第4章流量测量

流量测量

第一节概述第二节差压式流量计第三节均速管流量计第四节电磁流量计第五节容积式流量计流量测量

第四章流量测量（续）

第六节质量流量计第七节其它流量计第一节流量概述定义：分类：体积流量质量流量瞬时流量累积流量流量的测量方法速度式测量法：容积式测量法：质量式测量法：流量计的分类差压式流量计：速度式流量计：容积式流量计：其它的流量计：第二节差压式流量计测量原理：伯努利方程组成结构：节流装置、差压计、传输管道节流式流量计结构图分类：孔板喷嘴文丘里管1、测量原理和基本公式伯努利方程：连续性方程：标准孔板：标准喷嘴：标准文丘里管：2、标准节流装置结构结构：标准孔板特点：结构简单，加工方便，价格便宜压力损失较大，测量精度较低，只适用于洁净流体介质，测量大管径高温高压介质时，孔板易变形。参数：开孔直径d：d≥12.5mm，0.20≤β≤0.75孔板的厚度E：e≤E≤0.05D节流孔厚度e：0.005D≤e≤0.02D标准喷嘴ISA1932喷嘴适用范围：管径D：50～500mm直径比β：0.32～0.80雷诺数ReD：

0.30≤β≤0.44，7E4～E70.44≤β≤0.80，2E4～E7结构：标准文丘里管3、节流装置的取压方式角取压法兰取压4、节流装置的使用条件流体必须充满圆管，连续地流过管道。只适于测量圆形截面管道内的流体,标准喷嘴；流束应与管轴平行，不得有旋转流或旋涡。在进行流量测量时,管道内流体的流动应是稳定的；流体流量基本上不随时间而变化,或者变化是非常缓慢的；流体可以是可压缩的气体或不可压缩的流体；但不适于脉动流与临界流；流体必须是牛顿流体,在物理学和热力学上是单相的,均匀的或者可认为是单相的,且流经节流装置时不发生相变；节流装置的制造和使用条件超出国家标准的极限时,必须标定后才能安装使用。5、节流装置的安装6、节流装置的选用节流装置的选择原则：允许的压力损失；加工的难易；被测介质的侵蚀性；现场安装条件。使用时应该注意的问题：被测流体参数的变化；原始数据是否正确；节流装置安装是否正确；定期维护工作是否到位。第三节均速管流量计测量原理：组成结构：均速探头、差压计、传输管道1、测量原理和基本公式伯努利方程：2、各种均速管流量计皮托管结构图皮托管测量原理图主要特点：应用于HVAC，洁净空间和空气处理领域；可以测量温度较高的气体和有颗粒的气体，还可测量较高风速；静压可达6bar；温度最高可到650～800℃；精度：0.5%（指排列顺序）；测量风速和风量时能保证2%精度）。阿牛巴流量计原理技术参数：适用于一般气体、液体和蒸汽的测量；适于圆管直径D=25～5000mm，特殊达5000mm。压力范围通常<=5MPa。温度范围：通常<=400℃雷诺数Re≥104；最小流速：气体≥5m/s、液体≥0.5m/s、蒸汽≥9m/s。威尔巴流量计原理主要特点：子弹头形探头，一体化双腔结构；防堵性能好；流量系数稳定；适用范围广；安装方便。技术参数：适用于空气、煤气、天然气、烟气，自来水、工业用水、锅炉给水、含腐溶液，饱和蒸气、过热蒸汽等；适于圆管直径D=12～50mm、50～2000mm、2000～5000mm或于长方形管道。压力范围通常0～25MPa，特殊40Mpa。温度范围：通常-80～450℃，特殊700℃测量精度为±1%，重复性为±0.1%。量程比大于10:1；最小流速：气体≥5m/s、液体≥5m/s、蒸汽≥9m/s。直管段长度：通常上游侧≥7D，下游侧≥3D，第四节电磁流量计测量原理：法拉第电磁感应定律组成结构：流量传感器和转换器1、测量原理和基本公式2、结构磁路系统：直流磁场简单，但使管道中的导电液体电解、电极极化常采用交流B＝Bmsinωt交变磁场按励磁绕组不同主要有两种结构：集中绕组；分组绕组式。测量管：用不导磁，低导电率，低导热率具有一定强度，让被测流体通过，不锈钢、玻璃钢、高强度塑料电极：测量感应电势衬里：直接接触被测介质，主要作用是增加测量管的耐磨与耐蚀性，防止感应电势被金属测量管管壁短路外壳：一般用铁磁材料制成，它是保护励磁线圈的外罩，并可隔离外磁场的干扰转换电路：流体流动产生的感应电势十分微弱，而且各种干扰因素的影响也很大，转换电路的目的是将感应电势放大并能抑制主要的干扰信号3、特点优点：压力损失小，适用于含有颗粒、悬浮物等流体的流量测量；可以用来测量腐蚀性介质的流量；流量测量范围大,量程比可达10：1；流量计的管径小到1mm，大到2m以上；只要流体导电，结果与流体的温度、压力、密度、粘度无关。测量精度为0.5-1.5级；电磁流量计的输出与流量呈线性关系；反应迅速，可以测量脉动流量。缺点：被测介质必须是导电的液体，不能用于气体、蒸汽及石油制品的流量测量；流速测量下限有一定限度；工作压力受到限制。结构也比较复杂，成本较高。传感器安装方向水平、垂直或倾斜均可，不受限制。水平安装时电极轴线平行于地平线使用时传感器测量管必须充满液体。对重污介质的测量，变送器应安装在旁路管道上。3、安装及使用传感器必须单独接地为避免干扰，信号电缆必须单独穿在接地保护钢管内，不能把信号电缆和电源线安装在同一钢管内。安装地点要远离一切磁源，不能有振动。第五节容积式流量计它是使被测流体充满具有一定容积的空间，然后再把这部分流体从出口排出是流量仪表中精度最高的一类。液体测量：椭圆齿轮式、腰轮式、刮板式。气体测量：腰轮式、刮板式、湿式气体温度计。椭圆齿轮式和腰轮式应用最多。工作原理：在一定容积的空间里充满的液体，随流量计内部的运动元件的移动而被送出出口，测量这种送出流体的次数就可以求出通过流量计的流体体积。容积式流量计从原理上讲是一台从流体中吸收少量能量的水力发动机，这个能量用来克服流量检测元件和附件转动的摩擦力，同时在仪表流入与流出两端形成压力降。流量：

