第4章流量测量

1、流量表或流量计tQqdd瞬时流量与累计流量：瞬时流量与累计流量：4.1 流量测量概述流量测量概述4.1.1 流量流量 单位时间内通过某一既定截面流体的质量单位时间内通过某一既定截面流体的质量qm(kg/s，称质量流量，称质量流量) )或体积或体积qV(m3/s，称体积流量，无特殊说，称体积流量，无特殊说明，简称为流量明，简称为流量) )。 qmqV计计量量表表21tttqQd 工作状态下气体体积流量，工作状态下气体体积流量，换算成标准状态下换算成标准状态下( (t t=20=20，p p=101325Pa)=101325Pa)体积流量。体积流量。 表示：表示：Q QN N。4.1.2 流量测量

2、方法流量测量方法1. 差压法差压法 利用伯努利方程基本原理，通过测量流体差压信号来反利用伯努利方程基本原理，通过测量流体差压信号来反映流量的测量法。映流量的测量法。2. 容积法：容积法： 测量流体在单位时间内流过标准容器的容积度量数来反测量流体在单位时间内流过标准容器的容积度量数来反映流量的测量法，映流量的测量法， qV=nV； 如椭圆齿轮、腰轮流如椭圆齿轮、腰轮流 量计、刮板流量计等量计、刮板流量计等 。3. 速度法速度法 根据流体一元流动连续方程，截面上的平均流速与体根据流体一元流动连续方程，截面上的平均流速与体积流量成正比，因此与流速有关的各种物理现象都可用来积流量成正比，因此与流速有关

3、的各种物理现象都可用来度量流量。度量流量。 如节流式流量计、转子流量计、涡轮流量计、电磁流如节流式流量计、转子流量计、涡轮流量计、电磁流量计、超声流量计等。量计、超声流量计等。 4质量流量法质量流量法方法1： 测量流体的体积流量，并根据流体的压力、温度等测量流体的体积流量，并根据流体的压力、温度等状态参数对流体密度的变化进行补偿。状态参数对流体密度的变化进行补偿。方法2： 测量与流体质量流量有关的物理量（如动量、动测量与流体质量流量有关的物理量（如动量、动量矩等），从而直接得到质量流量。量矩等），从而直接得到质量流量。 任何流量计都有其适用范围，即对流体的特性以及任何流量计都有其适用范围，即对

4、流体的特性以及管道条件都有特定的要求。管道条件都有特定的要求。 流体必须充满管道内部，并连续流动；流体必须充满管道内部，并连续流动； 流体在物理上和热力学上是单相的，流经测量元流体在物理上和热力学上是单相的，流经测量元件时不发生相变；件时不发生相变； 流体的速度一般低于音速。流体的速度一般低于音速。 两相流动是工业过程中广泛存在的流动现象。但目两相流动是工业过程中广泛存在的流动现象。但目前尚无成熟的两相流流量仪器。前尚无成熟的两相流流量仪器。4.1.3 流量测量系统流量测量系统测量系统的动态特性主要取决于传感器。测量系统的动态特性主要取决于传感器。4.1.4 流量计的校验与标定流量计的校验与标

5、定 流量是质量或体积对时间的导数，难以按定义直流量是质量或体积对时间的导数，难以按定义直接做出流量单位的标准器。接做出流量单位的标准器。 一般在流量不变前提下，使流体连续流入容器内，一般在流量不变前提下，使流体连续流入容器内，精确测量流体流动的起、止时间，以及流入容器流体总精确测量流体流动的起、止时间，以及流入容器流体总量，量，用平均流量代替瞬时流量用平均流量代替瞬时流量作为标准。作为标准。 要求：要求： 在累积时间内，必须保证流量高度稳定，计时和在累积时间内，必须保证流量高度稳定，计时和计量足够准确。计量足够准确。4.2 节流式流量计节流式流量计4.2.1 节流装置测量原理及流量方程节流装置

