各种流量计优缺点[5篇材料]

第一篇：各种流量计优缺点

各种流量计优缺点

来源：本站 作者：admin 日期：2011-5-2 21:54:35 浏览次数：2458 按照目前最流行、最广泛的分类法,即分为:容积式流量计、差压式流量计、浮子流量计、涡轮流量计、电磁流量计、流体振荡流量计中的涡街流量计、质量流量计和插入式流量计来分别阐述各种流量计的原理、特点、应用概况及国内外的发展情况

1.1 涡轮流量计

涡轮流量计,是速度式流量计中的主要种类,它采用多叶片的转子(涡轮)感受流体平均流速,从而且推导出流量或总量的仪表。

一般它由传感器和显示仪两部分组成,也可做成整体式。

涡轮流量计和容积式流量计、科里奥利质量流量计称为流量计中三类重复性、精度最佳的产品,作为十大类型流量计之一,其产品已发展为多品种、多系列批量生产的规模。

优点:

(1)高精度,在所有流量计中,属于最精确的流量计;

(2)重复性好;

(3)无零点扰能力好;

(4)范围度宽;

(5)结构紧凑。

缺点:

(1)不能长期保持校准特性;

(2)流体物性对流量特性有较大影响。

应用概况:

涡轮流量计在以下一些测量对象获得广泛应用:石油、有机液体、无机液、液化气、天然气和低温流体统在欧洲和美国,涡轮流量计在用量上是仅次于孔板流量计的天然计量仪表,仅荷兰在天然气管线上就采用了2600多台各种尺寸,压力从0.8~6.5MPa的气体涡轮流量计,它们已成为优良的天然气计量仪表。

1.2 涡街流量计

涡街流量计是在流体中安放一根非流线型游涡发生体,流体在发生体两侧交替地分离释放出两串规则地交错排列的游涡的仪表。

涡街流量计按频率检出方式可分为:应力式、应变式、电容式、热敏式、振动体式、光电式及超声式等。

涡街流量计是属于最年轻的一类流量计,但其发展迅速,目前已成为通用的一类流量计。

优点:

(1)结构简单牢固;

(2)适用流体种类多;

(3)精度较高;

(4)范围度宽;

(5)压损小。

缺点:

(1)不适用于低雷诺数测量;

(2)需较长直管段;

(3)仪表系数较低(与涡轮流量计相比);

(4)仪表在脉动流、多相流中尚缺乏应用经验。

1.3电磁流量计

电磁流量计是根据法拉弟电磁感应定律制成的一种测量导电性液体的仪表。

电磁流量计有一系列优良特性,可以解决其它流量计不易应用的问题,如脏污流、腐蚀流的测量。

70、80年代电磁流量在技术上有重大突破,使它成为应用广泛的一类流量计,在流量仪表中其使用量百分数不断上升。

优点:

(1)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;

(2)不产生流量检测所造

成的压力损失,节能效果好;

(3)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;

(4)流量范围大,口径范围宽;

(5)可应用腐蚀性流体。

缺点:

(1)不能测量电导率很低的液体,如石油制品;

(2)不能测量气体、蒸汽和含有较大气泡的液体;

(3)不能用于较高温度。

应用概况:

电磁流量计应用领域广泛,大口径仪表较多应用于给排水工程;中小口径常用于高要求或难测场合,如钢铁工业高炉风口冷却水控制,造纸工业测量纸浆液和黑液,化学工业的强腐蚀液,有色冶金工业的矿浆;小口径、微小口径常用于医药工业、食品工业、生物化学等有卫生要求的场所。

1.4差压式流量计

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。

差压式流量计由一次装置(检测件)和二次装置(差压转换和流量显示仪表)组成。通常以检测件形式对差压式流量计分类,如孔板流量计、文丘里流量计、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,它既可测量流量参数,也可测量其它参数(如压力、物位、密度等)。

差压式流量计的检测件按其作用原理可分为: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。

检测件又可按其标准化程度分为二大类:标准的和非标准的。

所谓标准检测件是只要按照标准文件设计、制造、安装和使用,无须经实流标定即可确定其流量值和估算测量误差。

非标准检测件是成熟程度较差的,尚未列入国际标准中的检测件。

差压式流量计是一类应用最广泛的流量计,在各类流量仪表中其使用量占居首位。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。

优点:

(1)应用最多的孔板式流量, 计结构牢固,性能稳定可靠,使用寿命长;

(2)应用范围广泛,至今尚无任何一类流量计可与之相比拟;

(3)检测件与变送器、显示仪表分别由不同厂家生产,便于规模经济生产。

缺点: , , , , , ,(1)测量精度普遍偏低;

(2)范围度窄,一般仅3:1~4:1;

(3)现场安装条件要求高;

(4)压损大(指孔板、喷嘴等)。

应用概况:

差压式流量计应用范围特别广泛,在封闭管道的流量测量中各种对象都有应用,如流体方面:单相、混相、洁净、脏污、粘性流等;工作状态方面:常

压、高压、真空、常温、高温、低温等;管径方面:从几mm到几m;流动条件方面:亚音速、音速、脉动流等。它在各工业部门的用量约占流量计全部用量的1/4~1/3。1.5 浮子流量计

浮子流量计,又称转子流量计,是变面积式流量计的一种,在一根由下向上扩大的垂直锥管中,圆形横截面的浮子的重力是由液体动力承受的,从而使浮子可以在锥管内自由地上升和下降。

浮子流量计是仅次于差压式流量计应用范围最宽广的一类流量计,特别在小、微流量方面有举足轻重的作用。

80年代中期,日本、西欧、美国的销售金额占流量仪表的15%~20%。我国产量1990年估计在12~14万台,其中95%以上为玻璃锥管浮子流量计。

特点:

(1)玻璃锥管浮子流量计结构简单,使用方便,缺点是耐压力低,有玻璃管易碎的较大风险;

(2)适用于小管径和低流速;

(3)压力损失较低。1.6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。

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、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等。

优点:

(1)计量精度高;

(2)安装管道条件对计量精度没有影响;

(3)可用于高粘度液体的测量;

(4)范围度宽;

(5)直读式仪表无需外部能源可直接获得累计,总量,清晰明了,操作简便。

缺点:

(1)结果复杂,体积庞大;

(2)被测介质种类、口径、介质工作状态局限性较大;

(3)不适用于高、低温场合;

(4)大部分仪表只适用于洁净单相流体;

(5)产生噪声及振动。

应用概况:

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。

工业发达国家近年PD流量计(不包括家用煤气表和家用水表)的销售金额占流量仪表的13%~23%;我国约占20%,1990年产量(不包括家用煤气表)估计为34万台,其中椭圆齿轮式和腰轮式分别约占70%和20%。1.7 超声流量计

超声流量计是通过检测流体流动对超声束(或超声脉冲)的作用以测量流量的仪表。

根据对信号检测的原理超声流量计可分为传播速度差法(直接时差法、时差法、相位差法和频差法)、波束偏移法、多普勒法、互相关法、空间滤法及噪声法等。

超声流量计和电磁流量计一样,因仪表流通通道未设置任何阻碍件,均属无阻碍流量计,是适于解决流量测量困难问题的一类流量计,特别在大口径流量测量方面有较突出的优点,近年来它是发展迅速的一类流量计之一。

优点:

(1)可做非接触式测量;

(2)为无流动阻挠测量,无压力损失;

(3)可测量非导电性液体,对无阻挠测量的电磁流量计是一种补充。

缺点:

(1)传播时间法只能用于清洁液体和气体;而多普勒法只能用于测量含有一定量悬浮颗粒和气泡的液体;

(2)多普勒法测量精度不高。

应用概况:

(1)传播时间法应用于清洁、单相液体和气体。典型应用有工厂排放液、:怪液、液化天然气等;

(2)气体应用方面在高压天然气领域已有使用良好的经验;

(3)多普勒法适用于异相含量不太高的双相流体,例如:未处理污水、工厂排放液、脏流程液;通常不适用于非常清洁的液体。1.8 科里奥利质量流量计

科里奥利质量流量计(以下简称CMF)是利用流体在振动管中流动时,产生与质量流量成正比的科里奥利力原理制成的一种直接式质量流量仪表。

我国CMF的应用起步较晚,近年已有几家制造厂(如太行仪表厂)自行开发供应市场;还有几家制造厂组建合资企业或引用国外技术生产系列仪表。1.9明渠流量计

与前述几种不同,它是在非满管状敞开渠道测量自由表面自然流的流量仪表。

非满管态流动的水路称作明渠,测量明渠中水流流量的称作明渠流量计(open channel flowmeter)。

明渠流量计除圆形外,还有U字形、梯形、矩形等多种形状。

明渠流量计应用场所有城市供水引水渠;火电厂引水和排水渠、污水治理流入和排放渠;工矿企业水排放以及水利工程和农业灌溉用渠道。有人估计1995台,约占流量仪表整体的1.6%,但是国内应用尚无估计数据。

按照目前最流行、最广泛的分类法,即分为:容积式流量计、差压式流量计、浮子流量计、涡轮流量计、电磁流量计、流体振荡流量计中的涡街流量计、质量流量计和插入式流量计来分别阐述各种流量计的原理、特点、应用概况及国内外的发展情况

1.1 涡轮流量计

涡轮流量计,是速度式流量计中的主要种类,它采用多叶片的转子(涡轮)感受流体平均流速,从而且推导出流量或总量的仪表。

一般它由传感器和显示仪两部分组成,也可做成整体式。

涡轮流量计和容积式流量计、科里奥利质量流量计称为流量计中三类重复性、精度最佳的产品,作为十大类型流量计之一,其产品已发展为多品种、多系列批量生产的规模。

优点:

(1)高精度,在所有流量计中,属于最精确的流量计;(2)重复性好;

(3)无零点扰能力好;

(4)范围度宽;

(5)结构紧凑。

缺点:

(1)不能长期保持校准特性;

(2)流体物性对流量特性有较大影响。

应用概况:

涡轮流量计在以下一些测量对象获得广泛应用:石油、有机液体、无机液、液化气、天然气和低温流体统在欧洲和美国,涡轮流量计在用量上是仅次于孔板流量计的天然计量仪表,仅荷兰在天然气管线上就采用了2600多台各种尺寸,压力从0.8~6.5MPa的气体涡轮流量计,它们已成为优良的天然气计量仪表。

1.2 涡街流量计

涡街流量计是在流体中安放一根非流线型游涡发生体,流体在发生体两侧交替地分离释放出两串规则地交错排列的游涡的仪表。

涡街流量计按频率检出方式可分为:应力式、应变式、电容式、热敏式、振动体式、光电式及超声式等。

涡街流量计是属于最年轻的一类流量计,但其发展迅速,目前已成为通用的一类流量计。

优点:

(1)结构简单牢固;

(2)适用流体种类多;

(3)精度较高;

(4)范围度宽;

(5)压损小。

缺点:

(1)不适用于低雷诺数测量;

(2)需较长直管段;

(3)仪表系数较低(与涡轮流量计相比);

(4)仪表在脉动流、多相流中尚缺乏应用经验。

1.3电磁流量计

电磁流量计是根据法拉弟电磁感应定律制成的一种测量导电性液体的仪表。

电磁流量计有一系列优良特性,可以解决其它流量计不易应用的问题,如脏污流、腐蚀流的测量。

70、80年

(2)重复性好;

(3)无零点扰能力好;

(4)范围度宽;

(5)结构紧凑。

缺点:

(1)不能长期保持校准特性;

(2)流体物性对流量特性有较大影响。

应用概况:

涡轮流量计在以下一些测量对象获得广泛应用:石油、有机液体、无机液、液化气、天然气和低温流体统在欧洲和美国,涡轮流量计在用量上是仅次于孔板流量计的天然计量仪表,仅荷兰在天然气管线上就采用了2600多台各种尺寸,压力从0.8~6.5MPa的气体涡轮流量计,它们已成为优良的天然气计量仪表。

1.2 涡街流量计

涡街流量计是在流体中安放一根非流线型游涡发生体,流体在发生体两侧交替地分离释放出两串规则地交错排列的游涡的仪表。

涡街流量计按频率检出方式可分为:应力式、应变式、电容式、热敏式、振动体式、光电式及超声式等。

涡街流量计是属于最年轻的一类流量计,但其发展迅速,目前已成为通用的一类流量计。

优点:

(1)结构简单牢固;

(2)适用流体种类多;

(3)精度较高;

(4)范围度宽;

(5)压损小。

缺点:

(1)不适用于低雷诺数测量;

(2)需较长直管段;

(3)仪表系数较低(与涡轮流量计相比);

(4)仪表在脉动流、多相流中尚缺乏应用经验。

1.3电磁流量计

电磁流量计是根据法拉弟电磁感应定律制成的一种测量导电性液体的仪表。

电磁流量计有一系列优良特性,可以解决其它流量计不易应用的问题,如脏污流、腐蚀流的测量。

70、80年代电磁流量在技术上有重大突破,使它成为应用广泛的一类流量计,在流量仪表中其使用量百分数不断上升。

优点:

