流量測量知識概述課件

流量測量流量測量1第一節(jié)概述流量的概念

流體在單位時間內流經某一有效截面的體積或質量，前者稱體積流量（m3/s)，后者稱質量流量(kg/s)。如果在截面上速度分布是均勻的，則：體積質量第一節(jié)概述流量的概念如果在截面上速度分布是均勻的，則：2流過管道某截面的流體的速度在截面上各處不可能是均勻的，假定在這個截面上某一微小單元面積上dAF速度是均勻的，流過該單元面積上的體積流量為整個截面上的流量qv為流過管道某截面的流體的速度在截面上各處不可能是均勻的，假定在3二、流量儀表的分類（一）計量表1.容積式計量表這類儀表用儀表內的一個固定容量的容積連續(xù)地測量被測介質，最后根據定量容積稱量的次數來決定流過的總量。習慣上人們把計量表也稱為流量計。根據它的結構不同，這類儀表主要有橢圓齒輪流量計、腰輪流量汁、活塞式流量計等。二、流量儀表的分類（一）計量表4流量測量知識概述課件52.速度式計量表在儀表中裝一旋轉葉輪，流體流過時，推動葉輪旋轉，葉輪的轉動正比于流過介質的總量，葉輪轉動帶動計數器的齒輪機構，計數器即顯示讀數。這類計量表機構簡單，但精度低。一般在2％左右，大多的水表即采用此結構表。2.速度式計量表6（二）流量計（二）流量計7第二節(jié)總量測量儀表（一）橢圓齒輪流量計每轉一周，兩個齒輪共送出四個標準體積的流體。第二節(jié)總量測量儀表（一）橢圓齒輪流量計每轉一周，兩個齒輪8二、腰輪流量計（羅茨流量計）腰輪流量計除可測液體外，還可測量氣體，精度可達0.1％，并可做標準表使用；最大流量可達1000m3/h。腰輪上沒有齒，它們不是直接相互嚙合轉動，而是通過按裝在完體外的傳動齒輪組進行傳動．二、腰輪流量計（羅茨流量計）腰輪流量計除可測液體外，還可測量9三、容積式流量計的誤差儀表輸出由指針指示，指示值I:流量較小時，誤差為負值，在流量增大時、誤差為正值、且基本保持不變(曲線1)。這種現(xiàn)象主要是由于在運動件的間隙中泄漏所引起的。這個泄漏量與間隙、粘度、前后壓差有關，另外也和流過體積V所需的時間有關。三、容積式流量計的誤差儀表輸出由指針指示，指示值I:流量較小10流量測量知識概述課件11上述兩種轉子型式的容積流顯計，可用于各種液體流量的測量，尤其是用于油流量的準確測量，在高壓力、大流量的氣體流量測量中，這類流量計也有應用．由于橢圓齒輪容積流量計直接依靠測量輪嚙合，因此對介質的清潔要求較高，不允許有固體顆粒雜質流過流量計．上述兩種轉子型式的容積流顯計，可用于各種液體流量的測量，尤其12當充滿圓管的流體流經在管道內部安裝的節(jié)流裝置時，流束將在節(jié)流件處形成局部收縮，使流速增大，靜壓力降低，于是在節(jié)流件前后產生壓力差．該壓力差通過差壓計檢出．流體的體積流量或質量流量與差壓計所測得的差壓值有確定的數值關系。差壓式流量計（節(jié)流式流量計）當充滿圓管的流體流經在管道內部安裝的節(jié)流裝置時，流束將在節(jié)流13流量測量知識概述課件14伯努利方程式流線上任意兩點的壓力勢能、動能與位勢能之和保持不變伯努利方程式流線上任意兩點的壓力勢能、動能與位勢能之和保持不15

選定兩個截面，I—I是節(jié)流裝置前流體開始受節(jié)流裝置影響的截面；II-II是流束經過節(jié)流裝置后收縮最厲害的流束截面，由伯努利方程式得由于流束在節(jié)流裝置后的最小收縮面積S2，實際上很難確切地知道它的數值，因此用節(jié)流裝置開孔的截面積S0來表示,其中稱為流束的收縮系數，其大小與節(jié)流裝置的類型有關。p1’、p2’—流體在截面I—I和II—II處的靜壓力v1、v2’—流體在截面I—I和II—II處的平均流速選定兩個截面，I—I是節(jié)流裝置前流體開始受節(jié)流裝置影16上面得到的流速是理論值，因為理想的不可壓縮的流體是不存在的。流體有粘度，故有摩擦，因此實際的流速應修正。其次，考慮到使用方便，實際上經常在節(jié)流裝置前后兩個固定位置上測取壓力p1、p2，代替p1’、p2’，在計算v2的公式中亦應修正?？紤]這兩方面的因素，在II—II截面上的流速上面得到的流速是理論值，因為理想的不可壓縮的流體是不存在的。17流過截面II—II的體積流量為流過截面II—II的體積流量為18節(jié)流式流量計主要由兩部分組成：節(jié)流裝置和測量靜壓差的差壓計。節(jié)流裝置是安裝在流體管道中，使流體的流通截面發(fā)生變化，引起流體靜壓變化的一種裝置。常用的節(jié)流裝置有文丘利管、噴嘴和孔板，如圖所示。節(jié)流式流量計主要由兩部分組成：節(jié)流裝置和測量靜壓差的差壓計。19

