流量测量技术

1、东南大学东南大学东南大学仪器科学与工程学院： Tel： Email：Andrew.流量测量技术2第八章第八章 导言导言 在工农业生产和科学研究试验中，流量都是一个很重要在工农业生产和科学研究试验中，流量都是一个很重要的参数。例如，在石油化工生产过程自动检测和控制中、对的参数。例如，在石油化工生产过程自动检测和控制中、对物料总量的计量、能源管理和经济核算等。物料总量的计量、能源管理和经济核算等。 流量检测仪表是发展生产、节约能源、提高经济效益和流量检测仪表是发展生产、节约能源、提高经济效益和管理水平的重要工具。管理水平的重要工具。流量测量技术流量测量技术3第八章第八章 导言导言 大型化工企业中，

2、流量是控制大型化工企业中，流量是控制工艺过程和保证产品质量的关工艺过程和保证产品质量的关键因素。键因素。流量测量技术流量测量技术第八章第八章 流量测量技术流量测量技术8.1 8.1 流量和流量计流量和流量计8.3 8.3 流量标准装置流量标准装置8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表4流量测量技术流量测量技术8.1 8.1 流量和流量计流量和流量计流量和流量计流量和流量计1流体的物理性质与管流基础知识流体的物理性质与管流基础知识2流量测量方法与流量仪表的分类流量测量方法与流量仪表的分类35流量测量技术流量测量技术8.1 8.1 流量和流量计流量和流量计v8.1.1 流量和流量计流量和流量计

3、流量定义流量定义：单位时间内单位时间内流体流体(气体、液体或固体颗粒等气体、液体或固体颗粒等)流经管道或设备某处横截面的数量流经管道或设备某处横截面的数量(瞬时流量瞬时流量)。 体积流量体积流量：单位时间里通过横截面的流体体积。单位时间里通过横截面的流体体积。 质量流量质量流量：单位时间里通过横截面的流体质量。单位时间里通过横截面的流体质量。AudtdVtVqtv0limAudtdMtMqtm0lim6体积流量体积流量质量流量质量流量流量测量技术流量测量技术8.1 8.1 流量和流量计流量和流量计AdAuAquAv7平均流速平均流速累积流量累积流量vmqAuqdtqQtvvdtqQtmm体积流

4、量和质量流量关系体积流量和质量流量关系流量测量技术流量测量技术8.1 8.1 流量和流量计流量和流量计v8.1.2 8.1.2 流体的物理性质与管流基础知识流体的物理性质与管流基础知识 1 1、流体密度、流体密度：单位体积流体所具有的质量单位体积流体所具有的质量 2 2、流体粘度、流体粘度：表示流体粘滞性的参数，反应对流体表示流体粘滞性的参数，反应对流体 运动的阻碍程度。运动的阻碍程度。 牛顿粘性定律牛顿粘性定律8dydvAF牛顿流体牛顿流体非牛顿流体非牛顿流体流量测量技术流量测量技术8.1 8.1 流量和流量计流量和流量计 3 3、流体的压缩系数和膨胀系数、流体的压缩系数和膨胀系数 流体的流

5、体的压缩性：压缩性：在一定的温度下，流体体积随压力增在一定的温度下，流体体积随压力增 大而缩小的特性大而缩小的特性 流体的流体的膨胀性：膨胀性：在一定压力下，流体的体积随温度升在一定压力下，流体的体积随温度升 高而增大的特性高而增大的特性 压缩系数：压缩系数： 膨胀系数：膨胀系数：PVVk19TVV1流量测量技术流量测量技术8.1 8.1 流量和流量计流量和流量计 4 4、管流类型：、管流类型：流体充满管道截面的流动状态类型流体充满管道截面的流动状态类型 单项流和多相流；可压缩和不可压缩流体；单项流和多相流；可压缩和不可压缩流体； 稳定流和不稳定流；层流与紊流。稳定流和不稳定流；层流与紊流。

