【正文】 。磁電感應(yīng)信號(hào)檢出器包括磁電轉(zhuǎn)換器和前置放大器，磁電轉(zhuǎn)換器由線圈和磁鋼組成，用于產(chǎn)生與葉片轉(zhuǎn)速成比例的電信號(hào)，前置放大器放大微弱電信號(hào)，使之便于遠(yuǎn)傳。流體通過(guò)渦輪流量計(jì)時(shí)推動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，渦輪葉片 圖521 渦輪流量計(jì)結(jié)構(gòu)圖周期性地掃過(guò)磁鋼，使磁路磁阻發(fā)生周期性地變化，線圈感應(yīng)產(chǎn)生的交流電信號(hào)頻率與渦輪轉(zhuǎn)速成正比，即與流速成正比。渦輪流量計(jì)的流量方程式表示為： （512）式中為體積流量；為信號(hào)脈沖頻率；為儀表常數(shù)。儀表常數(shù)與流量計(jì)的渦輪結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。在流量較小時(shí)，值隨流量增加而增大，只有流量達(dá)到一定值后近似為常數(shù)。在流量計(jì)的使用范圍內(nèi)，值應(yīng)保持為常數(shù)，使流量與轉(zhuǎn)速接近線性關(guān)系。渦輪流量計(jì)的顯示儀表是一個(gè)脈沖頻率測(cè)量和計(jì)數(shù)的儀表，根據(jù)單位時(shí)間的脈沖數(shù)和一段時(shí)間的脈沖計(jì)數(shù)，分別顯示瞬時(shí)流量和累積流量。 渦輪流量計(jì)的特點(diǎn)和作用：渦輪流量計(jì)可以測(cè)量氣體、液體流量，但要求被測(cè)介質(zhì)潔凈，并且不使用于粘度大的液體測(cè)量。它的測(cè)量精度較高，在小范圍內(nèi)誤差可以；由于儀表刻度為線性，范圍寬可達(dá)（10～20）:1；輸出頻率信號(hào)便于遠(yuǎn)傳及與計(jì)算機(jī)相連；儀表有較寬的工作溫度范圍（200～400℃），可耐較高工作壓力（100MPa）。渦輪流量計(jì)一般應(yīng)水平安裝，并保證其前后有一定的直管段。為保證被測(cè)介質(zhì)潔凈，表前應(yīng)裝過(guò)濾裝置。如果被測(cè)液體易氣化或含有氣體時(shí)，要在儀表前裝消氣器。渦輪流量計(jì)缺點(diǎn)是制造困難，成本高。由于渦輪高速轉(zhuǎn)動(dòng)，軸承易磨損，降低了長(zhǎng)期運(yùn)行的穩(wěn)定性，影響使用壽命。通常渦輪流量計(jì)主要用于測(cè)量精度要求高、流量變化快的場(chǎng)合，還用作標(biāo)定其他流量的標(biāo)準(zhǔn)儀表。 渦輪流量計(jì)的技術(shù)指標(biāo)：詳見(jiàn)渦輪流量計(jì)使用說(shuō)明書(shū)。 渦輪流量計(jì)的校驗(yàn)實(shí)驗(yàn)：，重點(diǎn)在于學(xué)習(xí)流量計(jì)校核的操作過(guò)程。實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?① 掌握流量計(jì)校驗(yàn)的方法。② 熟悉校驗(yàn)的操作過(guò)程。③ 驗(yàn)證渦輪流量計(jì)的精度等級(jí)。實(shí)驗(yàn)設(shè)施：化工自動(dòng)化儀表實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線、秒表。實(shí)驗(yàn)原理：渦輪流量計(jì)的校驗(yàn)方法有兩種，第一種采用容積校驗(yàn)法，方法同“ 電磁流量計(jì)的校驗(yàn)實(shí)驗(yàn)”一樣；第二種方法就是采用比渦輪流量計(jì)更高精度等級(jí)的電磁流量計(jì)進(jìn)行校驗(yàn)。推薦使用第一種方法，因?yàn)橐ＷC電磁流量計(jì)（）比渦輪流量計(jì)（1級(jí)）的精度高，需保證電磁流量計(jì)的使用流量范圍在滿刻度流量的1/3～4/5，最好能大于刻度流量的1/2，所以校驗(yàn)范圍受限，%。