流量测量及仪表

1、4 流量测量及仪表流量测量及仪表程森林程森林2014年年9月月4 流量测量及仪表流量测量及仪表内容内容4.1 流量检测基本概念流量检测基本概念4.2 体积流量的检测方法体积流量的检测方法4.3 质量流量的检测方法质量流量的检测方法4.4 流量标准装置流量标准装置4.1 流量检测基本概念流量检测基本概念 (1) 流量的概念流量的概念 瞬时流量：在单位时间内流过管道或明渠某一截面瞬时流量：在单位时间内流过管道或明渠某一截面的流体的量。的流体的量。 累积流量：在某一时间间隔内流体通过的总量。该累积流量：在某一时间间隔内流体通过的总量。该总量可以用在该段时间间隔内的瞬时流量对时间的总量可以用在该段时间

2、间隔内的瞬时流量对时间的积分而得到，所以也叫积分流量。积分而得到，所以也叫积分流量。 累积流量除以流体流过的时间间隔，即为平均流量累积流量除以流体流过的时间间隔，即为平均流量4.1 流量检测基本概念流量检测基本概念 (1) 流量的概念流量的概念 质量流量：是单位时间内通过的流体质量，用质量流量：是单位时间内通过的流体质量，用qm表示，单位为表示，单位为kg/s。 体积流量：是单位时间内通过的流体体积，用体积流量：是单位时间内通过的流体体积，用qV表示，单位为表示，单位为m3/s。 质量流量和体积流量有下列关系：质量流量和体积流量有下列关系：qm =qv 体积流量：体积流量：0AvqvdA 4.

3、1 流量检测基本概念流量检测基本概念 (2) 检测方法检测方法 速度式流量测量方法速度式流量测量方法直接测出管道内流体直接测出管道内流体的流速，以此作为流量测量的依据。的流速，以此作为流量测量的依据。 容积式流量测量方法容积式流量测量方法通过测量单位时间内通过测量单位时间内经过流量仪表排出的流体的固定容积的数目来经过流量仪表排出的流体的固定容积的数目来实现。实现。 通过直接或间接的方法测量单位时间内流过管通过直接或间接的方法测量单位时间内流过管道截面的流体质量数。道截面的流体质量数。4.1 流量检测基本概念流量检测基本概念 (2) 检测方法检测方法4.1 流量检测基本概念流量检测基本概念 (3

4、) 流量计与计量表流量计与计量表 流量计量表流量计量表容积式计量表容积式计量表: 椭圆齿轮流量计、罗茨流量计、活塞式流量计、刮椭圆齿轮流量计、罗茨流量计、活塞式流量计、刮板式流量计板式流量计速度式计量表速度式计量表 流量计流量计差压式流量计差压式流量计流体阻力式流量计：靶式流量计、转子流量计流体阻力式流量计：靶式流量计、转子流量计速度式流量计：蜗轮流量计、电磁流量计、超声流量计、热量流量速度式流量计：蜗轮流量计、电磁流量计、超声流量计、热量流量计、皮托管式流量计、标志法测速流量计计、皮托管式流量计、标志法测速流量计振动式流量计：卡门旋涡式流量计、旋进旋涡式流量计、射流振荡振动式流量计：卡门旋涡

5、式流量计、旋进旋涡式流量计、射流振荡式流量计式流量计4 流量测量及仪表流量测量及仪表内容内容4.1 流量检测基本概念流量检测基本概念4.2 体积流量的检测方法体积流量的检测方法4.3 质量流量的检测方法质量流量的检测方法4.4 流量标准装置流量标准装置4.2 体积流量的检测方法体积流量的检测方法4.2.1 容积式流量计容积式流量计4.2.2 差压流量计差压流量计4.2.3 流体阻力式流量计流体阻力式流量计4.2.4 速度式流量计速度式流量计4.2.1 容积式流量计容积式流量计 椭圆齿轮流量计椭圆齿轮流量计流体进出口压力差流体进出口压力差Dp=p1-p2使得椭圆齿轮受力转动。使得椭圆齿轮受力转动

6、。图图a，由于，由于p1p2，齿轮，齿轮A内的流体排至出口，并带动轮内的流体排至出口，并带动轮B转动转动图图 b，A与与B二轮都产生转矩继续转动，并将流体封入二轮都产生转矩继续转动，并将流体封入B内；内；图图c，p1和和p2作用作用A轮上的力为零，而轮上的力为零，而B轮压差产生转矩。轮压差产生转矩。4.2.1 容积式流量计容积式流量计 椭圆齿轮流量计椭圆齿轮流量计 误差：误差：0.20.5% 范围度：范围度：10：1 对象：高粘度液体，不能含对象：高粘度液体，不能含有颗粒物有颗粒物4.2.1 容积式流量计容积式流量计 腰轮流量计腰轮流量计比椭圆齿轮流量计更能保比椭圆齿轮流量计更能保持长期稳定性