6、5 5、雷诺系数：、雷诺系数：流动的流动的惯性力惯性力与与粘滞力粘滞力之比。之比。ReD 判别流体状态的准则判别流体状态的准则 管内流体是层流（管内流体是层流（ReD 2320）10流量测量技术流量测量技术8.1 8.1 流量和流量计流量和流量计 6 6、流速分布与平均流速、流速分布与平均流速 流速随流经位置不同而不同；流速随流经位置不同而不同； 圆形截面管内流体圆形截面管内流体 1 1）层流状态时：）层流状态时： 2 2）紊流状态时：）紊流状态时：2max1Rruuxx11nxxRruu/1max1圆管内的流速分布圆管内的流速分布流量测量技术流量测量技术8.1 8.1 流量和流量计流量和流量

7、计 7 7、流体流动的连续性方程和伯努利方程、流体流动的连续性方程和伯努利方程 （1 1）连续性方程）连续性方程 任取一管段，设截面任取一管段，设截面、截面、截面处的面积、流体密处的面积、流体密度和截面上流体的平均流速分别为度和截面上流体的平均流速分别为A1、1、1和和A2、2、2。 则：则： 1*1*A1 = 2*2*A212流量测量技术流量测量技术8.1 8.1 流量和流量计流量和流量计 （2 2）伯努利方程）伯努利方程 任取一管段，截面任取一管段，截面、截面、截面处有：处有：132222222111upgZupgZg：重力加速度；：重力加速度； Z1、Z2：截面：截面和和相对基准线的高度

8、；相对基准线的高度；P1、P2：截面：截面和和上流体的静压力；上流体的静压力；1、2：截面：截面和和上流体的平均流速。上流体的平均流速。流量测量技术流量测量技术8.1 8.1 流量和流量计流量和流量计14动能动能压力能压力能势能势能+流体能流体能流量测量技术流量测量技术8.1 8.1 流量和流量计流量和流量计15h1h21v2v1p2p流量测量技术流量测量技术8.1 8.1 流量和流量计流量和流量计 实际流体在流动过程中，存在能量损耗，则实际流体的实际流体在流动过程中，存在能量损耗，则实际流体的伯努利方程为：伯努利方程为：16wghupgZupgZ2222222111流量测量技术流量测量技术8

9、.1 8.1 流量和流量计流量和流量计v8.1.3 流量测量方法与流量仪表的分类流量测量方法与流量仪表的分类v1、流量测量方法、流量测量方法 利用伯努利方程，通过测量流体差压信号来反映流量利用伯努利方程，通过测量流体差压信号来反映流量的的差压式流量测量法差压式流量测量法； 通过测量流体流速获得流量的通过测量流体流速获得流量的速度式流量测量法速度式流量测量法； 利用标准小容积来连续测量流量的利用标准小容积来连续测量流量的容积式测量容积式测量； 以测量流体质量流量为目的的以测量流体质量流量为目的的质量流量测量法质量流量测量法。17流量测量技术流量测量技术8.1 8.1 流量和流量计流量和流量计v2

10、、流量仪表的主要技术参数、流量仪表的主要技术参数 流量范围；流量范围； 量程和量程比；量程和量程比； 允许误差和精度等级；允许误差和精度等级； 压力损失。压力损失。18流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表差压式流量计差压式流量计1容积式流量计容积式流量计2速度流量计速度流量计319质量流量计质量流量计4流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表v8.2.1 差压式流量计差压式流量计基本原理基本原理：基于流体在通过设置于流通管道：基于流体在通过设置于流通管道上的流动阻力件时产生的上的流动阻力件时产生的压力差压力差与与流体流量流体流量之间的之间的确

11、定关系，通过测量差压值求得流体流量确定关系，通过测量差压值求得流体流量。20流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表v1、节流式流量计、节流式流量计211-1-节流元件节流元件 2-2-引压管路引压管路3-3-三阀组三阀组 4-4-差压计差压计 结构简单，使用寿命长，适应性广结构简单，使用寿命长，适应性广安装要求严格，精度不高安装要求严格，精度不高 流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表22流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表v （1 1）测量原理及流量方程）测量原理及流量方程基本原理基本原理：流体流动的连续性：流体

