第三篇测量-2动压式、变面积容积流量计

第三篇流量测量（FlowMeasurement）第三篇流量测量201134流量概述节流式流量计动压式流量计变面积式流量计容积式流量计流体振动式流量计其它流量计质量流量计本篇小结567动压式流量计概述靶式流量计皮托管和均压管30121动压式流量计流体在管道中流动时，根据能量守恒定律，有：ρu2/2为动压力。测得动压力或在阻力体上的作用力，可知流速，则得到流量。动压式流量计的种类：靶式流量计、挡板流量计、动压管流量计、皮托管等。一、概述动压式流量计靶式流量计二、靶式流量计Targetflowmeter流体动压原理/流体阻力法测量部分：靶、杠杆、密封膜片、测量管路流体对靶的作用力：（1）流体对靶的冲击力，即流体的动压力（2）靶的节流作用，在前后产生的静压差（3）流体对靶的粘滞摩擦力1.结构转换部分：同力平衡式差压变送器；电阻应变原理。2.工作原理靶式流量计——流量系数，与靶形、管径、直径比、雷诺数等因素有关。管径为D，靶径为d，则环形流通面积为流体作用在靶上的力：F–

流体作用于靶上的力；

—阻力系数；Ad—垂直于流速的靶面积，ρ—流体密度；u—环形流通截面的平均流速。靶式流量计测得靶上受力F，则可知流量大小实用方程：上式中常数：m3/h靶径与管径之比总结：

工作原理:介质流动对靶产生作用力

例：靶式流量计，原先设计流量范围0-125m3/h，密度103kg/m3。实际测密度800kg/m3的介质流量，实际流量范围为多少？差压变送器输出12mA时，实际流量为多少？

解：（1）（2）作业：流量测量部分10靶式流量计靶式流量计特点：1.流量系数2.压力损失ReD>Rek，α=常数，与β、D有关。

与节流式流量计相比，相同β值下，Rek要小。

同D值下，βRek

。同β值下，DRek

。相同β值下，压损低于节流式流量计。同流量下，βδp

。二、流量系数及压力损失适用：15～200mm管径气、液体，尤其高粘度、低雷诺值及含颗粒介质。压损较孔板约小1/2。靶式流量计流量系数P127（三版）同D值下，βRek靶式流量计压力损失P127（三版）同流量下，βδp

。靶式流量计主要特点应用范围和适应性广,可与孔板流量计相媲美;准确度高，总量测量可达0.2%R；范围度宽，4：1～15：1至30：1；用于小口径(DN15～50)，低雷诺数(Red=103～5×103)的流体;应用压力高达数十MPa，温度达450℃;可用于双向流动流体的测量；压力损失较低，约为标准孔板的一半;性价比高,寿命长,安装维护简单,回零检查不便。

;可采取干式（挂重法）校验

典型仪表—国产SBL智能靶式流量计皮托管与均压管一、皮托管Pitottube-动压管

管端前缘流体受阻向各方向分散绕过此障碍物；管端中心处流体完全静止。静压p总压P0一般称p0为总压力。

设管端中心压力为p0，p是同一深度未受扰动流体的压力，并且那里的流速为u、密度为ρ，则由伯努利方程可得 皮托管与均压管

测p比测定总压力困难得多。因为当把敏感元件放到要测量的点时，静压就受到扰动。实际用来测流速的总压力和静压力的开孔不可能合于一点，两个开孔实际上是在不同的点上，因此测量的结果，不能完全符合上式关系。静压p总压P0皮托管与均压管ISO建议动压测量管结构，称为基型动压测量管，如右图。动压测量管直径比很小，故以侧面开孔测出的绕流静压代替管端中心的静压力p，误差很小。动压管制造精度、全压力和静压力测量孔的开孔直径、测得的全压力p0和静压力p与理论值的差别等均对示值有影响，因此实际计算公式必须引入系数ξ修正。 皮托管与均压管二.均压管(阿牛巴