常用的節(jié)流裝置文丘利管壓力損失最小，而孔板壓力損失最大。

文丘利管孔板

噴嘴常用的節(jié)流裝置文丘利管壓力20流量測量知識概述課件21流量測量知識概述課件22標準孔板是用不銹鋼或其它金屬材料制造的薄板，它具有圓形開孔并與管道同心，其直角入口邊緣非常銳利，且相對于開孔軸線是旋轉對稱的。標準孔板的形狀如圖所示．標準孔板是用不銹鋼或其它金屬材料制造的薄板，它具有圓形開孔并23

標準噴嘴即ISAl932噴嘴．它是一個以管道喉部開孔軸線為中心線的旋轉對稱體，由兩個圓弧曲面構成的入口收縮部分及與之相接的圓筒形喉部所組成．其結構如圖3—4所示標準噴嘴即ISAl932噴嘴．它是一個以管道喉部開孔軸線為24標準文丘利噴嘴是標準文丘利管的一種型式，如圖3—5所示．它由廓形修圓的收斂部分，圓筒形喉部和擴散段組成．喉部取壓平面之前上游平面A、入口圓弧B、C和喉部的圓筒E部分與標準噴嘴完全相同．標準文丘利噴嘴是標準文丘利管的一種型式，如圖3—5所示．它由25流量測量知識概述課件261．取壓方式差壓式流量計是通過測量節(jié)流件前后壓力差p來實現(xiàn)流量測量的，而壓力差

p的值與取壓孔位置和取壓方式緊密相關。節(jié)流裝置的取壓方式有以下5種，各種取壓方式及取壓孔位置如圖3—7所示．

(1)角接取壓:上下游取壓管位于孔板(或噴嘴)的前后端面處。角接取壓包括單獨鉆孔和環(huán)室取壓。如圖3—7中l(wèi)—l位置。(2)法蘭取壓：上下游側取壓孔的軸線至孔板上、下游側端面之間的距離均為25.4±0.8mm（1inch)。取壓孔開在孔板上下游側的法蘭上．如圖3—7中2—2位置．1．取壓方式27（3)徑距取壓：上游側取壓孔的軸線至孔板上游端面的距離為1Dm±0.1Dm，下游側取壓孔的軸線至孔極下游端面的距離為0.5Dm。如圖3—7中的3.3位置（Dm管道直徑）。

(4)理論取壓：上游側取壓孔的軸線至孔板上游端面的距離為lDm±0.1Dm，下游側取壓孔的軸線至孔板上游端面的距離因值不同而異。該距離理論上就是流束收縮到最小截面的距離。如圖3—7中的4—4位置。

(5)管接取壓：上游側取壓孔的軸線至孔板上游端面的距離為2.5Dm，下游側取壓孔的軸線至孔板下游端面的距離為8Dm．如圖3—7中的5—5位置．該方法使用很少．（3)徑距取壓：上游側取壓孔的軸線至孔板上游端面的距離為1D28流量測量知識概述課件29標準取壓裝置是國家標形中規(guī)定的兩種取壓裝置，即角接取壓裝置和法蘭取壓裝置。其中角接取壓適用于孔板和噴嘴，而法蘭取壓僅用于孔板。(1)角接取壓裝置角接取壓裝置可以采用環(huán)室或夾緊環(huán)(單獨鉆孔)取得節(jié)流件前后的差壓。（2）法蘭取壓裝置法蘭取壓裝置由兩個帶取壓孔的取壓法蘭組成。標準取壓裝置標準取壓裝置是國家標形中規(guī)定的兩種取壓裝置，即角接取壓裝置和30流量測量知識概述課件31角接取壓裝置可以采用環(huán)室或夾緊環(huán)(單獨鉆孔)取得節(jié)流件前后的差壓。法蘭取壓裝置由兩個帶取壓孔的取壓法蘭組成。角接取壓裝置可以采用環(huán)室或夾緊環(huán)(單獨鉆孔)取得節(jié)流件前后的32一、浮子流量計（轉子流量計）轉子流量計又名浮子流量計或面積流量計。浮子流量計具有結構簡單，使用維護方便，對儀表前后直管段長度要求不高，壓力損失小且恒定，測量范圍比較寬，工作可靠且線性刻度，可測氣體、蒸汽(電、氣遠傳金屬浮子流量計)和液體的流量，適用性廣等特點．第四節(jié)流體阻力式流量計

浮子流量計的測量本體由一根自下向上擴大的垂直錐管和一只可以沿著錐管的軸向自由移動的浮子組成．如圖4-1所示．一、浮子流量計（轉子流量計）第四節(jié)流體阻力式流量計浮子流33

