1、浮子流量計相關(guān)知識,天津大學電氣與自動化工程學院流量實驗室,2020/9/24,2,2020/9/24,2,內(nèi)容提要,結(jié)構(gòu)與工作原理 天大泰和相關(guān)產(chǎn)品介紹 檢定流程 流量計選型 應用領(lǐng)域 安裝使用中需要注意的問題 常見故障及維護,2020/9/24,3,2020/9/24,3,內(nèi)容提要,結(jié)構(gòu)與工作原理 天大泰和相關(guān)產(chǎn)品介紹 檢定流程 流量計選型 應用領(lǐng)域 安裝使用中需要注意的問題 常見故障及維護,2020/9/24,4,浮子流量計的結(jié)構(gòu),由傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成,2020/9/24,5,2020/9/24,5,浮子流量計的結(jié)構(gòu),第一章,浮子流量傳感器結(jié)構(gòu)示意圖,錐管浮子流量傳感器,孔板浮子流

2、量傳感器,h,2020/9/24,6,浮子流量計的結(jié)構(gòu),6,錐管浮子,孔板浮子,卡箍,錐管,孔板,支撐架,下導向桿,上導向桿,上,下,下導向桿,上導向桿,2020/9/24,7,2020/9/24,7,浮子流量計的結(jié)構(gòu),第二章,錐管浮子,錐管,h,浮子流量計的結(jié)構(gòu),2020/9/24,8,孔板浮子,孔板,Fp+F=FS,2020/9/24,9,傳感器部分的工作原理,被測流體自下而上流過浮子流量傳感器時，若FS大于G，浮子便上升。 浮子上升時，浮子和錐管間的環(huán)形面積隨之增大，則環(huán)形面積處流體流速下降，浮子上下截面壓差降低，作用于浮子和導向桿上的升力FS隨之減少。 當FS等于G時，浮子便穩(wěn)定在某一

3、高度h，由h即可測得體積流量qv。,Fp+F=FS,傳感器部分的工作原理,2020/9/24,10,由浮子的受力平衡公式推得浮子流量傳感器的體積流量公式為：,其中， 為浮子流量計的流量系數(shù)，是與雷諾數(shù)、浮子形狀和尺寸等相關(guān)的無量綱數(shù)，在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)是常數(shù)。,A1,2020/9/24,11,轉(zhuǎn)換器部分的工作原理,浮子內(nèi)嵌磁鋼，與管體外一端嵌有小磁鋼的機械連桿機構(gòu)形成內(nèi)外磁路耦合。流量變化時，內(nèi)磁鋼隨浮子上下移動，引起外磁鋼的位移，連桿隨之轉(zhuǎn)動一定角度，從而將浮子的直線位移h轉(zhuǎn)換為連桿的角度位移 。 利用電容角位移傳感器將其角度的變化轉(zhuǎn)換為電容值的變化，再經(jīng)信號處理電路將電容值的變化轉(zhuǎn)化為電

4、壓信號，最終使檢測電路的輸出信號幅值反映流體瞬時流量的大小。,2020/9/24,11,角位移金屬浮子流量計基本原理,轉(zhuǎn)換器部分的工作原理,在浮子內(nèi)嵌入小磁鋼，在金屬錐管管體外安裝圓形磁體，通過磁路耦合將浮子的縱向位移轉(zhuǎn)換成外部磁體的角度變化，并通過磁阻元件測量此角度。 設(shè)計與磁阻元件配套的硬件電路，實現(xiàn)流量的測量。,2020/9/24,12,磁阻式金屬浮子流量計基本原理,2020/9/24,13,2020/9/24,13,內(nèi)容提要,結(jié)構(gòu)與工作原理 天大泰和相關(guān)產(chǎn)品介紹 檢定流程 流量計選型 應用領(lǐng)域 安裝使用中需要注意的問題 常見故障及維護,2020/9/24,14,天大泰和相關(guān)產(chǎn)品介紹,分

5、類 按結(jié)構(gòu)形式分：垂直型、水平型； 按被測介質(zhì)分：液體、氣體； 按傳感器類型分：錐管型、孔板型； 按轉(zhuǎn)換器類型分：指針現(xiàn)場指示型、指針式遠傳型、智能現(xiàn)場指示型、智能遠傳型、智能遠傳報警輸出型； 按附加結(jié)構(gòu)分：標準型（無）、夾套型、高溫型（上限300）、高壓型（大于4.0MPa） 、襯PTFE型、阻尼型,2020/9/24,15,天大泰和相關(guān)產(chǎn)品介紹,2020/9/24,15,產(chǎn)品外形圖,標準型,衛(wèi)生型,智能型,突出特點（賣點） 精度通過10點非線性修正，精度等級達到1.0級； 在線溫壓補償（正在研制）。,2020/9/24,16,天大泰和相關(guān)產(chǎn)品介紹,其他部件,2020/9/24,16,磁過濾

