流量测量新PPT课件

1、 4 4按测量方法和结构分类按测量方法和结构分类 将流量计分成差压式流量计、容积式流量计、浮子将流量计分成差压式流量计、容积式流量计、浮子流量计、叶轮式流量计、电磁流量计、流体振荡流量计、流量计、叶轮式流量计、电磁流量计、流体振荡流量计、超声波流量计、质量流量计、插入式流量计、明渠流量超声波流量计、质量流量计、插入式流量计、明渠流量计和其它流量计（包括激光流量计，靶式流量计、冲量计和其它流量计（包括激光流量计，靶式流量计、冲量流量计和标记法流量计等）流量计和标记法流量计等）1111大类。大类。 第1页/共75页 1 1流量范围流量范围 流量计的流量范围是指流量计在正常使用条件下，流量计的流量范

2、围是指流量计在正常使用条件下，测量误差不超过允许值的最大至最小流量范围。最大测量误差不超过允许值的最大至最小流量范围。最大与最小流量值的代数差称为流量量程。在保证仪表的与最小流量值的代数差称为流量量程。在保证仪表的准确度的条件下可测的最大流量与最小流量的比值通准确度的条件下可测的最大流量与最小流量的比值通常称作流量计的量程比。常称作流量计的量程比。 2 2额定流量额定流量 流量计在规定性能或最佳性能时的流量值，称为流量计在规定性能或最佳性能时的流量值，称为该流量计的额定流量。该流量计的额定流量。 第2页/共75页3 3流量系数流量系数 流量计的流量系数表示通过流量计的实际流量流量计的流量系数表

3、示通过流量计的实际流量与理论流量的比值，一般是通过实验确定。与理论流量的比值，一般是通过实验确定。4 4仪表系数仪表系数 流量计的仪表系数表示通过流量计的单位体积流流量计的仪表系数表示通过流量计的单位体积流量所对应的信号脉冲数。它是脉冲信号输出类型流量所对应的信号脉冲数。它是脉冲信号输出类型流量计的一个重要参数。量计的一个重要参数。5 5流量计特性曲线流量计特性曲线 流量计特性曲线是描述随流量变化流量计性能流量计特性曲线是描述随流量变化流量计性能变化的曲线，主要有两种不同的表示形式：一种是变化的曲线，主要有两种不同的表示形式：一种是表示流量计的某种特性（通常是流量系数或仪表系表示流量计的某种特

4、性（通常是流量系数或仪表系数，也有的是某一与流量有关的输出量）与流量数，也有的是某一与流量有关的输出量）与流量q q或或雷诺数雷诺数ReRe的关系；另一种是表示流量计测量误差随的关系；另一种是表示流量计测量误差随流量流量q q或雷诺数或雷诺数ReRe变化的关系，这种特性曲线一般称变化的关系，这种特性曲线一般称为流量计的误差特性曲线。为流量计的误差特性曲线。 第3页/共75页 流量计的特性曲线可以通过对流量计进行理流量计的特性曲线可以通过对流量计进行理论分析而得到，而更为准确可靠是通过对流量计的论分析而得到，而更为准确可靠是通过对流量计的检定检定, , 即在整个流量计的流量范围上进行一系列的即在

5、整个流量计的流量范围上进行一系列的实验得到实验得到. .6 6重复性重复性 流量计的重复性表示用该流量计连续多次测量流量计的重复性表示用该流量计连续多次测量同一流量时给出相同结果的能力。同一流量时给出相同结果的能力。7 7线性度线性度 流量计的线性度是表示在整个流量范围上的特流量计的线性度是表示在整个流量范围上的特性曲线偏离最佳拟合直线的程度。对于用仪表系数性曲线偏离最佳拟合直线的程度。对于用仪表系数K K来评定流量计特性的脉冲输出流量仪表来说，其线来评定流量计特性的脉冲输出流量仪表来说，其线性度通常用整个流量范围的平均仪表系数与仪表系性度通常用整个流量范围的平均仪表系数与仪表系数对平均值的最

6、大偏差数对平均值的最大偏差K K的比值的比值K K 来表示。来表示。 K第4页/共75页四、流量测量中常用的物理参数四、流量测量中常用的物理参数 在对工业管道流体流量测量时，要遇到一系列反映在对工业管道流体流量测量时，要遇到一系列反映流体流体属性和流动状态的物理参数。属性和流动状态的物理参数。1.1.流体的密度流体的密度 流体的密度流体的密度随压力随压力p p和温度和温度t t而变化，在测量流量而变化，在测量流量时应时应该考虑流体状态对密度的影响。该考虑流体状态对密度的影响。 2.2.流体的粘度流体的粘度 由于粘性力作用，管内各流体层将形成一定规律的由于粘性力作用，管内各流体层将形成一定规律的

7、速度速度分布。粘度也是温度分布。粘度也是温度t t、压力、压力p p的函数。的函数。 第5页/共75页3.3.等熵指数等熵指数 流体流经节流元件时，因为节流元件很短，其与外流体流经节流元件时，因为节流元件很短，其与外界的热交换及摩擦生热均可忽略，所以该过程可近似认为界的热交换及摩擦生热均可忽略，所以该过程可近似认为是等熵的。在此过程中，流体的压力是等熵的。在此过程中，流体的压力p p与比容与比容v v的的k k次方的次方的乘积为常数，即乘积为常数，即 常数，常数，k k称为等熵指数。空气的等熵称为等熵指数。空气的等熵指数为指数为1.401.40，过热蒸汽的等熵指数为，过热蒸汽的等熵指数为1.3