當被測流體自錐管下端流入流量計時，由于流體的作用，浮子上下端面產生一差壓，該差壓即為浮子的上升力。當差壓值大于浸在流體中浮子的重量時，浮子開始上升。隨著浮子的上升．浮子最大外徑與錐管之間的環(huán)形面積逐漸增大，流體的流速則相應下降，作用在浮子上的上升力逐漸減小，直至上升力等于浸在流體中的浮子的重量時，浮子便穩(wěn)定在某一高度上。這時浮子在錐管中的高度與所通過的流量有對應的關系。當被測流體自錐管下端流入流量計時，由于流體的作用，浮子上下34作用在浮子上的力有：流體自下而上運動時，作用在浮子上的阻力F;浮子本身的垂直向下的重力W；流體對浮子所產生的垂直向上的浮力B。當浮子處于平衡狀態(tài)時，可列出平衡方程式轉子流量計的測量原理式中，cd為浮子的阻力系數；o為流體密度；v為環(huán)形流通面積的平均流速：Af為浮子的最大迎流面積。作用在浮子上的力有：轉子流量計的測量原理式中，cd為浮子的阻35流量測量知識概述課件36流量測量知識概述課件37只要保持流量系數a為常數，則流量與浮子高度h之間就存在一一對應的近似線性關系．我們可以將這種對應關系直接刻度在流量計的錐管上．顯然，對于不同的流體，由于密度發(fā)生變化，所以qv與h之間的對應關系也將發(fā)生變化，原來的流量刻度將不再適用．所以原則上，轉子流量計應該用實際介質進行標定．注意：只要保持流量系數a為常數，則流量與浮子高度h之間就存在一一對38

靶式流量計由靶式流量變送器和顯示儀表兩部分組成，其測量元件是一個在測量管中心并垂直于流向的被稱為“靶”的圓板。通過測量流體作用在靶上的力而實現(xiàn)流量測量．靶式流量計是60年代隨著工業(yè)生產迫切需要解決高粘度、低雷諾數流體，的流量測量而發(fā)展起來的一種新型流量測量儀表．可用于低雷諾數、含固體顆粒的漿液及腐蝕介質流量測量。它具有結構簡單，安裝維修方便，成本低。

靶式流量計流體力學中表征粘性影響的相似準數靶式流量計由靶式流量變送器和顯示儀表兩部分組成，其測量元件39靶式流量計的結構如圖所示，在被測管道中心迎著流速方向安裝一個靶，當介質流過時，靶受到流體的作用力。這個力由兩部分組成，一部分是流體和靶表面的摩擦力，另一部分是由于流束在靶后分離，產生壓差阻力，后者是主要的。當流體的雷諾數達到一定數值時，阻力系數不隨雷諾數變化，而保持常數，這時阻力為式中，F(xiàn)為靶受到流體的阻力；為阻力系數；A1為靶迎流面積，d為靶直徑；v為靶和管壁間環(huán)面積中的平均流速；為介質密度。靶式流量計的結構如圖所示，在被測管道中心迎著流速方向安裝一個40流量與靶輸出力F的平方根成正比．測量靶所受的力F，就可以測定被測介質的流量．流量與靶輸出力F的平方根成正比．測量靶所受的力F，就可以測定41

速度式流量計是從直接測量管道內流體流速v作為流量測量依據的。若測得的是管道截面上的平均流速v，則流體的體積流量qv＝A×v；(A為測量管道橫截面積)。若測得的是管道橫截面上的某一點流速v，則流體的體積流量qv＝K.A.v(K為截面上的平均流速與被測點流速的比值，它與管道內流速分布有關)．第五節(jié)測速式流量計速度式流量計是從直接測量管道內流體流速v作為流量測量依據的42一、電磁流量計電磁流量計是根據法拉第電磁感應定律制成的一種測量導電液體體積流量的儀表。可以測量各種腐蝕性介質：酸、堿、鹽溶液以及帶有懸浮顆粒的漿液。被測介質在測量管內，由于沒有阻滯部件，所以沒有壓力損失。此流量計無機械慣性，反應靈敏，可以測量脈沖流量，而且線性較好，可以直接進行等分刻度。但電磁流量計，由于只能測量導電液體，因此對于氣體、蒸氣以及含大量氣泡的液體，或者電導率很低的液體不能測量。由于測量管內襯材料一般不宜在高溫下工作，所以目前一般的電磁流量計還不能用于測量高溫介質。一、電磁流量計可以測量各種腐蝕性介質：酸、堿、鹽溶液以及帶有43如圖所示，設在均勻磁場中，垂直于磁場方向有一個直徑為D的管道。管道由不導磁材料制成，當導電的液體在導管中流動時，導電液體切割磁力線，因而在磁場及流動方向垂直的方向上產生感應電動勢，如安裝一對電極，則電極間產生和流速成比例的電位差。