12、流动的连续性 方程和伯努利方程方程和伯努利方程23流体流经节流件时压力和流速变化流体流经节流件时压力和流速变化2222222111upup222222221111upgZupgZ2 2221144duDu222111AuAu(1)(2)流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表2421422/11ppDdu21242224/11ppdDdAuqv质量流量：质量流量：21242224/11ppdDdAuqm体积流量：体积流量：不可压缩流体不可压缩流体流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表pdpdCqv2424122425修正后质量流量：修正后质量流

13、量：修正后体积流量：修正后体积流量：pdpdCqm24241224式中：式中： Dd /流出系数流出系数C C只能通过实验确定，可查表求得。只能通过实验确定，可查表求得。 流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表26通用质量流量：通用质量流量：通用体积流量：通用体积流量：pdqv242pdqm242考虑到可压缩流体在节流过程中流体密度变化考虑到可压缩流体在节流过程中流体密度变化 1 1 流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表v （2 2）节流装置）节流装置标准节流装置；非标准节流装置标准节流装置；非标准节流装置v 标准节流装置的适用条件标准节流

14、装置的适用条件 流体必须是牛顿流体，在物理学和热力学上是均匀的、流体必须是牛顿流体，在物理学和热力学上是均匀的、单相的，或者可认为是单相的流体单相的，或者可认为是单相的流体 。 流体必须充满管道和节流装置且连续流动，流经节流件流体必须充满管道和节流装置且连续流动，流经节流件前流动应达到充分紊流，流束平行于管道轴线且无旋转前流动应达到充分紊流，流束平行于管道轴线且无旋转，流经节流件时不发生相变。，流经节流件时不发生相变。流动是稳定的或随时间缓变的。流动是稳定的或随时间缓变的。27流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表v 标准节流元件的结构形式标准节流元件的结构形式标准孔

15、板，标准喷嘴和文丘里管标准孔板，标准喷嘴和文丘里管28流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表29标准孔板标准孔板 简单，加工方便，价格便宜简单，加工方便，价格便宜测量精度低，适用于洁净流测量精度低，适用于洁净流体介质，易变性体介质，易变性流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表30结构复杂，价格高结构复杂，价格高测量精度高，寿命长，能测量污垢介质测量精度高，寿命长，能测量污垢介质流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表31尺寸大，笨重，成本高尺寸大，笨重，成本高测量精度高，能测量污垢介质测量精度高，能测量污垢介质流量测量

16、技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表v 节流装置的取压方式节流装置的取压方式理论取压、角接取压、法兰取压、径距取压、损失取压理论取压、角接取压、法兰取压、径距取压、损失取压32节流装置的取压方式节流装置的取压方式流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表v 测量管道条件测量管道条件 测量管道截面应为测量管道截面应为圆形圆形 节流件及取压装置安装在两圆形节流件及取压装置安装在两圆形直管之间直管之间 节流件附近管道的节流件附近管道的圆度圆度应符合标准中的具体规定应符合标准中的具体规定 满足直管段的满足直管段的最小长度最小长度要求要求33流量测量技术流量测量

17、技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表v 非标准节流装置非标准节流装置34流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表v （3 3）标准节流装置的计算）标准节流装置的计算v流量计算流量计算根据测得的差压值计算被测介质流量。根据测得的差压值计算被测介质流量。v设计节流装置设计节流装置根据已知条件以及限制要求设计标准根据已知条件以及限制要求设计标准节流装置节流装置v （4 4）差压计）差压计 工业生产中大多数采用差压变送器工业生产中大多数采用差压变送器 35流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表v2、皮托管流量计、皮托管流量计 弯成直角的双层空心

