测-控-基-础4流量及井下流量计new课件

一、概述（一）

流量的定义和单位流量：指流经管道（或设备）某一截面的流体数量。随着工艺要求不同，它的测量又可分为瞬时流量和累积流量的测量。瞬时流量：单位时间内流经某一截面的流体数量。它可以分别用体积流量和质量流量来表示。体积流量:单位时间内流过某一有效截面的的流体体积，可用Q表示为：Q＝VA式中：V—某一有效截面处的平均流速；A—

流体通过的有效截面积。常用的单位为：立方米每小时（m3／h），升每小时（l／h）等第四章

流量测量一、概述第四章

流量测量1质量流量：单位时间内流经某一有效截面的的流体质量。常用M表示，若流体的密度是ρ，则体积流量与质量流量之间的关系是：

M＝Qρ＝VAρ

式中：M—质量流量；V、A同前式。常用的单位为：吨每小时（t／h），千克每小时（kg／h）等。

流量测量（续）质量流量：单位时间内流经某一有效截面的的流体质量。常用2（二）

流量测量仪表的分类流量测量的方法很多，其测量原理和所采用的仪表结构形式各不相同。目前有许多种流量测量的分类方法，我们仅按其中一种分类方法简介如下：

（1）速度式流量计主要是以测量流体在管道内的流动速度作为测量依据的测量仪表。例如：差压式流量计、电磁流量计、涡轮流量计等。

（2）容积式流量计主要利用流体在单位时间内连续通过固定容积的数目作为测量依据的测量仪表。例如：椭圆齿轮流量计、腰轮（罗茨）流量计、刮板流量计等。流量测量（续）（二）

流量测量仪表的分类流量测量（续）3二、体积流量计（一）电磁流量计原理与结构

电磁流量计的基本原理是基于电磁感应定律。导电流体在磁场中作垂直方向流动而切割磁力线时，与流动方向垂直的方向上产生与流量成比例的感应电势被测介质的流量经检测部分变换成感应电势，然后再由转换部分将感应电势转换成标准的统一直流信号进行输出，以便进行指示、记录或与电动单元组合仪表配套使用。流量测量（续）二、体积流量计流量测量（续）4电磁流量计的基本工作原理图和外形结构如下：

基本工作原理图流量测量（续）电磁流量计的基本工作原理图和外形结构如下：流量测量（续）5感应电势的方向由右手定则（发电机原理）判断。电磁流量计（续）大小由下式确定：Ex＝CBDV式中：Ex—感应电势，V（伏）；B—

磁感应强度，T（特斯拉）D—管道直径，即流体垂直切割磁力线的长度，m（米）V—垂直于磁力线方向的液体流速，m/s（米每秒）C—

单位换算系数。感应电势的方向由右手定则（发电机原理）判断。电磁流量计（续）6

由流量传感器和转换器两大部分组成。传感器典型结构示意如图2，测量管上下装有激磁线圈，通激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，送到转换器。激磁电流则由转换器提供。电磁流量计（续）

由流量传感器和转换器两大部分组成。传感器典型结7感应电势大小由下式确定：式中：Ex—感应电势，V（伏）；B—

磁感应强度，T（特斯拉）D—管道直径，即流体垂直切割磁力线的长度，m（米）V—垂直于磁力线方向的液体流速，m/s（米每秒）C—

比例系数，即单位换算系数。体积流量Q（m3/s）与流速的关系为：

将此式代入式（1）得：式中：K—仪表常数=4CB/πD，取决于磁感应强度B,管道直径D的大小。由上式可见感应电势的大小与体积流量之间具有线性关系，因而仪表具有均匀刻度。电磁流量计（续）Ex＝CBDV（1)感应电势大小由下式确定：电磁流量计（续）Ex＝CBDV8外形结构图电磁流量计（续）外形结构图电磁流量计（续）9

特点及使用电磁流量计的测量管内光滑无阻，所以压力损失极小。在采用防腐衬里的条件下，可以测量腐蚀性液体和含有固体颗粒及悬浮物等液体的流体流量。其输出信号与流量之间的关系不受液体的物理性质（如温度、压力、粘度、密度等）变化的影响；流动状态（如层流、紊流、脉动流）对示值影响很小。流量计口径从几毫米至1米以上，精度可达0.5级。电磁流量计（续）

特点及使用电磁流量计（续）10

特点及使用电磁流量计要求被测液体的电导率不小于5×10－6S/cm，因而不能测量气体\蒸气以及石油制品等电导率很小的液体流量。由于感应电势的数值很小，所以要引入高放大倍数的放大器，由此而造成测量系统结构复杂、成本较高，并且很容易受外界电磁场干扰的影响，在使用不当时会较大地影响仪表的精度。要根据被测液体的种类、性能、压力、温度和腐蚀性等选择适宜的电极和内衬。电磁流量计（续）

特点及使用电磁流量计（续）11近年来，电磁流量计已由四线制朝着二线制智能化的方向发展。采用微处理机进行信号噪声处理，提高了信噪比，降低了功耗，精度可达0.5级。电磁流量计（续）近年来，电磁流量计已由四线制朝着二线制智能化的12（二）差压式流量计1、节流原理分析