式中，c為感應電動勢：B為磁感應強度，D為管道內徑；v為液體在管道內平均流速。如圖所示，設在均勻磁場中，垂直于磁場方向有一個直徑為D的管道44流量測量知識概述課件451．直流勵磁直流勵碰方式用直流電產生磁場或采用永久磁鐵，它能產生一個恒定的均勻磁場．這種直流勵磁變送器的最大優(yōu)點是受交流電磁場干擾影響很小，因而可以忽略液體中的自感現(xiàn)象的影響。但是，使用直流磁場易使通過測量管道的電解質液體被極化，即電解質在電場中被電解，產生正負離子，在電場力的作用下，負離子跑向正極，正離子跑向負極。這樣，將導致正負電極分別校相反極性的離子所包圍，嚴重影響儀表的正常工作．所以，直流勵磁一般只用于測量非電解質液體，如液態(tài)金屬等．1．直流勵磁46流量測量知識概述課件472．交流勵磁目前，工業(yè)上使用的電磁流量計，大都采用工頻(50Hz)電源交流勵磁方式，即它的磁場是由正弦交變電流產生的，所以產生的磁場也是一個交變磁場。交變磁場變送器的主要優(yōu)點是消除了電極表面的極化干擾．另外，由于磁場是交變的，所以輸出信號也是交變信號。2．交流勵磁48

直流勵磁方式和交流勵磁方式各有優(yōu)缺點，為了充分發(fā)揮它們的優(yōu)點，盡量避免它們的缺點，70年代以來，人們開始采用低頻方波勵磁方式．它的勵磁電流波形如圖所示，其頻率通常為工頻的1／4一l／10．從圖可見，在半個周期內，磁場是恒穩(wěn)的直流磁場，它具有直流勵磁的特點，受電磁干擾影響很小。從整個時間過程看，方波信號又是一個交變的信號，所以它能克服直流勵磁易產生的極化現(xiàn)象．因此，低頻方波勵磁是一種比較好的勵磁方式，目前已在電磁流量計上廣泛的應用．

3．低頻方波勵磁直流勵磁方式和交流勵磁方式各有優(yōu)缺點，為了充分發(fā)揮它們的優(yōu)49流量測量知識概述課件50當超聲波在流體中傳播時，會載帶流體流速的信息。因此，根據對接收到的超聲波信號進行分析計算，可以檢測到流體的流速，進而可以得到流量值。超聲波流量測量方法有很多，本節(jié)主要介紹傳播速度差方法和多普勒方法的基本原理與流量方程．

二、超聲波流量計當超聲波在流體中傳播時，會載帶流體流速的信息。因此，根據對接51傳播速度差法的基本原理為：測量超聲波脈沖在順流和逆流傳播過程中的速度之差來得到到被測流體的流速。根據測量的物理量的不同，可以分為時差法(測量順、逆流傳播時由于超聲波傳播速度不同而引起的時間差)、相差法(測量超聲波在順、逆流中傳播的相位差)、頻差法(測量順、逆流情況下超聲脈沖的循環(huán)頻率差)。頻差法是目前常用的測量方法，它是在前兩種測量方法的基礎上發(fā)展起來的．傳播速度差法的基本原理為：測量超聲波脈沖在順流和逆流傳播過程52在測量管道中，裝兩個超聲波發(fā)射換能器F1和F2以及兩個接收換能器J1和J2，F(xiàn)1J1和F2J2與管道軸線夾角為a，管徑為D，流體由左向右流動，速度為v，此時由F1到J1超聲波傳播速度為F2到J2超聲波傳播速度為：在測量管道中，裝兩個超聲波發(fā)射換能器F1和F2以及兩個接收換531、時差法如果超聲波發(fā)生器發(fā)射一短小脈沖，其順流傳播時間為而逆流傳播的時間為測量速度差的方法1、時差法如果超聲波發(fā)生器發(fā)射一短小脈沖，其順流傳播時間為而542、相差法所謂相差法，既是通過測量超聲波在順流和逆流時傳播的相位差來得到流速．2、相差法所謂相差法，既是通過測量超聲波在順流和逆流時傳播的55流量測量知識概述課件563、頻差法此法是通過測量順流和逆流時超聲脈沖的重復頻率差去測量流速。在單通道法中脈沖重復頻率是在一個發(fā)射脈沖被接收器接收之后，立即發(fā)射出一個脈沖，這樣以一定頻率重復發(fā)射，對于順流和逆流重復發(fā)射頻率為3、頻差法此法是通過測量順流和逆流時超聲脈沖的重復頻率差去測572、多普勒法

多普勒法是利用聲學多普勒原理確定流體流量的．多普勒效應是當聲源和目標之間有相對運動，會引起聲波在頻率上的變化，這種頻率變化正比于運動的目標和靜止的換能器之間的相對速度。2、多普勒法58圖是超聲多普勒流量計示意圖。超聲換能器安裝在管外。從發(fā)射晶體T發(fā)射的超聲波束遇到流體中運動著顆粒或氣泡，再反射回來由接收晶體R1接收。發(fā)射信號與接收信號的多普勒頻率偏移與流體流速成正比。如忽略管壁影響，并假設流體沒有速度梯度，以及粒子是均勻分布的，可得方程圖是超聲多普勒流量計示意圖。超聲換能器安裝在管外。從發(fā)射晶體59流量測量知識概述課件60流體振動流量計是60年代末期發(fā)展起來的一種較新的流量測量技術。它具有如下一些特點：可得到與流量成正比的頻率輸出信號；被測流體本身就是振動體，無機械可動部件，幾乎不受流體組成、密度、粘度、壓力等因素的影響；所以，該測量方法越來越受到人們的重視，渦街流量計（Vortexflowmeter)是利用流體流過阻礙物時產生穩(wěn)定的漩渦，通過測量其漩渦產生頻率而實現(xiàn)流量計量的。渦街流量計由渦街流量傳感器和流量顯示儀表兩部分構成，