7、持长期稳定性可以测量液体、气体，也可以测量液体、气体，也可以测量高粘度液体可以测量高粘度液体误差、范围度与椭圆齿轮误差、范围度与椭圆齿轮流量计相似流量计相似腰轮上没有齿，它们不是直接腰轮上没有齿，它们不是直接相互啮合转动，而是通过安装相互啮合转动，而是通过安装在体外的传动齿轮组进行传动在体外的传动齿轮组进行传动4.2 体积流量的检测方法体积流量的检测方法4.2.1 容积式流量计容积式流量计4.2.2 差压流量计差压流量计4.2.3 流体阻力式流量计流体阻力式流量计4.2.4 速度式流量计速度式流量计4.2.2 差压流量计差压流量计 原理原理：在流体场内设流动阻力件、流：在流体场内设流动阻力件、

8、流体通过阻力件时将产生压力差，与流体通过阻力件时将产生压力差，与流量有确定关系量有确定关系 组成组成：差压装置、差压计：差压装置、差压计 差压装置差压装置：节流装置：节流装置(孔板、喷嘴、孔板、喷嘴、文丘利管文丘利管)、动压管、均速管、弯管、动压管、均速管、弯管4.2.2 差压流量计差压流量计 节流式流量计原理节流式流量计原理 能量方程：能量方程： 连续性方程：连续性方程： 若若1 1=2 2=, =d/D=, =d/D ： 体积流量体积流量 质量流量质量流量 考虑实际的误差，引入修正系数考虑实际的误差，引入修正系数4.2.2 差压流量计差压流量计 节流式流量计原理节流式流量计原理 有膨胀效应

9、的流量方程：有膨胀效应的流量方程： 工程计算中常使用的公式：工程计算中常使用的公式：kg/m3 p：mmH2O Dt：mm qv：m3/h qm：kg/h 4.2.2 差压流量计差压流量计 节流式流量计的组成节流式流量计的组成 节流元件、引出管路、调节阀门、测量仪表节流元件、引出管路、调节阀门、测量仪表4.2.2 差压流量计差压流量计 节流式流量计节流式流量计 节流元件：孔板节流元件：孔板 结构最简单，体积小，结构最简单，体积小，加工方便，成本低加工方便，成本低 测量精度低，压力损失测量精度低，压力损失大，只能用于清洁的液大，只能用于清洁的液体体4.2.2 差压流量计差压流量计 节流式流量计节

10、流式流量计 节流元件：喷嘴节流元件：喷嘴 压力损失较小，测量精度较高压力损失较小，测量精度较高 结构复杂，体积大结构复杂，体积大 加工困难，成本高加工困难，成本高 一般用于高速蒸汽测量一般用于高速蒸汽测量4.2.2 差压流量计差压流量计 节流式流量计节流式流量计 节流元件：文丘利管节流元件：文丘利管压力损失小，测量精度高压力损失小，测量精度高加工困难，成本高加工困难，成本高在特殊要求的条件下使用：低压损、高精度在特殊要求的条件下使用：低压损、高精度可以用于脏污流体的测量，大管径流量的测量可以用于脏污流体的测量，大管径流量的测量4.2.2 差压流量计差压流量计 节流式流量计取压方法节流式流量计取

11、压方法 测量装置与取压方法是对应的测量装置与取压方法是对应的 孔板：角接取压、理论取压、径距取压、法兰取孔板：角接取压、理论取压、径距取压、法兰取压、管接取压压、管接取压 喷嘴：角接取压、径距取压喷嘴：角接取压、径距取压 文丘利管：专用方法文丘利管：专用方法4.2.2 差压流量计差压流量计 节流式流量计节流式流量计 取压方法：角接取压取压方法：角接取压取压孔位于孔板、喷嘴端面取压孔位于孔板、喷嘴端面(1) 易于采用取压环室，使压力易于采用取压环室，使压力均衡，提高差压的测量精度。同均衡，提高差压的测量精度。同时缩短前后管长度时缩短前后管长度(2) 在一定流速条件下，流量与在一定流速条件下，流量

12、与差压存在确定的对应关系差压存在确定的对应关系(3) 管道的粗糙度对测量精度影管道的粗糙度对测量精度影响小响小缺点：安装要求高、不易排污排缺点：安装要求高、不易排污排堵堵4.2.2 差压流量计差压流量计 节流式流量计节流式流量计 取压方法：法兰取压取压方法：法兰取压取压孔位于孔板两侧取压孔位于孔板两侧25.4mm处，美国广泛采用这种取压处，美国广泛采用这种取压方法，我国也把它列为标准方法，我国也把它列为标准取压方法之一取压方法之一4.2.2 差压流量计差压流量计 节流式流量计节流式流量计 测量管测量管 目的：在节流装置前后形成稳定的分布目的：在节流装置前后形成稳定的分布 最小直管段的长度与节流

