流量检测电路设计课程设计第一章 流量测量装置单元1.1节流装置节流变压降流量计的工作原理是，在管道内装入节流件，流体流过节流件的时候流束收缩，于是在节流件前后产生差压，对于一定的形状和尺寸的节流件，一定的测压位置和前后直管段情况，一定参数的流体，节流见前后的差压随流量的改变而改变俩者之间有确定的关系，因此可一通过差压来测量流量。
节流件常用的有孔板和喷嘴，本实验中采用孔板。
节流式流量计通常由能将流体流量转换成差压信号的节流装置及测量差压并显示流量的差压计组成． 标准节流装置包括节流件及其取压装置、节流件上游侧第一个阻力件、第二个阻力件、下游侧第一个阻力件以及在它们之间的直管短段，节流装置如图1-1所示。
图1-1整套节流装置示意1.2 节流件安装标准孔板的开口直径d 是一个重要的尺寸，应实际测量，孔板的安装要求如下： （1）节流件前后的直管段必须是直的，不得有肉眼可见的弯曲。
（2）安装节流件用得直管段应该是光滑的，如不光滑，流量系数应乘以粗糙度修正稀疏。
（3）为保证流体的流动在节流件前1D 出形成充分发展的紊流速度分布，而且使这种分布成均匀的轴对称形，所以1）直管段必须是圆的，而且对节流件前2D范围，其圆度要求其甚为严格，并且有一定的圆度指标。
具体衡量方法：（A）节流件前OD，D/2，D，2D4个垂直管截面上，以大至相等的角距离至少分别测量4个管道内径单测值，取平均值D。
任意内径单测量值与平均值之差不得超过±0。
3%（B）在节流件后，在OD和2D位置用上述方法测得8个内径单测值，任意单测值与D比较，其最大偏差不得超过±2%2）节流件前后要求一段足够长的直管段，这段足够长的直管段和节流件前的局部阻力件形式有关和直径比β有关，见表1（β=d/D, d为孔板开孔直径，D为管道内径）。
（4）节流件上游侧第一阻力件和第二阻力件之间的直管段长度可按第二阻力件的形式和β=0。
7（不论实际β值是多少）取表一所列数值的1/2（5）节流件上游侧为敞开空间或直径≥2D大容器时，则敞开空间或大容器与节流件之间的直管长不得小于30D（15D）若节流件和敞开空间或大容器之间尚有其它局部阻力件时，则除在节流件与局部阻力件之间设有附合表1上规定的最小直管段长1外，从敞开空间到节流件之间的直管段总长也不得小于30D（15D）。
1.3 取压方式取压方式采用法兰取压装置，法兰取压装置如图1-2所示，孔板夹在俩个特质的法兰之间，其间加俩片垫片，厚度不超过1mm，上游取压中心线与节流装置的距离l=25.4mm下游取压中心线与节流装置的距离l=25.4mm，取压孔必须符合单独钻孔取压的全部要求，取压孔中心线必须与管道中心线垂直。
图1-2 法兰取压第二章流量到差压的变换流量q通过节流装置如孔板、喷嘴得到与差压的关系，差压与流量成平方关系:△ｐ＝Kq2。
节流变压降流量计的显示仪表就是测量差压的仪表—差压计。
目前使用最多的是双波纹管式差压计电动力平衡式与电容式差压变送器。
双波纹管式差压计如图2-1所示。
图2-1双波纹管式差压计工业上流量测量用差压计的标尺一般都以流量值分度，并刻出最大流量处的差压值。
改变节流件的类型和尺寸，或者改变被测介质的种类和参数都必须重新分度标尺。
这是由于分度关系去Qm =K P中的常数K在上述情况下发生了变化。
由于流量与差压之间为平方关系，因此差压计的标尺上的流量刻度是不均匀的，在流量相对较小时相对误差会迅速增大。
因此，流量测量范围常限于1/3（或1/4）标尺上限流量至标尺上限流量之间。
