过程控制流量检测

3.5流量测量

内容提要3.5.1概论3.5.2差压式流量计1.测量原理及节流装置2.节流装置的流量方程3.压差式流量计的组成4.压差式流量计的使用3.5.3转子流量计1.测量原理及流量公式2.转子流量计的特点3.5.4电磁式流量计

1.测量原理2.电磁式流量计的特点内容提要3.电磁式流量计的安装使用3.5.5其他流量计1.靶式流量计2.椭圆齿轮流量计3.涡轮流量计3.5.1概述

机泵、压缩机的出口流量常常是生产装置的负荷（设备的处理量），必须进行严格检测和控制。以便为生产操作和控制提供依据。同时，为了进行经济核算，经常需要知道在一段时间（如一班、一天等）内流过的介质总量。所以，介质流量（液体、气体和蒸汽等）是控制生产过程达到优质高产和安全生产以及进行经济核算所必需的一个重要参数。

3.5.1概述定义流量（瞬时流量）：单位时间内流过管道某一截面的流体的数量。

累积流量（总流量）：某一时段内流过的流体的总合。瞬时流量在某一时段的累积量。质量流量(M)：单位时间内流过某截面的流体的质量。

单位：(kg/s)体积流量(Q)：单位时间内流过某截面的流体的体积。单位：（m3/s）3.5.1概述流量计：测量流体流量的仪表。计量表：测量流体总量的仪表。

3.5.1概述1.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。

2.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。3.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。分类3.5.2差压式流量计

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。

通常是由能将被测流量转换成压差信号的节流装置和能将此压差转换成对应的流量值显示出来的差压计以及显示仪表所组成。（1）

测量原理及节流装置压差式流量计的核心部件是节流装置，它包括：节流元件、取压装置以及其前后管段。

1.节流装置

(a)标准孔板(b)喷嘴(c)文丘里管相比而言，标准孔板制作最简单，使用也最广泛。当要求压力损失较小时,可采用喷嘴、文丘里管等3.5.2差压式流量计2.取压装置

（a）角接取压（b）法兰取压（c）径距取压图3.5.2差压式流量计标准孔板取压方式（1）角接取压取压点分别位于节流元件前后端面处。适用于孔板和喷嘴两种节流装置。它又分为环室取压和单独钻孔取压两种方法。（2）法兰取压在距节流元件前后端面各1英寸（25.4mm）的位置上垂直钻孔取压，仅适用于孔板。3.5.2差压式流量计

3.节流件前后的直管段

直管段的长度随阻力件的形式、节流件的几何形状和直径比值不同而异。在设计时，最短直管段长度：

孔板、喷嘴和文丘里喷嘴所要求的最短直管段长度见下表3.5.2差压式流量计3.5.2差压式流量计3.5.2差压式流量计

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3.5.2差压式流量计（2）节流装置的流量方程

流量基本方程式是阐明流量与压差之间定量关系的基本流量公式。它是根据流体力学中的伯努利方程和流体连续性方程式推导而得的。根据流体力学中的伯努利方程，可以推导得出节流式流量计的流量方程，也就是差压和流量之间的定量关系式：ͣ为流量系数ε为可膨胀性系数A0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可以看出要知道流量与压差的确切关系，关键在于α的取值。

流量与压力差ΔP的平方根成正比。

3.5.2差压式流量计

流量系数ͣ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，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。3.5.2差压式流量计膨胀系数ε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。3.5.2差压式流量计（3）差压式流量计的组成差压式流量计由节流装置、引压管路和差压变送器（差压计）组成。节流装置用于产生压力差；导压管是连接节流装置与差压计的管线，用来传导差压信号；差压计用来测量压差信号，并把此压差转换成流量指示记录下来。差压式流量计的组成3.5.2差压式流量计3.5.2差压式流量计

（4）压差式流量计的使用节流装置的安装与使用：①必须保证节流装置的开孔和管道的轴线同心,并使节流装置端面与管道的轴线垂直。②在节流装置前后长度为两倍于管径(2D)的一段管道内壁上,不应有凸出物和明显的粗糙或不平现象。3.5.2差压式流量计测蒸汽一体化孔板质量流量计3.5.3转子流量计组成由下往上逐渐扩大的锥形管放在锥形管内可自由运动的转子被测流体由锥形管下端进入，流经转子与锥形管之间的环隙，再从上端流出当流体流过的时候，位于锥形管中的转子受到向上的一个力，使其浮起。当这个力正好等于转子重量减去流体对转子的浮力，此时转子就停浮在一定的高度上3.5.3转子流量计（1）测量原理及流量公式