13、件前的局部阻力件形最小直管段的长度与节流件前的局部阻力件形式及直径比有关式及直径比有关 国家标准推荐：节流件前国家标准推荐：节流件前10D，节流件后节流件后5D 测量管内部应光滑，符合光管规定要求测量管内部应光滑，符合光管规定要求4.2.2 差压流量计差压流量计 节流式流量计节流式流量计 节流装置的设计与计算节流装置的设计与计算 (1) 知道环境条件，设计节流装置：节流形式、知道环境条件，设计节流装置：节流形式、差压计形式与量程、节流件开孔尺寸与加工要差压计形式与量程、节流件开孔尺寸与加工要求、建议安装位置、误差预测求、建议安装位置、误差预测 (2) 已知测量条件与测量装置，根据差压计算已知测

14、量条件与测量装置，根据差压计算出流量出流量4.2.2 差压流量计差压流量计 节流式流量计节流式流量计 安装使用条件安装使用条件(1) 节流装置使用条件节流装置使用条件 直管长度、内壁光滑度、管径大小直管长度、内壁光滑度、管径大小(2) 节流式流量计的安装节流式流量计的安装 按手册安装，节流件与管道同轴，方向按手册安装，节流件与管道同轴，方向正确，节流件附近必须保持畅通正确，节流件附近必须保持畅通(3) 取压口位置和引压管路的安装取压口位置和引压管路的安装 保证差压计能迅速反映压差，保证差压计能迅速反映压差，引压管应垂直引压管应垂直 或倾斜安装，在或倾斜安装，在16m以内，管径大于以内，管径大于

15、6mm，耐压、耐压、耐腐蚀耐腐蚀(4) 差压测量回路的安装差压测量回路的安装 差压值远小于工作压力，应安装截断阀差压值远小于工作压力，应安装截断阀与平衡阀与平衡阀4.2.2 差压流量计差压流量计 节流式流量计节流式流量计 是历史最长、应用最成熟、使用量最多的一种流是历史最长、应用最成熟、使用量最多的一种流量计量计 节流装置的标准化程度高节流装置的标准化程度高 特点：结构简单、无移动部件。可靠性好。复现特点：结构简单、无移动部件。可靠性好。复现性好。适应性好性好。适应性好 缺点：安装要求高、长直管段、范围度小、单相缺点：安装要求高、长直管段、范围度小、单相流、精度不高、不适用于小管径流、精度不高

16、、不适用于小管径4.2.2 差压流量计差压流量计 均速管流量计均速管流量计差压来源：迎流方向为正压、差压来源：迎流方向为正压、顺流方向为负压。顺流方向为负压。均速方法：对称放置取压管均速方法：对称放置取压管流量方程：流量方程：特点：结构简单、价格便宜、特点：结构简单、价格便宜、压力损失小、性能稳定，适压力损失小、性能稳定，适合于大口径管道测量合于大口径管道测量缺点：压差小，不能含有固缺点：压差小，不能含有固体粉尘和固体物体粉尘和固体物4.2.2 差压流量计差压流量计 弯管流量计弯管流量计差压来源：弯管外侧正压、差压来源：弯管外侧正压、内侧为负压。内侧为负压。流量方程：流量方程：k与结构参数、流

17、速有关，需与结构参数、流速有关，需要实验测定要实验测定特点：结构简单，无附加压特点：结构简单，无附加压力损失力损失缺点：压差小，精度不高缺点：压差小，精度不高4.2.2 差压流量计差压流量计 差压流量计的特点差压流量计的特点(1) 管道应是圆形的，流体应充满管道、连续流动；管道应是圆形的，流体应充满管道、连续流动；(2) 被测流体应是单相的、均匀，流体流经节流元件时不应发被测流体应是单相的、均匀，流体流经节流元件时不应发生相变。流量随对间变化缓慢，不能用于测量脉动流；生相变。流量随对间变化缓慢，不能用于测量脉动流；(3) 流体在流经节流元件之前，流速必须与管道轴线平行，不流体在流经节流元件之前

18、，流速必须与管道轴线平行，不得有旋转流，为此在节流元件前后要有一定长度的直管段，一得有旋转流，为此在节流元件前后要有一定长度的直管段，一般节流件前为般节流件前为1530D、后为后为46D。 4.2 体积流量的检测方法体积流量的检测方法4.2.1 容积式流量计容积式流量计4.2.2 差压流量计差压流量计4.2.3 流体阻力式流量计流体阻力式流量计4.2.4 速度式流量计速度式流量计4.2.3 流体阻力式流量计流体阻力式流量计 原理原理 在流动介质的管道中置入一阻力体，阻力体受在流动介质的管道中置入一阻力体，阻力体受力的大小或位置变化与流量有关，根据相应的力的大小或位置变化与流量有关，根据相应的变