椭圆齿轮流量计每转一周，两个齿轮共送出四个标准体积的流体。一对相互啮合的椭圆形齿轮，齿轮转动时，左右两边分别交替与壳体构成半形截面的空间V0，并以V0为基本单位，一次又一次地将被测介质由变送器的入口排至出口。当两个齿轮各完整地转一圈后，变送器所排出的被测介质量为V0的4倍。测量出齿轮的转速就可以确定流体的流量。腰轮流量计该流量计的两个转子呈腰形，通过定位齿轮使两腰形转子互相啮合转动。腰轮流量计除可测液体外，还可测量气体，精度可达0.1％，并可做标准表使用；最大流量可达1000m3/h。容积式流量计的工作特点优点：检测误差随流体的粘度、密度和润滑性能而变化，特别是粘度的影响起主要作用；精度高，可达0.2～0.5%，主要测高粘度流体，测总流量；测量过程与雷诺数无关；量程比较宽，可达10:1；对直管段无要求；被测流体要求清洁，否则易堵或磨损；缺点：大部分只适用洁净单相流体。被测介质含有固体颗粒、脏污物时，仪表前应加过滤器；被测介质中含有气体，还要加装气体分离器；与其他通用式流量计（差压式、电磁式）相比，容积式流量计的被测介质种类、介质工况（温度、压力）、口径局限性较大，适用范围窄；结构复杂，体积大。制造、装配和使用要求较高，传动机构比较复杂；由于高温下零件热膨胀、变形，低温下材质变脆等问题，一般不适用于高低温场合。温度：-30－160℃，压力：<=10ＭＰａ第六节质量流量计测量原理：流体的质量是流体体积和密度的函数。分类：可分为间接测量和直接测量两类。1、间接式质量流量计

一般是采用体积流量计和密度计或两个不同类型

的体积流量计组合，实现质量流量的测量。常见的组合方式主要有3种。

⑴节流式流量计与密度计的组合流式流量计与密度计组合⑵体积流量计与密度计的组合体积流量计和密度计组合⑶体积流量计与体积流量计的组合

节流式流量计和其它体积流量计组合2.直接式质量流量计

直接式质量流量计的输出信号直接反映质量流量，有许多种型式。

⑴热式质量流量计

根据传热规律：为流体的定压比热;两点温度差。热式质量流量计示意图电源：24VDC

精度：1～3%F.S.