第六節(jié)振動式流量計流體振動流量計是60年代末期發(fā)展起來的一種較新的流量測量技術61渦街流量計實現(xiàn)流量測量的理論基礎是流體力學中著名的“卡門渦街”原理。在流動的流體中放置一根其軸線與流向垂直的非流線性柱形體(加三角柱、圓柱等)，稱之為漩渦發(fā)生體，見圖。當流體沿漩渦發(fā)生體繞流時，會在漩渦發(fā)生體下游產生如圖所示不對稱但有規(guī)律的交替漩渦列，這就是所謂的卡門渦街。渦街流量計實現(xiàn)流量測量的理論基礎是流體力學中著名的“卡門渦街62Whenafluidflowencountersabody,thelayersoffluidclosetothesurfacesofthebodyaresloweddown.Withastreamlinesbody,theseboundarylayersfollowthecontoursofthebodyuntilvirtuallymeetingattherearoftheobject.Thisresultsinverylittlewakebeingproduced.Withanon-streamlinedbody,aso-calledbluff-body,theboundarylayersdetachfromthebodymuchearlierandalargewakeisproduced.Whentheboundarylayerleavesthebodysurfaceitrollsupintovortices.Theseareproducedalternatelyfromthetopandbottomsurfacesofthebody.Theresultistwoparallelrowsofvorticesmovingdownstreamwiththedistancebetweensuccessivevorticesineachrowbeingthesame,avortexinonerowoccurringhalfwaybetweenthoseintheotherrow.Whenafluidflowencountersa63由于漩渦之間的相互影響，其形成通常是不穩(wěn)定的。馮.卡門對渦列的穩(wěn)定條件進行了研究，于1911年得到結論：只有當兩漩渦列之間的距離h和同列的兩漩渦之間的距離L之比滿足時，所產生的渦街才是穩(wěn)定的由于漩渦之間的相互影響，其形成通常是不穩(wěn)定的。馮.卡門對渦列64圓柱體后漩渦發(fā)生的頻率為：圓柱體后漩渦發(fā)生的頻率為：65流量測量知識概述課件66流量測量知識概述課件67圓柱體表面開有導壓孔，與圓柱體內部空腔相通．空腔由隔板分成兩部分，在隔板的中央部分有—小孔，在小孔中裝有檢測流體流動的鉑電阻絲．當旋渦在圓柱體下游側產生時，出于升力的作用，使得圓柱體下方的壓力比上方高一些，圓柱體下方的流體在上下壓力差的作用下，從圓柱體下方導壓孔進入空腔，通過隔板中央部分的小孔，流過鉑電阻絲，從上方導壓孔流出。如果將鉑電阻絲加熱到高于流體溫度的某溫度值，則當流體流過鉑電阻絲時，就會帶走熱量，改變其溫度，也即改變其電阻值。當圓柱體上方產生一個旋渦時，則流體從上導壓孔進入，由下導壓孔流出，又一次通過鉑電阻絲，又改變一次它的電阻值。由此可知：電阻值變化與流動變化相對應，也既與旋渦的頻率相對應。所以，可由檢測鉑電阻絲電阻變化頻率得到渦頻率，進而得到流量值。圓柱體表面開有導壓孔，與圓柱體內部空腔相通．空腔由隔板分成兩68流量測量知識概述課件69在工業(yè)生產中，由于物料平衡，熱平衡以及儲存、經濟核算等所需要的都是質量，并非體積，所以在測量工作中，常需將測出的體積流量，乘以密度換算成質量流量。但由于密度隨溫度、壓力而變化，所以在測量流體體積流量時，要同時測量流體的壓力和密度，進而求出質量流量。在溫度、壓力變化比較頻繁的情況下，難以達到測量的目的。這樣便希望用質量流量計來測量質量流量，而無需再人工進行上述換算。

第七節(jié)質量流量計在工業(yè)生產中，由于物料平衡，熱平衡以及儲存、經濟核算等所需要703、補償式：同時檢測流體的體積流量和流體的溫度、壓力值，再根據流體密度與溫度、壓力的關系，由計算單元計算得到該狀態(tài)下流體的密度值，最后再計算得到流體的質量流量值。補償式質量流量則量方法，是目前工業(yè)上普遍應用的一種測量方法。質量流量計大致分為三大類：

1．直接式：即直接檢測與質量流量成比例的量，檢測元件直接反映出質量流量。

2．推導式：即用體積流量計和密度計組合的儀表來測量質量流量，同時檢測出體積流量和流體密度，通過運算得出與質量流量有關的輸出信號。3、補償式：同時檢測流體的體積流量和流體的溫度、壓力71一、直接式質量流量計——科里奧利質量流量計科里奧利質量流量計(簡稱CMF)是利用流體在振動管中流動時，產生與質量流量成正比的科里奧利力而制成的一種直接式質量流量儀表。一、直接式質量流量計——科里奧利質量流量計72如圖所示，當質量m的質點以速度v在對P軸作角速度為旋轉的管道內移動時，質點具有兩個分量的加速度及相應的加速度力：1.法向加速度，即向心加速度ar，其量值為2r