AnnubarFlowElement/笛形均速管）

动压测量管测得的流速，是那一点的流速，而不是平均流速，因此必须按具体情况确定测点位置。理论和实践均证明，在圆管内层流流体，距管中心0.707R（R为圆形管道半径）处的流速，等于截面上的平均流速；如果圆管内达到充分紊流流动，在直管段大于50倍管径时，根据实验，距管中心0.762R处的流速近似等于平均流速。要较高的精度，一般把管道圆形截面积用同心圆方法分成n个相等的圆环面积，测出各环面积中心速度为ui，再计算平均流速，在这种情况下，用皮托管测量流速并求出流量比较麻烦。为了解决这一问题，20世纪60年代开始出现在皮托管的基础上直接测量平均流速的方法。皮托管与均压管二.均压管(阿牛巴

AnnubarFlowElement/笛形均速管）测量点的分布均压管测量示意图（Annubar流量计）一般取n≥5，每个环形面积要测4点流速。

皮托管与均压管适用气体、蒸汽、液体稳定性和重复性较高安装简便、压损小、强度高、不受磨损影响由法国H.皮托发明应用：空速管，测飞机速度变面积式流量计30121概述工作原理工作特性及刻度换算转子流量计VariableAreaFlowmeter

变面积式流量计一、概述

测量原理：恒压降、变流通面积式

（差压式：恒流通面积、变差压）

结构：锥形管(锥度40’～3)：

玻璃（低温低压透明流体）、金属，

浮子：液体介质：硬铝、不锈钢，气体介质：硬橡胶、胶木、塑料等种类：转子式、冲塞式、活塞式可就地指示和远传u—环形流通面积的平均流速；

—转子阻力系数；Ar—转子迎流面的最大截面积；Vr—转子体积；ρr—转子的密度；ρ—被测流体的密度工作原理一、工作原理

浮子受力分析：流体的动压力浮子本身重力浮力通过环形面积流速为工作原理设环形流通面积为A0

A0与h的关系为：流量与转子高度之间近似线性工作原理二、远传式转子流量计

采用不锈钢锥管，利用磁耦合特性，将转子高度变化转换为标准信号。工作特性及刻度换算一、工作特性1.流量系数与转子形状的关系α因转子形状不同而有所不同

相同流量qv下，曲线斜率越大，表明流量计α越大，灵敏度越高。工作特性及刻度换算2.流量系数与雷诺数关系Re>Rek

，α基本为常数测量下限不能从零开始不同形状的转子适应不同粘度流体Rek=6000α≈0.96Rek=300α≈0.76Rek=40α≈0.61工作特性及刻度换算3.转子流量计粘度修正曲线

当被测介质（即使水或空气）的粘度变化时，将会引入测量误差。随粘度ηqv

。若水温5→40℃其动力粘度η1.52→0.66mPa·S转子流量计粘度修正曲线工作特性及刻度换算三、转子流量计示值修正

流量计的刻度是工业标准状态(20℃，0.101325MPa)下，以水或空气为介质单独标定得到的。

1.液体流量的修正标定时：实测时：则修正公式为：

Q0—用水标定时的刻度流量；ρw—水的密度Q—介质密度为ρ的实际流量。实用时，若被测介质密度或工作状态不同，必须进行修正工作特性及刻度换算例：已知被测液体的实际最大流量为500m3／h,工作状态下的密度为0.8g／cm3,试选择一台转子为不锈钢材料(密度为7.92g／cm3),测量范围合适的转子流量计用于此介质的流量测量。

解：转子流量计的工作状态下流量转换公式为：被测液体工业标态下的最大流量为441.35m3／h.(20℃，0.101325MPa)条件下水的密度是98.2Kg/cm3工作特性及刻度换算