19、化量可以测量流量变化量可以测量流量4.2.3 流体阻力式流量计流体阻力式流量计 浮子流量计浮子流量计 流体从下向上流动时流体从下向上流动时会产生向上的浮力，会产生向上的浮力，越向上，由于锥体面越向上，由于锥体面积加大，浮力减小，积加大，浮力减小，当与重力相等时平衡，当与重力相等时平衡，根据浮子的位置就可根据浮子的位置就可推算出流量推算出流量4.2.3 流体阻力式流量计流体阻力式流量计 浮子流量计原理浮子流量计原理 流量：流量：qv=Ahv 浮子受力情况浮子受力情况 (1) 重力：重力：f1=Vf g (2) 浮力：浮力：f2=Vg (3) 压差阻力：压差阻力： 平衡时：平衡时：4.2.3 流体

20、阻力式流量计流体阻力式流量计 浮子流量计原理浮子流量计原理 Ah为锥管与浮子形成的圆环的面积，与浮子的高度为锥管与浮子形成的圆环的面积，与浮子的高度有关。有关。 考虑修正系数考虑修正系数，可得流量方程：可得流量方程：4.2.3 流体阻力式流量计流体阻力式流量计 浮子流量计结构浮子流量计结构浮子的固定：中心开槽，浮子的固定：中心开槽，导向棒导向棒玻璃锥管：流量刻度直接玻璃锥管：流量刻度直接刻在玻璃上，结构简单，刻在玻璃上，结构简单，工作可靠，价格低廉，可工作可靠，价格低廉，可用于现场测量用于现场测量金属锥管：用测量机构将金属锥管：用测量机构将浮子的位置信号转换成电浮子的位置信号转换成电信号，远传

21、到控制室信号，远传到控制室4.2.3 流体阻力式流量计流体阻力式流量计 浮子流量计浮子流量计 使用：需要单个标定，如果测量介质、测量使用：需要单个标定，如果测量介质、测量条件与标定条件不同，必须进行修正条件与标定条件不同，必须进行修正 安装：垂直安装，应安装截断阀与旁路阀安装：垂直安装，应安装截断阀与旁路阀4.2.3 流体阻力式流量计流体阻力式流量计 靶式流量计靶式流量计 原理：在水平管道中流动的流体，当不考虑压力原理：在水平管道中流动的流体，当不考虑压力损失时，其动压力与静压力之和为一常数。动压损失时，其动压力与静压力之和为一常数。动压力可表示为力可表示为 测出动压力即可测得流测出动压力即可

22、测得流量。量。 若在管路中安放一阻力体或使管道弯曲，则会阻若在管路中安放一阻力体或使管道弯曲，则会阻碍流体的流动或迫使流束方向改变，阻力体或弯碍流体的流动或迫使流束方向改变，阻力体或弯曲管道上将受到流体动压力的作用，通过检测元曲管道上将受到流体动压力的作用，通过检测元件测出此动压力，即可知流速和流量。件测出此动压力，即可知流速和流量。4.2.3 流体阻力式流量计流体阻力式流量计 靶式流量计结构靶式流量计结构在流体管道中间，迎着流在流体管道中间，迎着流体流向安装一圆盘形的靶，体流向安装一圆盘形的靶，靶上所受的力，主要是流靶上所受的力，主要是流体的动压力和由于靶的节体的动压力和由于靶的节流作用而在

23、靶的前后两侧流作用而在靶的前后两侧产生的静压力差两部分，产生的静压力差两部分，因此可写出流量关系式为因此可写出流量关系式为4.2.3 流体阻力式流量计流体阻力式流量计 靶式流量计靶式流量计 特点：结构简单，维护方便，不易堵塞。特点：结构简单，维护方便，不易堵塞。 领域：适合于高粘度、高脏污及有悬浮固领域：适合于高粘度、高脏污及有悬浮固体颗粒介质的流量测量。体颗粒介质的流量测量。 缺点：压力损失大、测量精度不高。由于缺点：压力损失大、测量精度不高。由于实验工作不充分，不能象节流装置那样进实验工作不充分，不能象节流装置那样进行计算，要进行实验标定行计算，要进行实验标定4.2 体积流量的检测方法体积

24、流量的检测方法4.2.1 容积式流量计容积式流量计4.2.2 差压流量计差压流量计4.2.3 流体阻力式流量计流体阻力式流量计4.2.4 速度式流量计速度式流量计4.2.4 速度式流量计速度式流量计 直接根据流体的速度特征进直接根据流体的速度特征进行测量，得到流体速度的同行测量，得到流体速度的同时也得到了速度流量时也得到了速度流量4.2.4 速度式流量计速度式流量计 涡轮流量计涡轮流量计 涡轮流量计是基于流体涡轮流量计是基于流体动量矩守恒原理工作的。动量矩守恒原理工作的。被测流体推动涡轮旋转，被测流体推动涡轮旋转，在在定范围内其转速与定范围内其转速与流量的变化成比例关系，流量的变化成比例关系，

