自动检测技术-流量测量(及课后答案)

6流量测量涡轮流量计6.4概述6.1容积式流量计6.2浮子流量计6.3主要内容：旋涡流量计6.5电磁流量计6.6超声流量计6.7节流式流量计6.8质量流量计6.9流量测量的复杂性表现在：介质对象的多样性：液体、气体、多相流。液体：粘性的影响；气体：压缩性、理想气体与真实气体（蒸汽）；流动状态：层流、湍流（紊流）、介质温度、压力均有很大影响；流量测量的复杂性致使流量仪表的多样性。6.1概述6.1.1流量测量中常用的物性参数（1）流量：体积流量质量流量标准状态下体积流量：标准状态pN

=0.101MPaTN

=293K总量：由于气体具有压缩性，不同压力、温度下同样的体积，流量是不一样的。工况状态：压力P，温度T（2）流体密度流体密度表示单位体积内流体的质量工程上，将液体视为不可压缩流体，可以不考虑压力变化对密度的影响，但对于气体，温度、压力对其影响很大，表示密度时必须严格说明气体所处的温度、压力状态。工程上常用的水蒸气分为饱和蒸汽和过热蒸汽，饱和蒸汽的密度是压力或温度的一元函数，而过热蒸汽的密度是温度、压力的二元函数，不遵循理想气体状态方程。对于可看作理想气体的普通气体，其密度由理想气体状态方程计算：粘性：所有实际流体在流动时都有阻止其流体质点发生相对滑移的性质，这就是流体的黏性粘度：度量流体黏性大小反应流体内摩擦力的一个参数。影响粘度的因素：流体介质、流体温度、流体压力（通常，温度上升，液体黏度就下降，而气体黏度上升）（3）流体的粘度介质不同，粘度不同：一般，液体粘度只考虑温度对它的影响，只有在压力很高时才考虑压力修正；而气体和水蒸气的黏度与温度和压力关系十分密切。当流体流动时，层流之间单位面积上的内摩擦力τ与速度梯度、和流体本身的动力黏度有关η——动力粘度，单位Pa⋅s常用P（泊）、cP(厘泊)1.动力黏度两种常用粘度：动力粘度、运动粘度2.运动粘度由于流体的黏度与密度有关，将动力黏度与流体密度的比值作为黏度的另一参数——运动黏度单位常用St（斯）、cSt(厘斯)（4）牛顿流体与非牛顿流体牛顿流体：动力黏度η为常数，内摩擦力τ与速度梯度呈线性的流体。非牛顿流体：不符合牛顿黏性定律的流体。如：高黏滞性流体和高分子溶液（可塑性流体和膨胀性流体）。常数举例：水、空气等低分子流体5）流体的压缩性和膨胀性①流体的压缩性：压力增加时，流体所占的体积会减少。压缩系数：当温度不变时，其体积随压力的变化而发生的相对变化率②

流体的膨胀性：温度升高时，流体所占的体积会增加。膨胀系数：当压力不变时，其体积随温度的变化而发生的相对变化率。压力不高时，液体的压缩系数非常小，可认为是不可压缩流体液体的膨胀系数很小，对于碳氢化合物的精确计算需才考虑（6）气体的等熵指数绝热过程：工程实际中，如果流体工质在状态变化的某一过程中不与外界发生热量交换，则该过程就称为绝热过程。绝热过程状态方程：注：当被测流体服从理想气体定律时，其等熵指数κ可用质量定压热容Cp和质量定容热容Cv之比（比热比）来表示，即等熵指数与气体种类，及温度、压力有关。单原子/双原子/多原子的等熵指数为：1.67/1.4/1.296.1.2管内流动基本知识（1）层流和湍流层流：管内流体分层流动，各流层之间互不混杂而平行于管道轴线流动。湍流：管内流体不再分层流动，流体质点除沿管道轴线方向运动外，还有剧烈的径向运动。判断管内流动是层流还是湍流的依据是雷诺数Re（无量纲）对于圆管雷诺数为临界雷诺数：ReD=2320 Re≤ReD

时为层流,否则为湍流.u流体平均流速，D管道直径，v流体运动黏度（2）速度分布

越靠近管壁，流速越小，管壁上流速为零；

越靠近管中心，流速越大，管道中心流速达最大值；

在管道横截面积上流体速度轴向分量的分布模式称为速度分布。层流状态湍流状态规律：（3）流动基本方程①连续性方程：质量守恒定律在运动流体中的应用对于可压缩流体定常流动：对于不可压缩流体定常流动