2.气体流量的修正工作状态下流量：注意：需将工作状态下流量转换为工业标准状态下流量！标定时：实测时：ρa—工业标态下空气的密度工作特性及刻度换算例：用转子流量计测量二氧化碳气的流量。测量时被测气体的温度是40℃，表压是0.49×105Pa，若流量计读数为120Nm3／h，问二氧化碳的实际流量是多少?解：已知Q0=120Nm3／h，T0=293.15K，P0=0.10133MPa

P=0.049＋0.10133=0.15033MPa，T=40＋273.15=313K由气体性质表查得：20℃，0.10133MPa条件下：ρa＝1.205kg／m3，ρ0＝1.842kg／m3则带入修正公式得：工作特性及刻度换算特点1.适用于小管径、小流量气体或低粘度液体测量。常用仪表口径：40～50mm以下，最小为1～4mm。玻璃管最大口径100mm，金属为150mm。3.受介质密度、粘度、温度、压力等影响，精度较低，最高1.0级左右。2.压力损失较低，平衡时为恒压降。90%用作直观流动指示或精度要求不高的现场指示容积式流量计测量原理转子式容积流量计刮板式容积流量计活塞式容积流量计1.3011.21.11.4测量原理与结构常用：椭圆齿轮流量计（奥巴尔流量计Ovalgearflowmeter）腰轮流量计(罗茨流量计

Rootsflowmeter)、

刮板流量计

容积分界法(测量元件将流体连续分割成固定体积的单元流体，根据测量元件动作次数得到总量)

V0

—固定体积；N

—测量元件的转数；k—与流量计结构有关的系数。定(正)排量流量计一、工作原理

测量原理与结构二、转子式容积流量计1、椭圆齿轮流量计

图a：P1＞P2

，A为主动轮，B为从动轮；

图b：A、B均为主动轮；图c：B为主动轮，A为从动轮；

思考:信号输出形式?场合：中、小流量液体测量测量范围：3L～540M3/h口径：10～250mm。精度：0.2、0.5级测量原理与结构场合：允许微小颗粒通过，可测液体或气体口径：16～500mm 精度：0.1～0.5可作标准流量计2、腰轮流量计体积大、笨重，维修不便，压损较大，运行中有震动。普通腰轮流量计运行时振动较大，组合式振动小，适合用于大流量测量。测量原理与结构

转子由两断面形状不同的螺旋转子构成，转子轴上有同步齿轮互相驱动。靠流量计进出口间的流体压差推动转子转动。三齿转子与四齿转子旋转运动，被测流体分割成“螺旋状液块”体积，随转子转动经计数后排出。3、双转子流量计测量原理与结构3、双转子流量计

因安装于两转子轴上齿轮的啮合转动，使转子间始终保持适当间隙，则转子可以平稳同步转动。适用:-29～232℃、高粘度大流量液体计量准确度：0.1、0.2、0.5级。测量原理与结构4、螺杆流量计适用：液体计量动力粘度(不敏感)0.6～200mPaS；流量范围：1.2～250M3/h；口径：40～150mm；准确度：0.2、0.5级。

螺旋转子测量原理与结构三、刮板式容积流量计

1、凸轮式刮板流量计四刮板六刮板精度高，适于有机械杂质的流体主要组成：转子、凸轮、刮板、滚柱及壳体测量原理与结构ＡＤ全部伸出ＢＣ全部缩入Ａ全部伸出Ｂ开始伸出Ｃ全部收缩