(1)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;

(2)不产生流量检测所造成的压力损失,节能效果好;

(3)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;

(4)流量范围大,口径范围宽;

(5)可应用腐蚀性流体。

缺点:

(1)不能测量电导率很低的液体,如石油制品;

(2)不能测量气体、蒸汽和含有较大气泡的液体;

(3)不能用于较高温度。

应用概况:

电磁流量计应用领域广泛,大口径仪表较多应用于给排水工程;中小口径常用于高要求或难测场合,如钢铁工业高炉风口冷却水控制,造纸工业测量纸浆液和黑液,化学工业的强腐蚀液,有色冶金工业的矿浆;小口径、微小口径常用于医药工业、食品工业、生物化学等有卫生要求的场所。

1.4差压式流量计

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。

差压式流量计由一次装置(检测件)和二次装置(差压转换和流量显示仪表)组成。通常以检测件形式对差压式流量计分类,如孔板流量计、文丘里流量计、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,它既可测量流量参数,也可测量其它参数(如压力、物位、密度等)。

差压式流量计的检测件按其作用原理可分为: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。

检测件又可按其标准化程度分为二大类:标准的和非标准的。

所谓标准检测件是只要按照标准文件设计、制造、安装和使用,无须经实流标定即可确定其流量值和估算测量误差。

非标准检测件是成熟程度较差的,尚未列入国际标准中的检测件。

差压式流量计是一类应用最广泛的流量计,在各类流量仪表中其使用量占居首位。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。优点:

(1)应用最多的孔板式流量, 计结构牢固,性能稳定可靠,使用寿命长;

(2)应用范围广泛,至今尚无任何一类流量计可与之相比拟;

(3)检测件与变送器、显示仪表分别由不同厂家生产,便于规模经济生产。

缺点: , , , , , ,(1)测量精度普遍偏低;

(2)范围度窄,一般仅3:1~4:1;

(3)现场安装条件要求高;

(4)压损大(指孔板、喷嘴等)。

应用概况:

差压式流量计应用范围特别广泛,在封闭管道的流量测量中各种对象都有应用,如流体方面:单相、混相、洁净、脏污、粘性流等;工作状态方面:常压、高压、真空、常温、高温、低温等;管径方面:从几mm到几m;流动条件方面:亚音速、音速、脉动流等。它在各工业部门的用量约占流量计全部用量的1/4~1/3。1.5 浮子流量计

浮子流量计,又称转子流量计,是变面积式流量计的一种,在一根由下向上扩大的垂直锥管中,圆形横截面的浮子的重力是由液体动力承受的,从而使浮子可以在锥管内自由地上升和下降。

浮子流量计是仅次于差压式流量计应用范围最宽广的一类流量计,特别在小、微流量方面有举足轻重的作用。

80年代中期,日本、西欧、美国的销售金额占流量仪表的15%~20%。我国产量1990年估计在12~14万台,其中95%以上为玻璃锥管浮子流量计。

特点:

(1)玻璃锥管浮子流量计结构简单,使用方便,缺点是耐压力低,有玻璃管易碎的较大风险;

(2)适用于小管径和低流速;

(3)压力损失较低。1.6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。

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、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等。

优点:

(1)计量精度高;

(2)安装管道条件对计量精度没有影响;

(3)可用于高粘度液体的测量;

(4)范围度宽;

(5)直读式仪表无需外部能源可直接获得累计,总量,清晰明了,操作简便。

缺点:

(1)结果复杂,体积庞大;

(2)被测介质种类、口径、介质工作状态局限性较大;

(3)不适用于高、低温场合;

(4)大部分仪表只适用于洁净单相流体;

(5)产生噪声及振动。

应用概况:

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。

工业发达国家近年PD流量计(不包括家用煤气表和家用水表)的销售金额占流量仪表的13%~23%;我国约占20%,1990年产量(不包括家用煤气表)估计为34万台,其中椭圆齿轮式和腰轮式分别约占70%和20%。1.7 超声流量计

超声流量计是通过检测流体流动对超声束(或超声脉冲)的作用以测量流量的仪表。

根据对信号检测的原理超声流量计可分为传播速度差法(直接时差法、时差法、相位差法和频差法)、波束偏移法、多普勒法、互相关法、空间滤法及噪声法等。

超声流量计和电磁流量计一样,因仪表流通通道未设置任何阻碍件,均属无阻碍流量计,是适于解决流量测量困难问题的一类流量计,特别在大口径流量测量方面有较突出的优点,近年来它是发展迅速的一类流量计之一。

优点:

(1)可做非接触式测量;

(2)为无流动阻挠测量,无压力损失;

(3)可测量非导电性液体,对无阻挠测量的电磁流量计是一种补充。

缺点:

(1)传播时间法只能用于清洁液体和气体;而多普勒法只能用于测量含有一定量悬浮颗粒和气泡的液体;

(2)多普勒法测量精度不高。

应用概况:

(1)传播时间法应用于清洁、单相液体和气体。典型应用有工厂排放液、:怪液、液化天然气等;

(2)气体应用方面在高压天然气领域已有使用良好的经验;

(3)多普勒法适用于异相含量不太高的双相流体,例如:未处理污水、工厂排放液、脏流程液;通常不适用于非常清洁的液体。1.8 科里奥利质量流量计

科里奥利质量流量计(以下简称CMF)是利用流体在振动管中流动时,产生与质量流量成正比的科里奥利力原理制成的一种直接式质量流量仪表。

我国CMF的应用起步较晚,近年已有几家制造厂(如太行仪表厂)自行开发供应市场;还有几家制造厂组建合资企业或引用国外技术生产系列仪表。1.9明渠流量计

与前述几种不同,它是在非满管状敞开渠道测量自由表面自然流的流量仪表。

非满管态流动的水路称作明渠,测量明渠中水流流量的称作明渠流量计(open channel flowmeter)。

明渠流量计除圆形外,还有U字形、梯形、矩形等多种形状。

明渠流量计应用场所有城市供水引水渠;火电厂引水和排水渠、污水治理流入和排放渠;工矿企业水排放以及水利工程和农业灌溉用渠道。有人估计1995台,约占流量仪表整体的1.6%,但是国内应用尚无估计数据。

第二篇：各流量计工作原理、优缺点分析

V锥型流量计： 工作原理

V型锥流量计属高精度、高稳定性的新型差压式流量仪表。和其他差压式仪表一样，也是基于流动连续性原理和伯努利方程来计算流体工况流量的。我们知道在同一密闭管道内，当压力降低时，速度会增加，当介质接近锥体时，其压力为P+，在介质通过锥体的节流区时，速度会增加，压力会降低为P-，如图一所示，P+和P-都通过V型锥形流量计的取压口引到差压变送器上，流速发生变化时，差压值会随之增大或减小。也就是说对于稳定流体，流量的大小与差压平方根成正比。当流速相同时，锥体节流面积越大，则产生的差压值也越大。

测量介质

V型锥流量计主要用于煤气（焦炉煤气、高炉煤气、发生炉煤气），天然气（包括含湿量5%以上的天然气），各种碳氢化合物气体，包括含湿的HC气体，各种稀有气体，如氢、氦、氩、氧、氮等，湿的氯化物气体，空气，包括含水，含其它尘埃的空气，烟道气；饱和蒸气，过热蒸汽；油类，包括原油（在一定的粘度下）、燃料油、含水乳化油等，水，包括净水、污水，各种水溶液，包括盐、碱水溶液，含蜡、含有水，含油、含沙的水。

优点

1．安装直管段要求低

伯努力方程要求受测流体为理想流体，在实际应用中这是根本不可能的，很多情况会造成流体分布不均匀，如弯头，阀门，缩径，扩径，泵，三通等等，对其它仪表而言，这是一个很难解决的问题。V锥流量计可在极为恶劣的情况下均匀流体分布，如在紧邻仪表上游有单弯管，双弯管，经过锥体“整流”后的流体分布比较均匀可保证仪表在恶劣的条件下获得较高的测量精度，由于V型流量计可均匀流体分布曲线，因此同其它类型的差压流量计相比，对上下游直管段的要求小，建议安装时在上游留0-3D的直管段，在下游留0-1D的直段管。当用户的管道尺寸大，管道价格高或直管段不够的情况下，V锥型流量计将是最佳选择。在过去十年内，对V型流量计的上游有一个90℃的单弯管或两个不在一个平面上的双弯管的情况进行了测试，测试结果表明，V锥型流量计可在紧邻它的地方装有一个弯管或不在同一个平面上的双弯管而不会对测量精度有影响。这对那些大口径，费用昂贵的管路用户，或较短运行管路的用户带来好处。

2、量程比很宽

可以测量较低雷诺数范围（Re≥8000）的流量（小流量）。

典型量程比是10∶1，选择合适的参数，可以做到50∶1。由于V锥体悬挂在管道的中央，直接与高流速区域产生相互作用，迫使高流速区域与靠近管壁的低流速混合；当流量减小时，V锥继续与管道内的最大流速产生相互作用，在其它差压仪表可能检测不出差压信号时，V锥传感器仍然能够产生差压信号低到8000。这是V锥流量计在检测小流量时的一个最大优点。

3、高精度

V锥传感器的一次元件精度为±0.5%。系统精度取决于V锥传感器的精度等级和差压变送器、二次仪表的精度等级等。

4、重复性好

V锥传感器的重复性优于0.1%

5、V锥传感器耐磨损，传感器长期稳定性能好

由于V锥体的外形是收缩流体，在锥体表面产生真空效应，不会对突变表面产生撞击，沿锥体表面形成分界层，引导流体离开β边。这意味着β边不会遭到脏污流体的磨损，因此β系数保持不变，V锥传感器具有长期稳定性能好的特点。

6、信号稳定性好

差压检测一般都有“信号波动”，即使在流量稳定情况下，一次元件产生的信号也会由于干扰而有一定的波动。对于V锥传感器，流体通过V锥，在V锥体后面形成短的涡流，产生低振幅，高频率信号，转换成稳定的V锥信号。其信号波动是孔板的1/10。

7、永久压力损失小

因为流体对突变V锥的平滑表面没有撞击，因此V锥传感器的永久压损比孔板低。同样，由于V锥信号的稳定性，同样流量的满量程V锥差压信号比其它差压仪表低。同样的β值，其压损是孔板的1/3～1/5。

8、V锥体β系数计算范围宽

由于V锥传感器的V锥独特的几何形状，使得它的β系数范围宽，标准的β系数范围：0.45, 0.55, 0.65, 0.75,0.85。

9、V锥传感器不堵塞，不粘附，无滞留死区，适用于脏污介质的流量测量

由于V锥传感器具有自清洁的功能，不会在管内有流体中的颗粒、残渣、凝结物沉积的滞留区域，适用于脏污流体的流量测量，比如：焦炉媒气、高炉媒气、原料油、渣油等。

10、可以测量高温高压的介质

工作温度最高850℃，最大压力40MPa。

11、规格齐全，安装方式灵活

可选择法兰式、对夹式、直接焊接式等。管径从15mm～2000mm。缺点

当然，作为差压流量计的一种，它由于成本关系而并不能完全取代孔板、文丘里等传统差压流量计的位置。相比涡街流量计、电磁流量计等，它又有安装导压管等劣势。电磁流量计

工作原理

电磁流量计是一种应用法拉第电磁感应定律的流量计，其传感器主要由内衬绝缘材料的测量管，穿通测量管壁安装的一对电极和用以产生工作磁场的一对线圈及铁芯组成。当导电流体流经传感器测量管时，在电极上将感应与流体平均流速成正比的电压信号。该信号经转换器放大处理，直接显示流量及总量并可输出模拟、数字信号。测量介质

测量各种酸、碱、盐等腐蚀液体；各种易燃，易爆介质；各种工业污水，纸浆，泥浆等。电磁流量计不能用于测量气体、蒸气以及含有大量气体的液体.不能用来测量电导率很低的液体介质,不能测量高温高压流体。

优点

1、电磁流量计可用来测量工业导电液体或浆液。

2、无压力损失。

3、测量范围大，电磁流量变送器的口径从2.5ｍｍ到2.6ｍ。

4、电磁流量计测量被测流体工作状态下的体积流量，测量原理中不涉及流体的温度、压力、密度和粘度的影响。

5、无节流部件，因此压力损失小，减少能耗，只与被测流体的平均速度有关，测量范围宽；只需经水标定后即可测量其他介质，无须修正，最适合作为结算用计量设备使用。由于技术及工艺材料的不断改进，稳定性、线性度、精度和寿命的不断提高和管径的不断扩大，对于固液两相的介质的测量采用了可更换电极以及刮刀电极的方式，解决了高压（32MPA）、耐腐蚀（防强酸、碱衬里）介质的测量问题，以及口径的不断扩大（最大作到 3200MM 口径），寿命的不断增长（一般大于 10 年），电磁流量计得到越来越广泛的应用，其成本也得到了降低，但整体价格特别是大管径的价格仍较高，因此在流量仪表的采购中有重要的地位。