：②伯努力方程：能量守恒定律在运动流体中的应用对于可压缩流体伯努力方程表达式为：位置势能压力能流体动能此式表明单位质量流体的总能量沿流线守恒。实际测量中位置高度变化很小，则伯努力方程简化为此式表明不可压缩流体流动时，速度增加必然导致压力减少；相反，流速减少也必然导致压力增加。6.1.3流量测量仪表的分类按测量原理分类：容积式、速度式、差压式、质量式。按应用领域分类：计量仪表、过程控制仪表。质量流量计：以测量流体流过的质量M为依据的流量计。质量流量计分直接式和间接式两种。速度式流量计：以测量流体在管道内的流速作为测量依据来计算流量的仪表。（电磁式、涡轮式等）

容积式流量计：以单位时间内所排出的流体的固定容积的数目作为测量依据来计算流量的仪表。（椭圆齿轮式、活塞式）差压式（也称节流式）流量计：是基于流体流动的节流原理，利用流体流经节流装置时产生的压力差而实现流量测量的。它是目前工业生产过程中流量测量最成熟、最常用的方法之一。6.2容积式流量计工作过程：流体不断充满“计量空间”，然后再排出，不断累加充满的次数，乘上“计量空间”的体积，就是流体总量了。容积式流量测量是采用固定的小容积来反复计量通过流量计的流体体积．所以，在容积式流量计内部必须具有构成一个标准体积的空间，通常称其为容积式流量计的“计量空间”或“计量室”．这个空间由仪表壳的内壁和流量计转动部件一起构成．容积式流量计对上游流动状态变化不敏感，测量准确度高，可用于高粘度液体的测量。6.2.1容积式流量计的测量原理与结构（1）容积式流量计的测量原理流体通过流量计，就会在流量计进出口之间产生一定的压力差．流量计的转动部件(简称转子)在这个压力差作用下产生旋转，并将流体由入口排向出口．在这个过程中，流体一次次地充满流量计的“计量空间”，然后又不断地被送往出口．在给定流量计条件下，该计量空间的体积是确定的，只要测得转子的转动次数．就可以得到通过流量计的流体体积的累积值．设流量计计量空间体积为v(m3)，一定时间内转子转动次数为N，仪表的齿轮比常数为a，仪表指示值为I，则在该时间内流过的流体体积V为

（2）容积式流量计的结构通过椭圆齿轮流量计的体积流量N为椭圆齿轮的转速v为计量空间体积V=4nv=2πn(R

2−ab)δ n：圈数椭圆齿轮流量计由于椭圆齿轮容积流量计直接依靠测量轮啮合，因此对介质的清洁要求较高，不允许有固体颗粒杂质通过流量计．

2.3容积式流量计流量→齿轮转速n：椭圆齿轮的转速V0：测量室容积精度高只适用于洁净单相流体腰轮流量计腰轮容积流量计，也称罗茨型容积流量计，与椭圆齿轮流量计原理相似，同样是依靠进、出口压差产生运动，每旋转一周排出四份“计量空间”的流体体积量，所不同的是腰轮上没有齿，它们不是直接相互啮合运动，而是通过安装在壳体外的传动齿轮组进行转动的。刮板式容积流量计

凸轮式刮板流量计结构如图所示．图中壳体的内腔是一圆形空筒，转子也是一个空心圆筒形物体，径向有一定宽度，径向在各为90°的位置开四个槽，刮板可以在槽内自由滑动．四块刮板由两根连杆连结，相互垂直，在空间交叉．在每一刮板的一端装有一小滚珠，四个滚珠均在一固定的凸轮上滚动使刮板时伸时缩．当相邻两刮板均伸出至壳体内壁时，就形成—计量空间的标准体积．刮板在计量区段运动时，只随转子旋转而不滑动，以保证其标准容积恒定．当离开计量区段时，刮板缩入槽内，流体从出口排出．同时，后一刮板又与其另一相邻刮板形成第二个“计量空间”，同样动作．转子运动一周，排出四份“计量空间”体积的流体．刮板式流量计的转子在流量计进、出口差压作用下转动，每转动一周排出四份“计量空间”的流体体积，只要测出转动次数，就可以计算出排出流体的体积量．

旋转活塞式容积流量计

旋转活塞式(摆动活塞式)容积流量计的结构与工作原理如图所示．旋转活塞式容积流量计具有通流能力较大的优点．它的不足是在工作过程会有一定的泄漏，所以准确度较低．旋转活塞位于固定的内外圈3，4之间，活塞的轴6靠着导辊5滚动，中间隔板1将计量空间分成两部分，活塞2的上缺口和隔板1咬合，当活塞依箭头方向运动时与隔板1成直线运动．活塞在进出口流体压力差的作用下，始终与内外圆桶壁紧密接触旋转，交替不断地将活塞与内外圆筒之间的流体排出，通过计算活塞旋转次数可得到流过的流体量．