第三章差压变送器2.1力平衡式差压变送器的构成力平衡式差压变送器的构成方框如图2-1所示，它主要包括测量部分、杠杆系统、位移检测放大器及电磁反馈机构。
测量部分将被测差压△Pi转换成相应的输人力p，图2-1 力平衡式差压变送器构成方框图该力与电磁反馈机构输出的作用力F。
一起作用于杠杆系统，使杠杆产生微小的偏移，冉经位移检测放大器转换成统一的直流电流输出信号。
这类差压变送器是基于力矩平衡原理工作的，它是以电磁反馈力产生的力矩去平衡输入力产生的力矩。
由于采用了深度负反馈，因而测量精度较高，而且保证了被测差压△Pi和输出电流I。
之间的线性关系。
在力平衡式差压变送器的杠杆系统中，目前已广泛采用了固定支点的矢量机构，并用平衡锤使副杠杆的重心与其支点相重合，从而提高了仪表的可靠性和稳定性。
下面就以这种变送器为例进行讨论。
变送器的主要性能指标基本误差一般为士0.25%，低差压为士1%，微差压为士1.5% 、土2.5%。
变差为士2.5%，灵敏度为土0.05%，负载电阻为250-350Ω。
2.2力平衡式差压变送器的原理差压变送器的工作原理可以用结构示意图2-7来说明。
被测差压信号P1 、P2分别引人测量元件3的两侧时，膜盒就将两者之差(△Pi )转换输人力Fi。
此力作用于主杠杆的下端，使主杠杆以轴封膜片4为支点而偏转，并以力F1沿水平方向推动矢量机构8。
矢量机构8将推力F1，分解成F2和F3，F2使矢量机构的推板向上移动，并通过连接簧片带动副杠杆14，以M为支点逆时针偏转。
这使固定在副杠杆上的差动变压器13的检测片(衔铁)找靠近差动变压器，使两者间的气隙减小。
检测片的位移变化量通过低频位移检测放大器15转换并放大为4-20mA 的直流电流I 。
，作为变送器的输出信号。
同时，该电流又流过电磁反馈机构的反馈动圈16，产生电磁反馈力F f ，使副杠杆顺时针偏转。
当反馈力F f ，所产生的力矩和输入力F i 所产生的力矩平衡时， 变送器便达到一个新的稳定状态。
此时，放大器的输出电流I 。
反映了被测差压△P i 的大小。
图2-7 力平衡式差压变送器结构示意图图2-8 变送器信号传输方框图根据上述工作原理可以画出如图2-8所示的变送器信号传输方框图（设迁移弹簧未起作用）。
图中各符号代表意义如参照图2-7和杠杆系统受力图(图2-9)。
它分别表示如下:M -Al 1/l 2tanl 3i l fK 2K 1l oK f+M o △P iF iF 1M fF fI oS F oA—膜片有效面积;l1,l2—F1F2到主杠杆支点H的力臂;l3,l,lf—F2,F,Ff到副杠杆支点M的力臂;l4—检测片12到副杠杆支点M的距离;tanθ—矢量机构的力传递系数，θ为矢量角;K1—副杠杆力矩一位移转换系数;K2—低频位移检测放大器位移一电流转换系数;Kf—电磁反馈机构的电磁结构常数图2-9 杠杆系统受力图在差压变送器的放大系数(k1k2)和反馈系数和(lfKf)的乘积足够大的情况下，当变送器处于稳定状态时，将满足力矩平衡关系，即：Mi +M≈MfMl —被测差压信号△Pl产生的输入力矩;M。
—调零弹簧产生的力矩;Mf—输出电流I。
产生的反馈力矩。
由图2-9可知，各项力矩为θtan 231i i p A l l l M ∆=00l F M =(2-3)0I l K Mf f f=将式(2-3)代人式(2-4)，可求得变送器输出与输人之间的关系为0002310tan F K l lp K F K l l p K l l A l l I ff i p f f i f f +∆=+∆=θ（2-4）式中K p —比例系数。