以容積法校驗(yàn)為例，以下為渦輪流量計(jì)液位水箱容積法校驗(yàn)流程圖：圖522 渦輪流量計(jì)校驗(yàn)流程圖本實(shí)驗(yàn)同樣采用動(dòng)態(tài)校驗(yàn)法進(jìn)行流量的校驗(yàn)，當(dāng)液體經(jīng)離心泵流過(guò)渦輪流量計(jì)和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥而將流量穩(wěn)定后，關(guān)閉液位水箱出水閥門(mén)，讀出液位從某一高度上升至另一高度所需要的時(shí)間即可。實(shí)驗(yàn)步驟：① 實(shí)驗(yàn)之前先將儲(chǔ)水箱中貯足水量，一般接近儲(chǔ)水箱容積的4/5,然后將閥F1F1F17全開(kāi)，其余手動(dòng)閥門(mén)關(guān)閉；② 將“渦輪流量計(jì)”的輸出對(duì)應(yīng)接至智能調(diào)節(jié)儀Ⅰ的“0～5V/1～5V輸入”端，將智能調(diào)節(jié)儀Ⅰ的“4～20mA輸出”端對(duì)應(yīng)接至“電動(dòng)調(diào)節(jié)閥”的控制信號(hào)輸入端；③ 打開(kāi)對(duì)象系統(tǒng)儀表控制箱的單相空氣開(kāi)關(guān)，給所有儀表上電；④ 智能儀表Ⅰ基本參數(shù)設(shè)置：Sn=3DIP=0、dIL=0、dIH=1200、oPL=0、oPH=100、CF=0、Addr=1；⑤ 手動(dòng)控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度到20%左右，打開(kāi)離心泵電源，給水箱供水，通過(guò)調(diào)節(jié)液位水箱出水閥F17，最終使液位穩(wěn)定在30cm左右，注意不要低于隔板開(kāi)孔的液位高度以下，觀察并記錄下此時(shí)穩(wěn)定的液位高度和渦輪流量計(jì)的瞬時(shí)流量值；⑥ 將水箱的出水閥F17關(guān)死，同時(shí)打開(kāi)秒表進(jìn)行記時(shí)，在液位達(dá)到50cm的瞬間，關(guān)閉進(jìn)水閥F13，然后關(guān)閉離心泵，停止記時(shí)，觀察并紀(jì)錄此時(shí)的實(shí)際液位高度和秒表顯示的時(shí)間；⑦ 計(jì)算流量： （513） （514）S為水箱隔板開(kāi)孔以上液位高度的水箱截面積，,可知: （515）⑧ 將校驗(yàn)流量值與瞬時(shí)流量值進(jìn)行比較,求出渦輪流量計(jì)的精度:l/h （516）⑨ 重復(fù)⑤、⑥、⑦、⑧步，將電動(dòng)調(diào)節(jié)法的開(kāi)度設(shè)置為30%、40%、50%、60%、70%、80%，分別計(jì)算渦輪流量計(jì)在不同流量范圍內(nèi)的精度等級(jí)。實(shí)驗(yàn)報(bào)告及要求：① 畫(huà)出本實(shí)驗(yàn)對(duì)象系統(tǒng)方框圖。② 根據(jù)多組實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)，計(jì)算出校驗(yàn)流量值。③ 根據(jù)校驗(yàn)流量值與實(shí)測(cè)渦輪流量計(jì)瞬時(shí)流量值，計(jì)算并判斷渦輪流量計(jì)的精度等級(jí)。 孔板流量計(jì)的工作原理認(rèn)識(shí)和標(biāo)定實(shí)驗(yàn) 孔板流量計(jì)的工作原理：孔板流量計(jì)又稱節(jié)流式流量計(jì)，節(jié)流式流量計(jì)可用于測(cè)量液體、氣體或蒸汽的流量。這種流量計(jì)是應(yīng)用歷史最長(zhǎng)和最成熟的差壓式流量計(jì)，至今在生產(chǎn)過(guò)程所用的流量?jī)x表中仍占有重要地位。節(jié)流式流量計(jì)中產(chǎn)生差壓的裝置稱節(jié)流裝置，其主體是一個(gè)局部收縮阻力件，稱為節(jié)流元件，如下圖所示。通過(guò)節(jié)流元件改變流體流通截面，從而在節(jié)流元件前后形成壓力差。節(jié)流式流量計(jì)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)可動(dòng)部件；可靠性較高；復(fù)現(xiàn)性能好；適應(yīng)性較廣，它使用于各種工況下的單相流體，適用的管道直徑范圍寬，可以配用通用差壓計(jì)，裝置標(biāo)準(zhǔn)化。 