湿式气体流量计主要由圆鼓形壳体、转鼓及传动记数机构所组成，如图所示。湿式气体流量计转鼓是由圆筒及四个弯曲形状的叶片所构成。四个叶片构成四个体积相等的小室。鼓的下半部浸没在水中。充水量由水位器指示。气体从背部中间的进气管处依次进入各室，并相继由顶部排出时，迫使转鼓转动。转动的次数通过齿轮机构由指针或机械计数器计数也可以将转鼓的转动次数转换为电信号作远传显示。湿式气体流量计工作原理6.2.2容积式流量计的特性分析(1)容积式流量计的误差特性误差特性，就是流量计的误差值与流量测量值之间的关系。误差的来源？存在漏流漏流越大，流量计的误差就越大。误差随流量变化。(2)容积式流量计的压力损失特性产生压力损失的原因？由机械阻力引起的压力损失由流体黏性造成流动阻力引起的压力损失压力损失随流量的增加而增加，对于液体流量计，黏度越大压力损失越大，对于气体流量计，压力越高压力损失就越大。6.2.3容积式流量计的特点及安装使用（1）特点精度高，0.2%~1%，压力损失较小（≤0.1MPa），安装使用也较方便。一般用于计量仪表；量程宽，使用温度有一定范围（普通型＜120℃，高压型＜200℃加工成本较高；无需前后直管段，在流速场畸变时对计量精度没有影响；是直读式仪表，无需外部能源，可直接获得累计总量，清晰明了，操作简便；适用于高黏度介质的流量测量。椭圆齿轮流量计的入口端必须加装过滤器，防止变送器因杂物阻塞管道。过滤器应定期清洗。变送器周围不应有影响仪表工作的强磁场存在。变送器在使用时，应使表内充满液体。被测液体内不应混有气体，否则应安装气体分离器。（2）适用范围（3）安装6.3浮子流量计浮子流量计又称为转子流量计，或面积流量计。在流量测量过程中前后压降不变，故又称为恒压降流量计。玻璃浮子流量计金属管浮子流量计克罗尼H250浮子流量计结构6.3.1浮子流量计的结构原理与流量方程浮子流量计本体由一个锥形管和一个置于锥形管中可以上下自由移动的浮子(或称转子)构成。浮子流量计本体用两端法兰、螺纹或软管与测量管道连接，并且垂直安装在测量管道上。（1）结构与原理原理：浮子流量计的测量本体由一根自下向上扩大的垂直锥管和一只可以沿着锥管的轴向自由移动的浮子组成，当被测流体自锥管下端流入流量计时，由于流体的作用，浮子上下端面产生一差压，该差压即为浮子的上升力。当差压值大于浸在流体中浮子的重量时，浮子开始上升。随着浮子的上升，浮子最大外径与锥管之间的环形面积逐渐增大，流体的流速则相应下降，作用在浮子上的上升力逐渐减小，直至上升力等于浸在流体中的浮子的重量时，浮子便稳定在某一高度上。这时浮子在锥管中的高度h与所通过的流量有对应的关系。（2）流量方程在图中截面1与截面2处列伯努力方程连续性方程可得迎面压差阻力：c为阻力系数迎面压差阻力：浮子受到的浮力：浮子自重：当浮子在流体中处于平衡状态时，有即所以可知，无论浮子停留在什么位置，流体流过环形面积的平均流速u是一个常数。，其中A是环隙面积体积流量D——浮子所在处锥管的内径；Df——浮子的最大直径设椎管的锥角为，零刻度处椎管内径为，则在浮子高度h处有如果锥半角足够小，则忽略二次项得到：因此，根据转子浮起的高度就可以判断被测介质的流量大小。，其中A是环隙面积体积流量定量分析流量公式中二次项的影响写成例：某DN80浮子流量计，浮子直径Df=68mm，行程60mm，锥管大端直径94mm，小端直径68mm，tanϕ=13/60目前，各口径的浮子流量计已统一制作成250mm长度。6.3.2浮子流量计的刻度换算流量公式①液体流量的刻度换算：刻度状态：工作状态：下标“0”无下标→可得到：对于液体浮子流量计，一般是用标准状态下的水对流量进行标定的，所以称刻度状态。②气体流量的刻度换算：气体：故：ρ0