缺点

1、电磁流量计的应用有一定局限性，它只能测量导电介质的液体流量，不能测量非导电介质的流量，例如气体和水处理较好的供热用水。另外在高温条件下其衬里需考虑。

2、电磁流量计是通过测量导电液体的速度确定工作状态下的体积流量。按照计量要求，对于液态介质，应测量质量流量，测量介质流量应涉及到流体的密度，不同流体介质具有不同的密度，而且随温度变化。如果电磁流量计转换器不考虑流体密度，仅给出常温状态下的体积流量是不合适的。

3、电磁流量计的安装与调试比其它流量计复杂，且要求更严格。变送器和转换器必须配套使用，两者之间不能用两种不同型号的仪表配用。在安装变送器时，从安装地点的选择到具体的安装调试，必须严格按照产品说明书要求进行。安装地点不能有振动，不能有强磁场。在安装时必须使变送器和管道有良好的接触及良好的接地。变送器的电位与被测流体等电位。在使用时，必须排尽测量管中存留的气体，否则会造成较大的测量误差。

4、电磁流量计用来测量带有污垢的粘性液体时，粘性物或沉淀物附着在测量管内壁或电极上，使变送器输出电势变化，带来测量误差，电极上污垢物达到一定厚度，可能导致仪表无法测量。

5、供水管道结垢或磨损改变内径尺寸，将影响原定的流量值，造成测量误差。如100ｍｍ口径仪表内径变化1ｍｍ会带来约2％附加误差。

6、变送器的测量信号为很小的毫伏级电势信号，除流量信号外，还夹杂一些与流量无关的信号，如同相电压、正交电压及共模电压等。为了准确测量流量，必须消除各种干扰信号，有效放大流量信号。应该提高流量转换器的性能，最好采用微处理机型的转换器，用它来控制励磁电压，按被测流体性质选择励磁方式和频率，可以排除同相干扰和正交干扰。但改进的仪表结构复杂，成本较高。

7、价格较高。

涡街流量计 工作原理

涡街流量计的原理是在流量计管道中，设置一阻流件，当流体流经阻流件时，由于阻流件表面的阻流作用等原因，在其下游会产生两列不对称的旋涡，这些旋涡在阻流件的侧后方分开，形成所谓的卡门（Karman）旋涡列，两列旋涡的旋转方向是相反的，卡门从理论上证明了当h/L=0.281（h为两旋涡列之间的宽度，L为两个相邻旋涡间的距离）时，旋涡列是稳定的，在此情况下，产生旋涡的频率f与流量计管道中流体流速υ呈线性关系。测量介质

涡街流量计,主要用于工业管道介质流体的流量测量,如气体、液体、蒸气等多种介质。其特点是压力损失小,量程范围大,精度高,在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响。优点

1、涡街流量计无可动部件，测量元件结构简单，性能可靠，使用寿命长。

2、涡街流量计测量范围宽。量程比一般能达到1：10。

3、涡街流量计的体积流量不受被测流体的温度、压力、密度或粘度等热工参数的影响。一般不需单独标定。它可以测量液体、气体或蒸汽的流量。

4、它造成的压力损失小。

5、准确度较高，重复性为0.5％，且维护量小。缺点

1、涡街流量计工作状态下的体积流量不受被测流体温度、压力、密度等热工参数的影响，但液体或蒸汽的最终测量结果应是质量流量，对于气体，最终测量结果应是标准体积流量。质量流量或标准体积流量都必须通过流体密度进行换算，必须考虑流体工况变化引起的流体密度变化。

2、造成流量测量误差的因素主要有：管道流速不均造成的测量误差；不能准确确定流体工况变化时的介质密度；将湿饱和蒸汽假设成干饱和蒸汽进行测量。这些误差如果不加以限制或消除，涡街流量计的总测量误差会很大。

3、抗振性能差。外来振动会使涡街流量计产生测量误差，甚至不能正常工作。通道流体高流速冲击会使涡街发生体的悬臂产生附加振动，使测量精度降低。大管径影响更为明显。

4、对测量脏污介质适应性差。涡街流量计的发生体极易被介质脏污或被污物缠绕，改变几何体尺寸，对测量精度造成极大影响。

5、直管段要求高。专家指出，涡街流量计直管段一定要保证前40D后20D，才能满足测量要求。

6、耐温性能差。涡街流量计一般只能测量300℃以下介质的流体流量。

第三篇：流量计的选型与优缺点分析

流量计的选型与优缺点分析

流量计是少数几种使用比制造艰难的仪表之一。这是因为流量是一个动态量，处于运动状态的液体内部不仅存在着粘性摩擦作用，还会产生不稳定的旋涡和二次流等复杂流动现象。测量仪表本身受到众多因素，如：管道、口径大小、形状（圆形、矩形）、边界条件、介质的物性（温度、压力、密度、粘度、脏污性、腐蚀性等）、流体的流动状态（紊流状态、速度分布等）以及安装条件与水平的影响。

面对国内外十几类、上百个品种的流量仪表（先后发展起来的容积式、差压式、涡轮式、面积式、电磁式、超声波式和热式流量计等类型），如何根据流量、流态、安装要求与环境条件、经济性等因素合理选型，是应用好流量仪表的前提和基础。除了仪表自身质量要得到保证，工艺数据的提供和仪表的安装、使用、维护是否合理也相当重要。

没有一种流量计是完美的，对任何流体、工况都完全适应的，每种流量计都有自己的特点，有着其适应的条件，因此在对各种测量方法和仪表特性作比较全面了解的前提下，选择出最适合、最稳定可靠的最佳形式。本文介绍了几种流量计的特点和适用环境。

1、电磁流量计

电磁流量计自20世纪50年代末国内首次工业应用以来，七八十年代在流量测量中运用和发展很快。电磁流量计的工作原理是基于法拉第电磁感应定律，即被测介质垂直于磁力线方向流动，因而在与介质流动和磁力线都垂直的方向上产生一感应电动势EX，当磁场强度B与两极间距离d一定时，则感应电动势EX与被测介质流量（流速）成正比。电磁流量计不受温度、压力、粘度、重度等外界因素的影响，测量管内部无收缩或凸出部分的压力损失，另外，流量元件检测出的最初信号，是一个与流体平均流速成精确线性变化的电压，它与流体的其他性质无关，具有很大的优越性。根据污水具有流量变化大、含杂质、腐蚀性小、有一定的导电能力等特性，测量污水的流量，电磁流量计是一个很好的选择。它结构紧凑、体积小，安装、操作、维护方便，如测量系统采用智能化设计，整体密封加强，能在较恶劣的环境下正常工作。选型时要注意以下几点：

① 被测量液体必须是导电的液体或浆液；

② 口径与量程，最好是正常量程超过满量程的一半（一般为正常流量的4～8倍），流速在2-4m/s之间； ③ 使用压力必须小于流量计耐压；

④ 不同温度及腐蚀性介质选用不同内衬材料和电极材料。

优点：无节流部件，因此压力损失小。不受流体的温度、压力、密度和粘度的影响；只与被测流体的平均速度有关，测量范围宽；只需经水标定后即可测量其他介质，无须修正，最适合作为结算用计量设备使用。由于技术及工艺材料的不断改进，稳定性、线性度、精度和寿命的不断提高和管径的不断扩大，对于固液两相的介质的测量采用了可更换电极以及刮刀电极的方式，解决了高压（32MPa）、耐腐蚀（防强酸、碱衬里）介质的测量问题，以及口径的不断扩大（最大作到3200mm口径），寿命的不断增长（一般大于10年），电磁流量计得到越来越广泛的应用，其成本也得到了降低，但整体价格特别是大管径的价格仍较高，因此在流量仪表的采购中有重要的地位。缺点：电磁流量计不能用于测量气体、蒸汽以及含有大量气体的液体，不能用来测量电解率很低的液体介质，不能测量高温高压流体；电磁流量计的安装与调试比其它流量计复杂，且要求更严格；用来测量带有污垢的粘性液体时，粘性物或沉淀物附着在测量管内壁或电极上，使变送器输出电势变化，带来测量误差，电极上污垢物达到一定厚度，可能导致仪表无法测量。

2、超声波流量计

超声波流量计是通过检测流体流动对超声束（或超声脉冲）的作用以测量流量的仪表。在封闭管道用超声波流量计按测量原理分类有：时间传播法、多普勒效应法、波束偏移法、相关法、噪声法。

对管道流量进行测试时，为提高水流量测量精度，选择测量点时要求选择流体流场均匀的部分，一般应遵循下列原则：

① 被测管道内流体必须是满管。

② 选择被测管道的材质应均匀质密，易于超声波传播，如垂直管段(流体由下向上）或水平管段（整个管路中最低处为好）。

③ 安装距离应选择上游大于10倍直管径，下游大于5倍直管径(注：不同仪器要求的距离会有所不同,具体距离以使用的仪器说明书为准)以内无任何阀门、弯头、变径等均匀的直管段，测量点应充分远离阀门、泵、高压电、变频器等干扰源。

④ 充分考虑管内结垢状况，尽量选择无结垢的管段进行测量。

优点：是一种非接触式测量仪表，可用来测量不易接触、不易观察的流体流量和大管径流量，它不会改变流体的流动状态，不会产生压力损失，且便于安装；可以测量强腐蚀性介质和非导电介质的流量；超声波流量计的测量范围大，管径范围从20mm～５m，不受被测流体的温度、压力、粘度及密度等热物性参数的影响；可以做成捆绑式、管道式和便携式两种形式。

缺点：温度测量范围不高，一般只能测量温度低于200℃的流体；抗干扰能力差；易受气泡、结垢、泵及其它声源混入的超声杂音干扰、影响测量精度；直管段要求严格，为前20D，后5D否则离散性差，测量精度低；测量管道因结垢，会严重影响测量准确度，带来显著的测量误差，甚至在严重时仪表无流量显示；可靠性、精度等级不高（一般为1.5～2.5级左右），重复性差。

3、涡街流量计

涡街流量计作为一种新型流量计，80年代中期以来发展较快，它在流量测量方面有着诸多的优点和长处，在现代流量测量中应用越来越广泛。在国内使用涡街流量计进行流量测量也愈来愈得到重视，目前我国已有性能优良并有自主知识产权的产品系列。涡街流量计是基于流体振动发展起来的，根据旋涡的不同，检测方式从热丝式、热敏式逐渐发展了应力式、磁敏式及差动开关电容式、超声波式等。

涡街流量计的原理是在流量计管道中，设置一阻流件，当流体流经阻流件时，由于阻流件表面的阻流作用等原因，在其下游会产生两列不对称的旋涡，这些旋涡在阻流件的侧后方分开，形成所谓的卡门旋涡列，两列旋涡的旋转方向是相反的，当旋涡列是稳定时，产生旋涡的频率f与流量计管道中流体流速υ呈线性关系。

优点：几乎可用于一切可形成旋涡列的场合，不仅可用于封闭的管道，还可用于开放的沟槽。与涡轮流量计相比，涡街流量计没有可动的机械部件，维护工作量小，仪表常数稳定；与孔板式流量计相比，涡街流量计测量范围大，压力损失小，准确度高，安装与维护简单。

缺点：

（1）涡街流量计的测量范围较大，一般10：1，但测量下限受许多因素限制：Re＞10000是涡街流量计工作的最基本条件，除此以外，它还受旋涡能量的限制，介质流速较低，则旋涡的强度、旋转速度也低，难以引起传感元件产生响应信号，旋涡频率f也小，还会使信号处理发生困难。测量上限则受传感器的频率响应（如磁敏式一般不超过400Hz）和电路的频率限制，因此设计时一定要对流速范围进行计算、核算，根据流体的流速进行选择。使用现场环境条件复杂，选型时除注意环境温度、湿度、气氛等条件外，还要考虑电磁干扰。在强干扰如高压输电电站、大型整流所等场合，磁敏式、压电应力式等仪表不能正常工作或不能准确测量。

（2）振动也是该类仪表的一大劲敌。因此在使用时注意避免机械振动，尤其是管道的横向振动（垂直于管道轴线又垂直旋涡发生体轴线的振动），这种影响在流量计结构设计上是无法抑制和消除的。由于涡街信号对流场影响同样敏感，故直管段长度不能保证稳定涡街所必要的流动条件时，是不宜直接选用的（要加装整流器）。即使是抗振性较强的电容式、超声波式，保证流体为充分发展的单向流，也是不可忽略的。