8、01.30。 4.4.雷诺数雷诺数ReRe 流体流动的雷诺数是流体流动的惯性力流体流动的雷诺数是流体流动的惯性力FgFg与其粘性与其粘性力（内摩擦力）力（内摩擦力）FmFm之比，即之比，即式中式中 v v特征流速，在管流中为有效截面上的平均流速，特征流速，在管流中为有效截面上的平均流速，m ms s； 流体密度流体密度,kg,kgm3m3； 在工作状态下流体的动力粘度；在工作状态下流体的动力粘度； l l流束的定型尺寸，在圆管流中为管道内径，流束的定型尺寸，在圆管流中为管道内径，m m。 kpvlvlvFFvFFRemg/2第6页/共75页当流体在圆管内流动时，雷诺数的流量表达式为：当流体在圆

9、管内流动时，雷诺数的流量表达式为： 式中式中 q qm m质量流量，质量流量，kgkgh h； D D管道内径，管道内径，mmmm； 动力粘度，动力粘度，PaPas s。 在工程应用中，认为雷诺数相等的流动其流动在工程应用中，认为雷诺数相等的流动其流动是相似的，因而流量仪表在某种标定介质（通常气是相似的，因而流量仪表在某种标定介质（通常气体流量计用空气，液体流量计用水）中标定得到的体流量计用空气，液体流量计用水）中标定得到的流量系数可以根据在相同雷诺数下流量系数相等的流量系数可以根据在相同雷诺数下流量系数相等的原则换算出另一种介质（被测介质）的流量（或流原则换算出另一种介质（被测介质）的流量（

10、或流速）。这是许多流量计实际标定的理论基础。速）。这是许多流量计实际标定的理论基础。 DqRem310345第7页/共75页 四、流量计的校验与标定 流量计的标定是一件比较困难的工作，因为流量是质量流量计的标定是一件比较困难的工作，因为流量是质量或体积对时间的导数，难以由定义直接做出流量单位的标准或体积对时间的导数，难以由定义直接做出流量单位的标准器。一般是在流量不变的前提下，使流体连续流入标准容器器。一般是在流量不变的前提下，使流体连续流入标准容器V V中，精确测量流体流动的起止时间和流入容器的流体总量，中，精确测量流体流动的起止时间和流入容器的流体总量，用平均流量代替瞬时流量作为标准。因此

11、，在累积时间内，用平均流量代替瞬时流量作为标准。因此，在累积时间内，必须保证流体流动高度稳定，并且计时和计量都要足够准确。必须保证流体流动高度稳定，并且计时和计量都要足够准确。 流量标准装置是实现对流量仪表标定或校验的设备。流量标准装置是实现对流量仪表标定或校验的设备。 第8页/共75页静态容积法液体流量标准装置静态容积法液体流量标准装置 第9页/共75页第二节第二节 容积式流量计容积式流量计 容积式流量计，也称为正排量流量计，是出现容积式流量计，也称为正排量流量计，是出现较早的一类流量仪表。它多数是用于测量流经管路较早的一类流量仪表。它多数是用于测量流经管路的流体的体积流量，广泛应用于测量石

12、油类流体的流体的体积流量，广泛应用于测量石油类流体（如原油、汽油、柴油、液化石油气等）、饮料类（如原油、汽油、柴油、液化石油气等）、饮料类流体（如酒类、食用油等）、气体（如空气、低压流体（如酒类、食用油等）、气体（如空气、低压天然气及煤气等）以及水的流量。天然气及煤气等）以及水的流量。 常用的容积式流量计有椭圆齿轮流量计、腰常用的容积式流量计有椭圆齿轮流量计、腰轮（罗茨）流量计、刮板流量计、旋转活塞式流量轮（罗茨）流量计、刮板流量计、旋转活塞式流量计、圆盘式流量计、膜式气体流量计、湿式气体流计、圆盘式流量计、膜式气体流量计、湿式气体流量计等。量计等。 第10页/共75页一、容积式流量计的工作原

13、理 容积式流量计内部都有一个具有一定容积的容积式流量计内部都有一个具有一定容积的“计量空间计量空间”，该空间是由仪表内的运动部件和仪，该空间是由仪表内的运动部件和仪表壳体构成的。流体通过流量计，就会在流量计进表壳体构成的。流体通过流量计，就会在流量计进出口之间产生一定的压力差。流量计内的运动部件出口之间产生一定的压力差。流量计内的运动部件（简称转子）在这个压力差作用下将产生旋转，并（简称转子）在这个压力差作用下将产生旋转，并将流体由入口排向出口。在这个过程中，流体一次将流体由入口排向出口。在这个过程中，流体一次次地充满流量计的次地充满流量计的“计量空间计量空间”，并不断地被送往，并不断地被送往

14、出口。流出流体的总量为：出口。流出流体的总量为： 式中式中VoVo为运动部件每循环转动一次，从流量计内送为运动部件每循环转动一次，从流量计内送出的流体体积。出的流体体积。n n为运动部件的旋转次数。容积式流为运动部件的旋转次数。容积式流量计是一种无时基的仪表，其测量时间间隔是任意量计是一种无时基的仪表，其测量时间间隔是任意选取的，因此，一般不用它来测量瞬时流量，而是选取的，因此，一般不用它来测量瞬时流量，而是常用来计量累积流量（又称总量）。常用来计量累积流量（又称总量）。 0nVV 第11页/共75页式中式中 n n椭圆齿轮的旋转次数；椭圆齿轮的旋转次数；V V0 0半月形测半月形测量室的容积