D开始收缩ＡB全部伸出CD全部缩入Ａ开始收缩Ｂ全部伸出Ｃ开始伸出

D全部收缩测量原理与结构2、凹线式刮板流量计适用于液体流量计量准确度可达0.2级测量原理与结构3、弹性刮板流量计ElasticScraperFlowmeter

用于液体计量及含有少量颗粒杂质的流体准确度：1或1.5级。测量原理与结构四、活塞式容积流量计1、往复活塞式容积流量计

流体从入口经换向阀进气缸推动活塞移动，把活塞另一侧流体推到出口流出。活塞移动到某一位置时，使阀旋转180°，改变流入流出方向，推动活塞反方向移动，把原来流入的流体推出。阀反复切换，活塞往复运动。活塞一次往复排出体积一定，由活塞往复次数知总量。l—流体出口；2—流入口；3—换向阀；4—换向控制器；5—气缸；6—活塞测量原理与结构四、活塞式容积流量计2、旋转活塞流量计（摆动活塞或环形活塞流量计）适合小口径、高粘度、高压力和低流速特别适合油田化学品注入生产过程中所测一定粘度相对流速较低的流体。典型应用：破乳剂、阻垢剂、阻锈剂和脱氧剂被测流体推动活塞在测量腔室作逆时针旋转

活塞每循环一周，排出一个内月牙和一个外月牙容积

测量原理与结构五、膜式气体流量计（简介）

又称风箱式流量计、皮膜式干气表、煤气表等。主要用于家庭燃气的流量测量。

由测量室、控制阀门、联动机构和计数器等4个部分组成。测量室是用浸油羊皮或合成树脂薄膜制成的可伸缩皮囊控制阀门是滑阀，用来控制气体流入或流出测量室联动机构由主轴、连杆、曲柄等组成，用来保持皮膜和滑阀动作的同步。测量原理与结构

图a：气体流入室2，在气体差压下皮膜伸胀，使室1气体通过阀1由出口排出。

联动使阀1和阀2移动，逐渐使室2进出口关闭，室3进出口打开，气体进入室3，并使室4中气体经阀2排走，变成图b。气体继续流入室3并逐渐充满，与皮膜联动的阀l、2继续移动，变成图c。这时气体从入口流入室l，在差压作用下皮膜收缩，并使测量室2气体通过阀l排出。被测气体继续流入，皮膜及滑阀同步动作，变成图d。

通过计数齿轮可将皮膜循环次数转换成体积总量。容积式流量计特性压力损失特性误差特性容积式流量计的特点012.22.112.3容积式流量计特性液体介质：压力损失随流体粘度增加而增大；气体介质：气压越高，气体密度越大，压力损失越大低粘度流体，其压损与流量呈近似平方关系。高粘度流体，其压损与流量呈近似线性关系。一、压力损失特性容积式流量计特性基本误差：Vi—流量计的示值；V=NV0＋Vt—经过流量计的实际值；

Vt—通过传动间隙流过的体积流量。二、误差特性

理论上误差与流体性质及流量大小无关。理想曲线E。实际曲线如图1、2。

小流量，误差向负方向倾斜；流量大于某程度时，误差趋近于零；更大的流量范围，误差近似平行于横坐标轴，或向负方向倾斜。容积式流量计特性结论1：泄漏量影响误差。

泄漏量与检测元件前后压差、流体粘度和密度有关。间隙很小、高粘度，间隙流体流动认为是粘性流动，漏流量K2---与结构有关的常数；ρ---流体密度Kl---与结构有关的常数；Δp--入口与出口压差；Μ---流体粘度。间隙较大、粘度较低，忽略粘度影响，漏流量

实际流动状态认为介于两种流动状态之间，因间隙一般都很小，认为是近似于粘性流动。容积式流量计特性结论2：压差越大泄漏量越大。

压力由检测元件动作时的机械阻力引起。流量增大，检测元件旋转加快，压差增大，泄露增加。流量越大误差越向负方向倾斜。同一个测量装置在不同压损下误差

阻力小的流量计，压差随流量变化小，流量增大，误差向负方向倾斜小。机械阻力小，压损越小，误差越小。容积式流量计特性粘度适当泄漏量压损误差同粘度下（在一定起始流量）：同流量下：流量较小时，误差为负；随流量增大，误差减小；泄漏量影响较大流量较大时误差近似常数或向负误差倾斜变大泄漏量影响较小QΔP泄漏量误差

泄漏量影响较大密度泄漏量误差关于误差曲线的总结：容积式流量计特