（3）介质温度对涡街流量计的使用性能也有很大的影响。如压电应力式涡街流量计不能长期使用在300℃状态下，因其绝缘阻抗会由常温下的10MΩ～100MΩ急降至1MΩ～10KΩ，输出信号也变小，导致测量特性恶化，对此宜选用磁敏式或电容式结构。在测量系统中，传感器与转换器宜采用分离安装方式，以免长期高温影响仪表可靠性和使用寿命。

涡街流量计如果选择不当，性能也不能很好发挥。只有经过合理选型、正确安装后，还需要在使用过程中认真定期维护，不断积累经验，提高对系统故障的预见性以及判断、处理问题的能力，从而达到令人满意的效果。

4、节流式流量计

节流式流量计是一种使用历史悠久，实验数据较完善的测量装置。它是以测量流体流经节流装置所产生的静压差来显示流量大小的一种流量计。最基本的配置是由节流装置、差压信号管路和差压变送器组成。工业上最常用的是节流装置是已经标准化了的“标准节流装置”。如，标准孔板、喷嘴、文丘利喷嘴、文丘利管。现在节流装置特别是喷嘴流量测量朝一体化方向，将高精度的差压变送器和温度补偿与喷嘴做成一体化，大大提高了精度。

采用皮托管技术可对节流装置进行在线标定。现今在工业测量中也采用一些非标准节流装置，如双重孔板，圆缺孔板，环形孔板等，这些仪表一般需要实流标定。标准节流装置结构比较简单，但由于它尺寸公差、形状和位置公差的要求比较高，加工的技术难度较高。以标准孔板为例，它属于超薄板状零件，加工易产生变形，较大的孔板在使用过程中也易产生变形而影响精度。节流装置的取压孔一般不会开得太大，在使用过程中也会产生变形而影响测量精度。标准孔板由于在使用过程中经过流体对它的摩擦，也会使其与测量有关的结构要素（如锐角）产生磨损而降低测量精度。

尽管差压流量计发展较早，但随着其他各种形式的流量仪表的不断完善和开发，随着工业发展对流量计量要求的不断提高，差压流量计在工业测量中的地位已逐步地被先进的、高精度的、便利的流量仪表所取代。

5、涡轮流量计

涡轮流量计,是速度式流量计中的主要种类,它采用多叶片的转子(涡轮)感受流体平均流速,从而推导出流量或总量的仪表。涡轮流量计首先将流速转换为涡轮的转速，再将转速转换成与流量成正比的电信号。一般它由传感器和显示仪两部分组成,也可做成整体式。它在一些测量对象上得到了广泛的应用，例如：石油、有机液体、无机液、液化气、天然气和低温流体等。

涡轮流量计和容积式流量计、科里奥利质量流量计称为流量计中三类重复性、精度最佳的产品,作为十大类型流量计之一,其产品已发展为多品种、多系列批量生产的规模。

优点：涡街流量计精度高，重复性高，无零点漂移，抗干扰能力强，量程范围宽，结构紧凑。压力损失小，叶轮能具有防腐功能；容易维修，有自整流的结构，小型轻巧，结构简单，可在短时间内将其组合拆开。现阶段生产的涡轮流量计还采用全硬质合金(碳化钨)屏蔽式悬臂梁结构轴承，集转动轴承与压力轴承于一体，大大提高了轴承寿命，并可在有少量泥沙与污物的介质中工作。而且具有非线性精度补偿功能的智能流量显示器，修正公式精度优于±0.02%。

缺点：不适合长期使用，它不能长期保持校准状态，流体物性对流量特性有较大影响。；要求上游管道长度应有不小于2D的等径直管段；不适合脏污介质。

除了以上几个类型的流量计外，还有浮子流量计、科氏力质量流量计、热式（气体）质量流量计、容积式流量计等。

综上所述，流量计选型是指按照生产要求，从仪表产品供应的实际情况出发，综合地考虑测量的安全、准确和经济性，并根据被测流体的性质及流动情况确定流量取样装置的方式和测量仪表的型式和规格。在保证仪表安全运行的基础上，力求提高仪表的准确性和节能性。为此，不仅要选用满足准确度要求的显示仪表，而且要根据被测介质的特点选择合理的测量方式。为保证流量计使用寿命及准确性，选型时还要注意仪表的防振要求。在湿热地区要选择湿热式仪表。正确地选择仪表的规格，也是保证仪表使用寿命和准确度的重要一环。应特别注意静压及耐温的选择。

总之，没有一种测量方式或流量计对各种流体及流动情况都能适应的．不同的测量方式和结构，要求不同的测量操作、使用方法和使用条件。每种型式都有它特有的优缺点。因此，应在对各种测量方式和仪表特性作全面比较的基础上选择适于生产要求的，既安生可靠又经济耐用的最佳型式。

第四篇：流量计毕业论文

涡轮流量计标定装置及测量电路设计

学

院专

业班

级学

号姓

名指导教师负责教师

航空航天工程学部 飞行器动力工程 04040102 2010040401053

孔祥宇 彭大维 彭大维

沈阳航空航天大学

2014年6月

涡轮流量计标定装置及测量电路设计

摘要

随着流体系统向微小化方向的发展，对微小流量进行精确测量的需求变得越来越多。本文提出了小量程流量计、标定试验器及传感器后调理电路的设计，使其具有测量精度高、使用方便、适应性强、数字信号输出并转换为易于识别的方波等优点。文章主要研究设计了切向涡轮流量计以及对切向流量计中传感器后的调理电路进行了仿真设计和PCB设计，同时对调节涡轮转速的步进电机的安装操作进行了详细的介绍。并根据测量微小流量的原理及其实现方法，改进测量系统。测量系统在液体流量标准装置的基础上，改进了稳压装置，采用稳压溢流堰的方法，设计了新的液体称重容器--双套量杯称重容器，选用了测量精度更高的电子天平，取代了常用杠杆式天平，使测量更简单、准确。根据微小流量测量的特点，本文选择动态质量法原理进行流量标定，它简化了测量过程，降低了成本，提高了测量精度，证明对它的设计是可行的。关键词：切向涡轮流量计；液体流量标准装置；动态质量法；流量标定;信号调理电路；步进电机调控；PCB电路板印刷

涡轮流量计标定装置及测量电路设计

Turbine flowmeter calibration device and measurement circuit

design

Abstract

With the development of the fluid system to the direction of miniaturization, the demand for accurate measurement of small flow becomes more and more.This paper presents the design of a small range of flow meter.the calibration test and the design of the sensor conditioning, it has high accuracy, easy to use, adaptable, and converted to a digital signal output of the advantages of easy identification square wave.The article is mainly designed tangential turbine flow-meter, As well as the design of the cutting simulation and PCB design after the flowmeter sensor conditioning circuits.while adjusting the speed of the turbine installation stepper motor for a detailed description.and in accordance with the principle and implementation method for measuring small flows, improved measurement system.Measurement system on the basis of the liquid flow standard device to improve the regulator device, using the method of regulator overflow weir;Designed a new liquid weighing container-double sets of measuring cups weighing the container;The selection of a higher measurement accuracy electronic balance, replacing the commonly used leveraged balance, the measurement is more simple and accurate.According to the characteristics of micro flow measurement, this article selection of the dynamic quality of the principle of flow calibration which simplifies the measurement process, reduces cost and improves the measurement accuracy, to prove that its design is feasible.Keywords: Tangential turbine flow-meter;Liquid flow standard device;Dynamic Quality Act;Flow calibration;Signal condition circuit;Stepper motor regulation;PCB printed circuit board

涡轮流量计标定装置及测量电路设计

目录 绪论...................................................................................................................................5 1.1 研究的背景、目的和意义.........................................................................................5 1.2 微小流量测量概术.....................................................................................................5 1.2.1 微小流量测量的研究现状..................................................................................5 1.2.2 微小流量测量仪表研究现状..............................................................................6 1.2.3 微小流量标准装置研究现状..............................................................................6 1.3 流量标定装置发展趋势.............................................................................................7

1.4涡轮转速信号采集研究发展趋势...............................................................................7

1.5 本课题研究的主要内容、技术路线及需解决的技术关键.....................................8 1.5.1 研究的指导思想..................................................................................................8

1.5.2 主要研究内容、技术关键与难点......................................................................8 2 小量程流量计的选择及设计.........................................................................................10 2.1 涡轮流量计概述.......................................................................................................10 2.1.1 涡轮流量计发展概况........................................................................................10 2.1.2 涡轮流量计的特点............................................................................................11 2.2 切向式涡轮流量计...................................................................................................12

试验系统的建立与选择.................................................................................................17 3.1 微小流量的定常流测量原理...................................................................................17 3.2 静态质量法液体微小流量测量装置.......................................................................17 3.3 动态质量法液体微小流量测量装置.......................................................................18 3.4 基于以上两种测量方法，对比分析并选择试验系统...........................................19 4 动态质量法测量装置.....................................................................................................21 4.1 测量系统的原理及设计...........................................................................................21 4.2 测量系统的优化及改进...........................................................................................22 4.2.1 稳压源的改进....................................................................................................22 4.2.2 称重容器的改进................................................................................................23 4.2.3 称重装置的改进................................................................................................25

涡轮流量计标定装置及测量电路设计 流量计标定技术.............................................................................................................27 5.1 流量标定技术分类...................................................................................................27 5.2 切向涡轮流量计的标定...........................................................................................27 6 转速传感器所连接电路及步进电机调控装置...........................................................30

6.1传感器后信号调理电路设计...................................................................................30

6.1.1转速传感器所连接电路...................................................................................30

6.1.2转速传感器所连接电路的软件绘制...............................................................32

6.2步进电机调控装置....................................................................................................33

6.2.1并口卡...............................................................................................................34

6.2.2HYQD—100两项混合式步进电机驱动器......................................................40

6.2.3电动机...............................................................................................................43

6.2.4装置效果图.......................................................................................................43 7 装置不确定度分析.........................................................................................................45 7.1 测量动态误差分析...................................................................................................45 7.2 计时器的不确定度...................................................................................................45 7.3 电子秤的不确定度...................................................................................................46 7.4 合成标准不确定度...................................................................................................47 7.5 扩展不确定度...........................................................................................................47 8 总结.................................................................................................................................48 参考文献.............................................................................................................................50 致

谢.................................................................................................................................54

涡轮流量计标定装置及测量电路设计 绪论

1.1 研究的背景、目的和意义

近年来随着能源和水资源的全球性匮乏，和在石油、化工、电力、冶金、采矿、食品、轻工等很多工业生产过程中，对流量的测量都是必不可少的，因此全社会对流量计量测试技术的要求越来越高。国家质量监督检验检疫总局批准发布了各种流量计量设备的检定规程，将流量计量设备的检定列为国家强制检定项目。对于流量计量来说，各种流量标准装置是实施计量服务的主要手段，其自身的功能、精度与先进程度就显得至关重要。在对燃油测量精度越来越高的今天，任何微小的标准量值的差异都将导致严重的经济利益矛盾。因此计量的准确性愈来愈受到人们的普遍关注。如何进一步提高其测量精度是一个重要而又现实的问题。

针对目前微小流量测量中存在的问题，本文提出了一种用简单、有效定常流测量微小流量的原理及其实现方法，改进了稳压装置，简化了测量过程，降低了成本，提高了测量精度。并且本文对所设计的流量计装置在电方面进行了深入的探讨进一步的研究，是本文显得更加充实饱满。本课题研究成果不仅具有显著的社会效益，而且还具有广阔的推广应用前景。

本文研究的目的是：用动态称重方法进行流量测量, 从而建立一套结构简单、精度高、运行效率高、性价比高的液体流量标准装置自动检定系统，一方面能保证流量计量设备准确的量值通过电信号的传递，另一方面能有效地避免在生产和贸易结算领域应用的流量计量设备由于计量精度而引起的生产浪费和贸易纠纷等。

1.2 微小流量测量概术

1.2.1 微小流量测量的研究现状

微小流量在业界尚无公认的定义和界限，因其应用领域而异是一个模糊的概念。微小流量测量体现于流量本身微小和流速低两个方面，通常的微小流量根据行业习惯不同可以分为小流量、微小流量和超微小流量三个层次，在医疗器械和微小流体器件的流量测量领域，通常可将液流通道直径小于15 mm，流量范围为几百ml/min至几千ml/min液体微小流量的定常流流量测量称为小流量测量；将液流通道直径介于0.1 mm至2 mm，流量范围为几ml/min至几百ml/min内的流量测量称为微小流量测量；将液流通道直径小于0.1 mm，流量范围为1 ml/min、甚至几ml/min内的流量测量称为超微小流量测量。对于微小流量的测量方法的研究，目前主要集中在小流量仪表和小流量标准装置的开发研究两个方面。而对于本文研究范围为几ml/min至几百