15、；量室的容积； R R容积室的半径；容积室的半径； a a，b b椭圆齿轮的长半轴和短半轴；椭圆齿轮的长半轴和短半轴；椭圆齿椭圆齿轮的厚度。轮的厚度。 )(2)2121(44220abRnabRnnVV第12页/共75页二、容积式流量计的特点二、容积式流量计的特点1 1测量准确度高，一般可达测量准确度高，一般可达(0.1(0.10.5)0.5)，是所，是所有流量仪表中测量精度最高的一类仪表。有流量仪表中测量精度最高的一类仪表。2 2安装管道条件对流量计计量精度没有影响，流量安装管道条件对流量计计量精度没有影响，流量计前不需要直管段，这使得容积式流量计在现计前不需要直管段，这使得容积式流量计在现

16、场使用有极重要的意义。场使用有极重要的意义。3 3测量范围较宽，典型的流量量程比可为测量范围较宽，典型的流量量程比可为5:15:1到到10:110:1，特殊的可达特殊的可达30:130:1。4. 4. 机械结构较复杂，体积庞大笨重，一般只适用于机械结构较复杂，体积庞大笨重，一般只适用于中小口径仪表。中小口径仪表。5. 5. 大部分容积式流量计只适用于洁净单相流体。测大部分容积式流量计只适用于洁净单相流体。测量含有颗粒、脏污物的流体时需安装过滤器，量含有颗粒、脏污物的流体时需安装过滤器，测量含有气体的液体时必须安装气体分离器。测量含有气体的液体时必须安装气体分离器。容积式流量计适合测量高粘度、洁

17、净的流体。容积式流量计适合测量高粘度、洁净的流体。 第13页/共75页第三节 涡街流量计 涡街流量计，又称旋涡流量计。它输出频率信涡街流量计，又称旋涡流量计。它输出频率信号，抗干扰性能好，便于远距离传输，在火电厂可号，抗干扰性能好，便于远距离传输，在火电厂可用于送风流量的测量。用于送风流量的测量。 涡街流量计由传感器和转换器两部分组成。涡街流量计由传感器和转换器两部分组成。 传感器包括旋涡发生体、检测元件、安装架和传感器包括旋涡发生体、检测元件、安装架和法兰等。法兰等。 转换器包括前置放大器、滤波整形电路、接线转换器包括前置放大器、滤波整形电路、接线端子、支架和防护罩等。智能式仪表还将端子、支

18、架和防护罩等。智能式仪表还将CPUCPU、存储、存储单元、显示单元、通讯单元及其他功能模块也装在单元、显示单元、通讯单元及其他功能模块也装在转换器内，形成智能型和组合型涡街流量。转换器内，形成智能型和组合型涡街流量。 第14页/共75页 一、测量原理一、测量原理 这种流量计的工作原理是利用了流体力学中这种流量计的工作原理是利用了流体力学中的的卡门涡街现象卡门涡街现象。（a a）圆柱体；（圆柱体；（b b）等边三角形柱体等边三角形柱体第15页/共75页 实验表明，当实验表明，当h hl=0.281=0.281时，产生的涡街是稳定时，产生的涡街是稳定的。且单侧的漩涡脱落的频率的。且单侧的漩涡脱落的

19、频率f f与柱体附近的流体流速成与柱体附近的流体流速成正比，与柱体的特征尺寸正比，与柱体的特征尺寸d d成反比，即成反比，即式中式中 StSt斯特罗哈尔数，无因次数；斯特罗哈尔数，无因次数； d d 柱体的特征尺寸。柱体的特征尺寸。 St St是柱体特征尺寸是柱体特征尺寸d d 以及流体雷诺数以及流体雷诺数ReRe 的函数。的函数。经实验验证，经实验验证，ReRe在在2 2* *10104 4 7 7* *10106 6的范围内，的范围内，StSt基本不基本不变。变。 对于对于圆柱体圆柱体，StSt=0.2=0.2；对于对于等边三角柱体等边三角柱体，StSt=0.16=0.16。 结论：结论：

20、当柱体的形状、尺寸决定后，就可以通过当柱体的形状、尺寸决定后，就可以通过测定单侧旋涡释放频率测定单侧旋涡释放频率f f来测量流速和流量。来测量流速和流量。 dvStfd第16页/共75页 根据流体流动的连续性，阻流体处的流通面积根据流体流动的连续性，阻流体处的流通面积A Ad d与管道的截面面积与管道的截面面积A AD D之比之比 m m 为为 式中式中 管道截面的平均流速。管道截面的平均流速。 dDDdvvAAmDvfStdmvDfStdmDvDqDv2244第17页/共75页 对于工业圆管，设管内插入柱体和未插入柱体对于工业圆管，设管内插入柱体和未插入柱体的管道通流截面比为的管道通流截面比