刻度状态气体密度，ρ工作状态气体密度由理想气体状态方程：p0,T0——刻度状态压力、温度p,T——工作状态压力、温度6.3.3智能式金属管浮子流量计

可设定： •工作流体密度 •工作压力、温度 •输出信号量程6.3.4浮子流量计的安装和使用可靠性高，用于过程控制系统，适合于中小流量的测量，量程比10:1，准确度1.5%~2.5%，前5D后3D直管段，一般应竖直安装，介质自下而上，必要时需加装旁通管路。对玻璃管浮子流量计：结构简单，成本低，直观，但是被测介质需透明，可靠性差，不能测高温高压介质。对于脏污流体，应在上游安装过滤器。对于带有磁性耦合的金属浮子流量计，用于测量含铁性杂质流体时，应在流量计前安装磁过滤器。常见故障：浮子卡死，可用敲击的办法。6.4涡轮流量计6.4.1涡轮流量计的结构及原理涡轮流量计是叶轮式速度流量计的一种。涡轮流量计是目前流量仪表中比较成熟的高精度仪表。适用于轻质成品油、天然气等低粘度流体，常用于流体总量的测量。(1)涡轮流量传感器的结构由外壳、导流器、叶轮（直叶片、螺旋叶片）、轴承（滑动、滚动）、放大器组成。(2)涡轮流量计的工作原理涡轮流量计的测量原理：以动量矩守恒原理为基础的，流体通过导流器冲击涡轮叶片，冲击力对涡轮产生转动力矩，使涡轮克服机械摩擦阻力矩和流动阻力矩而转动，利用置于流体中的叶轮的旋转角速度与流体流速成比例的关系，通过涡轮外的磁电装置可将叶轮的转速转换成电脉冲。当涡轮转动时，涡轮上由导磁不锈钢制成的螺旋形叶片依次接近和离开处于管壁外的磁电感应线圈，周期性地改变感应线圈回路磁阻，使通过线圈的磁通量发生变化而产生与流量成正比的脉冲信号，经放大整形后显示流量。切割磁力线，在叶片上产生感应电势，耦合到线圈上产生信号，经放大后输出。放大器工作原理：信号脉冲频率：流量：式中：K为涡轮流量计的仪表系数，1/L或1/m3。

理想情况下K应为一常数。6.4.2涡轮流量计特性分析流体对叶轮的推动力矩Tr；轴与轴承之间的机械摩擦阻力矩Trm；流体对涡轮的粘性阻力矩Trf；电磁阻力矩Tre；⑴对叶轮作受力分析：叶轮的转动惯量为J，运动速度为ω根据牛顿第二运动定律可写出涡轮的运动方程为：类比：在涡轮正常运动之后：Tre较小，始动时并不小。有以下分析推动力矩Tr：式中：r为平均半径。故分析f，而且仅分析圆周上的fΔt的变化量，考虑涡轮进、出口的周向动量变量。进口绝对速度仅沿轴向，为u1，无周向分量，即 u1cosα1=0出口绝对速度6.4.3涡轮流量计的特点和安装使用 涡轮流量计的特点：精度高：液体0.15%~0.5%，气体1%~1.5%；重复性好：0.05%~0.2%；量程比宽：10~50:1；脉冲信号输出，抗干扰能力强；耐压高、压力损失小、反应速度快；有可动部件，易磨损；对介质有一定的清洁度要求；需要一定长度的前、后直管段；耐腐蚀，采用耐腐蚀性材料。涡轮流量计的安装：除特殊设计，涡轮流量传感器应水平安装；涡轮上游和下游直管段长度应分别大于10d和5d；流体流动方向应和传感器上的箭头指向一致；在传感器上游安装过滤器避免流体中杂质的影响；测量易气化液体，应安装消气器；流体不能完全充满管路时，应安装背压管；调节阀、温度计、压力计等应安装在涡轮下游；为检修方便，应设置旁路管道。

