USF 多数情况下测量精度不高。 国内生产现有品种不能用于管径小于 DN25mm 的管道。 2． 5 调节器的基本类型 A、按所用能源形式分 （ 1）气动仪器 信号传输速度为音速，不怕电磁干扰，防爆 （ 2）液动仪表（很少见） 体积大，动作。