18、复合管，带有多个取压孔，能同时弯成直角的双层空心复合管，带有多个取压孔，能同时测量流体总压和静压。测量流体总压和静压。36皮托管结构皮托管结构 总压和静压之差和被总压和静压之差和被测流体的流速有关系测流体的流速有关系 流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表 头部迎流方向开有小孔头部迎流方向开有小孔A A，距头部一定距离处开有若干，距头部一定距离处开有若干垂直于流体流向的静压孔垂直于流体流向的静压孔B B，各孔所测静压在均压室均压后，各孔所测静压在均压室均压后输出。输出。37皮托管测量原理皮托管测量原理 对于不可压缩无粘性流体的对于不可压缩无粘性流体的稳定流动，驻点处流

19、速为：稳定流动，驻点处流速为：pppu221流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表 对于一般流体，对于一般流体， 存在存在压缩修正系数压缩修正系数 ，并通过实验获得，并通过实验获得皮托管修正系数皮托管修正系数 ：38pu21多点测量多点测量 平均流速平均流速 流量流量流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表39 压损小，价格低，适用中大管径测量，洁净空间和空压损小，价格低，适用中大管径测量，洁净空间和空气处理领域，可测温度较高的气体、有颗粒的气体，气处理领域，可测温度较高的气体、有颗粒的气体，可测较高风速。可测较高风速。 静压可达静压可达6ba

20、r6bar，温度最高可到温度最高可到650650800800，精度精度0.5%0.5% 测量风速和风量时能保证测量风速和风量时能保证2%2%精度。精度。 受流速分布影响大，计算复杂，难以实现在线测量。受流速分布影响大，计算复杂，难以实现在线测量。流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表40 L L型皮托管型皮托管 CLYCLY系列皮托管系列皮托管 流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表v 3 3、均速管流量计、均速管流量计 横跨管道的横跨管道的中空多孔中空多孔金属管，测量原理与皮托管相同金属管，测量原理与皮托管相同； 直接测量平均流速，精度高，

21、测量简单直接测量平均流速，精度高，测量简单pAqv241流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表42 结构简单，便于安装，价格便宜；结构简单，便于安装，价格便宜； 准确度和稳定性好；准确度和稳定性好； 适用于液体，气体和蒸汽等多种流体以及高温高压介适用于液体，气体和蒸汽等多种流体以及高温高压介质的流量测量。质的流量测量。 差压信号较低；差压信号较低； 不适合脏污，有沉淀物的流体；不适合脏污，有沉淀物的流体；优点优点缺点缺点流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表43一体化智能均速管质量流量计一体化智能均速管质量流量计 均速管质量流量计均速管质量流

22、量计 流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表v 4 4、转子流量计（恒压降变截面流量计）、转子流量计（恒压降变截面流量计） 节流元件前后差压不变，面积变化节流元件前后差压不变，面积变化44转子流量计测量原理转子流量计测量原理1 1、从下向上逐渐扩大的锥形管；从下向上逐渐扩大的锥形管；2 2、置于锥形管中且可以沿管的中心线上置于锥形管中且可以沿管的中心线上 下自由移动的转子下自由移动的转子 流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表45流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表46转子流量计测量原理转子流量计测量原理ffffV

23、AgVhDq)(2tan流量与转子的高度流量与转子的高度h h成近似线性关系成近似线性关系流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表47流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表48转子流量计结构转子流量计结构: : 玻璃管转子流量计玻璃管转子流量计 金属管转子流量计金属管转子流量计玻璃转子流量计玻璃转子流量计 流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表49流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表50塑管转子流量计塑管转子流量计 分流式转子流量计分流式转子流量计 流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流

24、量测量仪表流量测量仪表51v 转子流量计的刻度转换转子流量计的刻度转换 空气空气 - - 气体流量标定气体流量标定； 水水 - - 液体流量标定液体流量标定； 测量流量时候，需要按照实际被测介质的密度、温度测量流量时候，需要按照实际被测介质的密度、温度、压力等参数进行刻度修正、压力等参数进行刻度修正)() (ffvvqqTTppqqvv 液体介质液体介质 气体介质气体介质 流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表v 5 5、靶式流量计、靶式流量计 适用于测量高粘度、低雷适用于测量高粘度、低雷诺数的流量测量，如测量重油、诺数的流量测量，如测量重油、沥青、含固体颗粒的浆液及