，方向朝向P軸。2.切向加速度at，即科里奧利加速度，其量值為2v

，方向與ar垂直。由理論力學可知，當某一質量為m的物體在旋轉參考系中以速度v運動時，將受到一個力的作用，其值為當密度為的流體在選擇管道中以恒定速度v流動時，任何一段長度x

的管道都受到一個Fc

的切向科里奧利力如圖所示，當質量m的質點以速度v在對P軸作角速度為旋轉的管73

二、熱式質量流量計二、熱式質量流量計74流量測量知識概述課件75流量測量知識概述課件76流量測量知識概述課件77流量測量知識概述課件78流量測量知識概述課件79流量測量知識概述課件80流量測量流量測量81第一節(jié)概述流量的概念

流體在單位時間內流經某一有效截面的體積或質量，前者稱體積流量（m3/s)，后者稱質量流量(kg/s)。如果在截面上速度分布是均勻的，則：體積質量第一節(jié)概述流量的概念如果在截面上速度分布是均勻的，則：82流過管道某截面的流體的速度在截面上各處不可能是均勻的，假定在這個截面上某一微小單元面積上dAF速度是均勻的，流過該單元面積上的體積流量為整個截面上的流量qv為流過管道某截面的流體的速度在截面上各處不可能是均勻的，假定在83二、流量儀表的分類（一）計量表1.容積式計量表這類儀表用儀表內的一個固定容量的容積連續(xù)地測量被測介質，最后根據定量容積稱量的次數來決定流過的總量。習慣上人們把計量表也稱為流量計。根據它的結構不同，這類儀表主要有橢圓齒輪流量計、腰輪流量汁、活塞式流量計等。二、流量儀表的分類（一）計量表84流量測量知識概述課件852.速度式計量表在儀表中裝一旋轉葉輪，流體流過時，推動葉輪旋轉，葉輪的轉動正比于流過介質的總量，葉輪轉動帶動計數器的齒輪機構，計數器即顯示讀數。這類計量表機構簡單，但精度低。一般在2％左右，大多的水表即采用此結構表。2.速度式計量表86（二）流量計（二）流量計87第二節(jié)總量測量儀表（一）橢圓齒輪流量計每轉一周，兩個齒輪共送出四個標準體積的流體。第二節(jié)總量測量儀表（一）橢圓齒輪流量計每轉一周，兩個齒輪88二、腰輪流量計（羅茨流量計）腰輪流量計除可測液體外，還可測量氣體，精度可達0.1％，并可做標準表使用；最大流量可達1000m3/h。腰輪上沒有齒，它們不是直接相互嚙合轉動，而是通過按裝在完體外的傳動齒輪組進行傳動．二、腰輪流量計（羅茨流量計）腰輪流量計除可測液體外，還可測量89三、容積式流量計的誤差儀表輸出由指針指示，指示值I:流量較小時，誤差為負值，在流量增大時、誤差為正值、且基本保持不變(曲線1)。這種現(xiàn)象主要是由于在運動件的間隙中泄漏所引起的。這個泄漏量與間隙、粘度、前后壓差有關，另外也和流過體積V所需的時間有關。三、容積式流量計的誤差儀表輸出由指針指示，指示值I:流量較小90流量測量知識概述課件91上述兩種轉子型式的容積流顯計，可用于各種液體流量的測量，尤其是用于油流量的準確測量，在高壓力、大流量的氣體流量測量中，這類流量計也有應用．由于橢圓齒輪容積流量計直接依靠測量輪嚙合，因此對介質的清潔要求較高，不允許有固體顆粒雜質流過流量計．上述兩種轉子型式的容積流顯計，可用于各種液體流量的測量，尤其92當充滿圓管的流體流經在管道內部安裝的節(jié)流裝置時，流束將在節(jié)流件處形成局部收縮，使流速增大，靜壓力降低，于是在節(jié)流件前后產生壓力差．該壓力差通過差壓計檢出．流體的體積流量或質量流量與差壓計所測得的差壓值有確定的數值關系。差壓式流量計（節(jié)流式流量計）當充滿圓管的流體流經在管道內部安裝的節(jié)流裝置時，流束將在節(jié)流93流量測量知識概述課件94伯努利方程式流線上任意兩點的壓力勢能、動能與位勢能之和保持不變伯努利方程式流線上任意兩點的壓力勢能、動能與位勢能之和保持不95