差压式流量计是测量流体流经节流装置所产生的静压差来显示流量大小的一种流量计。它由节流装置（包括节流件和取压装置）、引压管路和三阀组与差压计三部分组成，如图所示。差压式流量计发展较早，成为工业上应用最广泛的管流流量计。差压式流量计的组成体积流量计（续）（二）差压式流量计体积流量计（续）13

节流装置：

节流装置是设置在管道中能使流体产生局部收缩的节流元件和取压装置的总称。严格地说，只要在管道中安置一个具有任意形状开孔截面的阻流体，均可产生节流现象，并且在阻流体两侧会有相应的流量与差压的关系。但是，这些关系并不一定都能满足流量测量的要求，只有差压与流量之间存在比较稳定的关系，且重复性又较好的节流元件才有实用价值，常用的节流元件有同心圆孔板、喷嘴、文丘利管等。以节流装置中典型又简单实用的同心圆孔板为例来说明节流装置的节流原理。差压式流量计（续）节流装置：差压式流量计（续）14流体在管道截面1以前，以一定的流速V1流动，管内静压力为P’1,在接近节流装置时，由于遇到节流元件孔板的阻挡，使靠近管壁处的流体受到阻挡作用最大，因而使一部分动压能转换成静压能，则孔板入口端面靠近管壁处的流体静压力由P’1升高至P1，并且大于管中心处的压力，从而在孔板入口端面处产生径向压差差压式流量计（续）流体在管道截面1以前，以一定的流速V1流动，管内静压力15这一径向压差将使流体产生径向附加速度，使得靠近管壁处的流体质点的流向与管道中心连线相倾斜，形成了流束的收缩运动。此时管中心速度加快，静压力减小.差压式流量计（续）这一径向压差将使流体产生径向附加速度，使得靠近管16流线分布：在1-1和3-3范围外流线均匀,在截面2-2处收缩至最小，流速最大。P1>p1’介质遇到阻碍拥堵所致P2’<p2因为惯性作用，离开孔板后继续收缩形成高速低静压孔板前后流通截面的突然缩小或扩大，使流体流经孔板时还要克服摩擦力，静压力不能恢复到原来的数值，P3’<p1’，其差值即为节流装置引起的压力损失δp

差压式流量计（续）流线分布：在1-1和3-3范围差压式流量计（续）17节流件入口处的静压力大于出口处的静压力，则在节流件前后产生了静压差。节流件前后静压差的大小与流量有关。流量越大，流束的局部收缩和动压能与静压能的转换也越显著，则产生的压差也越大。我们只要测得节流件前后的压差大小，即可得到相应流量的大小，这就是节流装置测量流量的基本原理。实际测量时，要准确地测量管中心截面1和截面2处的压力P’1是有困难的，因为P’2的位置将随流量（即流速）的不同而变动，事先无法确定。因此是在节流件前后的管壁上选择两个固定取压位置P1、P2，来测量节流件前后的压差，即ΔP＝P1－P2，而不采用ΔP＝P1’－P2’。

差压式流量计（续）节流件入口处的静压力大于出口处的静压力，则18

2．流量基本方程式流量基本方程式是阐明流量与压差之间的定量关系式。它是根据流体力学中的伯努力方程和流动连续性方程推导得来的，即

式中：α—流量系数；ε—膨胀校正系数，它与节流件孔径与管径的直径比、节流装置前后压差及等熵指数等有关。不可压缩流体ε＝1，可压缩流体ε＜1；A0—节流件的开孔截面积，即A0＝(π×d2)/4（d为节流件孔径）；ΔP—节流装置前后实际测得的压力差；ρ1—节流装置前的流体密度。差压式流量计（续）2．流量基本方程式差压式流量计（续）19

由流量公式可见，流量与差压的平方根成正比。所以使用该流量计测量时，若不加平方器，流量标尺刻度是非均匀的（称方根刻度）。起始部分的刻度很密，因此采用差压式流量计测量流量时，被测流量值不应接近于仪表的下限值，否则将会加大误差。一般流量计均应工作在流量标尺刻度（即测量范围）的30%以上。例题：

差压式流量计（续）由流量公式可见，流量与差压的平方根成正比。所以使用该201．

标准节流件常用的节流装置如孔板、喷嘴、文丘里管等进行了标准化，称为“标准节流装置”。即它们的结构、尺寸和技术条件都有统一标准，有关计算数据都经过大量的系统实验而有统一的图表，需要时可查阅有关的手册或资料。按统一标准规定进行设计制造的节流装置，不必经过单独标定即可投入使用。工业上最常用的标准节流装置是孔板，其次是喷嘴，文丘里管使用较少。差压式流量计（续）1．

标准节流件差压式流量计（续）21（1）标准孔板

它是一块具有圆形开孔并与管道同心的圆片状平板。见图（a），迎流方向的一侧是一个具有锐利直角入口边缘的圆柱部分，顺着流向的是一段扩大的圆锥体。通常孔板厚度E≤0.1D（D为管道直径）.孔板对流体造成的压力损失较大，而且一般适用于洁净流体的测量。