21、为m m，当当d/d/D D 0.30.3时，可以证明时，可以证明所以，体积流量与频率所以，体积流量与频率f f之间的关系为：之间的关系为：Ddm25. 11fStdDdDqv)25. 11 (42第18页/共75页二、旋涡发生频率二、旋涡发生频率f f 的检测方法的检测方法 对旋涡分离频率对旋涡分离频率f f的检测方法很多，可以分为两的检测方法很多，可以分为两大类。一类是检测旋涡发生后在旋涡发生体上受力的变大类。一类是检测旋涡发生后在旋涡发生体上受力的变化频率，即受力检测类，一般可用应力、应变、电容、化频率，即受力检测类，一般可用应力、应变、电容、电磁等检测技术。另一类检测旋涡发生后在旋涡发

22、生体电磁等检测技术。另一类检测旋涡发生后在旋涡发生体附近的流动变化频率，即流速检测类，一般可用热敏、附近的流动变化频率，即流速检测类，一般可用热敏、超声、光电（光纤）等检测技术。超声、光电（光纤）等检测技术。 第19页/共75页第20页/共75页三、涡街流量计的特点及安装三、涡街流量计的特点及安装 涡街流量计具有以下的特点：涡街流量计具有以下的特点： （1 1）漩涡的频率只与流速有关，在一定）漩涡的频率只与流速有关，在一定雷诺数范围内，几乎不受流体性质（压力、雷诺数范围内，几乎不受流体性质（压力、温度、粘度和密度等）变化的影响，故可不温度、粘度和密度等）变化的影响，故可不需单独标定。需单独标定

23、。 （2 2）测量精度高，误差约为）测量精度高，误差约为1 1级，重复级，重复性约性约0.50.5级，不存在零点漂移的问题。级，不存在零点漂移的问题。 （3 3）压力损式小，流量测量范围宽。涡）压力损式小，流量测量范围宽。涡街流量计特别适于大口径管道的流量测量。街流量计特别适于大口径管道的流量测量。第21页/共75页涡街流量计的传感器涡街流量计的传感器第22页/共75页涡街流量计的传感器涡街流量计的传感器第23页/共75页涡街流量计的传感器涡街流量计的传感器第24页/共75页第三节 涡轮流量计 一、涡轮流量计的组成及测量原理一、涡轮流量计的组成及测量原理 涡轮流量计由两部分组成：涡轮流量计由两

24、部分组成：变送器和指示积算变送器和指示积算器。器。 变送器完成将被测流量转换成一定频率的脉冲变送器完成将被测流量转换成一定频率的脉冲信号输出；信号输出； 指示积算器接受变送器输出的脉冲信号，将其指示积算器接受变送器输出的脉冲信号，将其转换、放大、运算、逻辑计数，显示瞬时流量和累转换、放大、运算、逻辑计数，显示瞬时流量和累积总量。积总量。 第25页/共75页变送器主要由涡轮、导流器、磁电转换器组成。变送器主要由涡轮、导流器、磁电转换器组成。 涡轮流量计结构 1涡轮；2支承；3永久磁钢；4感应线圈； 5壳体；6导流器第26页/共75页（1 1）流量一转速的转换原理）流量一转速的转换原理 推导过程的

25、前提：推导过程的前提： 当涡轮处于匀速转动的平衡状态时，假设不计当涡轮处于匀速转动的平衡状态时，假设不计叶轮转动的摩擦阻力、流体粘性阻力及感应线圈中叶轮转动的摩擦阻力、流体粘性阻力及感应线圈中感应电流所引起的电磁反作用力矩的影响。感应电流所引起的电磁反作用力矩的影响。 设涡轮叶片与轴线的夹角为设涡轮叶片与轴线的夹角为，叶轮的平均半叶轮的平均半径为径为r r0 0，流体的流通面积为流体的流通面积为A A0 0，流体流经叶轮相应流体流经叶轮相应半径半径r r0 0处的轴向流速为处的轴向流速为v va a ，切向流速为切向流速为v vt t，故有故有第27页/共75页式中式中 C C与叶轮参数、轴向

26、流速分布有关的系数；与叶轮参数、轴向流速分布有关的系数； 平均流速。平均流速。nrvt02aatvnrvvtg02ntgArCqV00200AvACvqaaVav第28页/共75页（2 2）叶轮转速的测量）叶轮转速的测量 可采用磁阻方法进行测量。叶轮的转速是通过磁可采用磁阻方法进行测量。叶轮的转速是通过磁电转换装置来测量的，输出信号为代表转速的脉冲电转换装置来测量的，输出信号为代表转速的脉冲频率信号。频率信号。磁电装置中的永久磁磁电装置中的永久磁钢上绕有线圈，当叶钢上绕有线圈，当叶片转动经过永久磁钢片转动经过永久磁钢的顶部时，因叶片为的顶部时，因叶片为导磁材料而改变原磁导磁材料而改变原磁路的磁

27、阻，从而使磁路的磁阻，从而使磁通发生变化，故在线通发生变化，故在线圈上感应出电势信号。圈上感应出电势信号。第29页/共75页 显然电势信号是脉动式的，其频率为显然电势信号是脉动式的，其频率为 f f = = zn zn 式中式中 z z 涡轮上的叶片数。涡轮上的叶片数。 式中式中 仪表常数。仪表常数。在一定时间间隔内对流量进行积分时，得累积的总流量为：在一定时间间隔内对流量进行积分时，得累积的总流量为：式中式中 N N在在t t1 1到到t t2 2时间间隔内流过时间间隔内流过Q QV V流体时输出的脉流体时输出的脉冲数。冲数。ffztgArCqV11200002ArCztgqfVNfdtdt