涡轮流量计标定装置及测量电路设计

ml/min的流量的测量，介于通常的小流量测量和超微小流量测量之间，对其测量方法的研究，特别是对其测量原理的研究，目前可见的文献并不很多。

1.2.2 微小流量测量仪表研究现状

微小流量仪表是微流量测量和控制系统的检测反馈元件，其研究现状是微小流量测量原理和测量方法进展的直接反映。由于微小流量测量时流体的动能甚小，在测量微小流量时，仪表检测灵敏度和稳定度不能满足要求，测量精度下降，成本增加。目前，国内外水力机械试验台流量测试仪表主要有：标准差压流量计、孔板流量计、电磁流量计、超声波流量计、涡轮流量计等，其中在高精度实验室中采用最多是电磁流量计、超声波流量计和文丘里流量计，虽然它们初期投入使用正常，但随着时间的推移，如何保证测试准确度，对实验室维护人员提出了较高的要求。目前各公司已经开发出了相当一部分液体体积微小流量仪表，其可测最小流量在 10 ml/min数量级，例如，伺服容积式流量计为8 ml/min，浮子流量计用2 mm球形浮子可测16 ml/min，内径3 mm的电磁流量计可测 50 ml/min，小型容积式流量计可测最小流量为250 ml/min。目前，液体微小流量计量以国外进口仪表为主，国产相关仪表较少。切向涡轮流量传感器具有精度高、重复性好、响应速度快、压力损失小、信号便于远传、即使出现故障也不会阻塞管路等优点，被广泛应用于液体微小流量测量。国产切向涡轮存在可测最小流量偏高、量程比较小的问题。为了提高切向涡轮流量传感器的性能，需要进行广泛、深入的理论和实验研究。

基于此本文设计了切向涡轮流量计，并改进了传统的液体流量测量装置，使测量的精度得以有效提高，并使测量过程简单有效。

1.2.3 微小流量标准装置研究现状

本文所论述的微小流量装置设计的基础理论，主要是基于流体力学伯努利方程的液体出流理论，这方面的基础理论和试验研究可参见文献。

现有的微小流量测量装置，主要依据液体流量标准装置的工作原理而设计。通常，液体流量标准装置是流量仪表标定时使用的标准设备，对于微小流量测量，它的测量精度高，投资较小。

液体流量标准装置是液体流量计量和测试技术发展的重要环节，国际上成立了标准化组织和法制计量组织，各国制定了相应的国家标准。为维持定常流条件，现有液体流量标准装置一般均为恒定水头的定常流测量方法，需提供稳压源，通常有三种方法:高位槽溢流的溢流稳压法、通过压缩气体闭环调节液面的容器稳压法和变频器加液泵构成的变频调速稳压法。

对于工程实践中涉及的微小流量和类似微小流量的测量问题(如不规则加工件配合缝隙、微小流体器件流量测量和微小管径的测量等)，为使测量结果具有可比性，均规定被测试件前后压差为一恒值，如果被测试件的过流断面面积等参数不变，则被测试件即处于定常流场中。上述测量过程中，通常采用液体流量标准装置的设计原理来设计微小流量测量装置，对于这种流量测量装置，传统做法是采用由稳压源(如高位水箱、水塔)、量杯(计量容器)、换向器和计时器等构成的静、动态体积法，或由电子秤(称量设备)、换向器和计时器等构成的静、动态质量法进行测量。

涡轮流量计标定装置及测量电路设计

有理由相信，上世纪兴起的半导体技术、激光技术和计算机技术等新技术和PIV、PAD等新的仪器设备的应用，将为微小流量的测量研究提供强有力的手段，计算机辅助设计(CAD)、数字仿真(numerical simulation technique)和流动可视化(flow visualization)等技术在微小流量测量装置设计方面的应用，将大大增强微小流量测量装置的设计水平。

1.3 流量标定装置发展趋势

近年来，随着新技术、新方法的不断出现，流量标定装置发展出现了多样化的趋势，主要表现为以下两大趋势：(1)不断提高流量标定装置的精度

高精度的流量标定装置通常采用静态质量法，研究的重点集中在减少称重系统的误差上。并考虑可能影响称重部分不确定度的外界因素。(2)新的测量方法和测量手段出现

利用计算机网络技术，PTB对相距约300 km的 pigsar 实现了远程检定[351。随着新型流量计的不断出现，标准表法流量标准装置研究重新得到重视，匈牙利FLOMET公司以科里奥利质量流量计作为标准表，获得了优于0．01％的重复性。巴西建造了一套用三台涡轮流量计作标准表的水流量标准装置。

1.4 涡轮转速信号采集研究发展趋势

随着涡轮的性能不断提高，需要控制的参数，需要控制的参数越来越多，要求的控制算法越来越复杂，传统的机械液压式控制系统日益不能满足需要，并且它还有许多自身难以克服的缺点。例如，控制范围窄、精度不高、可更改性差、结构复杂、体积和重量较大等。涡轮数字电子控制系统步进能够克服这些不足还能够充分发挥涡轮的潜力以及提供许多新的功能。所以现在涡轮控制系统的发展趋势是全权限数字电子控制系统。

输入信号的采集是控制系统实现其控制功能的重要环节。在上述所提到控制系统中，电子控制器通过传感器、计数器或外部开关来采集涡轮的状态信号和动作指令，这些信号需要经过信号调理后，转换成统一的能被电子控制器接口设备所能识别的信号。

涡轮转速是一个非常重要的被控量，涡轮控制系统最基本的功能就是通过燃油流量来控制涡轮的转速。同时转速也是评价涡轮性能的一个重要参数，因此转速信号的采集就显得非常重要了。

涡轮流量计标定装置及测量电路设计

1.5本课题研究的主要内容、技术路线及需解决的技术关键

1.5.1研究的指导思想

1、继承和发展原则。定常流测量方法是流量精确测量时普遍采用的方法而对于涡轮的转速，传统的机械液压式控制系统也曾经广泛应用，两者其中的很多优点必须要继承，没有继承就没有发展。通过对现有成果的总结和完善，找出其存在的问题，提出比原方法更加简单方便的测量方法和信号采集方法。

2、实用性原则。本文研究的出发点是解决微小流量定常流测量以及对涡轮转速信号的采集的完善与改进，提供理论和实践的指导。

1.5.2主要研究内容、技术关键与难点

主要研究内容: 涡轮流量计、齿轮流量计都是容积式流量计。被测介质的压头推动齿轮或叶轮旋转时，速度传感器记录单位时间经过齿数或叶片数此过程中产生的正弦波通过信号调理电路转换为方波后输给微电脑，便可换算出流量。它们可用于精密的连续或间断的测量管道中液体的流量或瞬时流量。小量程液体流量计的标定，需用数字电子天平，测出单位时间流经仪表的液体重量，换算出质量流量和体积流量。

本课题要求:设计测量涡轮转速传感器信号的转换电路,控制涡轮转速的步进电机安装。对比分析小量程流量计的测量精度，设计适合小量程液体流量计的标定装置，分析测量的不确定度。

测量涡轮转速传感器信号转换电路设计主要内容： 利用Proteus 7 Professional软件绘制仿真电路设计并进行仿真 3 利用Altium Designer 6软件绘制PCB图 控制涡轮转速的步进电机的安装： 并口卡相关控制软件Mach3的安装及操作 5 并口卡、步进电机控制器、步进电机的接线

小量程流量计及标定试验器设计主要内容： 1）小量程流量计的设计； 2）流量检测及标定装置设计； 4）试验误差分析及优化试验。需解决的技术关键和难点： 测量涡轮转速传感器信号的转换电路的绘制 并口卡、步进电机、步进电机控制器相关线路的连接及软件控制

涡轮流量计标定装置及测量电路设计

3）试验系统的稳压；

4）改进试验装置，减小流体测量过程中动态冲量对试验引起的误差； 5）流量计的标定；

6）试验误差及不确定度的分析。

对测量涡轮转速传感器信号的转换电路的绘制需要经过电路仿真和PCB设计，涡轮驱动电动机控制装置包含并口卡、步进电机、步进电机控制器的连线以及软件控制。根据试验中产生的误差因素，可从几个方面对实验进行优化与改进。如减小或者消除测量过程中冲量所引起的动态误差，进一步提高小流量的稳定流动，规范安装过程和操作过程以减少人为因素等。

涡轮流量计标定装置及测量电路设计 涡轮流量计的选择及设计

基于本试验装置主要适用于液体流量的测量，并考虑到受液体粘度等的影响较小等因素，本课题选用涡轮流量计。涡轮流量计:利用置于流体中的叶轮感受流体平均速度来测量流体流量的流量计。与流量成正比的叶轮转速通常由安装在管道外的检出装置检出。涡轮流量计由涡轮流量传感器和显示仪表组成。

8.1 涡轮流量计概述

涡轮流量计是一种速度式流量仪表，它利用置于流体中的叶轮旋转角速度与流体流速成比例的关系，通过测量叶轮的转速来反映通过管道的体积流量的大小，是目前流量仪表中比较成熟的高精度仪表。涡轮流量计由涡轮流量传感器和流量显示仪表组成，可实现瞬时流量和累积流量的计量。传感器输出与流量成正比的脉冲频率信号，该信号通过传输线路可以远距离传送给显示仪表，便于进行流量的显示。此外，传感器输出的脉冲信号可以单独与计算机配套使用，由计算机代替流量显示仪表实现密度、温度或压力补偿，显示质量流量或气体的体积流量。涡轮流量计因其精度高、重复性好、量程范围宽、体积小、输出脉冲信号等优点，而广泛应用于天然气计量、油品精确计量、工业生产过程监控、测量等领域。

8.1.1 涡轮流量计发展概况

美国早在1886年即发布过第一个TUF（涡轮流量计）专利，1914年的专利认为TUF的流量与频率有关。美国的第一台是在1938年开发的，它用于飞机上燃油的流量测量，只是直至二战后因喷气发动机和液体喷气燃料急需一种高精度、快速响应的流量计才使它获得真正的工业应用。涡轮流量计是测量仪表门类中的一个重要的产品系列，若用于洁净的低粘度液体流量测量时，在相当宽的流量范围内，其测量精确度高，重复性好，这是它最为突出的优点。另外，它还具有体积小、重量轻、易于做到耐高压及数字脉冲输出等特点，因而不仅可做监控测量仪表，而且更重要的是，由它组成的流量测量系统可达国际商业贸易允许的计量误差要求。

涡轮流量计的主要部分涡轮流量传感器有如下几种类型：

1．轴向型（普通型），叶轮轴中心与管道轴线重合，是涡轮流量传感器的主要产品。有全系列产品（DN10—DN600）。2．切向型，叶轮轴与管道轴线垂直，流体流向叶片平面的冲角约 90 度，适用于小口径微流量测量，在大口径流量测量时也用到了插入式的切向型涡轮流量计。3．机械型，叶轮的转动直接或经磁耦合带动机械计数机构，指示积算总量，测量精度比电信号检测的传感器稍低，其传感器与显示装置是一体式的。

4．井下专用型，适用于石油开采井下作业使用，测量介质有泥浆及油气流等，涡轮流量计标定装置及测量电路设计

传感器体积受限制，需耐高压、高温及流体冲击等。

5．自校正双涡轮型，可用于天然气等气体流量测量，传感器由主、辅双叶轮组成，可由两叶轮的转速差自动校正流量特性的变化。

6．广粘度型，在波特型浮动转子压力平衡结构基础上扩大上锥体与下锥体的直径，增加粘度补偿翼及承压叶片等结构措施，使传感器适用于高粘度液体（如重油，粘度达30mm2/s）。7．插入型，插入型流量传感器由测量头、插入杆、插入机构、转换器及仪表等部分组成。

总之，涡轮流量传感器按结构可分为轴向式涡轮流量传感器和切向式涡轮流量传感器两种。轴向式涡轮流量传感器目前应用较为广泛，而切向式涡轮流量传感器应用较少。但切向式涡轮流量传感器自身的一些特点是轴向式涡轮流量传感器所不具备的，例如：测量下限更低，测量灵敏度更高，动态响应速度更快。

8.1.2 涡轮流量计的特点

涡轮流量计多年来用于工业和实验室测量，并一直得到广泛的应用，其具有如下主要特点：

1．测量精度高。涡轮流量计的测量精度是指示值的 0.05%--0.2%之间，在线性范围内，即使流量发生变化，累计流量准确度也不会发生变化。

2．压力损失较小。在最大流量下其压力损失为 0.01--0.1 MPa。

3．流量测量范围宽。最大和最小流量比通常为 10:1 到 20:1，故相对适用于流量大幅度变化的场合。

4．重复性好。短期重复性可达 0.05%--0.2%。由于良好的重复性，经过校准或在线校准即可得到很高的精度。

5．耐高压、耐腐蚀。由于具有较简单的外形且采用磁电感应结构，容易实现耐高压设计，故可适用于高压管路液体的测量；采用抗腐蚀材料制造，使得流量计耐腐蚀性能良好。

6．可获得很高的频率信号(3--4 kHz)，信号分辨能力强。通过传输线路不会降低其精度，容易进行累积显示，易于送入计算机进行数据处理，无零点漂移，抗干扰能力强。