差压式流量计（续）（1）标准孔板差压式流量计（续）22标准节流件差压式流量计（续）(2)标准喷嘴它是由圆弧收缩部分和圆筒型喉部所组成。见图（b）。标准喷嘴的测量精度较孔板要高，压力损失略小于孔板。对带有污垢的流体介质测量较为适宜。标准节流件差压式流量计（续）(2)标准喷嘴233、取压方式由前图可知，取压位置不同，在同一节流件、同一流量下得到的差压大小是不同的，故流量与差压之间的关系也将随之变化，孔板前后的差压P1－P2是计算流量的关键数据，取压方法很重要。下面介绍二种取压方式。差压式流量计（续）3、取压方式差压式流量计（续）24（1）

法兰取压

在距节流件前后端面各1英寸（25.4mm）的位置上钻孔取压。如图所示，一般要求在法兰上钻孔取压，上、下游取压孔直径相同，应满足b≤0.08D，一般为6～12mm。取压孔轴线分别与孔板前后端面之间的距离为S＝S‘＝25.4±0.8mm，且应与管道中心线垂直。此种取压方式仅适用于孔板.例美国采用法兰取压.差压式流量计（续）（1）

法兰取压差压式流量计（续）25（2）角接取压

欧洲、德国等规定在孔板前后边缘处取压，即紧贴节流件上、下游两侧端面取压，称为角接取压。适用于孔板和喷嘴两种节流装置。分为环室取压和单独钻孔取压两种方法。

差压式流量计（续）（2）角接取压差压式流量计（续）26环室取压：它是在紧贴节流件上、下游两侧端面有一道环形缝隙，流体产生的静压经缝隙进入一个环形空间（即环室），起到一个匀衡管内各个方向静压的作用，然后从该空间的引压孔取出压力进行测量。如图上半部分所示。这种方法取压均匀，测量误差小，对直管段长度要求较短，但加工和安装复杂，一般用于400mm以下管径的流量测量。前后环室的厚度分别为S和S‘，它们应满足S≤0.2D和S‘≤0.5D，前后环室开孔直径Df应相等，并等于管道内径即：Df＝D差压式流量计（续）环室取压：这种方法取压均匀，测量误差小，对直管段27环室角接取压装置结构差压式流量计（续）单独钻孔:它是在紧靠节流件两侧的两个夹紧环（或法兰）上钻孔，直接取出压力进行测量。如图下半部分所示，取压孔轴线应尽可能与管道轴线垂直，与节流件上、下游端面形成的夹角允许小于或等于3°。一般钻孔的孔径在4～10mm之间。这种方法常适用于管径大于200mm的流量测量。环室角接取压装置结构差压式流量计（续）单独钻孔:它是在紧28主要特点是：结构简单，工作可靠，使用寿命长，适应性强，几乎可测量各种工作状态下的单相流体流量。适用于50～1000mm管径的流体测量，精度可达1.0级。

不足之处是压力损失较大；刻度为非线性；某些情况下使用维护工作量较大。差压式流量计是按照给定的操作条件设计计算、加工安装而成的。如果实际使用时被测流体的工作状态（温度、压力、成分等）与设计计算条件不同，则会造成较大的测量误差。此时如果条件变化较大，则必须按新的工艺条件重新进行设计计算；如果变化较小可根据流量基本公式加以必要的（主要是密度）修正。差压式流量计（续）主要特点是：结构简单，工作可靠，使用寿命长，适29

（三）

涡街流量计

旋涡是自然界里的一种物理现象，涡街流量计也称旋涡流量计，是七十年代以来发展起来的基于流体振荡原理工作的一种流量计。1．

原理与结构在流体中垂直于流向插入一根柱状物体（如圆柱或三角柱等），迫使流体流过柱状物之后形成两列平行状有规则左右交替出现的、方向相反的卡门涡街旋涡，这两排平行的涡列称为卡曼（Karman)涡街，柱状物体称为旋涡发生体，可以根据旋涡出现的频率测定流量。如图所示。体积流量计（续）（三）

涡街流量计体积流量计（续）30（a）圆柱体；（b）等边三角形柱体涡街流量计（续）（a）圆柱体；（b）等边三角形柱体涡街流量计（续）31实验证明，当涡列间隔h与旋涡之间的距离l满足下列关系:

时，卡门涡街才是稳定的周期性现象，所产生的单侧旋涡频率f和流体速度之间存在如下关系：

式中：V—旋涡发生体两侧的流速，m/s（米每秒）；d—旋涡发生体的迎流面最大宽度，m（米）；St—斯特罗哈而数（无量纲。当旋涡发生体几何形状确定时，在一定的雷诺数范围内为常数）。流体的平均流速V与卡门涡街的产生频率f成正比，测得f可求得V，由V可求得被测体积流量。涡街流量计（续）实验证明，当涡列间隔h与旋涡之间的距离l满足下列关系:涡街322．旋涡频率的检测流体的平均流速V与卡门涡街的产生频率f成正比，测得f可求得V。利用旋涡的局部压力、流速等的变化作用于敏感元件，产生周期性电信号，再经过放大整形，得到方波脉冲。涡街流量计由检测器、放大器和转换器组成，它可直接以数字量输出，也可通过D/A数字与模拟量转换器转换为标准统一信号的模拟量输出。旋涡频率信号／的检测方法很多，介绍前一种利用旋涡发生时，发热体散热条件变化引起变化来检出。

涡街流量计（续）2．旋涡频率的检测涡街流量计（续）33

采用圆柱检测器，如图所示，在其两侧会交替地产生旋涡，在其检测器径侧开出并列的若干个导压孔5，导压孔与检测器内的空腔6相通，空腔由隔墙3分成两室，在隔墙中央部分有一小孔，在小孔中装有被加热的铂电阻4。涡街流量计（续）