28、qQttttVV112121第30页/共75页关于仪表常数关于仪表常数的说明：的说明：仪表常数仪表常数的意义：单位体积流量输出的脉冲数。的意义：单位体积流量输出的脉冲数。从理论上说，在一定条件（流体性质、状态、变送器结从理论上说，在一定条件（流体性质、状态、变送器结构、流量一定）下，构、流量一定）下，是一个常数。当上述条件变化时，是一个常数。当上述条件变化时，值也随之变化。下图为仪表常数值也随之变化。下图为仪表常数随随ReRe变化的特性曲变化的特性曲线。线。实际上，涡轮流量计出厂时。实际上，涡轮流量计出厂时。值由厂家根据适用的流值由厂家根据适用的流体标定给出。体标定给出。 第31页/共75页二

29、、流量指示积算器二、流量指示积算器 流量指示积算器是涡轮流量计的显示器。它完成瞬流量指示积算器是涡轮流量计的显示器。它完成瞬时流量的显示和总量显示。它的电路主要有两部分：瞬时流量的显示和总量显示。它的电路主要有两部分：瞬时流量显示电路和总量显示电路。时流量显示电路和总量显示电路。 第32页/共75页涡轮流量计第33页/共75页涡轮流量计第34页/共75页涡轮流量计的导流器和叶轮第35页/共75页第四节 超声波流量计 超声波流量计是超声波流量计是2020世纪世纪7070年代随着集成电路技术的迅速发年代随着集成电路技术的迅速发展才开始得到实际应用的一种非接触式仪表。展才开始得到实际应用的一种非接触

30、式仪表。 与传统的流量仪表相比，它测量流量时不接触被测介质，与传统的流量仪表相比，它测量流量时不接触被测介质，不破坏流体的流场，没有压力损失；对介质几乎无要求，不不破坏流体的流场，没有压力损失；对介质几乎无要求，不仅可以测液体、气体的流量，而且对两相介质（主要是应用仅可以测液体、气体的流量，而且对两相介质（主要是应用多普勒法）的流体流量也可以测量；测量准确度几乎不受被多普勒法）的流体流量也可以测量；测量准确度几乎不受被测流体温度、压力、密度、粘度等参数的影响；量程比一般测流体温度、压力、密度、粘度等参数的影响；量程比一般可达可达20:120:1。 按测量原理，可以具有多种不同的形式。根据对信号

31、的按测量原理，可以具有多种不同的形式。根据对信号的发生、传播及检测的设置方法，大致可分为传播速度差法发生、传播及检测的设置方法，大致可分为传播速度差法（包括时差法、相位差法、频差法）、多普勒法、波束偏移（包括时差法、相位差法、频差法）、多普勒法、波束偏移法、噪声法、旋涡法、相关法等。法、噪声法、旋涡法、相关法等。 第36页/共75页222vcLvvcLvcLt22cLvt 242cfLvtfLvLvcLvcf2第37页/共75页 二、结构二、结构 见书见书第38页/共75页 第四节第四节 转子流量计转子流量计 它又称浮子流量计、恒压降变截面流量计。它又称浮子流量计、恒压降变截面流量计。 按锥形

32、管材料的不同，分为按锥形管材料的不同，分为玻璃管转子流量计玻璃管转子流量计和和金金属管转子流量计。属管转子流量计。 玻璃管转子流量计玻璃管转子流量计耐压能力低，一般为就地直读式。耐压能力低，一般为就地直读式。 金属管转子流量计金属管转子流量计耐压能力高，一般有就地指示型耐压能力高，一般有就地指示型和信号远传型。和信号远传型。 转子流量计适用于多种介质的流体（气体、液体），转子流量计适用于多种介质的流体（气体、液体），在火电厂中，常用于化学水处理过程的水流量测量和锅在火电厂中，常用于化学水处理过程的水流量测量和锅炉点火过程控制中的轻油油量测量。它特别适用于小管炉点火过程控制中的轻油油量测量。它特

33、别适用于小管径，低雷诺数的中小流量测量。径，低雷诺数的中小流量测量。 第39页/共75页一、玻璃管转子流量计 （一）结构组成（一）结构组成 玻璃管转子流量计主要由锥形管、转子两部分组玻璃管转子流量计主要由锥形管、转子两部分组成成 。 玻璃管转子玻璃管转子 流量计流量计 1 1 罩壳；罩壳；2 2玻璃锥管；玻璃锥管；3 3浮子浮子 4 4密封填料；密封填料；5 5连接法兰连接法兰第40页/共75页（二）工作原理及流量公式（二）工作原理及流量公式 浮子处于锥形管中，相当于通流面积浮子处于锥形管中，相当于通流面积A A0 0可变的节流件。可变的节流件。流体流经节流件所产生的差压与体积流量的关系如下：

34、流体流经节流件所产生的差压与体积流量的关系如下：式中式中 与浮子形状、尺寸等有关的流量系数。与浮子形状、尺寸等有关的流量系数。 流体密度。流体密度。当浮子处于力平衡情况下，差压对浮子产生向上的作用当浮子处于力平衡情况下，差压对浮子产生向上的作用力加上流体对浮子的浮力，等于浮子的重力，即力加上流体对浮子的浮力，等于浮子的重力，即由此可知由此可知 pAqV20gVgVpAffffgAVpfff)(式中式中 A Af f浮子的有效面积。浮子的有效面积。 V Vf f浮子体积。浮子体积。 f f，分别为浮子材料和分别为浮子材料和流体的密度；流体的密度； g g当地的重力加速度。当地的重力加速度。第41