7．结构紧凑轻巧，安装维护方便，流通能力大。

8．专业性传感器类型多。可根据用户特殊需要设计为各种专用型传感器，例如低温型、双向型、井下型及混沙专用型等。

9．一般液体涡轮流量计不适用于测量较高粘度介质(高粘度型除外)，这是因为随着粘度的增大，流量计测量下限值提高，范围度缩小，线性度变差。

涡轮流量计标定装置及测量电路设计

10．流体的物理性质对仪表的特性有较大影响。气体流量计易受密度影响，而液体量计对粘度变化反应敏感。

8.2 切向式涡轮流量计

切向涡轮流量计是一种速度式流量仪表，它以动量守恒原理为基础。流体冲击叶轮，使叶轮旋转，叶轮的旋转速度随流量的变化而变化，根据叶轮转速求出流量值。在工业上，可采用涡轮流量计测量粘度较低的各种液体和气体的流量。这种流量计具有测量精度高、量程范围宽、线性好、脉冲输出等优点。

切向涡轮流量计由涡轮流量传感器和接收电脉冲信号的显示仪表组成。通过信号检测放大器将叶轮的转速转换成电脉冲，送入二次仪表进行计数和显示，实现对瞬时流量和累积流量的计量。

不同厂家的切向涡轮流量传感器，其整体结构差异较大，目前国内外主要有三种，如下图 2-1 所示。

图2-1 切向涡轮式流量传感器结构图

1．单流束水平流动结构，如图 2-1(a)所示。

传感器的流体入口和出口在同一轴线上。流体经过一个喷嘴，冲击叶轮上部的叶片表面，推动叶轮旋转。流体经过另外一个与入口喷嘴在同一轴线上反向安装的喷嘴

涡轮流量计标定装置及测量电路设计

流出传感器。

2．单流束环形流动结构，如图 2-1(b)、(c)所示。

传感器流体入口和出口轴线平行或成一定的角度。流体经过一个喷嘴，冲击叶轮侧面的叶片表面，推动叶轮旋转；随叶轮旋转，流体在传感器腔内做环形流动，进一步推动叶轮旋转；在叶轮另一侧，流体经过另外一个与入口喷嘴轴线平行或成一定角度反向安装的喷嘴或管道，流出传感器。

3．预旋流切向流动结构，如图 2-1(d)所示。

流体首先经过一个螺杆 1，形成螺旋形流动，再推动叶轮 2 旋转。

在图2-1(a)所示单流束水平流动结构的切向涡轮流量传感器主要用于微流量测量。其结构主要由仪表壳体、涡轮（叶轮）、喷嘴、轴和轴承以及信号检测放大器等组成。

本文设计的切向涡轮流量计如下：

图 2-2 为传感器壳体结构图，图中左侧上图为壳体的俯视图，左侧下图为纵向切面图，右侧图则为壳体的透视图。壳体的各个几何参数图中均有标注。仪表壳体一般采用不导磁的不锈钢或铝合金制成，对于大口径传感器亦可用碳钢与不锈钢组合的镶嵌结构。壳体是传感器的主体部件，它起到承受被测流体的压力，固定安装检测部件，连接管道的作用，壳体内装有叶轮、轴、轴承，壳体外壁安装有信号检测放大器。

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图 2-2 传感器壳体结构图

图2-3是传感器的盖子，图中左侧上图为盖子的主视剖视图，左侧下图为盖子的俯视图，右侧则为盖子的左视图。它的各个几何参数都在图中已经注出。材质可选择与传感器的壳体相同。盖子的作用是固定轴，使叶轮绕轴转动，并且还起到防止其他外界因素干扰叶轮转动及防止漏油。

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图2-3是传感器的盖子

图 2-4 是传感器叶轮和轴的结构图。叶轮一般由高导磁性材料制成，是传感器的检测部件。它的作用是把流体动能转换成机械能。叶轮有直板叶片、螺旋叶片和丁字形叶片等几种，亦可用嵌有许多导磁体的多孔护罩环来增加一定数量叶片涡轮旋转的频率。叶轮由支架中轴承支承，与壳体同轴，其叶片数视口径大小而定。叶轮几何形状及尺寸对传感器性能有较大影响，要根据流体性质、流量范围、使用要求等设计，叶轮的动态平衡很重要，直接影响仪表的性能和使用寿命。

涡轮流量计标定装置及测量电路设计

图 2-4 是传感器叶轮和轴

轴与轴承通常选用不锈钢或硬质合金制作，它支承和保证叶轮自由旋转，需要有足够的刚度、强度和硬度、耐磨性，耐腐性等，它决定着传感器的可靠性和使用期限。传感器失效通常是由轴与轴承引起的，因此它的结构与材料的选用以及维护是很重要的。

我国目前一般采用变磁阻式信号检测放大器，它由永久磁钢、导磁棒（铁芯）、线圈等组成。它的作用是把涡轮的机械转动信号转换成电脉冲信号输出。信号检测放大器安装在涡轮叶片的正上方，流体流过时，冲击叶轮旋转。叶片处在永久磁钢的正下方时，磁路的磁阻最小；当两个叶片中间的间隙处在永久磁铁的正下方时，磁路的磁阻最大。叶轮在流体的冲击下旋转，不断地改变磁路的磁阻，使永久磁钢外的线圈中产生变化的感生电势，送入放大整形电路，变成脉冲信号。脉冲信号的频率与管道中流体的流量成正比。

涡轮流量计标定装置及测量电路设计 试验系统的建立与选择

本章介绍了微小流量定常流测量方法，根据微小流量测量的特点，分别设计了静态质量法、动态质量法并指出了定常流条件下微小流量测量存在的问题。

9.1 微小流量的定常流测量原理

如图3.1所示，测量容器的过流断面面积为A，被测试件的过流端面面积为a，测试段液体体积为V。试验时，测量容器中水头H保持为定值，以保证被测试件2处的压差为定值，故2处的流动为不随时间变化的定常流。为保证H为定值，则需测量容器上部一直处于溢流状态，也可以采用加恒值气压的方法保证2处的压差为定值，但需要恒值气源，设备复杂，成本高。根据流量的定义，测量在一定时间段t内流入计量容器(量杯)内的液体体积V或质量M即可得到体积流量：

QvV或质量流量：

t（3.1）

QmMt

（3.2）

图3.1定常流流量测量原理图

1.测量容器 2.被测试件 3.计量容器(量杯)

9.2 静态质量法液体微小流量测量装置

对于流量的测量，静态质量法液体流量标准装置可以达到最高的精度，当需要高精确度的微小流量测量时，可以参照静态质量法液体流量标准装置的原理来设计微小流量测量装置。

静态质量法是指在静止状态下，称量一段时间内容器中的液体质量，从而计算出质量流量。静态质量法液体微小流量测量装置典型结构如图2.7所示，由稳压源、计量容器或称重装置、截止阀(或单向阀)、换向器、计时器和管路系统等组成。其工作原理为:先将水用水泵3打入置顶液箱6中，水注满后，液体由溢流堰5溢流，经过泄漏管8回水池1。为保证被试件处为定常流动，整个试验过程中置顶液箱6一直处于溢流

涡轮流量计标定装置及测量电路设计

状态。试验开始时，打开截止阀(或顶开单向阀)9，换向器液流流入泄漏管巧方向，此时称重容器的质量为初始值M0，当流量稳定后，启动换向器，使得换向器液流流入称重容器13，同时计时器触发机构12触发计时器启动计时。当达到预定的液体重量时，换向器自动换向，使换向器液流流入泄漏管径的方向，并同时停止计时器，记录此时称重容器的质量M和计时器的测量时间T，则实际质量流量为

QmMM0

（3.3）

TMM0（3.4）

T由质量流量换算为体积流量时，可由下式计算

QvQm在微小流量测量时，为了不降低测量质量的电子秤的准确度，测量的时间T必须足够长，这使得测量效率降低;要得到被检流量计的体积流量，还须经过质量与体积的换算，这样又会引入密度测量的误差;由于称量的容器处于空气中，砝码密度和水的密度不同，受到的浮力不同，故存在浮力修正问题。

图2.7静态质量法液体微小流量测量装置

1.水池 2.进水管 3.水泵 4.上水管 5.溢流堰 6.置顶液箱 7.测量容器 8、15、16.泄漏管 9.截止阀(或单向阀)10.被试工件 11.换向器 12.计时器触发机构 13.称重容器 14.电子秤

17.放水阀

9.3 动态质量法液体微小流量测量装置

动态质量法是指在液体流入到称量容器的流动过程中，称量一段时间内容器中的液体质量的增量，从而计算出流量。如图2.8为采用杠杆触发结构的动态质量法测量装置。

涡轮流量计标定装置及测量电路设计

图2动态质量法液体微小流量测量装置

1.水池 2.进水管3.水泵上水管5.溢流堰6.置顶水箱7.测量管 8、12.泄漏管9.截止阀10.被试工件11.放水阀13.称重容器14.平衡梁(杠杆)15.预定重量祛码16.计时器启停触动机构

其工作原理为:先将水用水泵3打入置顶水箱5中，水注满后，液体由溢流堰5溢流，经过泄漏管8回水池1。为保证被试件处为定常流动，整个试验过程中一直处于溢流状态。试验开始时，打开截止阀(或顶开单向阀)9，当流量稳定后，称量容器底部放水阀11快速关闭，称量容器内的液体质量开始增加，当增加的总质量达到预定的平衡质量Ml时，杠杆抬起，触发计时器启动开始计时。当称量容器内的液体质量增加到第二个平衡质量M2时，杠杆又抬起，触动计时器停止计时，并记下计时器计时时间T，则质量流量为

QmM2M（3.5）

T由于存在动态效应，射流冲击力对称量结果造成影响，受杠杆系统惯性滞后影响，引起系统误差的因素较多。

9.4 基于以上两种测量方法，对比分析并选择试验系统

静态质量法一般有较高的测量精度，可达到0.05%，但是测量系统复杂，测量过程中存在较大误差。其中包括： 静态质量法中有多处截止阀，测量过程中启动或者停止需要人工操作，会带来较大误差； 系统中使用了换向器，在停止换向时会对测量带来一定的误差； 测量过程中存在流体向下流入称重容器时产生冲量，对试验测量带来不可避免的误差。

动态质量法的准确度较静态质量法低，一般静态质量法准确度可达

涡轮流量计标定装置及测量电路设计

0.05%--0.1%，而动态质量法准确度通常为0.2%--0.4%。

12.1

动态质量法不需要换向器，没有换向误差，结构简单，完成一次测量的时间短，测量效率高；

12.2动态质量法由于本身容易实现密封，所以可用于有害液体或易挥发液体的流量测 量，这在微小流量测量时有特别的意义，因为挥发对微小流量的测量影响更大。12.3 通过改进称重容器可以有效减小称重过程中流体冲量对试验误差的影响。总得来说，运用动态质量法对小量程流量计测量的试验最优，其优点是：精度高，可靠性好，流量范围大，性能稳定，运行成本低，操作方便，自动化程度高，对环境无污染。

涡轮流量计标定装置及测量电路设计 动态质量法测量装置

本文基于液态流动流体的称重系统，为了减少误差，进一步提高流量计的准确性，选用的动态质量法。动态质量法水流量标定是用动态称重方法进行流量测量, 从而检验标定电磁、涡轮、转子等流量计。进一步解决静态质量法中流体冲量所引起的误差。但实验中应该注意到液体流体的稳定流动，这对实验会产生较大误差。

13.1 测量系统的原理及设计

整个试验系统的测量原理及设计：系统依靠水泵产生流量，使水流经被检流量计注入称重容器，在设定的时间间隔t内，电子秤测得水质量m，求得流量q=m／t，从而确定被检流量计的流量并进行流量标定。

图4-1 动态质量法测量装置

1-液体源 2-水泵 3-试验管路 4-稳压溢流堰 5-截止阀 6-被测流量计 7-称重容器 8-电子天平

系统装置主要由小型水泵、试验管路、液体源、水塔式流量容器及循环系统、截止阀、称重容器和电子天平等组成。

涡轮流量计标定装置及测量电路设计

13.2 测量系统的优化及改进

13.2.1 稳压源的改进

溢流法在流量标准装置的设计中，称为水塔稳压法，是用置顶容器溢流的方法来得到被测试件处的恒定水头，如图4-2所示，(l)为置顶溢流容器，(2)为被测试件，(3)为量杯。为保证被测试件(2)处为恒定水头，容器(l)必须一直处于溢流状态。由于恒定压力由液柱产生，置顶容器的高度有限，这种方法不能测量压力过高，管道流动雷诺数较低。