采用圆柱检测器，如图所示，在其两侧会交替地产34当圆柱检测器二侧旋涡形成时，由于产生旋涡一侧的静压大于不产生旋涡一侧的静压，两者之间形成压力差，引起检测器空腔内流体移动，从而交替地对热电阻产生冷却作用，且改变其阻值，由测量给出电信号送至放大器．则检测器除形成旋涡之外，还同时将旋涡产生的频率转变为热电阻值的变化，并且电阻值的变化与旋涡的频率相对应．涡街流量计（续）当圆柱检测器二侧旋涡形成时，由于产生旋涡一侧的35如果采用三角柱检测器，如上图所示，它可以得到更稳定更强烈的旋涡．在三角柱迎流面中间对称地嵌入两只热敏电阻2，组成桥路的两臂，并以恒定电流源提供微弱的电对其进行加热，使其温度在流体静止的情况下比被测流体高10oc左右．当三角柱检测器两侧交替发生旋涡时，在产生旋涡一侧的热敏电阻处，由于环流的作用而使流速减小，导致热敏电阻的温度升高，阻值减小，测电桥失去平衡并有电压输出．涡街流量计（续）如果采用三角柱检测器，如上图所示，它可以得到36三角柱旋涡流量计原理方框图如下，以这两个热敏电阻为电桥的相邻桥臂，测电桥的对角线上就会输出一系列与旋涡发生频率相对应的电压脉冲，经放大、整形后得到与流量相应的脉冲数字输出，或用“脉冲-电压”转换电路转换为模拟量输出，供指示和累计用．涡街流量计（续）三角柱旋涡流量计原理方框图如下，以这两个热373．

特点及使用涡街流量计可以测量气体流量，也可以测量液体流量。输出的频率信号与被测流体的流量呈线性关系，且不受被测流体性质变化的影响；测量精确度高，约为0.5%～1%；，量程比宽，一般为30∶1～100∶1。结构简单，安装、维护方便。涡街流量计特别适合测量大口径、大流量的气体测量，也适合高压气体的测量。涡街流量计（续）3．

特点及使用涡街流量计（续）383．

特点及使用由于是速度式测量方法，管道内流速分布对测量的准确性有较大影响，因此旋涡发生体前面至少要有15D长，后面要有5D长的直管段。对于大口径管道，要求的直管段更长，一般前面要有30D，后面为10D。流量计允许安装在水平或垂直管道上使用，但必须保证管道为满管流动。垂直安装时流量计应选在自下而上流动的管道上安装。由于流量计是以流体振动原理工作的，因此安装地点应特别注意避免机械振动。涡街流量计（续）3．

特点及使用涡街流量计（续）394、LUCB型插入式涡街流量传感器

涡街测量头（即小口径涡街流量传感器）是利用“卡门涡街”原理研制而成。在涡街测量头表体中，垂直的插入一根三角柱即旋涡发生体，当表体中有介质流过时，则在三角柱的两侧交替的产生方向相反、有规则的卡门涡街，其旋涡的信号频率是由压电元件制成检测头，检测出的旋涡的分离频率与介质的流动速度成正比。涡街流量计（续）4、LUCB型插入式涡街流量传感器涡街流量计（续）40涡街流量计（续）LUCB型插入式涡街流量传感器技术参数：1、公称口径Ф200-Ф2000（mm）2、适用介质：气体

液体蒸汽3、可测介质温度：-20℃-150℃；-20℃-250℃4、公称压力：1.6MPa；2.5MPa5、精度等级2.5级，1级6、测量范围液体：常温水：Vmin=0.4m/s,Vmax=5.2m/s;

气体（温度20℃压力0.1MPa空气）：min=5.5m/s,Vmax=55m/s7、输出信号：电压脉冲：低电平≤1V,高电平≥6V，脉冲宽度0.4ms；4-20mA电流信号:

8、供电电源：电压脉冲输出时：+12VDC或+24VDC

4-20mA输出时：+19VDC-+30VDC

涡街流量计（续）LUCB型插入式涡街流量传感器技术参数41流量测量（续）三、容积式流量计容积式流量计是一种使用很早的流量测量仪表，可用来测量各种液体和气体的体积流量。它是利用某种标准容器的固定容积对被测流体进行连续计量并进行积算的。由于这种类型的流量计测量的精确度与流体的密度无关，不受流动状态的影响，因此长期以来被广泛应用于工业生产过程的流量测量并作为流量计量的标准仪表。容积式流量计具有以下特点：测量精确度高，可达±0.1%～±0.5%；不要求前后直管段长度，特别适合高粘度介质测量。但要求被测流体洁净，否则在流量计前后应加装过滤器，这样将造成较大压损；容积式流量计在油田各级计量站、油库、转油站等处得到广泛的应用。

流量测量（续）三、容积式流量计42（一）

椭圆齿轮流量计1．

工作原理椭圆齿轮流量计的工作原理如下图所示。它的测量部分是由一对装在轴上互相啮合且旋转的椭圆齿轮及壳体组成。椭圆齿轮与壳体之间形成半月形体积（绿色部分）叫测量室。容积式流量计（一）