25、 由磁电转换装置将蜗轮由磁电转换装置将蜗轮转数转换成电脉冲，送转数转换成电脉冲，送入显示仪表进行显示和入显示仪表进行显示和累计。累计。4.2.4 速度式流量计速度式流量计 涡轮流量计原理涡轮流量计原理流体流向与涡轮叶片成流体流向与涡轮叶片成角，当密度为角，当密度为的流体沿着管道的轴线的流体沿着管道的轴线方向以速度方向以速度冲击叶片时，使对叶片产生了冲击叶片时，使对叶片产生了qvtg成比例的旋成比例的旋转力。如果涡轮本身以转力。如果涡轮本身以V(=t)的圆周速度旋转，则推动涡轮旋转的圆周速度旋转，则推动涡轮旋转的力矩为的力矩为如果如果F为管道的流通面积，则为管道的流通面积，则qvF，代入上式得代

26、入上式得当流量稳定时涡轮作匀速旋转，流量与涡轮的角速度之间具有一当流量稳定时涡轮作匀速旋转，流量与涡轮的角速度之间具有一定关系，且随着流量的增大而近似于线性关系。定关系，且随着流量的增大而近似于线性关系。4.2.4 速度式流量计速度式流量计 涡轮流量计涡轮流量计 根据测量原理，通常用仪表常数根据测量原理，通常用仪表常数(又叫流量系数又叫流量系数)来表来表示流量与涡轮转速的关系，示流量与涡轮转速的关系，的含义是单位体积流量通的含义是单位体积流量通过变送器时所输出的脉冲数，它是涡轮流量计的重要特过变送器时所输出的脉冲数，它是涡轮流量计的重要特性参数。当流量大于某一数值后，性参数。当流量大于某一数值

27、后，值才近似为一个常值才近似为一个常数，这就是变送器的工作区域，因此涡轮流量计也有测数，这就是变送器的工作区域，因此涡轮流量计也有测量范围的限制。量范围的限制。 制造厂给出的制造厂给出的值，都是取测量范围内仪表常数的平均值，都是取测量范围内仪表常数的平均值那么流量总量值那么流量总量V和脉冲数和脉冲数N之间的关系为之间的关系为V=N/4.2.4 速度式流量计速度式流量计 涡轮流量计的特点涡轮流量计的特点 精度高：精度高：0.5级，可作为标准仪表级，可作为标准仪表 范围广：范围广：(1020):1 时间常数小：时间常数小：150ms，可进行动态测量可进行动态测量 压力损失小：压力损失小：57510

28、3Pa 耐压高：耐压高：5107Pa 数字信号输出：抗干扰强，便于与计算机接口数字信号输出：抗干扰强，便于与计算机接口4.2.4 速度式流量计速度式流量计 蜗轮流量计注意事项蜗轮流量计注意事项 要求被测流体粘度低，腐蚀性小不含杂质。一般情况下，要求被测流体粘度低，腐蚀性小不含杂质。一般情况下，都要在变送器前加装过滤装置。都要在变送器前加装过滤装置。 流路内的涡流、旋流、脉流等会严重影响流量计的性能，流路内的涡流、旋流、脉流等会严重影响流量计的性能，故必须在变送器前后有一定的直管段，装有导流器的变故必须在变送器前后有一定的直管段，装有导流器的变送器，其直管段长度可适当短些。送器，其直管段长度可适

29、当短些。 被测介质的密度、粘度与水不同时，应重新用实际液体被测介质的密度、粘度与水不同时，应重新用实际液体标定或加以补偿。标定或加以补偿。 涡轮流量计的安装要求应与校验情况相同，保证水平安涡轮流量计的安装要求应与校验情况相同，保证水平安装。装。4.2.4 速度式流量计速度式流量计 涡街流量计原理涡街流量计原理当流体流过非线型阻挡体时，会产生稳定的旋涡，旋涡的频率与当流体流过非线型阻挡体时，会产生稳定的旋涡，旋涡的频率与流速有确定的对应关系流速有确定的对应关系在涡街流量计中有一个旋涡发生体，当流体流过时，会在两侧交在涡街流量计中有一个旋涡发生体，当流体流过时，会在两侧交替产生旋涡，在下游形成两列

30、不对称的旋涡替产生旋涡，在下游形成两列不对称的旋涡当旋涡的横、纵间距当旋涡的横、纵间距L、h满足满足h/L=0.281时，旋涡是稳定的，称为时，旋涡是稳定的，称为“卡门涡街卡门涡街”旋涡的频率与流速有对应关系：旋涡的频率与流速有对应关系：f=St /d，式中式中d为旋涡发生体为旋涡发生体的特征尺寸，的特征尺寸， St为斯特罗哈尔数，与旋涡发生体的形状及流体的为斯特罗哈尔数，与旋涡发生体的形状及流体的雷诺数有关。雷诺数有关。当涡街流量计的结构确定后，流量直接与涡街的频率对应当涡街流量计的结构确定后，流量直接与涡街的频率对应qv=f/K4.2.4 速度式流量计速度式流量计涡街流量计原理涡街流量计原