25、腐蚀沥青、含固体颗粒的浆液及腐蚀性介质的流量。性介质的流量。 52 靶式流量计靶式流量计靶的受力靶的受力 流速流速靶式流量计靶式流量计流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表53BAukF22FddDkuAqv2122流体对靶的作用力：流体对靶的作用力： 管道直径为管道直径为D，靶直径为，靶直径为d，环隙通道面积为，环隙通道面积为A，则流体体积流量：则流体体积流量： 设：设： k1DdFDqv21(）则：则： 流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表54数显靶式流量计数显靶式流量计 LKBLKB靶式流量计靶式流量计 流量测量技术流量测量技术8.2

26、 8.2 流量测量仪表流量测量仪表55 结构简单，便于安装；结构简单，便于安装； 压力损失小；压力损失小； 适用于测量含固体颗粒和粘性较大的流体适用于测量含固体颗粒和粘性较大的流体 安装时候需要必要的直管段；安装时候需要必要的直管段；优点优点缺点缺点流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表v 6 6、弯道流量计、弯道流量计 可用于任何工艺管道流量测量可用于任何工艺管道流量测量 弯管离心力弯管离心力 外侧壁压力外侧壁压力， 内侧壁压力内侧壁压力 压差压差 流量流量 56实用计算公式：实用计算公式：XXXXpDqv1)1() 1(24222流量测量技术流量测量技术8.2 8

27、.2 流量测量仪表流量测量仪表57 流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表v8.2.2 容积式流量计容积式流量计 基本原理基本原理：机械测量元件：机械测量元件分隔成固定容积排出分隔成固定容积排出计数计数 优点优点：测量精度高，量程比宽，对直管段无要求，适合：测量精度高，量程比宽，对直管段无要求，适合 高粘度介质测量高粘度介质测量 缺点缺点：对被测流体中的污物较为敏感，且较为笨重：对被测流体中的污物较为敏感，且较为笨重 椭圆齿轮流量计，腰轮流量计，和刮板流量计等椭圆齿轮流量计，腰轮流量计，和刮板流量计等58流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表

28、v 1 1、椭圆齿轮椭圆齿轮流量计流量计 59椭圆齿轮流量计椭圆齿轮流量计流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表60流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表 椭圆齿轮每旋转一周，流量计将排出椭圆齿轮每旋转一周，流量计将排出4 4个半月形个半月形( (测量室测量室) )体积的流体（体积的流体（4V） 累积流量累积流量： Q = 4NV N：转数：转数 单位时间内的流量单位时间内的流量： qV = 4nv n：转速：转速61流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表62流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测

29、量仪表v 2 2、腰轮腰轮流量计流量计 腰轮流量计又称腰轮流量计又称罗茨流量计。罗茨流量计。 转动过程中两腰轮不直接接触而保持微小的间隙。转动过程中两腰轮不直接接触而保持微小的间隙。 具有运行磨损小，稳定性高优点具有运行磨损小，稳定性高优点63流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表64流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表v 3 3、刮板式刮板式流量计流量计 优点优点：精度高，适用于含有机械杂质的流体：精度高，适用于含有机械杂质的流体 缺点缺点：结构复杂，成本高：结构复杂，成本高65转子的转速和流速有关系，需转子的转速和流速有关系，需要进行调

30、整要进行调整流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表v 4 4、伺服式容积伺服式容积流量计流量计 间隙和压差容易产生测量误差间隙和压差容易产生测量误差 是目前解决微小流量测量的最好是目前解决微小流量测量的最好仪表之一。仪表之一。66伺服电机伺服电机转动的快慢，随流体入、出转动的快慢，随流体入、出口压力差的大小而改变。口压力差的大小而改变。流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表v8.2.3 8.2.3 速度式流量计速度式流量计 基本原理基本原理：通过测量管道内流体流动速度来测量流量：通过测量管道内流体流动速度来测量流量67AudtdVtVqtv0