椭圆齿轮流量计容积式流量计43当流体流过椭圆齿轮流量计时，由于要克服阻力将会引起压力损失，从而使入口侧压力P1大于出口侧压力P2，在此压力差的作用下，将对椭圆齿轮产生作用力矩。在图（a）所示位置时，由于P1＞P2，在P1和P2的作用下所产生的合力矩使A轮顺时针方向转动。这时A是主动轮，B为从动轮。当转至图（b）所示的中间位置时，根据作用力的分析可知，此时A轮与B轮均为主动轮，当继续转至图（c）所示位置时，P1和P2作用在A轮上的合力矩为零，作用在B轮上的合力矩使B轮作逆时针方向转动，把已收入A轮一侧的半月形容积的流体排至出口，并在B轮一侧又收入半月形容积的流体，这时B为主动轮，A为从动轮，与图（a）所示的情况刚好相反。如此往复循环，A轮和B轮互相交替地由一个带动另一个转动，并把被测介质以半月形容积为单位一次又一次地由进口排至出口。椭圆齿轮流量计（续）当流体流过椭圆齿轮流量计时，由于要克服阻力将44显然，上图所示仅仅表示了椭圆齿轮转动1/4周的情况，而其所排出的被测介质则为一个半月形容积。所以，椭圆齿轮每转一周所排出的被测介质量为4个半月形容积。故通过椭圆齿轮流量计的体积流量Q为：Q＝4nV0

式中：n—椭圆齿轮的旋转速度；V0—半月形测量室容积；V0＝a—

椭圆齿轮长半轴；b—椭圆齿轮短半轴；H—椭圆齿轮轴向高度（厚度）；R—容积式半径。由上式可知，在椭圆齿轮流量计的半月形容积V0已定的条件下，只要测出椭圆齿轮的转速n，便可知道被测介质流量。椭圆齿轮流量计（续）显然，上图所示仅仅表示了椭圆齿轮转动1/4周的情况，而其所排452、椭圆齿轮流量计的的显示：椭圆齿轮流量计的流量信号（即转速n）可以就地显示和远传。就地显示是将椭圆齿轮流量计某个齿轮的转动通过一套减速齿轮传动系，传递给仪表指针及积算机构，指示被测流体的体积流量和累积流量，远传式可采用脉冲信号形式传送。为了实现流量信号的远距离、集中显示。可以在表头上装上干簧继电器、光电转换装置等，将椭圆齿轮的转数与转速转换成电脉冲信号的数量与频率输出。椭圆齿轮流量计（续）2、椭圆齿轮流量计的的显示：椭圆齿轮流量计（续）46椭圆齿轮轴的转动通过联轴器传递到传动齿轮系，在传动轮系后，插入一个测速孔盘。流量计每有一单位体积流体累积时，测速孔盘转一周。椭圆齿轮流量计（续）椭圆齿轮轴的转动通过联轴器传递到传动齿轮系，47椭圆齿轮流量计（续）如图所示孔盘上等距开k有个孔眼。当孔盘的孔眼转到灯炮与光电管之间时，光电管导通，电路输出高电平。而当光电管与灯炮介于两孔眼之间时，光线被挡住，光电管截止，电路输出低电平。这样光盘每转过一个孔就能输出一个电脉冲信号。光盘转动一周，电路输出k个脉冲信号，表示累积一个单位体积的流体。所以脉冲信号的个数与流体总量成正比，脉冲信号的频率与流体的瞬时流量成正比，即：f=nk（n是孔盘转速）椭圆齿轮流量计（续）如图所示孔盘上等距开k有48孔盘转动时，其上磁铁随之转动，磁铁靠近干簧继电器时，干簧继电器内两电极被磁化后吸合在一起，可以使远处二次仪表的电磁计数器动作一次，以显示累积流量，并带动机械计数器的末位数字轮转一字。磁铁转离时，两电极又会在自身弹性力作用下分开，因此，孔盘每转一周，干簧继电器开、关一次，即有单位体积的流体流过。光电转换装置送来的脉冲信号主要来指示瞬时流量，将脉冲信号整形放大后即可得到正比于信号频率的模拟电信号。

椭圆齿轮流量计（续）孔盘转动时，其上磁铁随之转动，磁铁靠近干簧49（1）由于这种流量计是齿轮啮合传动，通过的介质必须洁净，否则机械杂质可能会损伤齿轮，影响测量精度，甚至可能使齿轮卡死，所以一般都应与过滤器配套使用。（2）被测流量不能经常接近测量上限，否则磨损加大，寿命缩短，一般Qch（正常流量）＝50%～80%Qmax（最大流量）。（3）当被测介质粘度太小或流量太大时，泄漏量突出，会降低精度。（4）安装时应使椭圆齿轮的旋转轴呈水平位置（即表头刻度盘应与地面垂直），这样可以减小齿轮和测量室底盘及盖板的摩擦，从而减小零件磨损，保证测量精度和使用寿命。如果仪表安装在垂直管道上，则流量计应装在旁路管道中，以防杂物落入流量计内。正确的安装见图（3-3-11）所示。椭圆齿轮流量计（续）（1）由于这种流量计是齿轮啮合传动，通过的介质必须洁净50