6、测量原理及流量方程原理：流体流过流道中节流元件时产生局部收缩，其流速原理：流体流过流道中节流元件时产生局部收缩，其流速增加，静压降低，根据节流元件前后静压差增加，静压降低，根据节流元件前后静压差p来计算流量来计算流量。 截面截面是节流装置前流体未受节流装置影响处截面；是节流装置前流体未受节流装置影响处截面； 截面截面是流束经过节流装置后收缩最厉害处截面。是流束经过节流装置后收缩最厉害处截面。constvS21 22/ dd Dd / 221vv214212221ppCCv能量损失系数流速不均修正系数、: :CC21代替：修正系数，pp：流束膨胀系数4212CC2102ppSQ截面距离很近，可以

7、设定 z1=z2忽略可压缩性，则：流束收缩系数连续方程流量系数22222222222221121111gzCpgzCp可压缩流体2102ppSQ截面直径节流元件孔径直径比：- 流束收缩最小截面直径对于不同几何形状的节流元件及不同的取压方式，流量对于不同几何形状的节流元件及不同的取压方式，流量方程中方程中和和各不相同，受多种因素影响，由实验求出。各不相同，受多种因素影响，由实验求出。标准形式：标准形式：和和的实验数据；保证实验相似的几何相的实验数据；保证实验相似的几何相似条件和流体动力学相似条件。似条件和流体动力学相似条件。使用给出的使用给出的和和值，在规定的误差范围内，根据压差值，在规定的误差

8、范围内，根据压差直接计算得到流量。直接计算得到流量。4.2.2 标准节流装置标准节流装置国家标准国家标准GB2624-2006GB2624-2006规定的部分标准节流装置规定的部分标准节流装置: :标准孔板，角接取压或法兰取压；标准孔板，角接取压或法兰取压；标准喷嘴（标准喷嘴（ISA1932ISA1932喷嘴），角接取压。喷嘴），角接取压。其他标准化节流装置其他标准化节流装置: :长径喷嘴；长径喷嘴；文丘里管；文丘里管；文丘里喷嘴文丘里喷嘴 。由节流元件、取压设备、节流元件前后直管段组成。由节流元件、取压设备、节流元件前后直管段组成。2、标准节流元件、标准节流元件标准孔板：标准孔板：用不锈钢或

9、其它金用不锈钢或其它金属材料制造的薄板，属材料制造的薄板，它具有圆形开孔并它具有圆形开孔并与管道同心，与管道同心，其直其直角入口边缘非常锐角入口边缘非常锐利利，且相对于开孔，且相对于开孔轴线是旋转对称的。轴线是旋转对称的。标准孔板的形状如标准孔板的形状如图所示。图所示。标准喷嘴：标准喷嘴：即即ISA1932喷嘴。喷嘴。它是一个它是一个以管道喉以管道喉部开孔轴线为中心部开孔轴线为中心线的旋转对称体线的旋转对称体，由两个圆弧曲面构由两个圆弧曲面构成的入口收缩部分成的入口收缩部分及与之相接的圆筒及与之相接的圆筒形喉部所组成。其形喉部所组成。其结构如图所示。结构如图所示。取压方式取压方式 节流元件前后

10、压力差节流元件前后压力差 p的值，与取压孔位置和取压方式紧密的值，与取压孔位置和取压方式紧密相关。常见取压方式有以下五种：相关。常见取压方式有以下五种： (1)角接取压角接取压: 上下游取压管上下游取压管位于孔板位于孔板(或喷嘴或喷嘴)的的前后端面处前后端面处。角接。角接取压包括单独钻孔和环室取压。如图中取压包括单独钻孔和环室取压。如图中ll位置。位置。(2)法兰取压：法兰取压：上下游侧取压孔上下游侧取压孔轴线至孔板上、下游侧端面之间距轴线至孔板上、下游侧端面之间距离均为离均为25.40.8mm（1inch)。取压孔开在孔板上下游侧的法兰。取压孔开在孔板上下游侧的法兰上如图中上如图中22位置。