31、lim要求要求：流量计前后必须有足够长的直管段或加装整流器，：流量计前后必须有足够长的直管段或加装整流器， 使得流速稳定使得流速稳定流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表v 1 1、涡轮涡轮流量计流量计v （1 1）工作原理与结构）工作原理与结构 在在定范围内，涡轮的转速与流体的平均流速成正比。定范围内，涡轮的转速与流体的平均流速成正比。68除了磁电转换方式，还除了磁电转换方式，还可以用光电元件，霍尔可以用光电元件，霍尔元件等方式进行转速测元件等方式进行转速测量。量。流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表v （2 2）流量方程）流量方程 69

32、叶片的切向速度：叶片的切向速度：utgusRusRutgn22涡轮转速涡轮转速流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表70磁电转换器所产生的脉冲频率磁电转换器所产生的脉冲频率：ZRutgnZf2ZZ涡轮叶片的数目涡轮叶片的数目 体积流量方程：体积流量方程：单位体积流量通过磁电转换器所输出的脉冲数单位体积流量通过磁电转换器所输出的脉冲数ffZtgRAuAqv2流量转换系数与流量转换系数与流量的关系图流量的关系图 流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表v （2 2）涡轮流量计的特点和使用）涡轮流量计的特点和使用v 优点：优点： 测量精度高，复现性和

33、稳定性好；测量精度高，复现性和稳定性好； 量程范围宽，量程比可达量程范围宽，量程比可达(10(1020):1,20):1,刻度线性；刻度线性； 耐高压，压力损失较小；耐高压，压力损失较小； 对流量变化反应迅速，可测脉动流量；对流量变化反应迅速，可测脉动流量； 抗干扰能力强，信号便于远传及与计算机相连。抗干扰能力强，信号便于远传及与计算机相连。v 缺点：缺点： 制造困难，轴承易磨损，寿命低成本高。制造困难，轴承易磨损，寿命低成本高。v 适用场合：适用场合：测量精度要求高、流量变化快的场合，还用作标定其他流量的标测量精度要求高、流量变化快的场合，还用作标定其他流量的标准仪表。准仪表。71流量测量技

34、术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表72流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表v 2 2、涡街涡街流量计流量计v （1 1）工作原理）工作原理 在流动的流体中放置一根在流动的流体中放置一根非流线型柱形体非流线型柱形体( (如三角柱、如三角柱、圆圆柱等柱等) )，称之为，称之为漩涡发生体漩涡发生体。当流体沿漩涡发生体绕流时，。当流体沿漩涡发生体绕流时，会会在漩涡发生体下游产生如图所示在漩涡发生体下游产生如图所示不对称但有规律的交替漩涡不对称但有规律的交替漩涡列列，这就是所谓的，这就是所谓的卡门涡街卡门涡街。73流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流

35、量测量仪表流量测量仪表74流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表 冯冯. .卡门卡门对涡街的稳定条件进行了研究，于对涡街的稳定条件进行了研究，于19111911年得到年得到结论：结论： 只有当两漩涡列之间的距离只有当两漩涡列之间的距离H H和同列的两漩涡之间的距和同列的两漩涡之间的距离离L L之比满足下面的关系时，所产生的涡街才是稳定的。之比满足下面的关系时，所产生的涡街才是稳定的。750.281HL流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表 实验证明：实验证明：在一定的雷偌数范围内，每一列漩涡产生的在一定的雷偌数范围内，每一列漩涡产生的频率频率