2．安装、使用注意事项椭圆齿轮流量计（续）2．安装、使用注意事项椭圆齿轮流量计（续）51（二）腰轮流量计又称“罗茨”流量计，其原理是有齿轮泵演化而来，图A是齿轮泵剖视图。图中O1和O2为两个互相啮合的齿轮，安装在壳体内，有外力按箭头方向驱动时，会使液体沿点状空间输送到出口。内燃机的润滑油就是用这种齿轮泵供应到各个摩擦面上的。流量测量（续）A齿轮泵工作原理（二）腰轮流量计流量测量（续）A齿轮泵工作原理52若将齿轮的齿数减少到两个，就演化为图B，为了保证可靠地啮合，在齿轮轴的一端装有相互啮合的普通齿轮，即图中虚线所示。输送流体则依靠轮上的两齿和壳体之间的空间(即图中画有小点的空间)推移。两齿的齿轮断面是细腰状，故有“腰轮’’之称。腰轮与壳体间的有效空间比齿轮大得多，尤其是轴向尺寸很大时，腰轮实际上已是断面为细腰状的柱体，其排送流体的能力显著提高.腰轮流量计（续）若将齿轮的齿数减少到两个，就演化为图B，为了53把具有一定压力的气体自入口导进壳内，则图a里的O1右下端有向上的推力Pl，而其左下端推力F2较小，故O1将反时针方向转动，经端部齿轮使O2顺时针方向转动。这时O1为主动轮，O2为从动轮。当腰轮O1处于垂直位置时，O2又成为主动轮，带动O1旋转。两轮交替作用就能连续转动。腰轮每转一周，便有四倍单侧空间的容积输送到出口。测出腰轮的转数，就可知道累计总容积，其转速即反映瞬时流量。腰轮流量计（续）把具有一定压力的气体自入口导进壳内，则图a里54腰轮与壳体间及两腰轮之间都保持微小间隙0.07~0.15mm，因此，漏泄很小。为了保证被测介质不会沿轴向漏出，采用磁性传动。或在轴上安装永久磁铁，壳外装舌簧管，腰轮每转一周，舌簧管被吸合一次，发出一个脉冲信号，这就成了腰轮流量传感器。再配以频率转换电路，得到直流电流0～10mA或4~20mA的信号，成为流量变送器。腰轮流量计可达到精确度0.2级或0.5级，其接管直径可大至至150mm，瞬时流量可达250m3/h。腰轮流量计（续）腰轮与壳体间及两腰轮之间都保持微小间隙0.07~0.155

腰轮流量计的计量室容积计算比较复杂，可参阅有关专著。根据理论分析结果,通过腰轮流量计的体积流量可按下式计算求得Q＝60K0D02Hn米3/时

式中:D0---腰轮长轴直径，米；H---腰轮转子轴向高度（厚度），米；K0---系数，与腰轮形状有关；n---腰轮的转数，转／分。

腰轮流量计（续）腰轮流量计的计量室容积计算比较复杂，可参阅有56四、转子流量计工业生产和科研工作中，经常遇到小管径、低雷诺数的小流量测量，而上述几种流量计对于小管径、小流量的测量均受到标准化或结构等方面的条件限制，所以对较小管径的流量测量常采用转子流量计。它适用的管径范围为1～150mm。转子流量计的主要特点是：结构简单，灵敏度高，压力损失小且恒定，刻度近似线性，价格便宜，使用维护简便等但仪表精度受到被测介质密度、粘度、温度、压力等因素的影响，其精度一般在2.0级左右，最高可达1.0级。流量测量（续）四、转子流量计流量测量（续）57（一）工作原理转子流量计与前面所讲的差压计在工作原理上是不同的。差压式流量计是在节流面积（节流元件的流通面积）不变的条件下，以差压变化来反映流量的大小。而转子流量计，却是以压差不变，利用节流面积的变化来反映流量的大小，故称为恒压差、变节流面积的流量测量方法。转子流量计主要是由一根自上而下扩大的垂直锥管和一只随流体流量大小而可以上、下，移动的转子所组成。锥形管的锥度为40′～3°，其材料有玻璃管和金属管两种。转子根据不同的测量范围及不同介质（气体或液体）可分别采用不同材料制成不同形状。

转子流量计（续）（一）工作原理转子流量计（续）58被测流体沿锥形管由下而上流过转子之间的环隙时，位于锥形管中的转子受到一个向上作用力F上，使转子浮起。当这个力正好与浸没在流体里的转子重力F下（自重减去流体对转子的浮力）平衡时，则作用在转子上的力达到平衡，转子就停浮在某一高度上。如果被测流体的流量增大，作用在转子上、下的压差增大，则向上的力F上将随之增大，因为转子在流体中所受的重力F下（自重减浮力）是不变的，则F上＞F下，使转子上升，转子在锥形管中位置的升高，造成转子与锥形管间的环隙增大，即流体的流通面积增大。随着环隙的增大，流过此环隙的流体流速变慢，则转子上、下的压差减小，因而作用在转子上向上的力也变小。当流体作用在转子上的力再次等于转子在流体中的重力（即F上＝F下）时，转子又稳定在某一个新的高度上。流量减小时情况相反。转子流量计（续）被测流体沿锥形管由下而上流过转子之间的环隙59转子流量计（续）这样，转子在锥形管中的平衡位置的高低与被测介质的流量大小相对应。如果在锥形管外表沿其高度刻上对应的流量值，那么根据转子平衡位置的高低就可直接读出流量的大小。这就是转子流量计测量流量的基本原理。转子流量计中转子受到的作用力为：F上＝（P1－P2）A，F下＝Vr（ρr－ρ）g式中P1、P2—转子上下流体的压力；A---转子的最大截面积；Vr—转子的体积；ρr—转子的密度；ρ—被测流体的密度；g—重力加速度值。转子流量计（续）这样，转子在锥形管中的平衡位置的60当转子在某一位置平衡时，应满足:（P1－P2）A＝Vr（ρr－ρ）g由于在测量过程中，流量计选定以后，被测流体工作条件不变，Vr、ρr、ρ、A、g均为常数，所以由上式可知，（P1－P2）也是常数。也就是说，在转子流量计中，流体的压降是固定不变的。由式可知：