孔板流量計(jì)的結(jié)構(gòu)與測(cè)量原理：孔板流量計(jì)（orifice meter）屬差壓式流量計(jì)，是利用流體經(jīng)節(jié)流元件產(chǎn)生的壓力差來(lái)實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量。孔板流量計(jì)的節(jié)流元件為孔板，即中央開(kāi)有圓孔的金屬板，將孔板垂直安裝在管路中，以一定取壓方式測(cè)取孔板前后兩端的壓差，并與差壓變送器相連，即構(gòu)成孔板流量計(jì)，如下圖所示：下圖中，流體在管路截面11’處流速為u1，繼續(xù)向前流動(dòng)時(shí)，受節(jié)流元件的制約，流束開(kāi)始收縮，其流速增加。由于慣性的作用，流束的最小截面并不在孔口處，經(jīng)過(guò)孔板后流束仍繼續(xù)收縮，直到截面22’處為最小，流束u2為最大。流束截面最小處稱為縮脈（vena contracta）。隨后流束又逐漸擴(kuò)大，直至截面33’處，又恢復(fù)到原有管截面，流速也降至原來(lái)的數(shù)值。圖531 孔板流量計(jì)結(jié)構(gòu)圖在流速變化的同時(shí)，流體的壓力也隨之發(fā)生變化。在11’截面處流體的壓力為P1，流束收縮后，壓力下降，到縮脈22’處降至最低（p2），而后又隨流束的恢復(fù)而恢復(fù)。但在孔板出口處由于流通截面突然縮小與擴(kuò)大而形成渦流，消耗一部分能量，所以流量在33’截面的壓力p3不能恢復(fù)到原來(lái)的壓力p1，使p3p1。流體在縮脈處流速最高，即動(dòng)能最大，而相應(yīng)壓力就最低，因此當(dāng)流體以一定流量流經(jīng)小孔時(shí)，在孔板前后就產(chǎn)生一定的壓力差=。流量愈大，也就愈大，并存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此通過(guò)測(cè)量孔板前后的壓差即可測(cè)量流量。 孔板流量計(jì)的流量方程：孔板流量計(jì)的流量與壓差的關(guān)系式可由連續(xù)性方程和伯努利方程推導(dǎo)。如上圖所示，在11’截面和22’截面間列伯努利方程，若暫時(shí)不計(jì)流量損失，有+=+ （517）變形得 = （518）或 = （519）由于上式未考慮能量損失，實(shí)際上流體流經(jīng)孔板的能量損失不能忽略不計(jì)；另外，縮脈位置不定，未知，但孔口面積已知，為便于使用可用孔口速度替代縮脈速度；同時(shí)兩測(cè)壓孔的位置也不一定在11’和22’截面上，因此引入一校正系數(shù)C來(lái)校正上述各因素的影響，則上式變?yōu)?=C （519）根據(jù)連續(xù)性方程，對(duì)于不可壓縮性流體 （520）將上式代入式（519），整理得 （521）令 （522）則 （523） 根據(jù)即可計(jì)算流體的體積流量 （524）及質(zhì)量流量 （525）式中， 稱為流量系數(shù)，（flow coefficient）或孔流系數(shù)，其值由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。主要取決于流體在管內(nèi)流動(dòng)的雷諾數(shù)，孔面積與管截面積比，同時(shí)孔板的取壓方式、加工精度、管壁粗糙度等因素也對(duì)其有一定的影響。對(duì)于取壓方式、結(jié)構(gòu)尺寸、加工狀況均已規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)孔板，流量系數(shù)可以表示為 （526）式中，Re是以管路的內(nèi)徑計(jì)算的雷諾數(shù)，即Re= （527）對(duì)于按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格及精度制作的孔板，用角接取壓法安裝在光滑管路中的標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的與Re、的關(guān)系曲線可參考有關(guān)化工原理書(shū)籍。