根据被测流体的粘度，选择不同设计的涡轮传感器；

根据被测流体的温度、压力、密度确定传感器仪表系数；

为防止涡轮发生气蚀，应保证涡轮前压力高于该液体气化压力。

根据被测流体，为涡轮选用合适的轴承。涡轮流量计的维护：定期拆洗，并检查各部件；注意轴和轴承磨损情况，并及时更换磨损了的轴和轴承；注意每运行一年，应进行全面检查、检定仪表系数。传感器拆下不用时，应在清洗后两端加保护套，妥善保存。涡轮流量计的使用：6.5旋涡流量计旋涡流量计利用流体振动原理进行流量测量的。即在特定流动条件下，流体一部分动能产生流体振动，且振动频率与流体速度有一定关系，输出与流量成正比的脉冲信号。•两种：涡街流量计和旋进旋涡流量计旋进旋涡流量计涡街流量计漩涡发生体6.5.1涡街流量计测量原理•涡街的产生涡街流量计是利用有规则的漩涡剥离现象来测量流体流量的仪表。把一个漩涡发生体（非流线型对称物体）垂直插在管道中，当流体绕过漩涡发生体时会在其左右两侧后方交替产生旋转方向相反的漩涡，形成涡列，该漩涡列就称为卡门涡街。只有当两列漩涡的间距h与同列中相邻漩涡的间距l满足为h／l＝0.281条件时，卡门涡列才是稳定的。且单列漩涡产生的频率f与流体流速u1成正比，与柱体的特征尺寸d（漩涡发生体的迎流面最大宽度）成反比，即：St称为斯特劳哈尔数（无因次数），Sr主要与漩涡发生体的形状和雷诺数有关。在雷诺数为5000～150000的范围内，St基本上为一常数。根据流动连续性原理A1漩涡发生体两侧流体面积，A管道流体面积，u平均流速定义截面比则则通过涡街流量计的体积流量说明，在斯特劳哈数为常数的基础上，涡街流量计的体积流量与漩涡频率成正比，这个特性不受流体压力、温度、黏度、密度和成分的影响。

涡街流量计可以测量液体流量，也可以测量气体流量，以水标定的涡街流量计用于气体，不会引起明显误差。6.5.2涡街流量计的构造传感器：表体、旋涡发生体、检测元件、安装架等转换器：前置放大器、滤波整形电路等（1）旋涡发生体旋涡发生体是涡街流量计的关键部件，采用不锈钢材料。为了产生稳定的涡街，必须保证漩涡发生体的迎流宽度不变，并力求形状简单，以及避免共振。最常见的是梯形柱（三角柱）漩涡发生体。双、多体旋涡发生体是为了提高涡街强度和稳定性降低阻力系数而采用的。它由辅助发生体和主发生体组成。（2）旋涡信号检测检测旋涡分离频率的方法有两类：1.检测漩涡发生体上受力的变化频率（有应力式、应变式、电容式、电磁式等）2.检测漩涡发生体附近流体的变化频率（有热敏式、超声式、光电式、光纤式等）•热电阻检测法（早期）在漩涡发生体上开一个孔，孔中置一铂丝。将其加热到高于流体温度10℃左右，同时将其作为电桥的一个桥臂。以圆柱形旋涡发生体热线式为例，圆柱体表面开有导压孔，与圆柱体内部空腔相通．空腔由隔墙分成两部分，在隔墙的中央部分有一小孔，在小孔中装有检测流体流动的铂电阻丝。漩涡发生体两侧交替产生漩涡，产生旋涡的一侧u↓p↑，另一侧u↑p↓，于是在小孔两侧产生静压差。流体从空腔上的导压孔进入，向未产生漩涡的一侧流出，将铂丝上的热量带走，铂丝温度下降，导致其电阻值减小。电桥失恒，产生电压摆动，将其放大整形后，输出一个脉冲信号。特点：灵敏度高，下限低，量程宽，对振动不敏感。但铂丝易断，孔易堵。压电式检测法是目前应用最多的一种检测法。在漩涡发生体下游安装一检测元件，俗称探头，做成悬臂梁结构形式，比漩涡发生体小得多，在探头内部嵌有压电晶体，利用压电对压力的敏感性，检测所受到的交变压力来反应漩涡分离频率。电容式检测法：

以三角柱旋涡发生体为例，在三角柱的两侧装有两片弹性金属薄膜，它们兼为电容器的极扳，里面装有电极板。电极扳与金属膜之间充满了油，借以传递压力。这样当三角拄下面产生一个旋涡，同时下方的压力就高于上方压力，将三角拄下方的金属膜向里压入，而上方的金属膜就向外弹出，改变了两个电容器各自的电容量．这样，对应于交替产生的升力，两组电容器的电容量就差动地变化。于是，电容量变化与升力变化相对应，也就与旋涡的发生频率相对应，这样，就可由电容量变化频率得到旋涡频率，进而得到流量值．超声式检测法在管壁上安装两对超声探头，探头发射高频、连续信号，声波横穿流体传播。当漩涡通过声束时，每一对旋转方向相反的漩涡对声波产生一个周期的调制作用，受调制的声波被接收探头转换成电信号，经放大、检波、整形后得漩涡信号。特点：灵敏度高，下限流速较低，但温度对声调制有影响，故适用于温度变化小的气体和含气量微小的液体流量测量。