選定兩個截面，I—I是節(jié)流裝置前流體開始受節(jié)流裝置影響的截面；II-II是流束經過節(jié)流裝置后收縮最厲害的流束截面，由伯努利方程式得由于流束在節(jié)流裝置后的最小收縮面積S2，實際上很難確切地知道它的數值，因此用節(jié)流裝置開孔的截面積S0來表示,其中稱為流束的收縮系數，其大小與節(jié)流裝置的類型有關。p1’、p2’—流體在截面I—I和II—II處的靜壓力v1、v2’—流體在截面I—I和II—II處的平均流速選定兩個截面，I—I是節(jié)流裝置前流體開始受節(jié)流裝置影96上面得到的流速是理論值，因為理想的不可壓縮的流體是不存在的。流體有粘度，故有摩擦，因此實際的流速應修正。其次，考慮到使用方便，實際上經常在節(jié)流裝置前后兩個固定位置上測取壓力p1、p2，代替p1’、p2’，在計算v2的公式中亦應修正?？紤]這兩方面的因素，在II—II截面上的流速上面得到的流速是理論值，因為理想的不可壓縮的流體是不存在的。97流過截面II—II的體積流量為流過截面II—II的體積流量為98節(jié)流式流量計主要由兩部分組成：節(jié)流裝置和測量靜壓差的差壓計。節(jié)流裝置是安裝在流體管道中，使流體的流通截面發(fā)生變化，引起流體靜壓變化的一種裝置。常用的節(jié)流裝置有文丘利管、噴嘴和孔板，如圖所示。節(jié)流式流量計主要由兩部分組成：節(jié)流裝置和測量靜壓差的差壓計。99

常用的節(jié)流裝置文丘利管壓力損失最小，而孔板壓力損失最大。

文丘利管孔板

噴嘴常用的節(jié)流裝置文丘利管壓力100流量測量知識概述課件101流量測量知識概述課件102標準孔板是用不銹鋼或其它金屬材料制造的薄板，它具有圓形開孔并與管道同心，其直角入口邊緣非常銳利，且相對于開孔軸線是旋轉對稱的。標準孔板的形狀如圖所示．標準孔板是用不銹鋼或其它金屬材料制造的薄板，它具有圓形開孔并103

標準噴嘴即ISAl932噴嘴．它是一個以管道喉部開孔軸線為中心線的旋轉對稱體，由兩個圓弧曲面構成的入口收縮部分及與之相接的圓筒形喉部所組成．其結構如圖3—4所示標準噴嘴即ISAl932噴嘴．它是一個以管道喉部開孔軸線為104標準文丘利噴嘴是標準文丘利管的一種型式，如圖3—5所示．它由廓形修圓的收斂部分，圓筒形喉部和擴散段組成．喉部取壓平面之前上游平面A、入口圓弧B、C和喉部的圓筒E部分與標準噴嘴完全相同．標準文丘利噴嘴是標準文丘利管的一種型式，如圖3—5所示．它由105流量測量知識概述課件1061．取壓方式差壓式流量計是通過測量節(jié)流件前后壓力差p來實現(xiàn)流量測量的，而壓力差

p的值與取壓孔位置和取壓方式緊密相關。節(jié)流裝置的取壓方式有以下5種，各種取壓方式及取壓孔位置如圖3—7所示．

(1)角接取壓:上下游取壓管位于孔板(或噴嘴)的前后端面處。角接取壓包括單獨鉆孔和環(huán)室取壓。如圖3—7中l(wèi)—l位置。(2)法蘭取壓：上下游側取壓孔的軸線至孔板上、下游側端面之間的距離均為25.4±0.8mm（1inch)。取壓孔開在孔板上下游側的法蘭上．如圖3—7中2—2位置．1．取壓方式107（3)徑距取壓：上游側取壓孔的軸線至孔板上游端面的距離為1Dm±0.1Dm，下游側取壓孔的軸線至孔極下游端面的距離為0.5Dm。如圖3—7中的3.3位置（Dm管道直徑）。

(4)理論取壓：上游側取壓孔的軸線至孔板上游端面的距離為lDm±0.1Dm，下游側取壓孔的軸線至孔板上游端面的距離因值不同而異。該距離理論上就是流束收縮到最小截面的距離。如圖3—7中的4—4位置。

(5)管接取壓：上游側取壓孔的軸線至孔板上游端面的距離為2.5Dm，下游側取壓孔的軸線至孔板下游端面的距離為8Dm．如圖3—7中的5—5位置．該方法使用很少．（3)徑距取壓：上游側取壓孔的軸線至孔板上游端面的距離為1D108流量測量知識概述課件109標準取壓裝置是國家標形中規(guī)定的兩種取壓裝置，即角接取壓裝置和法蘭取壓裝置。其中角接取壓適用于孔板和噴嘴，而法蘭取壓僅用于孔板。(1)角接取壓裝置角接取壓裝置可以采用環(huán)室或夾緊環(huán)(單獨鉆孔)取得節(jié)流件前后的差壓。（2）法蘭取壓裝置法蘭取壓裝置由兩個帶取壓孔的取壓法蘭組成。標準取壓裝置標準取壓裝置是國家標形中規(guī)定的兩種取壓裝置，即角接取壓裝置和110流量測量知識概述課件111角接取壓裝置可以采用環(huán)室或夾緊環(huán)(單獨鉆孔)取得節(jié)流件前后的差壓。法蘭取壓裝置由兩個帶取壓孔的取壓法蘭組成。角接取壓裝置可以采用環(huán)室或夾緊環(huán)(單獨鉆孔)取得節(jié)流件前后的112一、浮子流量計（轉子流量計）轉子流量計又名浮子流量計或面積流量計。浮子流量計具有結構簡單，使用維護方便，對儀表前后直管段長度要求不高，壓力損失小且恒定，測量范圍比較寬，工作可靠且線性刻度，可測氣體、蒸汽(電、氣遠傳金屬浮子流量計)和液體的流量，適用性廣等特點．第四節(jié)流體阻力式流量計