對(duì)于相同的標(biāo)準(zhǔn)孔板，只是Re的函數(shù)，并隨Re的增大而減小。當(dāng)增大到一定界限值后，不再隨Re變化，成為一個(gè)僅取決于的常數(shù)。選用或設(shè)計(jì)孔板流量計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量使常用流量在此范圍內(nèi)。～。用上式計(jì)算流量時(shí)，必須先確定流量系數(shù)，但與Re有關(guān)，而管路中的流體流速又是未知，故無(wú)法計(jì)算Re值，此時(shí)可采用試差法。即先假設(shè)Re超過(guò)，由從圖中查得，然后根據(jù)式計(jì)算流量，再計(jì)算管路中的流速及相應(yīng)的Re。若所得的Re值大于界限值，則表明原來(lái)的假設(shè)正確，否則需重新假設(shè)，重復(fù)上述計(jì)算，直至計(jì)算值與假設(shè)值相符為止。 孔板流量計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)：孔板流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作和安裝方便，其主要缺點(diǎn)是能量損失較大。這主要是流體流經(jīng)孔板時(shí)，截面的突然縮小與擴(kuò)大形成大量渦流所致。如前所述，雖然流體經(jīng)管口后某一位置流速已恢復(fù)到流過(guò)孔板前的數(shù)值，但靜壓力卻不能恢復(fù)，產(chǎn)生了永久壓力降，此壓力降隨面積比的減小而增大。同時(shí)孔口直徑減小時(shí)，孔速提高，讀數(shù)R增大，因此設(shè)計(jì)孔板流量計(jì)時(shí)應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)拿娣e比以期兼顧到壓差計(jì)適宜的讀數(shù)和允許的壓力降。 孔板流量計(jì)的技術(shù)指標(biāo)： 詳見(jiàn)節(jié)流裝置技術(shù)資料。 孔板流量計(jì)的標(biāo)定實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?① 掌握流量計(jì)標(biāo)定的方法。② 熟悉標(biāo)定的操作過(guò)程。③ 標(biāo)定孔板流量計(jì)的在一定孔徑面積比的情況下，實(shí)際流量系數(shù)和雷諾數(shù)的關(guān)系曲線。實(shí)驗(yàn)設(shè)施：化工自動(dòng)化儀表實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線、計(jì)算機(jī)、MCGS組態(tài)軟件、RS485/232轉(zhuǎn)換器。實(shí)驗(yàn)原理：孔板流量計(jì)的標(biāo)定方法有兩種，第一種采用容積標(biāo)定法，方法同“”一樣；第二種方法就是采用比孔板流量計(jì)更高精度等級(jí)的電磁流量計(jì)或渦輪流量計(jì)進(jìn)行標(biāo)定。兩種方法中，第一種方法最好，因?yàn)槭褂么朔N方法可以標(biāo)定高精度的流量計(jì)，對(duì)于精度不高的孔板流量計(jì)也可以采用此種方法校驗(yàn)，但第二種方法亦可，因?yàn)樵诖笥?00ml/h時(shí)，可以保證電磁流量計(jì)在1級(jí)的精度范圍內(nèi)，在電磁流量計(jì)常用的流量范圍（滿刻度流量的1/3～4/5，最好能大于刻度流量的1/2）內(nèi)，所以遠(yuǎn)超過(guò)孔板流量計(jì)的精度，且方便快捷，推薦使用第二種方法。圖532 孔板流量計(jì)校驗(yàn)流程圖以第二種方法為例：使用電磁流量計(jì)對(duì)孔板流量計(jì)進(jìn)行標(biāo)定，測(cè)得多組數(shù)據(jù)即可對(duì)孔板流量計(jì)的與Re、的關(guān)系曲線進(jìn)行修正，得出本套設(shè)備孔板流量計(jì)的實(shí)際實(shí)驗(yàn)曲線。