转子流量计采用的是恒压降、变节流面积的流量测量方法。

转子流量计的工作原理图3.5.3转子流量计若流体流量突然由小变大时，作用在转子上的向上的力就加大，转子上升，环隙增大，即流通面积增大。随着环隙的增大，使流体流速变慢，流体作用在转子上的向上力也就变小。这样，转子在一个新的高度上重新平衡。转子在锥形管中平衡位置的高低h与被测介质的流量大小相对应。3.5.3转子流量计转子的平衡关系V为转子的体积；ρt和ρf分别为转子和流体的密度；g为重力加速度；ΔP为转子前后的压差；A为转子的最大截面积3.5.3转子流量计转子和锥形管间的环隙面积相当于节流式流量计的节流孔面积，但它是变化的，并与转子高度h成近似的线性关系，因此，转子流量计的流量公式可以表示为流量与转子高度h成线性关系式中的其它参数为常数式中：φ为仪表常数；h为转子浮起的高度。

3.5.3转子流量计（2）转子流量计的特点：①转子流量计主要适合于检测中小管径、较低雷诺数的中小流量；②流量计结构简单，使用方便，工作可靠，仪表前直管段长度要求不高；③流量计的基本误差约为仪表量程的土2％；④流量计的测量精度易受被测介质密度、粘度、温度、压力、纯净度、安装质量等的影响。3.5.3转子流量计3.5.3转子流量计金属管转子流量计的外形结构图3.5.4电磁流量计能够测量酸、碱、盐溶液以及含有固体颗粒（例如泥浆）或纤维液体的流量。

电磁流量计原理（1）测量原理当导电的流体在磁场中以垂直方向流动而切割磁力线时，就会在管道两边的电极上产生感应电势，感应电势的大小与磁场的强度、流体的速度和流体垂直切割磁力线的有效长度成正比：流量和电压E成线性关系，测得E就可以求得流量的大小。3.5.4电磁流量计

只要是导电的，被测流体可以是含有颗粒、悬浮物等，也可以是酸、碱、盐等腐蚀性物质；流量计的输出电流与体积流量成线性关系，并且不受液体的温度、压力、密度、粘度等参数的影响；测量口径范围大，可以从lmm到2m以上，特别适用于lm以上口径的水流量测量；测量精度一般优于0.5级；电磁流量计反应迅速，可以测量脉动流量；测量导管内无可动或突出于管道内部的部件，因而压力损失极小；（2）电磁流量计的特点：3.5.4电磁流量计可以水平安装，也可以垂直安装，但要求液体充满管道；直管段要求：前10D，后5D以上；远离磁场；变送器前后管道有时带有较大的杂散电流，一般要把变送器前后1～1.5m处和变送器外壳连接在一起，共同接地。（3）电磁流量计的安装(a)一体式(夹装)(b)分体式（法兰安装）电磁流量计外形图

电磁流量传感器由测量管组件、磁路系统、电极等部分组成，如图4.69所示，测量管上下装有励磁线圈，通以励磁电流后产生磁场穿过测量管。一对电极装在测量管内壁与液体相接触，引出感应电势。3.5.5其他流量计一、靶式流量计便于某些黏度较高或含有悬浮物介质的流量检测。

半导体应变片式靶式流量变送器

1—靶；2—输出力杠杆；3—推杆；4—悬臂块；R1～R4—半导体应变片3.5.5其他流量计图4.24椭圆齿轮流量计1-表头；2-联轴耦合器；3-上盖；4-测量主体；5-椭圆齿轮；6-轴3.5.5其他流量计椭圆齿轮流量计的原理示意图随着椭圆齿轮不断旋转，流体就一次次被计量室分割、并以计量室为单位从入口排到出口。从（a）到（d）再到（a），椭圆齿轮转动1／2圆周，刚好排出2个计量室体积的被测流体，所以，椭圆齿轮转一周将排出4个计量室体积的被测流体。即通过椭圆齿轮流量计的累积流量V和体积流量qv为2．椭圆齿轮流量计的工作原理

3.5.5其他流量计二、椭圆齿轮流量计1.工作原理椭圆齿轮流量计结构原理通过椭圆齿轮流量计的体积流量2.使用特点

适用于高黏度介质的流量测量。测量精度较高，压力损失较小，安装使用也较方便。椭圆齿轮流量计的入口端必须加装过滤器。椭圆齿轮流量计的使用温度有一定范围。椭圆齿轮流量计的结构复杂，加工成本较高。3.5.5其他流量计三、涡轮流量计

涡轮流量计1—涡轮；2—导流器；3—磁电感应转换器；4—外壳；5—前置放大器优点

安装方便。测量精