11、位置。(3)径距取压：径距取压：上游侧取压孔上游侧取压孔轴线至孔板上游端面距离为轴线至孔板上游端面距离为1D0.1D，下游侧取压孔下游侧取压孔轴线至孔极下游端面距离为轴线至孔极下游端面距离为0.5D。如图中的。如图中的33位置位置（D管道直径）。管道直径）。(4)理论取压：理论取压：上游侧取压孔上游侧取压孔轴线至孔板上游端面距离为轴线至孔板上游端面距离为l D0.1D，下游侧取压孔轴线至孔板下游端面距离因下游侧取压孔轴线至孔板下游端面距离因 值不同而异。值不同而异。该距离理该距离理论上就是流束收缩到最小截面的距离论上就是流束收缩到最小截面的距离。如图中的。如图中的44位置。位置。(5)管接取压

12、：管接取压：上游侧取压孔上游侧取压孔轴线至孔板上游端面距离为轴线至孔板上游端面距离为2.5D，下游下游侧取压孔侧取压孔轴线至孔板下游端面距离为轴线至孔板下游端面距离为8D如图中的如图中的55位置该方位置该方法使用很少。法使用很少。标准取压装置标准取压装置国家标准中规定了两种取压装置，即国家标准中规定了两种取压装置，即角接取压角接取压装置和装置和法法兰取压兰取压装置。装置。（1）角接取压装置角接取压装置角接取压装置可以采用角接取压装置可以采用环室环室或或夹紧环夹紧环( (单独钻孔单独钻孔) )取得节流件取得节流件前后的差压。前后的差压。 环室取压和单独钻孔取压环室取压和单独钻孔取压 角接取压角接

13、取压法兰取压法兰取压角接取压：角接取压：比较简便，容易实现环室取压，测量精度较高。法兰取压：法兰取压：结构较简单，容易装配，计算也方便，但精度较角接取压低些。（2）法兰取压装置法兰取压装置法兰取压装置由两个带法兰取压装置由两个带取压孔取压孔的取压法兰组成。的取压法兰组成。n标准节流装置的管道条件标准节流装置的管道条件 n标准节流装置的流体条件标准节流装置的流体条件 满管：满管：流体必须充满管道内部，并连续流动；流体必须充满管道内部，并连续流动；单相：单相：流体在物理上和热力学上应是单相的，且流经流体在物理上和热力学上应是单相的，且流经测量元件时不发生相变；测量元件时不发生相变；低于音速：低于音

14、速：流体的速度一般应低于音速。流体的速度一般应低于音速。 此外，流体须在圆管内流动，且密度和粘度已知，流此外，流体须在圆管内流动，且密度和粘度已知，流速稳定，不存在旋涡，流量变化缓慢，不宜测量脉动流。速稳定，不存在旋涡，流量变化缓慢，不宜测量脉动流。节流元件前后直管段结构尺寸要求见节流元件前后直管段结构尺寸要求见P109页表页表4-1；尽可能把温度计套管安装在节流元件之后，距离大尽可能把温度计套管安装在节流元件之后，距离大于于5D。4.2.3 标准节流装置的参数标准节流装置的参数1.流量系数流量系数与与 值、值、 ReD值值以及管道粗糙度有关，管道越粗糙，以及管道粗糙度有关，管道越粗糙，就越大

15、。就越大。4212CC流量系数能量损失系数均流速替代的修正系数截面流速不均匀，用平、:CC21的修正、代替、：修正系数，对使用2121pppp2.膨胀损失膨胀损失对角接取压标准孔板，对角接取压标准孔板，可由如下经验公式计算可由如下经验公式计算0.9351124)10.3184(0.37071k)/p(p)1 (11)1 (11)1(214411121kkkkppppppkkpp对于标准喷嘴，可按等熵流动过程推导出对于标准喷嘴，可按等熵流动过程推导出3压力损失压力损失 p由流体流经节流元件会产生涡流等原因引起，其大小可由流体流经节流元件会产生涡流等原因引起，其大小可按下式估算：按下式估算： pp