35、页/共75页体积流量体积流量q qV V与通流面积与通流面积A A0 0之间的关系：之间的关系：考虑到锥度很小的锥形管中通流面积考虑到锥度很小的锥形管中通流面积A A0 0与浮子在管中的高与浮子在管中的高度度H H近似成正比，即近似成正比，即 A A0 0 CH CH 式中式中 C C与圆锥管锥度有关的比例系数。与圆锥管锥度有关的比例系数。可得体积流量与浮子高度的关系式：可得体积流量与浮子高度的关系式：由上式可知，如果增大锥管长度由上式可知，如果增大锥管长度H H，增大锥度增大锥度C C，可扩大，可扩大仪表的量程，提高流量测量范围。仪表的量程，提高流量测量范围。 fffVAgVAq20fffV

36、AgVCHq2第42页/共75页流量系数的说明：流量系数的说明： 与浮子的形状以及流体的雷诺数等有关，对于一定的与浮子的形状以及流体的雷诺数等有关，对于一定的浮子形状，当雷诺数大于某一数值时，流量系数趋于一浮子形状，当雷诺数大于某一数值时，流量系数趋于一常数。常数。 对于一定材料、形状的浮子和一定密度的流体，雷对于一定材料、形状的浮子和一定密度的流体，雷诺数在低限雷诺数以上，就能得到体积流量和浮子位置诺数在低限雷诺数以上，就能得到体积流量和浮子位置之间的线性刻度关系。之间的线性刻度关系。 三种浮子的转子流量计流量系数三种浮子的转子流量计流量系数与雷诺数的关系。与雷诺数的关系。 玻璃转子流量计的

37、示值显示有两种：一种在锥管玻璃转子流量计的示值显示有两种：一种在锥管上由转子的高度直接读出流量值，另一种是采用百分刻上由转子的高度直接读出流量值，另一种是采用百分刻度（分为等分和非等分刻度）。度（分为等分和非等分刻度）。第43页/共75页第五节 测点流速法测量流量 测量流量的基本原理测量流量的基本原理: : 在管道截面上选择一些测点，通过对测点处的流速进在管道截面上选择一些测点，通过对测点处的流速进行测量进而计算出流量。行测量进而计算出流量。 若能直接测得管道截面上的平均流速，则流体的体积流若能直接测得管道截面上的平均流速，则流体的体积流量量 A A为管道截面积。为管道截面积。 若测得的是管道

38、截面上的某一点流速若测得的是管道截面上的某一点流速v v，则流体的体积流，则流体的体积流量量 K K为截面上的平均流速与被测点流速的比值，它与管道为截面上的平均流速与被测点流速的比值，它与管道内流速分布有关。内流速分布有关。 测点位置的确定非常重要。测点位置的确定非常重要。 AvqvkvAqv第44页/共75页一、测点位置的确定方法一、测点位置的确定方法 1.1.有流速分布数学模型时的情况有流速分布数学模型时的情况 圆管中流动呈层流状态圆管中流动呈层流状态 管道中流体的流速分布是有一定规律的，沿管道管道中流体的流速分布是有一定规律的，沿管道截面上的流速按旋转抛物面分布。其数学模型为：截面上的流

39、速按旋转抛物面分布。其数学模型为： 式中 vmax管道中心处的最大流速； v 离管道中心r处的流速； r离管道中心的距离。 思考：管道上什么地方的流速最大？哪处的流速为管道截思考：管道上什么地方的流速最大？哪处的流速为管道截面上平均流速值？面上平均流速值？ 2max1Rrvv第45页/共75页由由可求得可求得所以所以:显然，由显然，由 可求出可求出rrrvqRvd )(202max1Rrvv2max21Rvmax21vv max21)(vrvRr22第46页/共75页 圆管中流动呈紊流状态圆管中流动呈紊流状态 对于充分发展的紊流，圆管中心轴线处的流速最对于充分发展的紊流，圆管中心轴线处的流速最

40、大，截面上的流速呈旋转对称分布。由于存在流体的大，截面上的流速呈旋转对称分布。由于存在流体的径向流动，流速分布曲线随径向流动，流速分布曲线随ReReD D的增大而逐渐变平。的增大而逐渐变平。 从理论上说代表平均流速的测点位置，因流量不从理论上说代表平均流速的测点位置，因流量不同而不同。同而不同。 对于光滑管道（即对于光滑管道（即KsKs/ /D D0.004,0.004,其中其中D D为管道内为管道内径，径，KsKs为管道内壁的绝对粗糙度）可由为管道内壁的绝对粗糙度）可由尼古拉兹提出尼古拉兹提出的数学模型的数学模型表示圆管中紊流下的流速分布：表示圆管中紊流下的流速分布： 式中式中 n n与流动

41、雷诺数有关的系数。与流动雷诺数有关的系数。 niiRrRvv/1max)(第47页/共75页 流速分布的数学模型确定后，从理论上就很容易流速分布的数学模型确定后，从理论上就很容易得到代表测量截面上平均流速的测点位置得到代表测量截面上平均流速的测点位置r ravav和平均流速。和平均流速。 对于尼古拉兹模型，在模型中有两个变化的参数对于尼古拉兹模型，在模型中有两个变化的参数n n和和v vm a xm a x，因此确定，因此确定r ra va v时需要有两点的流速值。时需要有两点的流速值。 r ra va v和和 的确定方法如下：的确定方法如下：思考：截面上的平均流速是多少？思考：截面上的平均流