仅有日本横河公司成功制造。6.5.3旋进漩涡流量计其突出优点是具有较短的表前直管段（3D）和较低的下限流量，适用于某些涡街流量计不宜使用的场合。（1）工作原理旋进漩涡流量计是根据漩涡进动现象为机理的流量计。漩涡进动现象：受到周围约束的漩流在通过截面扩大了的管道时，旋流的中心轴会做进动的现象。流体流入旋进漩涡流量计后，首先经过一组由固定螺旋形叶片组成的起旋器后被强制旋转，使流体形成漩涡流，涡流中心速度很高，为涡核，其外围为环流。流体流经收缩段（喉部）时，涡流加速，沿流动方向涡核直径逐渐缩小，而强度逐渐加强。进入扩张段，漩涡急剧减速，压力上升，于是产生回流，涡核就围绕轴线做螺旋状进动。进动频率f与流体平均流速u成正比关系。仪表系数Kv仅与漩涡发生体结构有关，与流体物性和组分无关。精度高（可达0.5%～1%），检测范围宽抗干扰能力强。漩涡流量计输出信号（频率）不受流体物性和组分变化的影响，在一定的雷诺数范围内，几乎不受流体的温度、压力、密度、粘度等变化的影响，故用水或空气标定的漩涡流量计可用于其他液体和气体的流量测量而不需标定；管道内无可动部件,使用寿命长,压力损失小，量程比20:1；结构简单，维护量小，故障少。6.5.4漩涡流量计的特点和使用要求尤其适用于大口径管道的流量测量。但是流量计安装时要求有足够的直管段长度，上游和下游的直管段分别要求不少于20D和5D，漩涡发生体的轴线应与管路轴线垂直。管道雷诺数应在2×104

～7×106之间；流速必须在规定的范围内，并保持敏感元件的清洁。特点：使用要求：6.6电磁流量计法拉第电磁感应定律：电路中感生电动势的大小跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。根据法拉第电磁感应定律制成的，用来测量导电液体的体积流量。西门子电磁流量计ABB电磁流量计上海罗斯蒙特电磁流量计6.6.1测量原理在磁感应强度为B的均匀磁场中，垂直于磁场方向放一个内径为D的不导磁管道，当导电液体在管道内以流速u运动时，导电液就切割磁力线，产生感应电动势e如果在管道截面垂直于磁场直径两侧安装一对电极，则可测得感应电势。体积流量由上式可知，当测量管结构一定时，体积流量qv和e/B成正比，而与流体的状态和物性参数无关，测量比值e/B即可得到体积流量。当磁感应强度Ｂ为恒定值时，体积流量与感生电势成正比。6.6.3

电磁流量计的结构

电磁流量计由电磁流量传感器和电磁流量转换器两部分组成。传感器感受流量的变化，转换器将传感器送来的流量信号进行放大，并转换成标准信号进行记录、显示等。电磁流量传感器：①测量管组件，要求耐腐蚀，耐磨损，耐高温，根据被测介质的种类，选择适当的绝缘材料衬里，如耐磨橡胶，聚四氟乙烯等；②磁路系统，包括励磁绕组和铁芯；③电极，引出电势信号，非磁性导电材料，如不锈钢，关键是结构，不漏。电磁流量转换器：将传感器输出的毫伏电势放大，并转换成相应的标准电流、电压或频率信号输出。6.6.4电磁流量计的特点和安装使用特点：(1)传感器结构简单，无可动部件和阻流件，无压力损失;(2)可测脏污、腐蚀性、液固两相等导电性介质，而且只可测导电液体;(3)不受被测介质温度、黏度和密度的影响;（4）准确度高，0.2%~1%，量程比可达50~100:1，口径范围从2mm至3m;(5)不能用来测气体、蒸汽和导电率低的介质;(6)不能用于测高温或低温介质;(7)易受外界电磁场的影响。安装使用:(1)使用地点不应有强磁场干扰;(2)为保证管道充满流体，需垂直安装；(3)前5D直管段;(4)使用非金属管道应使用接地环;(5)衬里的确定：主要考虑耐腐蚀性、耐磨性和流体温度;(6)电极的选定：考虑腐蚀性，压力状况等6.7超声流量计通过接收穿过流体的超声波来检测流体的流速而测量体积流量的仪表。按测量原理分为：传播速度差法频差法多普勒法6.7.1传播速度差法测量原理传播速度差法是利用测量超声波脉冲在顺流和逆流传播过程中的速度之差来反映流体流速的。超声换能器（超声探头）——压电陶瓷片接收超声波：压电效应发射超声波：逆压电效应顺流时:T1→R2逆流时：T2→R1c|水≈1500m/s，u≈1m/s，故c2>>u2cos2α可得：可知，测量结果u与声速C有关，而声速是温度、介质种类和成分的函数，那么如何消除声速的影响呢？代入得：当α＝45°时由此便消除了声速的影响，求出了平均流速u。6.7.2频差法测量原理 通过测量脉冲超声波顺流和逆流时的声循环频率测流量。