图4-2溢流法原理图

溢流法稳压时，对于中、大流量测量的应用一般只是供水泵的功率损耗问题，但是对于微小流量的精确测量，存在如下问题: 第一、由于供水泵排量的变化和管道系统阻力的变化，进入置顶液箱的流量是波动的，溢流过程可看成是液体流过完全直角、并且没有侧向压缩的锐边溢流堰，高出溢流堰边的液体高度随流量而变化，造成稳压水头实际上不稳定；

第二、由于溢流的液面不断受到入流冲击影响，所以存在液面冲击干扰，这在测量微小流量时会引入动态流量造成的误差；

第三、不断的液面入流会使气泡混入测试液体且很难排出，引起气泡干扰;第四、启停瞬间造成流动状态的干扰；

第五、测试液体不可回收时，溢流造成测试液浪费。

本课题可采用高位槽溢流的溢流稳压法（如下图）对上述问题做出有效改进。

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图4-3 稳压溢流堰

首先是采用了溢流堰，测量过程中能保持液位高度始终不变同时溢流液体可以回收，循环至液体源；

其次，本实验中采用了可调升降的溢流堰，通过调节溢流堰的高度，可以方便有效的改变测量时所需要的不同流速，操作简单、有效；

最后是试验起止及实验过程中，都能有效保持相对稳定流动，对动态测量只产生较小影响。

13.2.2 称重容器的改进

传统的称重容器都是测量时液体直接流进称重容器，然后通过称重装置进行称重，如图

图4-4称重容器 1-称重容器 2-电子天平

涡轮流量计标定装置及测量电路设计

但是采用该装置，在测量过程中将产生不可避免的流体下落时产生的冲量问题，这会对试验的测量精度产生较大误差，因此如何改进称重容器，是提高测量精度的关键问题。

方案一 采用带档板的称重容器

图4-5称重容器

1-爬梯 2-称重容器 3-电子天平

如图所示，当液体流入称重容器时，流体首先落在了档板上，抵消了一部分冲量，如此往复可以有效降低液体流入容器时的速度，到进入称重容器的液面时，速度基本将为0。虽然该装置有效降低了液体下落时带来的冲量问题，但是，在容器液面较低时，仍然会有一定的影响。

方案二 采用双套称重容器

图4-6称重容器

1-水头 2-小量杯 3-吸附性海绵 4-称重容器

涡轮流量计标定装置及测量电路设计

如图所示，此方案是采用两个容器，将小量杯固定在大量杯内，再在小量杯外侧固定海绵或者细丝密实网状结构（根据测量液体的粘性选择）。本试验测量的是液态水，因此在小量杯外侧固定上厚度为2 cm的吸附性海绵。试验过程中，保持水头在小量杯的上方且固定不动，并且小量杯内液体始终是满的。该过程可使液体流入称重容器所产生的冲量始终保持不变，对测量结果基本不产生影响；同时，对于标准液体称重系统中存在的多收集了一段水柱的问题，应用该装置，测量前后都是同样多收集了一段，可以抵消不计，对试验测量误差影响较小。最后是，当液体从小量杯溢流流入大量杯时，因为外侧有吸附性海绵，可以降低流速，使流速基本接近于0，对试验基本没有影响。

综上所诉，本实验选取方案二称重系统，该方案有效降低了传统模式下的两个误差问题，能有效提高小量程流量计的测量精度，对试验有较大的提高。

13.2.3 称重装置的改进

传统的称重装置都是天平式的称重容器，如图

图4-7 称重装置

1-称重容器 2-平衡梁(杠杆)3-计时器启停触动机构 4-砝码

该装置采用杠杆触发结构的动态质量法测量，虽然该装置测量简单，且计时也相对准确，但是在测量过程中存在两方面的误差：

1、在测量过程中，添加砝码需要人工操作，会有一定的人工延迟误差，造成计时偏大，测量结果偏小；

2、动态测量过程中，由于存在动态效应，射流冲击力对称量结果造成影响，受杠杆系统惯性滞后影响，引起系统误差。

涡轮流量计标定装置及测量电路设计

改进方法为改平衡梁式天平为电子天平。采用最大量程为2000g精度为0.01g的电子天平（J B 2102电子天平），其优点是不需要人工添加砝码，及没有砝码所带来的准确性方面的误差；二是测量过程中，虽然有动态冲量的存在，但是系统滞后性及稳定性所带来的误差较小；三是操作更简单方便，测量及计时可通过连接电脑操作控制，使测量精度更高。

涡轮流量计标定装置及测量电路设计 流量计标定技术

14.1 流量标定技术分类

按要求将被检流量计安装到装置上，启动液体循环系统，使液体流经被检流量计和流量工作标准，同步操作被检流量计和流量工作标准，比较两者的输出流量值，从而确定被检流量计的计量准确度和重复性。按流量工作标准的取值方式，装置可分为四种类型：

静态质量法(含启停质量法):在静止状态下，称量一段时间内容器中的液体质量，从而计算出流量。

静态容积法(含启停容积法):在静止状态下，测量一段时间内工作量器中的液体体积量，从而计算出流量。

动态质量法:在液体流动过程中，称量一段时间内容器中的液体质量变量，从而计算出流量。

动态容积法:在液体流动过程中，测量一段时间内工作量器中的液体体积变量，从而计算出流量。

14.2 切向涡轮流量计的标定

由于静态法必须等待容器中的液体静止后才能测量, 另外容器中不能存在残留液体, 所以效率低。动态标定法是在液体流动情况下进行质量或容积测量；一般先把容积或质量固定, 只测量时间, 操作简便, 效率高。下图为一种动态质量法标定系统, 可在连续运行状态下对流量计进行标定。

涡轮流量计标定装置及测量电路设计

图5-1 动态质量法测量装置

1-液体源 2-水泵 3-试验管路 4-稳压溢流堰 5-截止阀 6-被测流量计 7-称重容器 8-电子天平

其工作过程为: 打开5截止阀，然后开启2水泵，使测量液体在3试验管路中流动循环起来，并开始流入7称重容器。在这过程中，液体首先流入4稳压溢流堰，待液体高出挡板后经过管路又循环回流到了1液体源里；然后液体经过6被测流量计后流入了7称重容器，测量时要保持液体盛满称重容器里的小量杯，并且溢流将外侧的吸附性海绵完全渗透使大量杯里有一定量的液体；此时开始记录8电子天平此时的读数M并立刻开始计时；当测量一定的时间t后（称重容器里的液面不能将吸附性海绵完全淹没），即使记录8电子天平的读数m，并关闭5截止阀和2水泵。由测量的时间t和称重质量（M-m）则可求出质量流量。

QmMmt（5.1）

当被测流体通过切向涡轮流量传感器时，流体通过喷嘴冲击叶片，流体的冲击力对涡轮产生转动力矩，使叶轮克服机械摩擦阻力矩和流动阻力矩而转动。实践表明，在一定的流量范围内，对于一定的流体介质粘度，叶轮的旋转角速度与通过传感器腔体的流量成正比。所以，可以通过传感器测量叶轮的旋速度，然后传输到示波器上，记录下通过的完整波形的个数来测量流量。

测量前先对示波器进行设置，使其在叶轮转动一周时，刚好记录一个完整的正弦波形。当测量流体通过叶轮时，驱动叶轮转动，并引起电磁传感器跟踪记录，并将测量的信号传输到连接的示波器上。调节示波器，使其接收的波形大小合适，频率稳定，此时开始记录，采集在时间t内，示波器接收的完整波形数。输出波形数与叶轮转速相等，叶轮转速又与流量正相关，所以输出波形数与流过传感器的流量正相关。

切向涡轮流量传感器的波形频率 f（次/秒）与流过管道的体积流量 qv(m3s）

涡轮流量计标定装置及测量电路设计

正相关时，其比例系数即为传感器的仪表系数 K（1m3），如式（7）所示：

Kf

（5.2）qv即

qvf（5.3）K在同一时间内，传感器的脉冲数 N 与流过管道的液体体积 V（m3）也成正相关，其比例系统也为传感器的仪表系数 K（1m3），如式（9）所示：

KN（5.4）V

图5-2切向涡轮流量传感器的工作原理

1－喷嘴；2－涡轮；3－电感

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转速传感器所连接电路及步进电机调控装置

6.1传感器后信号调理电路设计

6.1.1转速传感器所连接电路

随着转速的变化，转速传感器输出频率信号的幅值和频率也在变化。针对本文所研究的，其转速传感器输出信号的幅值在几百毫伏到几伏之间，频率在100Hz到10KHz之间，并且为一个近似正弦信号。无论从波形和幅值上来讲该信号都无法直接送入电子控制器，需要经过信号调理电路转换为0 到3V的方波信号才能被DSP所接受。

图6—1

转速传感器信号调理电路原理图

如图6—1为采用Altium Designer 6 软件绘制的信号调理电路原理图，Altium Designer 6是Protel 的最新版本，是一款专门用于电路板级设计的软件，它能完成电路的原理图设计与PCB板的绘制。在此之前要进行对该电路的仿真，则采用Proteus 7 Professional 进行电路仿真，这是一款广泛用于仿真的软件。信号调理电路设计的前提是：转速传感器输出信号的幅值在0.2V到5V之间，频率在100Hz到10KHz之间。信号调理的功能为将转速传感器信号转换为同频率的0到3V的标准方波信号，其原理为：首先，由电阻和电容构成低通滤波器，滤除频率高于10KHz的高频干扰信号；然后，由于输入信号的幅值很小时无法使限幅电路中的二级管导通，所以需要先经过一个放大5倍的反向放大器进行放大，再经过两个反向并联的二极管限制电路把信号的幅值限制在+0.5V的范围，这样保证了后续电压放大的一致性；接着采用AD620放大器将信号放大3倍，并且将电压幅值抬升1.5V。根据公式（1）选择Rg的大小，确定AD620的放大倍数G;AD620的5引脚接参考电压，此时AD620的输出根据公式（2）确定。至此，已经得到的0到3V左右的正弦波信号，最后由CD4093史密特触发器可以将其转换为0到3V的方波信号，CD4093的电源电压为3V。

49.4kG1(6.1)Rg VoutVinGV5(6.2)

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为了验证所设计的信号调理电路的功能，在Proteus 7 Professional中进行了原理图仿真分析，采用正弦电源模拟转速传感器的输出信号，分别将该信号设置为幅值0.2V频率100Hz和幅值5V频率10KHz的正弦波，在图6—1电路中设置了5个探测点，V0为传感器信号，V1 为经过滤波后的信号，V2为经过放大和限幅的信号，V3为经过放大和幅值抬升的信号，V4为总输出信号。图6—2和图6—3为转速传感器信号调理电路仿真结果。由仿真结果看到，当地转速传感器输出信号的幅值在0.2V到5V之间，频率在100Hz到10KHz之间时，信号调理电路总能将其转换为同频率的0到3V的标准方波信号。

图6—2输入正弦波幅值0.2V频率100Hz的仿真结果

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图6—3输入正弦波幅值5V频率10KHz的仿真结果

6.1.2转速传感器所连电路的软件绘制

（1）利用Proteus 7 Professional软件绘制的仿真电路图，如图6—4 以及图6—5：

图6—4 Proteus 7 Professional软件绘制的仿真电路图

图6—5 Proteus 7 Professional软件绘制的仿真电路调通后图

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如图6—4左侧仿真示波器A口接于输入端，A口检验波为黄色。可见图6—5左侧对应图6—4左侧仿真示波器检测出正弦波，所以证明输入为正弦波。图6—4右侧所示仿真示波器与图6—5右侧对应，图6—4右侧仿真示波器A、B、C、D接口依次从左至右接在如图6—4所示位置，其波形颜色依次为黄、蓝、紫、绿，在图6—5右侧可见波形从正弦波经过调理电路逐渐变为方波。

（2）利用Altium Designer 6软件绘制的PCB图，如图6—6：

图6—6

Altium Designer 6软件绘制的PCB图

涡轮转动通过电感感知出的正弦波由左侧J2输入，经过传感器信号调理电路的处理，最终得到的方波由右侧J1输出。输出后的方波连接到电脑即可识别，并且能够根据脉冲数来判断流量。

6.2步进电机调控装置

涡轮的转动需要步进电机提供其转动所需动力，本套装置中包含三个部分，分别为；并口卡.电动机以及HYQD—100两相混合式步进电机驱动器。

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6.2.1并口卡

图6—7

并口卡实物图

（一）板上接口介绍（1）25针并口接头（2）手控器接头（3）维宏卡接头（4）限位开关及其他输入接头（5）5路步进电机输出接头（6）主轴继电器输出接头（7）5V电源接头（绿色的接线端子和耳机式接头）（8）USB电源接头

（二）详细接线介绍：

1.步进电机输出接口可以采用共阴或共阳接法，配合我们的步进电机驱动器，接线方法可以参照我们的步进电机驱动器接线方法（5路相同）：

（1）共阳极接法：分别将CP+，U/D+,EN+连接到控制系统的电源上，如果此电源是+5V则可直接接入，如果此电源大于+5V，则须外部另加限流电阻R，保证给驱动器内部光藕8到15mA的驱动电流。脉冲输入信号通过cp—接入；此时，U/D—，EN—在低电平有效。

（2）共阴极接法：分别将CP—，U/D—，EN—连接到控制系统的地端（SGND，与电源地隔离）；+5V的脉冲输入信号通过CP+加入；此时，U/D+，EN+在高电平有效。限流电阻R的接法取值与共阳极接法相同。

注：EN端可不接，EN有效时电机转子处于自由状态（脱机状态），这时可以手动转动电机转轴，做适合您的调节。手动调节完成后，再将EN设为无效状态，以继续自动控制。

2五路输入端接法：

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用户可外接限位开关，急停信号等！

用户需外接电源，将开关接在电源地与输入点之间，开关按下或限位开关触发，将输入信号与地导通，内部触发接收到的输入信号，并通过并口传至电脑。

3电源接法

不带DC—DC隔离的接法（不焊接DC—DC模块，可便宜DC—DC隔离模块的价格），需分两路供电，一路是外部接口供电（耳机接头或绿色的接线端子）；一路是为和并口相连的电路部分供电，建议采用电脑USB口供电，以保证安全！

4关于MACH软件的设置

安装好之后，打开图标，根据版本不同或许图标有些差异，但图标名称应该是Mach3mill.然后进入界面，并开始进行设置!