6、器,阻尼器,2020/9/24,17,天大泰和相關(guān)產(chǎn)品介紹,技術(shù)參數(shù) 口徑：DN15、DN25、 DN40、DN50 、DN65、 DN80、DN100 、 DN125、 DN150、DN200 共10種不同口徑 測量范圍：水 2.5200,000 L/h； 空氣 0.075,000 m3/h (0.1013MPa ，20)。 量程比：標準型: 10:1 特殊規(guī)格的流量計需另選 精度等級： 1.0級、1.5級 壓力等級：1.6MPa、2.5MPa、4.0MPa、其他 介質(zhì)溫度：-80+250（內(nèi)襯氟塑料流量計流體溫度為0+80）；高溫型最高可達300。,2020/9/24,17,2020/9/

7、24,18,天大泰和相關(guān)產(chǎn)品介紹,技術(shù)參數(shù)（續(xù)） 環(huán)境溫度：指針式 -40+120； 智能型 40+70。 連接： 法蘭連接，1.6MPa、2.5MPa、4.0MPa參照標準HG20594-97 電氣連接：M201.5 防護等級：IP65 防爆等級：本安ExiaIICT5 介質(zhì)粘度：15 5 mPaS ； 25100 50 mPaS 供電方式： B型 3.6V鋰電池1節(jié)，可使用1年；A、C、D型 DC24V， 420mA，A、C型兩線制，D型三線制。 儀表高度：250mm,2020/9/24,18,2020/9/24,19,2020/9/24,19,內(nèi)容提要,結(jié)構(gòu)與工作原理 天大泰和相關(guān)產(chǎn)品介

8、紹 檢定流程 流量計選型 應用領(lǐng)域 安裝使用中需要注意的問題 常見故障及維護,2020/9/24,20,2020/9/24,20,標準裝置,實驗裝置,第二章,2020/9/24,21,浮子流量計的檢定流程,第一步， 安裝浮子流量計，打開上游全開閥，緩慢打開調(diào)節(jié)閥，使檢定介質(zhì)流過流量計，先排出氣泡，等穩(wěn)定后調(diào)節(jié)下游調(diào)節(jié)閥，使浮子升到要檢定的流量點。 第二步，在量程范圍內(nèi)，均勻選擇11個流量點，分別測量正、反量程下傳感器的旋轉(zhuǎn)角度，對正、反量程角度取平均值后，根據(jù)平均值刻度浮子流量計。 第三步，在水流量標準實驗裝置上檢定該流量計，選取qmin、0.25qmax、0.4qmax、0.7qmax和qm

9、ax共5個流量點，每個流量點正、反行程各檢定3次，分別計算各測量值在正、反量程下的算術(shù)平均值。其中qmin代表量程下限、qmax代表量程上限。 最后，計算各流量點的滿度誤差SF和線性度k等技術(shù)指標。,2020/9/24,22,規(guī)范中的參數(shù)要求,1、滿度誤差 流量計（具有現(xiàn)場指示或氣遠傳或電遠傳功能）的滿度誤差應不超過表1規(guī)定的滿度誤差限。 2、回差 流量計(具有現(xiàn)場指示或氣遠傳或電遠值功能)的回差應不超過滿度誤差限的絕對值。,2020/9/24,22,規(guī)范中的參數(shù)要求（續(xù)）,3、重復性 流量計的重復性的均方根誤差應不超過表3中的規(guī)定的數(shù)值。,2020/9/24,23,2020/9/24,24,

10、規(guī)范中的參數(shù)要求（續(xù)）,4、波動,2020/9/24,24,2020/9/24,25,相關(guān)技術(shù)指標的計算公式,1、滿度誤差計算公式 式中：SF第 i個試驗點的滿度誤差； Qi第i 個試驗點在同行程n次測量中流量計流量的算術(shù)平均值； Q si第i 個試驗點在同行程n次測量中流量校準裝置測定的算術(shù)平均值； Qmax流量測量范圍上限值。,2020/9/24,25,相關(guān)技術(shù)指標的計算公式（續(xù)）,2、回差計算公式 式中：i 第 i個試驗點回差； Qfi 第 i個試驗點正行程的Qi 值； Qri 第i 個試驗點反行程的Q i值； Qmax流量測量范圍上限值。,2020/9/24,26,2020/9/24,