流通管径：φ20～200

工作温度：-20～60℃

输出：4～20mA、0～5VDC、232接口对上下游直管段有要求：上游（8-10）D，下游（3-5）D；主要应用于测量空气、氢气、氟气、甲烷等气体质量流量的测量。流速范围：0-90m/s，（2）科里奥利质量流量计

科氏力流量计测量原理

U形管受到一个力矩的作用，其管端绕R-R轴扭转而产生扭转变形，该变形量的大小与通过流量计的质量流量具有确定的关系。

ω为转动角速度

转弹性模量

二、特点测量密度较大或黏度较高的流体，含有固体物的浆液和含有微量气体的液体，足够高密度的气体；测量管内流体的性质对测量结果没有影响；对上下游直管段无安装要求；测量精度较高，可达0.02%；量程比宽，可达100:1；对振动敏感；不适用于低密度介质和低压气体；不适用于大管道；第七节其它流量计一、涡轮流量计当被测流体流过时，冲击涡轮叶片，使涡轮旋转，在一定测量范围内，一定的流体粘度下，涡轮转速与流速成正比。由涡轮的转速就可求出体积流量涡轮式流量计由流量变送器和显示仪表组成。涡轮流量计结构涡轮叶片速度分解u流体平均流速；

叶片的切向速度；n涡轮转速。ξ与流量的关系曲线(2)流量方程

涡轮流量计特点精度高，其基本误差±(0.25%-1.0％),可作为流量的标准仪表。结构紧凑轻巧，安装维修方便，流通能力大。适用高压测量，压力损失小。测量范围宽，线性好。可直接输出数字信号，抗干扰能力强。安装及使用要求被测介质洁净，以减少对轴承的磨损，并防止涡轮被卡住。对于不洁净介质，应在变送器前加装过滤器。涡轮流量计的特性受流体粘度变化的影响较大。通常生产厂家用常温下洁净的水对出厂涡轮变送器进行标定，粘度变化时应用实测介质重新标定仪表常数。涡轮流量计应水平安装，进出口前后的直管段应不小于15D和5D。2.涡街流量计

(1)涡街流量计原理

在均匀流动的流体中,垂直地插入一个具有非流线型截面的柱体,称为漩涡发生体，则在其两侧会产生旋转方向相反、交替出现的漩涡，并随着流体流动，在下游形成两列不对称“卡门涡街”。

其体积流量方程式为:

ƒ—漩涡产生的频率；u—流体流速；d—直径漩涡发生体的特征尺寸；

St—斯特罗哈尔数；D—管道内径；

A—在漩涡发生体处的流通截面积。涡街流量计(2)漩涡频率的测量图(3)涡街流量计的特点

优点:

涡街流量计测量精度较高；

量程比宽,可达30:1；

使用寿命长，压力损失小，安装与维护比较方便；

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；

易与数字仪表或计算机接口,对气体、液体和蒸汽介质均适用。缺点:

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，并要求流量计前后有足够长的直管段。

超声波流量计是一种非接触式测温仪表。它是利用超声波在流体顺流方向与逆流方向中传播速度的差别，来测量流体的流速的。测定传播速度之差的方法有：时间差、相位差、频率差。①时差法

时差法就是测量超声波脉冲顺流和逆流时传播的时间差。流体流速

t1-按顺流方向，超声波到达接收器时间；t2-按逆流方向，超声波到达接收器时间。cABXLVCos

Flowvc②相差法

相位差法是把上述时间差转换为超声波传播的相位差来测量。超声波换能器向流体连续发射形式为

的超声波脉冲，式中为超声波的角频率。

按顺流方向发射时收到的信号相位；

按逆流方向发射时收到的信号相位。③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：

逆流时脉冲循环频率：

脉冲循环频差：

流体流速:

流体体积流量方程：

(2)多普勒法测量原理

根据多普勒效应，当声源和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所发出的频率。这个频率的变化与两者之间的相对速度成正比。超声波多普勒流量计就是基于多普勒效应测量流量的。(3)超声波流量计的特点与应用

超声波流量计由超声波换能器、电子线路及流量显示系统组成。超声波换能器通常由锆钛酸铅陶瓷等压电材料制成，通过电致伸缩效应和压电效应，发射和接收超声波。换能器在管道上的配置方式如图所示：

超声波换能器在管道上的配置方式特点安装简单，能用于任何液体，特别是具有高粘度、强腐蚀、非导电性等性能的液体的流量测量，也能测量气体流量；没有插入被测流体管道的部件，对流束无影响，也没有压力损失；对于大口径管道的流量测量，不会因管径大而增加投资；使用要求当被测流体中含有杂质和气泡时，将会影响声的传播，降低测量精度；当流速分布不同时，将会降低测量精度，仪表前后分别要有20D和5D的直管段要求流量标准装置液体流量标准装置气体流量标准装置液体流量标准装置

1.标准容积法

容积法液体流量标准装置由水源、流量稳压装置、试验管道、切换机构和标准计量容器等几个部分组成。其中流量稳压装置有高位水槽和气液容器稳压法两种。标准计量容器是经过精确标定的，其容积精度可达万分之几，其上装有读数装置，有各种不同的容积可根据流量范围需要选用。1—水池；2—水泵；3—高位水槽；4—溢流管；5—稳压容器；6—夹表器；7—切换机构；8—切换挡板；9—标准容积计量槽；10—液位标尺；11—游标；12—被校流量计

标准容积法流量标准装置2.标准质量法