31、理4.2.4 速度式流量计速度式流量计 涡街流量计频率的检测涡街流量计频率的检测 用热敏电阻，通以恒定的电流，当旋涡达用热敏电阻，通以恒定的电流，当旋涡达到时，流速变低，电阻温度升高，电阻阻到时，流速变低，电阻温度升高，电阻阻值减小。根据电阻的变化可测出旋涡的变值减小。根据电阻的变化可测出旋涡的变化情况化情况 其它方法：应变式、超声波其它方法：应变式、超声波4.2.4 速度式流量计速度式流量计 涡街流量计的特点涡街流量计的特点 应用范围广：气体、液体、蒸气，不受流体参数应用范围广：气体、液体、蒸气，不受流体参数变化的影响变化的影响(温度、压力、密度、粘度温度、压力、密度、粘度) 使用寿命长：无

32、可动部件使用寿命长：无可动部件 测量范围大：测量范围大：30：1 测量精度高：测量精度高：0.5% 缺点：流速分布与脉动情况将影响准确度缺点：流速分布与脉动情况将影响准确度4.2.4 速度式流量计速度式流量计 电磁流量计电磁流量计 带电的流体垂直与磁力线通过时，在电极上会产生感带电的流体垂直与磁力线通过时，在电极上会产生感应电势应电势4.2.4 速度式流量计速度式流量计 电磁流量计原理电磁流量计原理 电势：电势：E=BD 流量：流量：q qv v=D=D2 2/4=DE/(4B)/4=DE/(4B) 在实际中多采用交变磁场：在实际中多采用交变磁场：B=BB=Bmaxmaxsintsint 交变

33、电势：交变电势：E=DBE=DBmaxmaxsint=4qsint=4qv vB Bmaxmaxsint/(D)=Kqsint/(D)=Kqv v 4.2.4 速度式流量计速度式流量计 电磁流量计特点电磁流量计特点 压力损失小：无阻力件压力损失小：无阻力件 测量范围宽：测量范围宽：0.510m/s，10:1 测量精度：测量精度：0.51.5级级 反应快：流动状态对测量值影响小，可以测量脉反应快：流动状态对测量值影响小，可以测量脉动流和两相流动流和两相流 对直管段要求不高对直管段要求不高 不能测量气体、蒸气、石油等导电率低的流体不能测量气体、蒸气、石油等导电率低的流体4.2.4 速度式流量计速度

34、式流量计 超声波流量计超声波流量计 由于超声波在静止流体和流动流体中的传播进由于超声波在静止流体和流动流体中的传播进度不同，而且传播速度随着流体流速的不同而度不同，而且传播速度随着流体流速的不同而变化，因而可以通过测出超声波在流体介质中变化，因而可以通过测出超声波在流体介质中顺流和逆流传播的时差、相位差或频率差等方顺流和逆流传播的时差、相位差或频率差等方法，求出流速和流量。法，求出流速和流量。4.2.4 速度式流量计速度式流量计 超声波流量计原理超声波流量计原理设静止流体中的声速为设静止流体中的声速为c，流体流速为流体流速为 ，传播距离为传播距离为L，当及当及Kl顺流发射超声脉冲时，传播时间为

35、：顺流发射超声脉冲时，传播时间为：K2逆流发射超声脉冲时，传播时间为：逆流发射超声脉冲时，传播时间为：4.2.4 速度式流量计速度式流量计 超声波流量计原理超声波流量计原理一般情况，液体中的声速在一般情况，液体中的声速在1000ms以上，而工业用的流速不超以上，而工业用的流速不超过每秒几米，故过每秒几米，故c ，则可认为时间差为则可认为时间差为测出测出 t就可测出流速，但包含有声音速度项，易受环境条件影响就可测出流速，但包含有声音速度项，易受环境条件影响采用频率法：采用频率法：f=1/t4.2.4 速度式流量计速度式流量计 超声波流量计的特点超声波流量计的特点 可以装在管道外面，无压力损失，还

36、可以做成便携可以装在管道外面，无压力损失，还可以做成便携式。式。 探头安装方便，通用性好探头安装方便，通用性好 对流体的选择性小对流体的选择性小 对大口径的管道测量精度高对大口径的管道测量精度高 测量范围大测量范围大(20：1) 电路复杂、价格贵电路复杂、价格贵4.2.4 速度式流量计速度式流量计 相关流量计相关流量计 相关测量技术是以信息论和随机过程理论相关测量技术是以信息论和随机过程理论为基础而发展起来的一种新的检测技为基础而发展起来的一种新的检测技术它是利用随机信号相关函数的基本特术它是利用随机信号相关函数的基本特性来检测背景噪声中的微弱信号的。性来检测背景噪声中的微弱信号的。4.2.4