6.7.3多普勒法测量原理多普勒效应：声源与观察者之间有相对运动时，观察者所感受到的声频率将不同于声源的频率。 实例——火车鸣笛。6.7.4超声流量计的特点与安装使用能实现非接触式测量的流量计（夹装式）；可制成便携式仪表；无阻流件，无压力损失；准确度0.1%～5%；管道内外壁干净，需足够长的直管段；传播速度差法流量计需介质洁净，而多普勒流量计需有散射粒子，适于污水和含气泡的液体；特别适合大管径测量，其成本与管径基本无关。6.7.5超声流量计维护及故障诊断（1）维护外贴式超声波流量计——定期检查换能器是否松动，与管道之间的粘合剂是否良好；插入式超声波流量计——定期清理探头上沉积的杂质、水垢及检查有无漏水现象；一体式超声波流量计——检查流量计与管道之间的法兰连接是否良好，并考虑现场温度和湿度对其电子部件的影响。（2）故障诊断现象：①示值不准②无示值③流量为负④流量波动大原因：1、测量点位置选择——如测量点非满管流，内部锈蚀，直管段长度不够或上游存在扰动源可导致①②④；2、换能器安装——如换能器与管道间有锈斑、耦合剂涂不均匀或换能器安装偏离管线正侧面可导致①②；3、电缆连接——上下游换能器电缆若接反可导致③；4、数据设置——管道参数如管径、安装角度需精确测量后置入仪表，否则导致①。①德国KROHNE4声道气体超声流量计高精度低功耗<1W，可使用太阳能DN80流速上限57m/sDN400流速上限30m/s示值误差±0.2%国外主要厂商产品介绍KROHNE3声道液体超声流量计独特的三声道截面设计传感器专利设计数字信号处理(DSP)流速测量范围0～20m/s当流速大于0.5m/s时示值误差±0.5%当流速小于0.5m/s时绝对误差为±2.5mm/s重复性<0.2％②美国CONTROLOTRON双声道固定式液体超声流量计全天候机箱设计③英国MICRONICS便携式液体超声流量计带图表显示功能LCD覆膜触摸式按键16个管径范围：50-1000毫米流速：0.12-12.39m/s重复性：±0.5%读数误差：±1-3%长度：236mm宽度：125mm高度：41mm重量：小于1.5Kg④日本富士电机FUJI新式脉冲多普勒法与传播时间差法并用的新一代混合型超声波流量计脉冲多普勒方式流速范围：0～±0.3m/s～4m/s精度：0.5％～1.0％传播时间差方式流速范围：0～±0.3m/s～32m/s国内主要厂商产品介绍多声道气体超声流量计具有国际专利的非实流标定技术（干标）流速范围：0.5～35m/s准确度等级0.5重复性0.2％功率15W①北京昌民增加液位计测量液位，计算出实际流体的截面积，从而计算流量明渠型超声流量计唐山汇中6.8节流式流量计节流式流量计，在管道中设置了一个节流件，利用流体流经节流装置时在节流件上下游产生与流体流量有关的差压的原理测量的。它是目前工业生产过程中流量测量最成熟、最常用的方法之一。优点：结构简单，无可动部件；可靠性较高；复现性能好；适应性较广，它适用于各种工况下的单相流体，适用的管道直径范围宽，可以配用通用差压计；装置已标准化。

缺点：安装要求严格；流量计前后要求较长直管段；压力损失较大；对于较小直径的管道测量比较困难；精确度不够高(±1%~±2%)。6.8.1节流装置的测量原理和流量方程 （1）测量原理和流动情况 节流件：在管道中安置一个固定的阻力件，它的中间开一个比管道截面小的孔，当流体流过该阻力件时，由于流体流束的收缩而使流速加快、静压力降低，其结果是在阻力件前后产生一个较大的压差。压差的大小与流体流速的大小有关，流速愈大，差压也愈大，因此只要测出差压就可以推算出流速，进而可以计算出流体的流量。把流体流过阻力件使流束收缩造成压力变化的过程称节流过程，其中的阻力件称为节流件。孔板喷嘴文丘里管123流动流体的能量有两种形式：静压能和动能。流体由于有压力而具有静压能，又由于有流动速度而具有动能，这两种形式的能量在一定条件下是可以相互转化的。根据能量守恒定律，流体所具有的静压能和动能，加上克服流动阻力的能量损失，在没有外加能量的情况下，其总和是不变的。