36、 f 与漩涡发生体的形状和流体流速与漩涡发生体的形状和流体流速 u 有确定的关系。有确定的关系。duSft76则体积流量为：则体积流量为：DdSfdDuAqtv25. 1142 每一列漩涡产生的频率每一列漩涡产生的频率； uu流体流速流体流速； dd直径漩涡发生体的特征尺寸直径漩涡发生体的特征尺寸； StSt斯特罗哈尔数斯特罗哈尔数； DD管道内径管道内径；AA在漩涡发生体处的流通截面积在漩涡发生体处的流通截面积。 流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表v （2 2）漩涡频率的测量）漩涡频率的测量 流体在下侧产生漩涡，下侧压力流体在下侧产生漩涡，下侧压力 上侧压力上侧

37、压力 流体在上侧产生漩涡，上侧压力流体在上侧产生漩涡，上侧压力 下侧压力下侧压力 交替压力变化交替压力变化 流体脉动流动流体脉动流动 电阻丝交替冷却电阻丝交替冷却 阻值改变阻值改变 脉冲信号脉冲信号77圆柱体涡街检测圆柱体涡街检测器原理图器原理图 流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表 流体在下侧产生漩涡，下侧压力流体在下侧产生漩涡，下侧压力 上侧压力上侧压力 流体在上侧产生漩涡，上侧压力流体在上侧产生漩涡，上侧压力 下侧压力下侧压力 交替压力变化交替压力变化 流体脉动流动流体脉动流动 电阻交替冷却电阻交替冷却 阻值改变阻值改变 桥路电压改变桥路电压改变78三角柱体涡

38、街检三角柱体涡街检测器原理图测器原理图 流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表v （3 3）涡街流量计的特点）涡街流量计的特点v 优点：优点： 测量精度较高；量程比宽，可达测量精度较高；量程比宽，可达30:130:1； 使用寿命长，压力损失小，安装与维护比较方便；使用寿命长，压力损失小，安装与维护比较方便； 测量几乎不受流体参数变化的影响；测量几乎不受流体参数变化的影响； 易与数字仪表或计算机接口，对气体、液体和蒸汽介质均适用。易与数字仪表或计算机接口，对气体、液体和蒸汽介质均适用。v 缺点：缺点： 流体流速分布情况和脉动情况将影响测量准确度；流体流速分布情况和脉动情

39、况将影响测量准确度；流量计前后有足够长的直管段。流量计前后有足够长的直管段。79流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表80流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表v 3 3、电磁电磁流量计流量计v （1 1）工作原理）工作原理 基本原理基本原理：法拉第电磁感应定律，导体作切割磁力线运：法拉第电磁感应定律，导体作切割磁力线运动时会感应电势。动时会感应电势。81测量导电流体测量导电流体流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表 导电液体在内径为导电液体在内径为D，磁场强度为磁场强度为B的导管内以平均速度的导管内以平均速度u流动

40、时，产生的感应电动势为：流动时，产生的感应电动势为：kEEBDuDqv441282BDuE 基本条件：基本条件： 均匀磁场；非导磁管道；流速轴对称分布；流体电导率均匀均匀磁场；非导磁管道；流速轴对称分布；流体电导率均匀流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表83电磁流量计的结构电磁流量计的结构流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表84流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表v （2 2）电磁流量计的特点）电磁流量计的特点v 优点：优点： 适用于含有颗粒、悬浮物等流体，以及腐蚀性介质；适用于含有颗粒、悬浮物等流体，以及腐蚀

41、性介质； 流量测量范围大，测量精度为流量测量范围大，测量精度为0.5-1.50.5-1.5级；级； 对直管段要求不高；对直管段要求不高； 电磁流量计的输出与流量呈线性关系。电磁流量计的输出与流量呈线性关系。 反应迅速，可以测量脉动流量。反应迅速，可以测量脉动流量。v 缺点：缺点： 被测介质必须是导电的液体；被测介质必须是导电的液体； 结构较复杂，成本较高；结构较复杂，成本较高；流速测量下限有一定限度，工作压力受到限制。流速测量下限有一定限度，工作压力受到限制。85流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表v 4 4、超声超声流量计流量计 基本原理基本原理：流速不同会使超声