16、p22114.2.5 标准节流装置的使用范围标准节流装置的使用范围流体条件：易沉淀、有腐蚀性流体，应采用喷嘴。流体条件：易沉淀、有腐蚀性流体，应采用喷嘴。管道条件：管道内壁较粗糙，宜采用喷嘴；若用孔板管道条件：管道内壁较粗糙，宜采用喷嘴；若用孔板时，应采用法兰取压。时，应采用法兰取压。压力损失：孔板的压力损失最大。压力损失：孔板的压力损失最大。运行精度：高参数、大流量状态下，通常采用喷嘴。运行精度：高参数、大流量状态下，通常采用喷嘴。在同一在同一值下，喷嘴较孔板值下，喷嘴较孔板d大，故测量范围大。大，故测量范围大。与喷嘴相比，孔板的最大优点是加工方便、安装容易、与喷嘴相比，孔板的最大优点是加工

17、方便、安装容易、省料、造价低。省料、造价低。4.3 速度式流量计速度式流量计n涡轮流量计、电磁流量计、靶式流量计、涡街流量计、超声波流量计 4.3.1 涡轮流量计涡轮流量计工作原理：工作原理：利用置于流体中的叶轮受流体冲击而旋转，其旋转角速度利用置于流体中的叶轮受流体冲击而旋转，其旋转角速度与流体速度成比例，通过测量叶轮的转速就能获得体积流量的大小。与流体速度成比例，通过测量叶轮的转速就能获得体积流量的大小。涡轮磁电转换装置前置放大器信号脉冲频率转速流量流体tg nSrQ002流量方程：流量方程：QnZf60/涡轮叶片与涡轮轴线夹角；涡轮叶片与涡轮轴线夹角；r0叶轮平均半径；叶轮平均半径；S0

18、叶栅流通面积；叶栅流通面积；vQr0处流体切向速度。处流体切向速度。磁电法：磁电法：n的测量有磁电法、光电法、的测量有磁电法、光电法、霍尔效应法等。涡轮叶片数为霍尔效应法等。涡轮叶片数为Z，则有：，则有：流量系数流量系数 ：机械摩擦和机械摩擦和各种阻力作各种阻力作用下，用下，不是不是常数。常数。流体黏度流体黏度5 10-6m2/s，重新标定。，重新标定。反作用力矩相对增大反作用力矩相对增大测量精度高，重复性好基本误差测量精度高，重复性好基本误差 0.25-1.5之间之间. .测量范围较宽，可测的小流量为测量范围较宽，可测的小流量为40kg/h40kg/h，最大流量可达，最大流量可达16106k

19、g/h 。惯性小，可用于瞬时流量的测量。惯性小，可用于瞬时流量的测量。温度使用范围广，有的可测温度使用范围广，有的可测200 的低温介质的流量，的低温介质的流量，有的可测有的可测400介质的流量。介质的流量。输出是数字信号，容易实现流量积算和定量控制，可与输出是数字信号，容易实现流量积算和定量控制，可与调节器、执行器和计算机配套使用。调节器、执行器和计算机配套使用。优点：优点：缺点：缺点： 制造成本高，对被测流体的清洁度要求高。制造成本高，对被测流体的清洁度要求高。 涡轮流量计的安装涡轮流量计的安装1、流量计应安装在便于维修且对管道无振动或配管无应力的地点，同、流量计应安装在便于维修且对管道无

20、振动或配管无应力的地点，同时避免受强磁场和强热辐射的影响。信号传输线要采用屏蔽电缆，并应远时避免受强磁场和强热辐射的影响。信号传输线要采用屏蔽电缆，并应远离动力线。离动力线。2、流量计要配置前后直管段，上游直管段长、流量计要配置前后直管段，上游直管段长15D(D为涡轮流量计直径为涡轮流量计直径)以上，下游直管段为以上，下游直管段为4D以上。上游段若加整流器，效果更佳。以上。上游段若加整流器，效果更佳。3、流量计上游段要加装过滤器，以除去流体中的杂质。、流量计上游段要加装过滤器，以除去流体中的杂质。4、测定容易产生蒸汽的流体时，必须安装气体分离器。、测定容易产生蒸汽的流体时，必须安装气体分离器。