11、27,相關(guān)技術(shù)指標的計算公式（續(xù)）,3、不確定度（重復性）計算公式 式中：i 第i個試驗點的重復性均方根誤差； Qij 第i個試驗點同行程第j次試驗中流量計的流量 (j=1，2，n)； Qi第i 個試驗點在同行程n次測量中流量計流量的算術(shù)平均值； n 同一試驗點同行程的測量次數(shù)； Qmax流量測量范圍上限值。,2020/9/24,27,相關(guān)技術(shù)指標的計算公式（續(xù)）,4、線性度k 用最小二乘法計算：令擬合直線方程為Y=a0+KX0，任一校準數(shù)據(jù)Yi與擬合直線上對應理想值a0+KXi間線差為： i = Yi - ( a0 + KXi )，則 k = |max(i )| / Qmax100%,202

12、0/9/24,28,2020/9/24,29,2020/9/24,29,內(nèi)容提要,結(jié)構(gòu)與工作原理 天大泰和相關(guān)產(chǎn)品介紹 檢定流程 流量計選型 應用領(lǐng)域 安裝使用中需要注意的問題 常見故障及維護,2020/9/24,30,浮子流量計的選擇,不僅不同口徑的流量范圍不同，同一口徑下也有不同的流量范圍。 流量表中的流量范圍是指標準狀態(tài)下的測量范圍，需要按照刻度換算方法換算為所需要的工況條件下的測量范圍。 因為浮子流量計的精度一般是按滿量程相對誤差計算，因此應使流量計的常用流量點在滿量程流量的5080。,2020/9/24,30,2020/9/24,31,液體浮子流量計的刻度換算公式,0、qv0、a0分

13、別表示刻度狀態(tài)下標定介質(zhì)的密度、體積流量及流量系數(shù)； 、qv和a分別表示實際運行狀態(tài)下被測介質(zhì)的密度、體積流量和流量系數(shù)。,流量計用于液體測量時，制造廠是用常溫下清潔的水作為校驗液來校驗的，若被測液體的密度與水的密度不同時，應對流量計的示值進行換算。,2020/9/24,32,液體浮子流量計刻度換算實例,從計算結(jié)果可見，用水標定的浮子流量計測量硫酸流量，儀表示值為20 m3/h時，實際硫酸流量僅為13.831m3/h。,2020/9/24,32,一浮子流量計，浮子材料為鋼，密度為 =7900kg/m3，用20的水標定（水的密度為 =998kg/m3），流量計測量上限為30m3/h?，F(xiàn)用戶用來測

14、量硫酸（硫酸的密度為 =1834kg/m3），求流量計顯示20 m3/h時，實際通過流量計的硫酸流量為多少？,解：,2020/9/24,33,氣體浮子流量計的刻度換算公式,01表示標準狀態(tài)下 被測氣體的密度， p、T分別表示工作狀態(tài)下被測氣體的絕對壓力（即表壓與大氣壓之和 ）、開氏溫度； 0 、 p0、T0分別表示標準狀態(tài)下空氣的密度、 絕對壓力（ 101.325 Kpa）、開氏溫度（293.15 K）。,2020/9/24,33,流量計測量氣體時，制造廠是用空氣校準的（20，101.325KPa），若被測氣體的參數(shù)和工作狀態(tài)與制造廠規(guī)定的不同時，應對流量計示值讀數(shù)進行修正。,0,測量 干燥空

15、氣,測量 其它干燥氣體,狀態(tài)修正,先在刻度狀態(tài)下進行密度修正，再進行狀態(tài)修正,2020/9/24,34,氣體浮子流量計刻度換算實例,2020/9/24,34,一氣體浮子流量計，廠家用 P0=101.325KPa、 t0=20的空氣標定，先用來測量 P=350KPa、 t=27的空氣，求： （1）流量計顯示4m3/h時的實際空氣流量是多少？ （2）若用來測量該狀態(tài)下的氫氣（H2），則顯示4m3/h時的實際氫氣流量是多少？,解： 假設(shè)空氣和氫氣在使用狀態(tài)下仍符合理想氣體狀態(tài)方程，則2,（1）用浮子流量計測量不同狀態(tài)下的空氣流量,（2）用浮子流量計測量非標定氣體,2020/9/24,35,流體粘度對

16、流量測量的影響（待解決）,由于流體粘滯阻力的影響將會產(chǎn)生不同的測量效應，用流量系數(shù)來表征粘滯阻力所造成的影響，只有當粘度很小時，才是一個常數(shù)，浮子位置高度h才和流量q有確定的函數(shù)關(guān)系。 如浮子流量計工作在流量系數(shù)隨雷諾數(shù)變化的范圍內(nèi)，當被測介質(zhì)的粘度發(fā)生變化時，和密度的變化一樣，也將對流量計的示值產(chǎn)生影響，導致測量誤差。即使使用介質(zhì)不變，使用溫度有較大變化時，也可能對示值產(chǎn)生相當大的影響。 國內(nèi)外的流量工作者在這方面也做了一些有益的研究工作，部分廠家對其產(chǎn)品提供有使用粘度的上限值或粘度修正曲線。但目前對浮子流量計粘度的修正的研究離實用的要求還有比較大的距離，因為從理論上，尤其是從流體力學，深入