37、 速度式流量计速度式流量计 相关流量计相关流量计示踪法示踪法 将染料、化学试剂或放射性同位素等，注入流将染料、化学试剂或放射性同位素等，注入流动的液体中作为水踪标记，测量其通过一个已知距离动的液体中作为水踪标记，测量其通过一个已知距离L的渡越时间的渡越时间 t，即可求得流速即可求得流速vL/ t ，并可进而求并可进而求得流体的流量。得流体的流量。相关流量计中的示踪标记不是采用注入到流体的外来物相关流量计中的示踪标记不是采用注入到流体的外来物质，而是自然存在与流体内的可检测的扰动信号。例如质，而是自然存在与流体内的可检测的扰动信号。例如流体的速度波动、温度变化、流体流动时所产生的旋涡流体的速度波

38、动、温度变化、流体流动时所产生的旋涡以及在双相流中流体所夹带的第二相物质的浓度变化等以及在双相流中流体所夹带的第二相物质的浓度变化等等。等。4.2.4 速度式流量计速度式流量计相关流量计相关流量计测量出信号从测量出信号从A到到B的时间，就可测量出的时间，就可测量出流速流速AB4.2.4 速度式流量计速度式流量计 相关流量计相关流量计A、B两信号卷积为：两信号卷积为：dttXtXTRTBAAB0)()(1)(在在A、B两点测量得到的两点测量得到的信号信号是随机信号，根据随机是随机信号，根据随机信号理论，该积分一般情况下为信号理论，该积分一般情况下为0。但。但B点信号是点信号是A点信号经过点信号经

39、过AB段的延时，若实际的延时为段的延时，若实际的延时为0，即，即XA(t)=XB(t+0)，则上式在，则上式在=0时的值为：时的值为：dttXTdttXtXTRTATBAAB02000)(1)()(1)(故只要找到故只要找到RAB()取得最大置的变量取得最大置的变量，就找到了，就找到了A、B间间的时间差，从而测量出流速、流量的时间差，从而测量出流速、流量4.2.4 速度式流量计速度式流量计 相关流量计的特点相关流量计的特点流量仅与管道截面积有关，不需要单独标定流量仅与管道截面积有关，不需要单独标定管道内无障碍物，不破坏流场，压力损失小管道内无障碍物，不破坏流场，压力损失小有较好的线性度。有较好

40、的线性度。应用范围很宽，除可测洁净的液体、气体的流量外，还能测应用范围很宽，除可测洁净的液体、气体的流量外，还能测脏污流体和浆液的流量、明渠污水流速以及气脏污流体和浆液的流量、明渠污水流速以及气固、液固、液固固两相两相(如纸浆如纸浆)的流量。的流量。不受流体状态不受流体状态(压力、温度压力、温度)的影响，精度高、便于智能化。的影响，精度高、便于智能化。4.3 质量流量检测方法质量流量检测方法 原理原理 流体的体积是流体温度、压力和密度的函数，在流体状流体的体积是流体温度、压力和密度的函数，在流体状态参数发生变化时，采用体积流量方式会产生较大误差态参数发生变化时，采用体积流量方式会产生较大误差

41、质量流量计分为间接式质量流量计和直接式质量流量计质量流量计分为间接式质量流量计和直接式质量流量计两大类。两大类。 间接式质量计采用密度或温度、压力补偿的方法、在测间接式质量计采用密度或温度、压力补偿的方法、在测量体积流量的同时，测量流体的密度、温度、压力，再量体积流量的同时，测量流体的密度、温度、压力，再通过运算得到质量流量通过运算得到质量流量4.3 质量流量检测方法质量流量检测方法 科里奥利流量计科里奥利流量计 科里奥利力科里奥利力当一个质点相对于惯性系做直线运动时，相对于当一个质点相对于惯性系做直线运动时，相对于旋转体系，其轨迹是一条曲线。旋转体系，其轨迹是一条曲线。根据牛顿力学的理论，以

42、旋转体系为参照系，这根据牛顿力学的理论，以旋转体系为参照系，这种质点的直线运动偏离原有方向的倾向被归结为种质点的直线运动偏离原有方向的倾向被归结为一个外加力的作用，这就是科里奥利力。从物理一个外加力的作用，这就是科里奥利力。从物理学的角度考虑，科里奥利力与离心力一样，都不学的角度考虑，科里奥利力与离心力一样，都不是真实存在的力，而是惯性作用在非惯性系内的是真实存在的力，而是惯性作用在非惯性系内的体现。体现。科里奥利力的计算公式如下科里奥利力的计算公式如下: 4.3 质量流量检测方法质量流量检测方法 科里奥利流量计科里奥利流量计当质量为当质量为m的质点，以匀速移的质点，以匀速移v，在一个围绕旋转