图6—8

界面

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图6—9

端口设计

图6—10

端口选择及频率设定

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图6—11 电机输出设定，一般雕刻机4 5轴不用，所以不用打开，如有需要可以选择打开！

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图6—12

输入设置，主要设置限位开关，急停等！

图6—13

输出设定

图6—13表示输出设定，设定使能所有电机使能接在一起，使能一般用的少，接这个要注意自己的驱动器低电平使能还是高电平使能！不同的使能电平对应设置不同低电平使能时

应该勾选，反之不够选！

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设定主轴开关，使用继电器控制开或者关！G代码M3.M4开继电器（OFF与COM连通），M5关继电器（ON与COM连通）！

图6—14 主轴设定

当按照上述操作调试好软件的基本属性时，接下来在桌面上打开择Plasma点OK即可进入操作界面如图6—15：

然后选

图6—15 操作界面

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随后点击键盘上的Tab键即可出现如图6—16所示的操作图：

图6—16 启动界面

此时点击图6—16右侧的X—电动机就会以调定的转速转动。

6.2.2 HYQD—100两项混合式步进电机驱动器

图6—17

HYQD—100两项混合式步进电机驱动器

(一）简介：

THB7128是一款专业的两相步进电机驱动芯片。它内部集成了细分、电流调节、CMOS功率放大等电路，配合简单的外围电路即可实现高性能、多细分、大电流的驱动电路。适合驱动42、57型两相、四相混合式步进电机。在低成本、低振动、小噪声、高速度的设计中应用效果较佳。

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（二）特色

（1）采用的是7128单芯片两相正弦细分步进电机驱动(2)直接采用单脉冲和方向信号译码控制模式（3）双全桥MOSFET驱动，低导通电阻Ron为0.53欧（4）可实现正反转控制（5）通过3位选择8档细分控制（1、1/

2、1/

4、1/

8、1/

16、1/

32、1/64、1/128）（6）最高耐压40VDC（7）高输出电流（Iout=3A),输出电流方便可调（8）芯片内部有过热保护（TSD）和过流检测电路（9）采用底部大散热片，散热快。（10）采用高速光耦，使得性能更稳定，速度更快。

（三）使用指南 关于电源： VCC连接直流电源正（注意：10V

（2）关于电流的输出：

电流调节使用可调电阻，根据不同档位对应不同大小的电流。（顺时针调减小，逆时针增大）如图6—13：

图6—18 电流调节使用可调电阻图

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（3）关于电机的正反转问题：

如果发现电机的转动方向与自己预想的方向不一致时，只需要把其中一相的两根线互换接入即可。

（4）关于输入信号接线：

输入信号接口有两种接法：共阳极接法或共阴极接法。

1、共阳极接法：分别将CP+、DIR+、EN+连接到控制系统的电源上，如果此电源是+5V则可直接接入，如果此电源大于+5V，则须外部另加限流电阻R,保证给驱动器内部光藕

提供8到15mA的驱动电流。脉冲输入信号通过CP—接入，方向信号通过DIR—接入，使能信号通过EN—接入（EN—为高电平时脱机）。如图6—19：

图6—19

共阳极接法

2、共阴极接法：分别将CP-、DIR-、EN-连接到控制系统的地端（SGND，与电源地隔离）：脉冲输入信号通过CP+接入，方向信号通过DIR+接入，使能信号通过EN+接入（EN+为低电平时脱机）。若需限流电阻，限流电阻R的接法取值与共阳极接法相同。如图6—20：

图6—20 共阴极接法

（5）关于电机接线：

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可接两相4线、6线、8线电机。如图6—21：

图6—21 电机接线图

四线直接接入；六线不接中间抽头，将两头的接起来即可（中间抽头可根据阻值确定）；八线可采用并联或串联接法，并联为大电流接法。

接线时请断开电源，电机接线需注意不要错相，相内相间短路，以免损坏驱动器。6.2.3电动机

本装置所选用的电动机如图6—22所示：

图6—22 电动机 6.2.4装置组装效果图

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图6—23 装置组装效果图

如图6—23所示，因连接并口卡的并口线比较老版在现在的电脑中很难找到其对应的接口，所以购买了一条并口转USB的线将其接电脑的并口转为广泛应用的USB口，即可轻松的连接至电脑上。之后只需将上述装置连接至电脑，就可调节和设置电动机的转速，从而以不同的转速驱动涡轮从而达到所需的效果。

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7装置不确定度分析

文章应该分析试验存在的各类误差，以提高小量程流量计的精度。其中包括有1）动态误差：主要为起止水柱冲力差； 起止水柱长度差；2）由于计时的开始和结束两时刻必产生不同的滞后时间, 形成惯性误差。3）秤的惯性误差和不稳定性误差。4）秤的性能不稳定和流速的不稳定, 将对测量结果生随机误差。5）合成标准不确定度6）扩展不确定度等。

7.1测量动态误差分析

本文采用的是双套量杯称重容器，只要能保持流入液面的水头高度一定，且流量流动稳定，则能保持在测量过程中，开始测量时产生的流量动态冲量至整个测量过程结束所产生的动态冲量始终保持一致，则对实验称重的过程基本不产生误差影响。另一方面，传统测量方法中还存在多收集一段液柱的问题，本文采用的双套量杯和保持入水头高度一定的装置，在动态质量法的测量过程中，也是同样保持了测量前后入水液注高度始终保持一致，则对实验基本不产生误差。基于此，本文基本解决了传统测量动态误差较大的问题。

7.2计时器的不确定度

现行的液体流量标准装置检定规程中，采用对计时器进行直接检定，并分析其不确定度的方法。按使用情况连接计时器和标准计时器，使二者同步进行启、停计时。以装置使用的最短测量时间为时间间隔，启、停计时器，读取标准计时器的数值差和计时器的数值差，完成1次检定。重复进行n(n≥10)次检定。

第i次差值

titit0平均值：

（7.1）

1ntti

（7.2）

ni1A类相对标准不确定度：

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12n2tti1i1100%uA1

（7.3）tminn1B类相对标准不确定度：

uB17.3电子秤的不确定度

t100%

（7.4）

2tmin在使用量限内取10个均匀分布点(j=l，2，⋯，m；m≥10)。用标准砝码从j=l逐步加载到j=m，完成一次检定；再从j=m逐步卸载到j=l，完成第二次检定。分别记录各点的加载及卸载质量和电子秤的读数。重复进行n(n≥10)次检定。负载为mjR0的第j点第i次检定差值：

1nmmini1n

（7.5）

第j点单次测量A类相对标准不确定度：

uA2j2mim1i1100%

（7.6）mjR0n112第j点B类相对标准不确定度：

uB2jA类相对标准不确定度：

m100%

（7.7）2mjR0uA2uA2jmax

（7.8）

B类相对标准不确定度：

uB2uB2jmax

（7.9）

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7.4合成标准不确定度

质量法液体流量标准装置的合成标准不确定度为：

uruA1uA2uA3uA4uB1uB2uB32222221220.021%

（7.10）

7.5扩展不确定度

质量法液体流量标准装置的扩展不确定度为：

Ukur0.042%k2

（7.11）

涡轮流量计标定装置及测量电路设计

总结

本文主要完成了以下工作： 基于对微小液体流量的测量，本文设计了切向涡轮流量计。切向涡轮流量计主要包括切向涡轮流量传感器和数字显示仪表，本文主要设计了切向涡轮以及其中的传感器后的测量信号转换电路还有驱动涡轮转动的步进电机的安装。切向涡轮主要由壳体、盖子、轴、轴承和叶轮组成。传感器后的测量信号转换电路的设计则包括电路仿真和PCB设计，驱动涡轮的步进电机则包括并口卡、电动机、电动机驱动控制器。根据传统的液体流量标准装置，本文分析了静态质量法和动态测量法测量装置的优缺点，最终确定并选择了动态质量法测量装置。采用该系统，能达到结构简单、操作方便、连续性强、试验精度高等优点。对本文采用的动态质量法标定装置做了合理可行的改进。主要对稳压溢流堰、称重容器和称重仪器进行了适当的改装与选用。对稳压溢流堰，采用添加隔板的办法，可使溢流液体循环到液体源中，可减少能源的浪费；再是改进了该装置，使其可以调节高度，在测量过程中可以简单方便有效快速的实现控制流量的变化。对称重容器，本文提出了两种改进方案，一种是采用多级挡板，逐级减小流体下落时的冲量；另一种是采用双套量杯，可以有效测量，基本没有冲量引起的误差。本文选用了第二种方案，双套量杯装置。只要能保持流量相对稳定，则可在实验过程中控制水头不变，从而保证测量过程中冲量始终保持一致及测量过程中避免了多收集一段液柱，对实验测量基本不带来误差。从而有效解决了传统称重容器都不可避免的动态冲量所带来的误差，及实验多收集了一段液柱的问题。最后是改进了测量装置，放弃了传统的杠杆式天平，而是采用了测量精度更高，操作更简单方便的电子天平。以上对试验系统的改进在很大程度上减小的测量误差，对高精度的测量带来很大的好处。根据设计的切向涡轮流量计，对液体流量进行标定。根据试验测量原理，用动态质量法可求出流经流量计的质量流量，然后根据切向涡轮流量计传感器可测得在该质量流量下的叶轮的转速，从而根据多次实验数据，对流量计进行标定，最终完成流量计的设计。根据所设计的传感器后的信号调理电路，可将由于涡轮转动感应出的正弦波，转变为易于识别的方波信号，从而电脑可识别。而这一过程需要经过软件的仿真电路测

第五篇：流量计分级管理制度

流量计分级维护管理制度

第一条 根据南郊水厂计量器具的分类和管理要求，依据工艺运行实际情况、工艺要求和仪表划分原则，将我厂流量计共28台分为A、B、C三类，分别进行维护管理。

第二条 仪表分类原则

按照《南郊水厂计量管理制度》计量器具的分类和管理要求进行分类管理。

第三条 A类流量计划分及维护一、二、A类流量计是在生产中进行贸易结算，为水厂成本核算提供依据的我厂划为A类的流量计如下： 流量计。

原水流量计

一台 出厂水流量计

两台 共3台

三、A类流量计维护内容

巡视流量计

每天1次 根据公司要求每年强制检定1次

故障强制更换

第四条 B类流量计划分及维护

一、B类流量计在水处理过程中监控各净水构筑物水量分布情况，为生产运行控制提供参考信息。

二、我厂划为B类的流量计如下：

监控混合池进水流量

4台 监控滤池出水流量

2台 监控反冲洗出水流量

1台 监控排泥水流量

1台 监控自用水水量

1台 监控反冲洗进水流量

1台 监控混凝剂投加流量

4台 监控助凝剂投加流量

4台 监控药剂厂输药流量

1台 监控回用水流量

1台 共20台

三、B类流量计维护内容

巡视流量计

每月1次 根据公司要求定期检定平均每2年1次 定期更换 第五条 C类流量计划分及维护

一、C类流量计是在生产过程中监测废水处理车间污水污泥处理运行状况，为生产控制提供参考信息的流量计。

二、我厂划为C类的流量计如下：

监控排泥池排泥水流量

1台 监控脱泥机加药流量

2台 监控脱泥机进泥流量

2台 监控脱泥机配药流量

1台

监控加压泵站出水流量检测

2台（未启用）共8台

三、C类流量计维护内容

巡视流量计运行状况

故障直接更换

每月1次