42、速是多少？ vrrrvqRvd )(20rRrRrvRnxmad20/1max2) 12)(1(22vnnnR第48页/共75页因而因而 由由 ，可得：，可得： 由上式可知，代表测量时的平均流速测点位置随由上式可知，代表测量时的平均流速测点位置随流量变化。流量变化。 要计算要计算 的值，则需先确定的值，则需先确定n n和和v vmaxmax值。值。 ) 12)(1(22maxnnnvv)(avrvv navnnnRrR) 12)(1(22v第49页/共75页 两点法两点法: : 在测量截面上任意选定两点，测得的流速值为在测量截面上任意选定两点，测得的流速值为v v1 1 = = v v ( (

43、r r1 1) )，v v2 2 = = v v ( (r r2 2) ) ，有如下两个方程：，有如下两个方程：联立求解上述方程组，得到联立求解上述方程组，得到n n和和v vmaxmax。 为简单方便，可将两点中的一点选在中心轴线处为简单方便，可将两点中的一点选在中心轴线处（r r2 20 0），故有：），故有：式中，式中，r r1 1是选定的，是选定的，v v1 1和和v vmaxmax是测定的是测定的 nnRrRvvRrRvv/12max2/11max1)()(max11lglgvvRrRn第50页/共75页 一点法：一点法： 希望用一点的流速来计算流量，这从理论上看这是希望用一点的流速

44、来计算流量，这从理论上看这是不可能的。不可能的。 但理论分析表明，当雷诺数但理论分析表明，当雷诺数ReReD D在在4 410103 33.23.210106 6 范围内时，代表平均流速测点位置的变化范围为范围内时，代表平均流速测点位置的变化范围为0.75470.7547R R0.76330.7633R R。 有研究推荐在充分紊流情况下基于尼氏模型用有研究推荐在充分紊流情况下基于尼氏模型用r r* *=0.7418=0.7418R R处的流速处的流速v v（r r* *）计算平均流速为）计算平均流速为 式中式中 a a 系数，系数，a a=0.99104859=0.99104859。 上式计算

45、的平均流速，上式计算的平均流速，ReReD D在在4 410103 33.23.210106 6范围范围内，其误差（与模型的理论平均流速对比）可达到满意的内，其误差（与模型的理论平均流速对比）可达到满意的程度。程度。 ravv第51页/共75页流速分布符合对数流速分布符合对数- -线性数学模型线性数学模型 它是将圆管中的流速分布分段描述，在管壁区域和它是将圆管中的流速分布分段描述，在管壁区域和中心中心区域的流速分布分别符合下述模型：区域的流速分布分别符合下述模型： ( (管壁区域管壁区域) ) （中心区域）（中心区域）式中式中 A A、B B、C C常数；常数； y y测点到管壁的距离；测点到

46、管壁的距离； R R圆管半径。圆管半径。 BRyAv)lg(RyCBRyAv)lg(第52页/共75页 根据此模型可确定一些测点位置，用这些测点根据此模型可确定一些测点位置，用这些测点处的流速求得平均流速。对于圆管，测点位置如下：处的流速求得平均流速。对于圆管，测点位置如下：各点的权值相等，平均流速为各点的权值相等，平均流速为半径上的测点半径上的测点数目数目r ri i/R/R半径上的测点半径上的测点数目数目r ri i/R/R0.35860.01000.56580.0100 30.73020.0100 50.69500.01000.93580.00320.84700.0076 50.2776

47、0.01000.96220.0018nvvnii1第53页/共75页矩形管道截面上的测点位置和相应测点的权值如下表：矩形管道截面上的测点位置和相应测点的权值如下表： 对各测点的流速进行加权平均，平均流速对各测点的流速进行加权平均，平均流速 Wi X/LY/H0.0920.36750.63250.9080.03423320.092220.25053350.3675660.500660.6325660.75053350.908220.9662332niiniiiwvwv11第54页/共75页2. 2. 无流速分布数学模型时的情况无流速分布数学模型时的情况 目前比较常用的有等环面积法、高斯数值积分目

48、前比较常用的有等环面积法、高斯数值积分法、切比雪夫数值积分法等。法、切比雪夫数值积分法等。 等环面法等环面法 将半径为将半径为R R的圆管分成的圆管分成n n个面积相等的同心圆环个面积相等的同心圆环（最中间的为圆），在每一个同心圆环的面积等分（最中间的为圆），在每一个同心圆环的面积等分处设置测点，以这点所测的速度值代表整个圆环的处设置测点，以这点所测的速度值代表整个圆环的平均速度，故流量平均速度，故流量q qv v近似计算为近似计算为式中式中 n n等环圆面的个数；等环圆面的个数； v v( (r ri)i) 等环圆面上的流速。等环圆面上的流速。 此方法适宜于大管径流量测量，国际标准规定此方法

49、适宜于大管径流量测量，国际标准规定测点一般不少于测点一般不少于2020点，可根据流速分布均匀情况适点，可根据流速分布均匀情况适当增减。当增减。 )()()(212nvrvrvrvnRq第55页/共75页 高斯数值积分法高斯数值积分法此时测点的位置按高斯数值积分法确定，流量计算为此时测点的位置按高斯数值积分法确定，流量计算为式中式中 n n 测点数；测点数； r ri i 测点位置（距中心轴线距离）；测点位置（距中心轴线距离）； A Ai i 测点权值。测点权值。当当n n2 2时，测点位置为时，测点位置为 r r1 10.45970.4597R R A1 = 1 A1 = 1 r r2 20.