流速静压图3-18孔板装置及压力、流速分布图

要准确测量出截面Ⅰ、Ⅱ处的压力有困难，因为产生最低静压力p2′的截面Ⅱ的位置随着流速的不同会改变。因此是在孔板前后的管壁上选择两个固定的取压点，来测量流体在节流装置前后的压力变化。因而所测得的压差与流量之间的关系，与测压点及测压方式的选择是紧密相关的。注意节流基本方程式

根据不可压缩流体伯努力方程连续性方程—截面1和2上流体的静压力；—截面1和2上流体的平均流速；—截面1和2上流体的密度—截面1和2上流束直径；可推出体积流量：质量流量：以实际采用的某种取压方式所得到的压差来代替的值；同时引入流出被测系数C对上式进行修正。流出系数C是一个与节流件型式、孔径比、取压方式、被测介质性质及流动状态有关的系数。α为流量系数ε为可膨胀性系数F0为节流件的开孔面积，ρ为节流装置前的流体密度，ΔP节流装置前后实际测得的压差

α主要与节流装置的型式、取压方式、流体的流动状态（如雷诺数）和管道条件等因素有关。因此，是一个影响因素复杂的综合性参数，也是节流式流量计能否准确测量流量的关键所在，雷诺数大于某一数值（界限雷诺数）时，α值可认为是一常数。对于标准节流装置，可以从有关手册中查出；对于非标准节流装置，其值要由实验方法确定。ε可膨胀性系数用来校正流体的可压缩性，它与节流件前后压力的相对变化量、流体的等熵指数等因素有关，其取值范围小于等于1。对于不可压缩性流体，ε＝1；对于可压缩性流体，则ε＜1。应用时可以查阅有关手册而得对于可压缩流体，考虑到节流过程中流体密度的变化而引入流束膨胀系数ε进行修正采用节流件前的流体密度ρ，由此流量公式可更一般的表示为：

国内外把最常用的节流装置、孔板、喷嘴、文丘里管等标准化，并称为“标准节流装置”。

标准化的具体内容包括节流装置的结构、尺寸、加工要求、取压方法、使用条件等。对于标准化的节流件，在设计计算时都有统一标准的规定、要求和计算所需的有关数据及程序，可直接按照标准制造；安装和使用时不必进行标定。特殊节流件主要用于特殊介质或特殊工况条件的流量检测，它必须用实验方法单独标定。6.8.2标准节流装置标准节流件，符合标准的取压装置，前后直管段，三部分组成标准节流装置。流体条件：满管流，单相流，定常流，无相变流，无旋流作为流量检测用的节流件有标准的和特殊的两种。标准节流件包括标准孔板、标准喷嘴和标准文丘里管。(a)标准孔板主要技术参数：取压方式：角接（环室或单独钻孔）取压、法兰取压、D-D/2取压；公称压力:≤32MPa（≥20MPa时用高压透镜孔板或焊接式）；公称通径：50～1000mm（标准孔板）或＜50mm（整体孔板）＞1000mm（平孔板）；精确度（不确定度）：±0.5%～1.5%；适用范围：开孔直径d（mm）：d≥12.5(标准孔板)；开孔直径比β：0.1≤β≤0.75；雷诺数范围ReD：0.1≤β≤0.75，107≥ReD≥5000且ReD≥170β2D；D以（mm）表示。(b)标准喷嘴(c)标准文丘里管非标准节流件1)锥形入口孔板2)1/4圆形孔板3)圆缺孔板

4）偏心孔板5)弯管6）楔形孔板7）线性孔板取压方式目前广泛采用的是角接取压法，其次是法兰取压法。角接取压法比较简便，容易实现。环室取压，测量精度较高。法兰取压法结构较简单，容易装配，计算也方便，但精度较角接取压法低些。角接取压法法兰取压法6.8.4标准节流装置的计算①流量计算

这类计算命题是在管道、节流装置、取压方式、被测流体参数已知的情况下，根据测得的差压值计算被测介质流量。属校核计算，常用在使用现场，所依