實(shí)驗(yàn)步驟：① 實(shí)驗(yàn)之前先將儲(chǔ)水箱中貯足水量，一般接近儲(chǔ)水箱容積的4/5；然后將閥F1F1F17全開(kāi)，其余手動(dòng)閥門(mén)關(guān)閉；② 將儀表控制箱中“電容式差壓變送器”的輸出對(duì)應(yīng)接至智能調(diào)節(jié)儀Ⅰ的“0～5V/1～5V輸入”端，將智能調(diào)節(jié)儀Ⅰ的“4～20mA輸出”端對(duì)應(yīng)接至“電動(dòng)調(diào)節(jié)閥”的控制信號(hào)輸入端；將“管道輸送介質(zhì)水溫Pt100”的輸出對(duì)應(yīng)接至智能調(diào)節(jié)儀Ⅱ的“Pt100/Cu50輸入”端，將“電磁流量計(jì)”的輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)接至流量積算儀的“0～5V/1～5V輸入”端； ③ 將對(duì)象的1通訊線（接有兩塊智能調(diào)節(jié)儀和一塊流量積算儀）經(jīng)RS485/232轉(zhuǎn)換器接至計(jì)算機(jī)的串口上，本工程初始化使用COM1端口通訊；打開(kāi)對(duì)象系統(tǒng)儀表控制箱的單相空氣開(kāi)關(guān)，給所有儀表上電；④ 智能儀表Ⅰ參數(shù)設(shè)置：Sn=3DIP=dIL=0、dIH=100、oPL=0、oPH=100、CF=0、Addr=1；智能儀表Ⅱ參數(shù)設(shè)置：Sn=2DIP=oPL=0、oPH=100、CF=0、Addr=2；流量積算儀參數(shù)設(shè)置：Sn=4，F(xiàn)DIH=1200，CF=0，Addr=3；⑤ 打開(kāi)上位機(jī)軟件，選擇“化工儀表工程”，按“F5”進(jìn)入運(yùn)行環(huán)境，點(diǎn)擊“進(jìn)入實(shí)驗(yàn)工程”，然后進(jìn)入實(shí)驗(yàn)“主菜單”，選擇“實(shí)驗(yàn)二、孔板流量計(jì)的標(biāo)定實(shí)驗(yàn)”；⑥ 在實(shí)驗(yàn)界面中有“通訊成功”標(biāo)志，表示計(jì)算機(jī)已和三塊儀表建立了通訊關(guān)系；若顯示“通訊失敗”并閃爍，說(shuō)明有儀表沒(méi)有與上位機(jī)通訊成功，檢查轉(zhuǎn)換器、通訊線以及計(jì)算機(jī)COM端口設(shè)置是否正確；⑦ 通訊成功后，本實(shí)驗(yàn)需要手動(dòng)控制智能調(diào)節(jié)儀Ⅱ的輸出，以控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度改變管道流量的大小。⑧ 首先手動(dòng)控制儀表控制箱中智能調(diào)節(jié)儀Ⅱ（或本實(shí)驗(yàn)界面中“調(diào)節(jié)閥開(kāi)度”）到90%，打開(kāi)儀表控制箱中的離心泵旋鈕開(kāi)關(guān)，（選擇手動(dòng)狀態(tài)后，就可以直接使用儀表控制箱中的離心泵二位旋鈕開(kāi)關(guān)來(lái)控制離心泵的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)）；⑨ 待“調(diào)節(jié)閥流量”穩(wěn)定后，點(diǎn)擊“取點(diǎn)并連線”按鈕，曲線即可取出流量系數(shù)以及雷諾數(shù)，以與下一個(gè)點(diǎn)連線；⑩ 重復(fù)⑨、⑩兩步，依次將電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度降低5個(gè)百分點(diǎn)，直到10%位置，觀察并分析流量系數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)報(bào)告及要求：① 畫(huà)出本實(shí)驗(yàn)對(duì)象系統(tǒng)方框圖。② 根據(jù)多組實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)，手動(dòng)計(jì)算出流量系數(shù)和雷諾數(shù)，并和上位機(jī)自動(dòng)計(jì)算顯示的