式(2-4)表明以下几点:=p K ff K l l A l l 231tan θ(l)在满足深度负反馈的条件下，变送器输出与输人间的关系取决于测量部分和反馈部分的特性，当仪表结构尺寸确定后，输出电流I 。
与输入差压△P i 成比例关系。
(2)式（2-4）中，(l 0/l f K f )F 0一项用以确定变送器输出电流的起始值。
对Ⅲ型变送器而言，该项使输出为4mA 。
改变调零弹簧作用力F 。
可调整变送器的零点。
(3)比例系数K p 中的tan θ和K f 两项可变，故调整变送器的量程可通过改变矢量角和电磁结构常数来实现。
(4)由式(2-4)可知，改变量程会影响变送器的零点，而调整零点又对变送器的满度值有影响，故在力平衡差压变送器调校时，零点和满度值应反复调整。
(1)测量部分测量部分的作用是将被测差压信号△P i 转换成输人力F i ，它由高、低压室及膜盒、轴封膜片等部分组成。
膜盒是完成转换功能的主要部件，它的结构如图1-5所示。
当被测差压作用于膜盒两侧时，膜片2和硬芯3同时向右移动，迫使膜盒内充灌的硅油沿孔向右移动，并在连接片6上产生集中力(输人力)F i 。
当△P i 逐渐加大，超过额定差压时，膜片与机座接触，两者波纹完全吻合，起到单向过载保护作用。
膜盒采用双膜片结构，可减小温度的影响。
由于环境温度变化时，每个膜片的有效面积和刚度都在变化，使用匹配成对的膜片，其变化大小相同、方向相反，故可相互补偿。
膜盒内的硅油热膨胀系数较小、凝固点低以及不可压缩的特性，使膜盒具有良好的温度性能和耐压性能。
此外，硅油还起阻尼作用，可提高整机的稳定性。
(2)杠杆系统杠杆系统是差压变送器中的机械传动和力矩平衡部分，它的作用是把输人力Fi 所产生的力矩与电磁反馈力Ff所产生的勺矩进行比较，然后转换成检测片的位移。
该系统包括主、副杠杆及调零和零点迁移机构、扑压调整和过载保护装置、平衡锤以及矢量机构，参见图2-2。
图2-2 膜盒结构①调零和零点迁移机构如前所述，变送器的零点由调零弹簧来训整。
零点迁移则通过调节迁移弹簧来实现的，迁移弹簧对主杠杆施加一迁移力F，此时变送器输人与输出间的关系仍可用前述的推导方法算得。
设F0到主杠杆支点的距离为l则有=0I 020013tan )F (F K l l K l l l p A l l ff ff i +±∆θ，，=+±∆)(010，，F Al l p K i p 0F K l l ff（2-1）式（2-1）中各符号意义已在工作原理部分说明。
因迁移力F 0的作用方向可变， 即可通过压缩或拉伸迁移弹簧，使其值为正或为负，故式中迁移项,01,0F Al l 之前有正负号。
由式(2-1)可知，只要改变迁移力的大小和方向，变送器便可在一定范围内实现正向或负向迁移。
在对变送器进行零点迁移时应注意，迁移后被测差压的上限不能超过该表所规定的上限值，迁移后的量程范围也不得小于该表的最小量程。
顺便指出，在有些变送器中，迁移弹簧和调零弹簧是同一根，因为迁移和调零都是使变送器输出的起始值与测量起始点相对应，只不过零点调整量通常较小。
而零点迁移量则比较大。
②静压调整和过载保护装置 这两个装置可用图2-3来说明。
静压调整装置[见图2-3(a)]用以克服变送器的静压误差。
静压误差是指被测介质静压力的作用而产生的一项附加误差。
它具体表现在:当测量部分膜盒两侧同时受到静压力的作用而无差压时，变送器的输出并非为与零点相对应的起始值。