43、轴，在一个围绕旋转轴P以角速度以角速度旋旋转的管道内，轴向移动时，这个质点将获得两个加速度分量：转的管道内，轴向移动时，这个质点将获得两个加速度分量：(l)法向加速度，即向心加速度法向加速度，即向心加速度ar，其值等于，其值等于2r方向指向方向指向P轴。轴。(2)切向加速度，即科里奥利加速度切向加速度，即科里奥利加速度at，其值等于，其值等于2v，方向与，方向与ar垂垂直，正方向符合右手定则直，正方向符合右手定则4.3 质量流量检测方法质量流量检测方法 科里奥利流量计科里奥利流量计为了使质点具有科里奥利加速度口为了使质点具有科里奥利加速度口at ，需在，需在at的方向上加一个大小的方向上加一个

44、大小等于等于2mv的力，该力来自于管道壁面。根据作用力与反作用力原的力，该力来自于管道壁面。根据作用力与反作用力原则，质点也对管壁施加一个大小相等、方向相反的力。这个力就则，质点也对管壁施加一个大小相等、方向相反的力。这个力就是质点施加在管道上的科里奥利力是质点施加在管道上的科里奥利力FC ，方向与，方向与at相反，其大小为相反，其大小为 FC= 2mv4.3 质量流量检测方法质量流量检测方法 科里奥利流量计科里奥利流量计当密度为当密度为的流体以恒定流速的流体以恒定流速v ，沿图所示的旋转管道流动时，任，沿图所示的旋转管道流动时，任何一段长为何一段长为x的管道都将受到一个大小为的管道都将受到一

45、个大小为 FC 的切向科里奥利的切向科里奥利力力 FC= 2v A x由于质量流量由于质量流量qm=vA因此可得质量流量为：因此可得质量流量为：xFqCm2测量出在旋转管道中流动的流体作用于管道的科里奥利力，就可以测测量出在旋转管道中流动的流体作用于管道的科里奥利力，就可以测得流体通过管道的质量流量。得流体通过管道的质量流量。 4.3 质量流量检测方法质量流量检测方法 科里奥利流量计科里奥利流量计要使流体通过的管道围绕要使流体通过的管道围绕P轴以角速度山旋转是不轴以角速度山旋转是不可行的。探索发现，使管道绕可行的。探索发现，使管道绕P轴以一定频率上下轴以一定频率上下振动，也能使管道受到科里奥利

46、力的作用。振动，也能使管道受到科里奥利力的作用。当充满流体的管道以等于或接近于其自振频率振动当充满流体的管道以等于或接近于其自振频率振动时，维持管道振动所需的驱动力是很小的。时，维持管道振动所需的驱动力是很小的。4.3 质量流量检测方法质量流量检测方法 科里奥利流量计科里奥利流量计当当U形管内充满流体而流速为零时，形管内充满流体而流速为零时，U形测量管在驱动器的作用形测量管在驱动器的作用下，按其本身的性质和流体的质量所决定的固有频率，只绕下，按其本身的性质和流体的质量所决定的固有频率，只绕O-O轴进行简单的上下振动而不受科里奥利力的作用。轴进行简单的上下振动而不受科里奥利力的作用。当有流速为秒

47、的流体通过当有流速为秒的流体通过U形测量管时，形测量管时，U形测量管在上下振动形测量管在上下振动同时，还将受到科里奥利力的作用。同时，还将受到科里奥利力的作用。4.3 质量流量检测方法质量流量检测方法 科里奥利流量计科里奥利流量计 当当U形测量管工作在振动的由下至上的半个周期时，从人口到形测量管工作在振动的由下至上的半个周期时，从人口到进入弯曲点的流体所受到的科里奥利加速度进入弯曲点的流体所受到的科里奥利加速度at方向向上。由于方向向上。由于科里奥利力科里奥利力F1的方向与的方向与at相反，故流体对相反，故流体对U形管的作用力向下。形管的作用力向下。同理对于从弯曲点流向出口的流体，将产生向上的力同理对于从弯曲点流向出口的流体，将产生向上的力F2 。4.3 质量流量检测方法质量流量检测方法 科里奥利流量计科里奥利流量计U形受到的扭矩为：形受到的扭矩为：M = F1r1 + F2r2因结构对称：因结构对称：F1 = F1 = 2mv ， M = 2FCr = 4mv 又因又因qm=m/t，流速，流速v=L/t，故，故M = 4rLqm设设U形管的弹性模量为形管的弹性模量为E，扭转角为，扭转角为，则形变产生的反作用力，则形变产生的反作用力矩为矩为T=E平衡时平衡时T=M，故可得到流量的表达式为：，故可得到流