21、5、预计有过大流量情况下，在流量计下游段要安装控制阀门，以、预计有过大流量情况下，在流量计下游段要安装控制阀门，以限制流体的流量，以免影响流量计轴承的使用寿命。限制流体的流量，以免影响流量计轴承的使用寿命。4.3.2 电磁流量计电磁流量计1工作原理工作原理24sinDuqtBBBDuevmtBDeqmvsin4kEEBCDuDCQ121441流体流量方程流体流量方程2电磁流量计的励磁方式电磁流量计的励磁方式（1）直流励磁直流励磁（2 2）交流励磁）交流励磁（3 3）低频方波励磁）低频方波励磁3电磁流量计的特点电磁流量计的特点优点：优点：n 由于变送器内径与管道内径相向，故其测量为无干扰测量，压

22、由于变送器内径与管道内径相向，故其测量为无干扰测量，压力损失小；力损失小；n 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性介质；n 测得的体积流量不受温度、压力、密度、粘度等参数的影响；测得的体积流量不受温度、压力、密度、粘度等参数的影响；n 流量测量范围大，流量计的管径流量测量范围大，流量计的管径2.5mm2.4m；n 反应灵敏，可以测量正反方向的流体流量和脉动流量；反应灵敏，可以测量正反方向的流体流量和脉动流量；n 测量精度为测量精度为0.51.5级。级。缺点：缺点：n被测介质必须是导电液体，不能用于气体、蒸汽及被测介质必须是导电液体，不能用于气体、蒸

23、汽及石油制品的流量测量；石油制品的流量测量；n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；n结构比较复杂，成本较高。结构比较复杂，成本较高。4电磁流量计的安装（补充）电磁流量计的安装（补充）n变送器最好垂直安装，并使流体自下而上通过变送器，变送器最好垂直安装，并使流体自下而上通过变送器，若水平安装，则必须保证两电极处于同一水平面上；若水平安装，则必须保证两电极处于同一水平面上；n安装地点应避免有较强的交直流磁场或有剧烈震动；安装地点应避免有较强的交直流磁场或有剧烈震动；n上游直管段大于上游直管段大于5D，下游不作要求；，下游不作要求；n变送器输出的电势变

24、送器输出的电势E是以变送器内液体电位为基准的，为是以变送器内液体电位为基准的，为使液体电位稳定并与变送器等电位，变送器外壳、金属管使液体电位稳定并与变送器等电位，变送器外壳、金属管道两端应有良好的接触并接地，转换器外壳也应接地。道两端应有良好的接触并接地，转换器外壳也应接地。 其测量元件是一个在测量管中其测量元件是一个在测量管中心并垂直于流向的被称为心并垂直于流向的被称为“靶靶”的圆板。通过测量流体作用在靶的圆板。通过测量流体作用在靶上的力而实现流量测量。上的力而实现流量测量。 结构：结构：流量变送器流量变送器显示显示 可用于低雷诺数、高粘度、可用于低雷诺数、高粘度、含固体颗粒的浆液及腐蚀介含

25、固体颗粒的浆液及腐蚀介质流量测量。质流量测量。4.3.3 靶式流量计靶式流量计 图图4-16 靶式流量计工作原理示意图靶式流量计工作原理示意图1-靶靶 2-密封膜片密封膜片 3-导流管导流管流体对靶的作用力：流体对靶的作用力：n 流体的流体的动压力动压力；n “死水区死水区”和旋涡面造成和旋涡面造成“抽吸效应抽吸效应”，靶的前后存，靶的前后存在静压差，此静压差对靶产在静压差，此静压差对靶产生一个生一个作用力作用力；n 流体流通截面缩小，流速流体流通截面缩小，流速增加，流体与靶的周边产生增加，流体与靶的周边产生粘滞摩擦力粘滞摩擦力。， 2002412dAA vKF 当流体的雷诺数当流体的雷诺数达

26、到一定数值，阻达到一定数值，阻力系数力系数 不随雷诺数不随雷诺数变化，而变化，而保持常数，保持常数，2000g Re因此可得因此可得环隙环隙中的流量：中的流量：ddD)F(KG2221212 21 KKDd F1DK.G)(2531 流量与靶输出力流量与靶输出力F的平方根成正比的平方根成正比 流量计前后应有必要的直管段，一般表前大于流量计前后应有必要的直管段，一般表前大于5D，表后大于表后大于3D；流量计一般水平安装，如果必须安装在垂直管道上时，流量计一般水平安装，如果必须安装在垂直管道上时，由于重力影响，产生零点漂移，故安装后要重新调整零点；由于重力影响，产生零点漂移，故安装后要重新调整零点