42、波在流体中传播的速度发：流速不同会使超声波在流体中传播的速度发生变化，通过分析计算改变的超声波信号，可以检测到流体生变化，通过分析计算改变的超声波信号，可以检测到流体的流速，进而可以得到流量值。的流速，进而可以得到流量值。86主要介绍主要介绍传播速度差法传播速度差法和和多普勒法多普勒法流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表v （1 1）传播速度法测量原理）传播速度法测量原理ucLt187 通过测量通过测量超声波脉冲超声波脉冲在顺流和逆流传播过程中的在顺流和逆流传播过程中的速度之差速度之差来得到到被测流体的流速。来得到到被测流体的流速。tLcu222122cLutttu

43、cLt2 时差法时差法流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表011t022ttft21288 将时间差转换为超声波传播的相位差将时间差转换为超声波传播的相位差 相差法相差法超声波脉冲：超声波脉冲： s(t) = Asin(t+0 )fLcLctLcu422222流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表89测量顺流和逆流时超声脉冲的循环频率差测量顺流和逆流时超声脉冲的循环频率差 频差法频差法fLu2Luctf111顺流时：顺流时：Luctf221逆流时：逆流时：Lufff221脉冲循环频差：脉冲循环频差：流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流

44、量测量仪表流量测量仪表90 上述测量获得的流速上述测量获得的流速u是超声波传播途径上的平均流速，是超声波传播途径上的平均流速，与截面平均流速与截面平均流速是不相同的。是不相同的。 流量方程流量方程层流时：层流时：紊流时：紊流时：_34uu uDqv24_uku 流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表v （2 2）多普勒法测量原理）多普勒法测量原理91 多普勒效应多普勒效应 从发射晶体从发射晶体T T发射的发射的超声波束遇到流体中运动超声波束遇到流体中运动着颗粒或气泡，再反射回着颗粒或气泡，再反射回来由接收晶体来由接收晶体R R接收。接收。 发射信号与接收信号发射信号与

45、接收信号的的多普勒频率偏移与流体多普勒频率偏移与流体流速成正比。流速成正比。可以用于两相流测量可以用于两相流测量dffcucos21流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表v （3 3）超声波流量计的特点与应用）超声波流量计的特点与应用v 优点优点 流体中不插入任何元件，对流速无影响，也没有压力损失流体中不插入任何元件，对流速无影响，也没有压力损失 用于任何液体，也能测量气体的流量用于任何液体，也能测量气体的流量 非接触式仪表，适于测量不易接触和观察的流体以及大管径流量非接触式仪表，适于测量不易接触和观察的流体以及大管径流量 量程比较宽量程比较宽 输出与流量之间呈线性输

46、出与流量之间呈线性v 缺点缺点 只能用于测量只能用于测量200200以下的流体以下的流体 需要一定长度的直管段需要一定长度的直管段 结构复杂，成本较高结构复杂，成本较高92流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表93流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表v8.2.4 质量式流量计质量式流量计941. 1. 在工业生产中，由于物料平衡，热平衡以及储存、在工业生产中，由于物料平衡，热平衡以及储存、经济核算等所需要的都是质量，并非体积；经济核算等所需要的都是质量，并非体积；2. 2. 在测量工作中，常需将测出的体积流量，乘以密在测量工作中，常需将测出

47、的体积流量，乘以密度换算成质量流量，设备复杂，测量耗时；度换算成质量流量，设备复杂，测量耗时；3. 3. 密度随温度、压力而变化，在温度、压力变化比密度随温度、压力而变化，在温度、压力变化比较频繁的情况下，难以达到测量的目的。较频繁的情况下，难以达到测量的目的。 用质量流量计来直接测量质量流量，则无需再进用质量流量计来直接测量质量流量，则无需再进行上述人工换算。行上述人工换算。 流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表95 1 1、直接式、直接式 2 2、间接式、间接式流量测量技术流量测量技术8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表v 1 1、间接式质量流量计、间接式质量流量计2vq96一般采用一般采用体积流