在ΔP一定的情况下，流过转子流量计的流量和转子与锥形管间环隙面积有关。由于锥形管自下而上逐渐扩大，所以环隙面积是与转子浮起的高度有关的。转子流量计（续）当转子在某一位置平衡时，应满足:转子流量计（61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，可用下式表示：

式中φ—转子流量计的流量系数，取决于转子形状和雷诺数，并由试验确定；h—转子所处的高度。将式代入上两式，可分别得到：可见，测得转子所处的高度h，便可知流量的大小。

转子流量计（续）因此，根据转子浮起的高度就可以判断被测介质62转子流量计（续）

（三）转子流量计指示值的修正转子流量计的刻度是单独标定而得到的。仪表制造厂为了便于成批生产，在进行流量刻度时，是在工业标准状态（20℃，0.10133Mpa）下以水或空气为介质进行刻度的。即转子流量计的标尺刻度值，对于液体流量测量是代表工业标准状态下水的流量值，对于气体流量测量是代表工业标准状态下的空气流量值。所以，在实际使用时，如果被测介质的密度和工业状态不同，必须对流量指示值按照实际被测介质的密度、温度、压力等参数的具体情况进行修正。转子流量计（续）（三）转子流量计指示值的修正63转子流量计（续）

1．液体流量的修正测量液体的转子流量计，由于制造厂是在工业标准状态下用水标定的，如果实际测量时被测介质不是水，则由于密度的不同必须对流量刻度进行修正。如果被测介质的粘度与水的粘度相差不大（不超过0.03帕斯卡秒），可近似认为φ是常数，已知刻度流量Q0，要计算实际流体的流量，可用下式进行修正：ρr—转子的密度；ρ—被测流体的密度ρw—工业标准状态下水的密度KQ为体积流量密度修正系数。转子流量计（续）1．液体流量的修正ρr—转子的密64转子流量计（续）

1．液体流量的修正测量液体的转子流量计，由于制造厂是在工业标准状态下用水标定的，如果实际测量时被测介质不是水，则由于密度的不同必须对流量刻度进行修正。如果被测介质的粘度与水的粘度相差不大（不超过0.03帕斯卡秒），可近似认为φ是常数，已知刻度流量Q0，要计算实际流体的流量，可用下式进行修正：ρr—转子的密度；ρ—被测流体的密度ρw—工业标准状态下水的密度；KQ--体积流量密度修正系数转子流量计（续）1．液体流量的修正ρr—转子的密65转子流量计（续）

2．气体流量的修正对于气体流量的修正，除了被测介质的密度不同之外，被测介质的工作压力和温度的影响也较显著，因此对密度、工作压力和温度均需进行修正。测量气体的转子流量计，制造厂是在工业标准状态下用空气标定的，对于非空气介质在不同的工作状态下测量时，需进行修正。

转子流量计（续）2．气体流量的修正66转子流量计（续）

2．气体流量的修正当已知仪表显示刻度Q0，要计算实际流体在工业标准状态下的流量时，可按下式修正。式中：Q1—被测介质在工业标准状态下（20℃，0.10133Mpa）的体积流量，nm3/h----(标准立方米每小时）ρ1—被测介质在工业标准状态下的密度，Kg/m3；ρ0—空气在工业标准状态下的密度（1.2046Kg/m3）；P1—被测介质的绝对压力，MPa（兆帕）；P0—工业标准状态下的绝对压力（0.10133Mpa）；T1—被测介质的绝对温度，K（开尔文）；T0—工业标准状态时的绝对温度（293K）；Q0—用空气标定的刻度流量（nm3/h）；Kρ—密度修正系数；KP—压力修正系数；KT—温度修正系数；转子流量计（续）2．气体流量的修正67转子流量计（续）