27、；靶式流量计测量的下限低，其流量系数靶式流量计测量的下限低，其流量系数 对脏污介质对脏污介质不敏感，精度约为不敏感，精度约为1级，适用管径级，适用管径0.0150.2m；在选用靶式流量计时，应确切了解产品的规范。在选用靶式流量计时，应确切了解产品的规范。 K 靶式流量计的压力损失一般低于节流式流量计，约靶式流量计的压力损失一般低于节流式流量计，约为孔板压力损失的一半。为孔板压力损失的一半。靶式流量计的安装和使用靶式流量计的安装和使用4.3.4 涡街流量计涡街流量计 在流体中垂直于流向插入一非流线形的柱状物体，例如在流体中垂直于流向插入一非流线形的柱状物体，例如圆柱体或三角柱体，当流速大于一圆柱

28、体或三角柱体，当流速大于一 定值时，流体从柱状体定值时，流体从柱状体分离出来，并在物体之后两侧会交替出现旋涡。两侧的旋涡分离出来，并在物体之后两侧会交替出现旋涡。两侧的旋涡旋转方向相反，形成旋涡列，这种旋涡列被称作旋转方向相反，形成旋涡列，这种旋涡列被称作卡门涡街卡门涡街。fSrmfSrmQ2dD4dA 体积流量体积流量 圆柱漩涡发生器圆柱漩涡发生器 54D1010 Re 210.Sr 等边三角形漩涡发生器等边三角形漩涡发生器 54D10510 Re160.Sr )DdarcsinDdDd(AAm 221121 卡门从理论上证明：当卡门从理论上证明：当 时时 ，涡街最稳定！，涡街最稳定！ 28

29、1. 0/ .Lh漩涡频率的测量方法漩涡频率的测量方法 涡街流量计变送器转换器旋涡发生体旋涡检测器 将旋涡检测器发出的旋涡频率信号放大整形后变换将旋涡检测器发出的旋涡频率信号放大整形后变换成统一的标准信号成统一的标准信号(420mA) )输出，并输出方波脉冲信输出，并输出方波脉冲信号供流量积算之用。号供流量积算之用。结构说明：结构说明：圆柱体表面开有导压孔，与圆柱体内部空腔圆柱体表面开有导压孔，与圆柱体内部空腔相通，空腔由隔板分成二部分。相通，空腔由隔板分成二部分。现象：现象：当漩涡在圆柱体下侧产生时，出于升力的作用圆当漩涡在圆柱体下侧产生时，出于升力的作用圆柱体下方的压力比上方高，反之当漩涡

30、在圆柱体上侧产柱体下方的压力比上方高，反之当漩涡在圆柱体上侧产生时，上方压力比下方高。生时，上方压力比下方高。漩涡频率的可能检测方案漩涡频率的可能检测方案:1.铂电阻丝温度计法铂电阻丝温度计法2.膜片法膜片法3.压电晶体法压电晶体法4.超声波法超声波法漩涡频率的检测漩涡频率的检测旋涡发生体的检测电路三角柱涡街三角柱涡街流量计流量计涡街流量计的安装涡街流量计的安装1、涡街流量计送器安装地点应特别注意避免机械振动，尤其这意避免涡街流量计送器安装地点应特别注意避免机械振动，尤其这意避免管道振动；管道振动；2、变送器可安装在水下或垂直的管道上使用，被测流体流向要与变送变送器可安装在水下或垂直的管道上使

31、用，被测流体流向要与变送器上的标志一致，垂直安装变送器应选液体自下而上流动的管道安装，器上的标志一致，垂直安装变送器应选液体自下而上流动的管道安装，以保证满管流动和不受气泡影响。以保证满管流动和不受气泡影响。3、为保证流体流过旋涡发生体时能达到产生稳定涡街所必要的流动条为保证流体流过旋涡发生体时能达到产生稳定涡街所必要的流动条件，要求旋涡发生体下游直管段长度不小于件，要求旋涡发生体下游直管段长度不小于 5D，上游直管段要求如下表，上游直管段要求如下表所示。所示。4、变送器安装管段最好加装旁路管及必要的阀门。、变送器安装管段最好加装旁路管及必要的阀门。优点：优点：测量几乎不受流体参数变化的影响，