50、88810.8881R R A2 = 1 A2 = 1当当n n3 3时，测点位置为时，测点位置为 r r1 10.33570.3357R R A1 = A1 = 0.55560.5556 r r2 20.70710.7071R R A2 = A2 = 0.88890.8889 r r3 30.94200.9420R R A3 = A3 = 0.55560.5556当当n n4 4时，时，用高斯数值积分法测量流量时，各测点的权值不同（用高斯数值积分法测量流量时，各测点的权值不同（n n2 2时），但该法的计算精确度比其他近似计算方法时），但该法的计算精确度比其他近似计算方法要高。要高。niii

51、vrvARq1)(22第56页/共75页 切比雪夫数值积分法切比雪夫数值积分法 此时测点的位置按切比雪夫数值积分法确定，此时测点的位置按切比雪夫数值积分法确定，流量计算为流量计算为 当当n n2 2时，测点位置为时，测点位置为 A A= 1= 1 当当n n3 3时，测点位置为时，测点位置为 A A= = 当当n n4 4时，时， 用切比雪夫数值积分法进行流量计算时，各用切比雪夫数值积分法进行流量计算时，各测点权值是相同的，数据处理时会简单些。测点权值是相同的，数据处理时会简单些。niivrvARq1)(22RrRr8881. 04597. 021RrRrRr9239. 07071. 0382

52、7. 032132第57页/共75页二测点流速的测量二测点流速的测量 测量管道截面上测点的流速，目前常使用的传测量管道截面上测点的流速，目前常使用的传感测量装置及仪表有动压测量管、热线风速计、感测量装置及仪表有动压测量管、热线风速计、热球风速计等。根据使用要求和适用的条件，动热球风速计等。根据使用要求和适用的条件，动压测量管又包括毕托管、翼形动压管等。压测量管又包括毕托管、翼形动压管等。 1.1.毕托管毕托管 根据流体的伯努利方程，可以推出毕托管头根据流体的伯努利方程，可以推出毕托管头部所对应点的流速部所对应点的流速v v与毕托管的总压与毕托管的总压p p0 0和静压和静压p p之之差有以下关

53、系：差有以下关系： )(2)1 (0ppv第58页/共75页第59页/共75页国际标准里推国际标准里推荐了几种形式荐了几种形式的毕托管，称的毕托管，称为标准毕托管。为标准毕托管。对于标准毕托对于标准毕托管，管，=1=1。 第60页/共75页2. 2. 均速管均速管 均速管始于均速管始于2020世纪世纪6060年代，至今已有年代，至今已有4040余年历余年历史。它的结构简单，容易加工，成本低廉，不可史。它的结构简单，容易加工，成本低廉，不可恢复的压力损失小，大约只相当于节流装置的百恢复的压力损失小，大约只相当于节流装置的百分之几；流量传感器是插人式探头，安装简易，分之几；流量传感器是插人式探头，

54、安装简易，可以不断流进行装卸和维护，而且性能稳定。可以不断流进行装卸和维护，而且性能稳定。 均速管流量探头主要有阿纽巴（均速管流量探头主要有阿纽巴（AnnubarAnnubar）、）、威力巴（威力巴（VrabarVrabar）、威尔巴（）、威尔巴（WellbarWellbar）、德尔）、德尔塔巴塔巴(Deltaflow(Deltaflow）、托巴（）、托巴（TorbarTorbar）、双）、双D D巴等巴等几种。它们的共同特点都是结构简单的插人式探几种。它们的共同特点都是结构简单的插人式探头，适于测量气体、蒸汽和液体的流量，管道内头，适于测量气体、蒸汽和液体的流量，管道内径从十几毫米到几米，使

55、用范围很广。径从十几毫米到几米，使用范围很广。 第61页/共75页 均速管均速管原理是测量管道内流动流体的速度压原理是测量管道内流动流体的速度压力力流速，流速，其结构形式多采用菱形其结构形式多采用菱形,T,T字形、椭圆形字形、椭圆形与子弹头形等形式。均速管的开孔位置与数目也各与子弹头形等形式。均速管的开孔位置与数目也各不相同，迎流方向的全压孔（或称高压孔）设在管不相同，迎流方向的全压孔（或称高压孔）设在管的前端，开孔数目有的前端，开孔数目有2 2、4 4、5 5等个数（即管道半径对等个数（即管道半径对应的开孔数目），视管径大小而定。开孔的布置按应的开孔数目），视管径大小而定。开孔的布置按对数一线性法或对数一契比雪夫法计算对数一线性法或对数一契比雪夫法计算。 静压孔设在测杆的背部或侧面，开孔数目可静压孔设在测杆的背部或侧面，开孔数目可有一个或几个，形式多样。有一个或几个，形式多样。第62页/共75页 阿纽巴管：阿纽巴管：第63页/共75页实用流量方程式如下：实用流量方程式如下： 式中式中 D D管道内径管道内径 mmmm； 压差，压差，kPakPa； 流体密度流体密度,kg/m,kg/m3 3； Kr Kr、YrYr均速管流量系数和气体膨胀系数（对均速管流量系数和气体膨胀系数（对液体液体Y