17、、全面地分析粘度修正還比較困難。,2020/9/24,35,2020/9/24,36,浮子流量計粘度影響規(guī)律,口徑越小，粘度影響越大。 相同型號下，同一浮子高度h處，實際流量隨流體粘度的增大而減小。,2020/9/24,36,不同粘度下DN25孔板浮子流量計的刻度流量與換算流量的關(guān)系,DN25孔板浮子流量計流體粘度v與流量的關(guān)系,溫度壓力補償問題（待解決）,溫度、壓力變化影響被測介質(zhì)的密度，應采用溫壓補償?shù)姆绞絹慝@得真實的流量。 正在研制在線溫壓補償型浮子流量計。,2020/9/24,37,選型所需參數(shù),介質(zhì)類型：液體或氣體 操作/標準狀態(tài)密度、操作狀態(tài)介質(zhì)粘度 氣體：操作/設(shè)計溫度、操作/設(shè)

18、計壓力 流量范圍：最大流量、最小流量、常用流量 精度等級、輸出信號、防爆等級 環(huán)境溫度、流體流向、附加結(jié)構(gòu)、供電方式 錐管/浮子/法蘭材質(zhì)、法蘭尺寸及密封面、法蘭壓力標準及等級,浮子流量計選型軟件,2020/9/24,39,2020/9/24,40,2020/9/24,40,內(nèi)容提要,結(jié)構(gòu)與工作原理 天大泰和相關(guān)產(chǎn)品介紹 檢定流程 流量計選型 應用領(lǐng)域 安裝使用中需要注意的問題 常見故障及維護,2020/9/24,41,應用領(lǐng)域,浮子流量計作為直觀流動指示或測量精度要求不高的指示儀表，可用于測量液體、氣體和蒸汽的流量，特別適用于低流速小流量的流量測量和高溫、高壓、不透明及腐蝕性介質(zhì)的流量測量，

19、被廣泛地用在電力、石化、化工、冶金、醫(yī)藥等流程工業(yè)和污水處理等公用事業(yè)。 有些應用場所只要檢測流量不超過或不低于某值即可，例如電纜惰性保護氣體流量增交說明產(chǎn)生了新的泄露點、循環(huán)冷卻和培養(yǎng)槽等水或空氣減流、斷流報警等場所可選用有上限或下限流量報警的浮子流量計。 環(huán)境保護大氣采樣和流程工業(yè)在線監(jiān)測的分析儀器連續(xù)取樣，采樣流量的監(jiān)控也是浮子流量計的大宗服務對象。 作為流程工業(yè)的液位、密度等其他參量的吹流測量法中，定流量測量和控制的輔助儀表，應用得非常普遍，亦占相當份額。 帶信號輸出的遠傳金屬管浮子流量計在流程工業(yè)常用作流量控制檢測儀表或管線混合配比，如給水處理過程控制原水加藥液的配比量。,2020/

20、9/24,42,2020/9/24,42,內(nèi)容提要,結(jié)構(gòu)與工作原理 天大泰和相關(guān)產(chǎn)品介紹 檢定流程 流量計選型 應用領(lǐng)域 安裝使用中需要注意的問題 常見故障及維護,2020/9/24,43,浮子流量計的安裝,垂直型安裝圖,2020/9/24,43,干凈介質(zhì),臟污介質(zhì),2020/9/24,44,浮子流量計的安裝（續(xù)）,水平型安裝圖,2020/9/24,44,2020/9/24,45,浮子流量計的安裝（續(xù)）,絕大部分浮子流量計必須垂直安裝在無震動的管道上，流體自下而上流過儀表，不應有明顯的傾斜。浮子流量計中心線與鉛垂線間夾角一般不應超過5，高精度（1.5級以上）儀表不應超過2 。 浮子流量計周圍100mm空間不得有鐵磁性物體。 安裝位置要遠離閥門變徑口、泵出口、工藝管線轉(zhuǎn)彎口等，要保持前5D、后250mm直管段的要求。（規(guī)范中要求，浮子流量計前后直管段長度為前10D、后5D）,浮子流量計的安裝（續(xù)）,在測量贓污介質(zhì)時，應在儀表上游裝過濾器，并及時清洗磁過濾器。 要保持浮子和錐管的清潔，特別是小口徑儀表，浮子潔凈程度明顯影響測量值。必要時