32、用水或空气标测量几乎不受流体参数变化的影响，用水或空气标定后的流量计无须校正即可用于其它介质的测量；定后的流量计无须校正即可用于其它介质的测量；涡街流量计测量精度较高，可达涡街流量计测量精度较高，可达1级；级；量程比宽，可达量程比宽，可达30100:1；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；易与数字仪表或计算机接口；易与数字仪表或计算机接口；对气体、液体和蒸汽等介质均适用。对气体、液体和蒸汽等介质均适用。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况将影响测量准确度，因此适用于紊流流速分布变化小的情况。因此适

33、用于紊流流速分布变化小的情况。涡街流量计的特点涡街流量计的特点 当超声波在流体中传播时，会载带流体流速的信息。因此，根据对接收到的超声波信号进行分析计算，可以检测到流体的流速，进而可以得到流量值。超声波流量测量方法有很多，传播速度法、多普勒法、波束偏移法、噪声法、相关法、流速液面法。 4.3.5 超声波流量计超声波流量计在测量管道中，装两个超声波发射换能器在测量管道中，装两个超声波发射换能器F F1 1和和F F2 2以及两个接以及两个接收换能器收换能器J J1 1和和J J2 2，F F1 1J J1 1和和F F2 2J J2 2与管道轴线夹角为与管道轴线夹角为a a，管径为，管径为D D

34、，流体由左向右流动，速度为流体由左向右流动，速度为v v，此时由，此时由F F1 1到到J J1 1超声波传播速超声波传播速度为度为F2到J2超声波传播速度为： 测量超声波脉冲在顺流和逆流传播过程中的测量超声波脉冲在顺流和逆流传播过程中的速度之差来得到到被测流体的流速。速度之差来得到到被测流体的流速。一、传播速度法一、传播速度法n时差法（测量顺、逆流传播时由于超声波传播时差法（测量顺、逆流传播时由于超声波传播速度不同而引起的时间差）；速度不同而引起的时间差）；n相差法（测量超声波在顺、逆流中传播的相位相差法（测量超声波在顺、逆流中传播的相位差）；差）；n频差法（测量顺、逆流情况下超声脉冲的循环

35、频差法（测量顺、逆流情况下超声脉冲的循环频率差）。频率差）。时差法就是测量超声波脉冲顺流和逆流时传播的时间差 1、时差法、时差法tLcu 222122cuLttt 按顺流方向，超声波到达接收器时间 按逆流方向，超声波到达接收器时间 1t2t缺陷缺陷：必须已知声速：必须已知声速c，并且声速常随着温度的并且声速常随着温度的变化而变化，给测量带变化而变化，给测量带来测量误差。因此需要来测量误差。因此需要进行声速修正。进行声速修正。2、相差法相差法所谓相差法，既是通过测量超声波在顺流和逆流时传播的相位差来得到流速超声波换能器 )Asin(0t)t ( s tft12 2 fLcLcu4222011 t

36、022 t3、频差法频差法频差法是通过测量顺流和逆流时超声脉冲的循环频率之差来测量流量的。顺流时脉冲循环频率 Luctf 111逆流时脉冲循环频率 Luctf 221Lufff221 fLu 2uu34 层流 紊流 uku uDkuDqV2244 结论：结论：流速只与频率差有关，与声流速只与频率差有关，与声速无关，消除了声速的影响速无关，消除了声速的影响 多普勒效应是当声源和目标之间有相对运动，会引起反射声波与声源在频率上的变化，这种频率变化正比于运动目标和静止的换能器之间的相对速度。二二.多普勒法多普勒法利用声学多普勒原理确定流体流量。利用声学多普勒原理确定流体流量。物体辐射的波长因为波源和