需要说明的是，由式计算得到的Q1是被测介质在工业标准状态（20℃，0.10133Mpa）下的体积流量，而不是被测介质在实际工作状态下的体积流量。这是由于气体计量时，一般采用标准立方米计量，而不用实际工作状态下的体积流量来计量。同理，在订购仪表，选择流量计量程时，应将被测流体在工作状态下的流量值换算为标准状态下标定所用流体的流量值，以便选择合理的仪表上限值。例题：转子流量计（续）需要说明的是，由式68转子流量计（续）LZ系列金属管浮子流量计（又称金属转子流量计），具有结构简单、工作可靠、适用范围广、精度较高、安装方便等特点。该系列流量计与玻璃转子流量计比较，具有耐高压、高温、安全感强、读数简明等特点。转子流量计（续）LZ系列金属管浮子流量计（又称金属转子69转子流量计（续）玻璃转子流量计主要用于化工、石油、轻工、医药等各个部门中，用来测量单相非脉动（液体或气体）流体的流量。主要特点：压力损失小，性能可靠结构简单，安装使用方便价格便宜。转子流量计（续）玻璃转子流量计主要用于化工、石油、轻工70一、井下流量计井下流量计可用来准确地测量出油不同层段的产量、水井不同层段的注水量，对于摸清井下状况，指导油田开发、生产，具有十分重要的意义。一般地，用于测量注水井注水流量的井下流量计，在油田习惯称为井下流量计；用于测量油井产液量的井下流量计称作井下产量计。1、浮子式井下流量计浮子式井下流量计是从转子式流量计演化而来的。其区别是锥形管上细下粗，与转子流量计相反。并且，作为节流元件的转子不再是自由的了，而是与弹簧连结，称之为浮子。这种流量计便称为浮子式井下流量计。全国各油田使用的浮子式井下流量计型号很多，如庆106型、庆104型、胜108型、辽76型、江101型、江102型和新疆双弹簧型等。它们适用的测量条件、测量环境有所不同，其结构各有差异，但其测量原理基本相同。附：井下流（产）量计一、井下流量计附：井下流（产）量计71（1）浮子式井下流量计的工作原理如图所示：当注入地层的注水从进液管往下进入流量计、通过流量计锥管时，冲击锥管里的浮子。使浮子带动记录笔向下移动，同时拉伸吊装弹簧。这样，流体对浮子的向下作用力使浮子下移，而吊装弹簧被拉伸时又产生向上的反作用力。当流体作用力与弹簧反力相平衡时，浮子及记录笔就相对稳定于某一位置。由于钟机带动记录筒及记录纸不停地匀速转动，因而，记录笔就可在记录纸上画出一定高度的台阶状曲线。曲线的高度表示流量的大小。浮子式井下流量计（续）（1）浮子式井下流量计的工作原理浮子式井下流量计（续）722．庆106型浮子式井下流量计，与偏心配水管柱配套，对注水井进行分层注水流量测量，流量计在配水器上的定位与密封，由与配水器配套的测试密封段来完成，不属于流量计的固定组成部分．庆106型浮子式井下流量计由绳帽、钟机系统、记录装置、测量部分四部分组成如图所示．绳帽用来连结钢丝，吊挂流量计，钟机带动记录筒匀角速旋转．记录装置由记录筒、记录笔导向管和记录笔等组成．记录笔导向管装在记录筒内，下端固定在进液管上，一侧开有供记录笔上下移动的竖孔，记录笔通过竖孔伸出导向臂，压在记录筒内壁的记录纸上．测量部分由弹簧、锥管、浮子、记录笔杆等组成。测量时，浮子带动记录笔沿竖孔向下运动，记录筒匀角速旋转，记录笔即可在记录纸上画出流量随时间变化的关系曲线．浮子式井下流量计（续）2．庆106型浮子式井下流量计，与偏心配水管柱配套，733、注水井分层注水测量注水井注水层的选择和各层注水流量的控制由分层配水管柱完成，井下流量计的分层注水流量测量也在配水管柱内进行。分层配水管柱由油管连结各层封隔器、配水器组成。偏心配水管柱由油管、封隔器、偏心配水器、撞击筒、底部单流凡尔(限制管柱外液体流向管柱内,因而称为单流凡尔)组成，如图所示。浮子式井下流量计（续）3、注水井分层注水测量浮子式井下流量计（续）74在进行分层注水流量测量时，浮子式井下流量计下接一个专用测试密封段，一起下入偏心配水器中，靠测试密封段将流量计定位于配水器上，并将流量计与配水器间的环形空间密封，使注水全部通过流量计。（1）测试密封段测试密封段由定位和密封聚流两部分组成，如图所示。密封聚流部分由一个空心管和一对密封圈组成。密封圈下有三个长形出液孔。定位部分的定位爪8收拢后可以由顶杆挂7挂住。如果向上推动座开帽11，使顶杆9及顶杆挂7上移，顶杆挂则脱开定位爪挂钩，在弹簧6作用下定位爪自动张开，以便在配水器中定位。浮子式井下流量计（续）在进行分层注水流量测量时，浮子式井下流量计75(2)偏心配水器

偏心配水器由工作筒和堵塞器两部分组成(见图)。堵塞器安装在工作筒一侧的偏心孔里。工作筒主要由工作筒主体、扶正体、导向体、导向体外套及上下接头组成。主体中心有直径为46mm的主通道，可以让流量计及测试密封段通过。主体一侧有一直径20mm的偏心孔，供座装堵塞器用，偏心孔外壁开有宽为12mm的出液孔。注入水通过水嘴进入注水层。水嘴可以控制该层注水量的大小。

浮子式井下流量计（续）(2)偏心配水器浮子式井下流量计（续）76浮子式井下流量计（续）浮子式井下流量计（续）77

(3)分层测量原理测量时，将定位爪收拢的测试密封段接在浮子式井下流量计锥管下面，从井口下入油管中。下到井底后，井底撞击筒的撞击头推动座开帽，使顶杆挂上移，放开定位爪。定位爪在弹簧作用下自