37、观测者的相对运动而产生变化。在运动的波源前面，波被压缩，波长变得较短，频率变得较高 （蓝移blue shift）；当运动在波源后面时，会产生相反的效应。波长变得较长，频率变得较低 （红移red shift）；波源的速度越高，所产生的效应越大。根据波红（蓝）移的程度，可以计算出波源循着观测方向运动的速度。 从发射晶体从发射晶体T T1 1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 R1 1接收。接收。 发射信号与接收信号发射信号与接收信号的的多普勒频移与流体流速多普勒频移与流体流速成正比成正比。多普勒法原理多普勒

38、法原理4.4 容积式流量计容积式流量计u容积式流量计是以单位时间内所排出的流体容积相对于固定容积的数目作为测量依据的仪表。属于这一类的流量计有腰轮流量计、刮板流量计等。由于直接测量流体的体积，在理论上，所测流量与流体的粘性、密度和流态无关。u测量流体体积是一种常用来标定一般流量计的方法。u容积流量计精度可达到0.1%0.5%；u容积式流量计常用于流体性质变化大而测量精度要求高的石油、食品和化工行业。括 板 式 流量 计椭 圆 齿 轮流 量 计腰 轮 流 量计活 塞 式流 量 计容 积 式 计 量 表粘度愈大的介质，粘度愈大的介质，从齿轮和计量空从齿轮和计量空间隙中泄漏出去间隙中泄漏出去的泄漏量

39、愈小，的泄漏量愈小，因此被测介质的因此被测介质的粘度愈大，对测粘度愈大，对测量愈有利。量愈有利。 工作原理与椭圆流量计相同，只是转子不是椭圆工作原理与椭圆流量计相同，只是转子不是椭圆齿轮，而是一对由圆弧和摆线围成的中间凹进的齿轮，而是一对由圆弧和摆线围成的中间凹进的腰形腰形光轮，形成菱角形测量光轮，形成菱角形测量室。室。0VNV可用于液体、气可用于液体、气体流量测量。体流量测量。IN为仪表系数刮板流量计工作原理示意图刮板流量计工作原理示意图1凸轮凸轮 2壳体壳体 3刮板刮板 4滚子滚子 5转子转子 6挡板挡板 转子在流量计进、出口转子在流量计进、出口差压作用下转动，每当相差压作用下转动，每当相

40、邻两刮板进入计量区时均邻两刮板进入计量区时均伸出至壳体内壁且只随转伸出至壳体内壁且只随转子旋转而不滑动，形成具子旋转而不滑动，形成具有固定容积的有固定容积的测量室测量室，当，当离开计量区时，刮板缩入离开计量区时，刮板缩入槽内，流体从出口排出，槽内，流体从出口排出，同时后一刮板又与其另一同时后一刮板又与其另一相邻刮板形成测量室。转相邻刮板形成测量室。转子旋转一周，排出子旋转一周，排出n份固定份固定体积体积的流体，由的流体，由转子的转转子的转数数就可以求得被测流体的就可以求得被测流体的流量流量。 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

41、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. 在测量工作中，常需将测出的体积流量，乘以密度在测量工作中，常需将测出的体积流量，乘以密度换算成质量流量，设备复杂，测量耗时；换算成质量流量，设备复杂，测量耗时；3. 密度随温度、压力而变化，在温度、压力变化比较密度随温度、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。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，则无需再进行上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。述人工换算。 4.5 质量流量计质量流量计质量流量计大致分为三大类：质量流量计大致分为三大类： 1 1 直接式直接式 2 2 推导式推导式 3 3 补偿式补偿式 直接检测与质量流量成比例的量，检测元直接检测与质量流量成比例的量，检测元件直接反映出质量流量。件直接反映出质量流量。 1.直接式质量流量计直接式质量流量计直接式质量流量计有两种：直接式质量流量计有两种：1) 科里奥利质量流量计科里奥利质量流量计2) 热式质量流量计热式质量流量计1) 科里奥利质量流量计科里奥利质量流量计 当质量当质量m m的质点以速度的质点以速度v在对在对P P轴作角速度为轴作角速度为 旋旋转的管道内移动时，质点具有两个分量的加速度及转的管道内移动时，质点具有两个分量的加速度及相应的加速度力。相应的加速度力。法向