浮子流量計的測量本體由一根自下向上擴大的垂直錐管和一只可以沿著錐管的軸向自由移動的浮子組成．如圖4-1所示．一、浮子流量計（轉子流量計）第四節(jié)流體阻力式流量計浮子流113

當被測流體自錐管下端流入流量計時，由于流體的作用，浮子上下端面產生一差壓，該差壓即為浮子的上升力。當差壓值大于浸在流體中浮子的重量時，浮子開始上升。隨著浮子的上升．浮子最大外徑與錐管之間的環(huán)形面積逐漸增大，流體的流速則相應下降，作用在浮子上的上升力逐漸減小，直至上升力等于浸在流體中的浮子的重量時，浮子便穩(wěn)定在某一高度上。這時浮子在錐管中的高度與所通過的流量有對應的關系。當被測流體自錐管下端流入流量計時，由于流體的作用，浮子上下114作用在浮子上的力有：流體自下而上運動時，作用在浮子上的阻力F;浮子本身的垂直向下的重力W；流體對浮子所產生的垂直向上的浮力B。當浮子處于平衡狀態(tài)時，可列出平衡方程式轉子流量計的測量原理式中，cd為浮子的阻力系數；o為流體密度；v為環(huán)形流通面積的平均流速：Af為浮子的最大迎流面積。作用在浮子上的力有：轉子流量計的測量原理式中，cd為浮子的阻115流量測量知識概述課件116流量測量知識概述課件117只要保持流量系數a為常數，則流量與浮子高度h之間就存在一一對應的近似線性關系．我們可以將這種對應關系直接刻度在流量計的錐管上．顯然，對于不同的流體，由于密度發(fā)生變化，所以qv與h之間的對應關系也將發(fā)生變化，原來的流量刻度將不再適用．所以原則上，轉子流量計應該用實際介質進行標定．注意：只要保持流量系數a為常數，則流量與浮子高度h之間就存在一一對118

靶式流量計由靶式流量變送器和顯示儀表兩部分組成，其測量元件是一個在測量管中心并垂直于流向的被稱為“靶”的圓板。通過測量流體作用在靶上的力而實現(xiàn)流量測量．靶式流量計是60年代隨著工業(yè)生產迫切需要解決高粘度、低雷諾數流體，的流量測量而發(fā)展起來的一種新型流量測量儀表．可用于低雷諾數、含固體顆粒的漿液及腐蝕介質流量測量。它具有結構簡單，安裝維修方便，成本低。

靶式流量計流體力學中表征粘性影響的相似準數靶式流量計由靶式流量變送器和顯示儀表兩部分組成，其測量元件119靶式流量計的結構如圖所示，在被測管道中心迎著流速方向安裝一個靶，當介質流過時，靶受到流體的作用力。這個力由兩部分組成，一部分是流體和靶表面的摩擦力，另一部分是由于流束在靶后分離，產生壓差阻力，后者是主要的。當流體的雷諾數達到一定數值時，阻力系數不隨雷諾數變化，而保持常數，這時阻力為式中，F(xiàn)為靶受到流體的阻力；為阻力系數；A1為靶迎流面積，d為靶直徑；v為靶和管壁間環(huán)面積中的平均流速；為介質密度。靶式流量計的結構如圖所示，在被測管道中心迎著流速方向安裝一個120流量與靶輸出力F的平方根成正比．測量靶所受的力F，就可以測定被測介質的流量．流量與靶輸出力F的平方根成正比．測量靶所受的力F，就可以測定121

速度式流量計是從直接測量管道內流體流速v作為流量測量依據的。若測得的是管道截面上的平均流速v，則流體的體積流量qv＝A×v；(A為測量管道橫截面積)。若測得的是管道橫截面上的某一點流速v，則流體的體積流量qv＝K.A.v(K為截面上的平均流速與被測點流速的比值，它與管道內流速分布有關)．第五節(jié)測速式流量計速度式流量計是從直接測量管道內流體流速v作為流量測量依據的122一、電磁流量計電磁流量計是根據法拉第電磁感應定律制成的一種測量導電液體體積流量的儀表。可以測量各種腐蝕性介質：酸、堿、鹽溶液以及帶有懸浮顆粒的漿液。被測介質在測量管內，由于沒有阻滯部件，所以沒有壓力損失。此流量計無機械慣性，反應靈敏，可以測量脈沖流量，而且線性較好，可以直接進行等分刻度。但電磁流量計，由于只能測量導電液體，因此對于氣體、蒸氣以及含大量氣泡的液體，或者電導率很低的液體不能測量。由于測量管內襯材料一般不宜在高溫下工作，所以目前一般的電磁流量計還不能用于測量高溫介質。一、電磁流量計可以測量各種腐蝕性介質：酸、堿、鹽溶液以及帶有123如圖所示，設在均勻磁場中，垂直于磁場方向有一個直徑為D的管道。管道由不導磁材料制成，當導電的液體在導管中流動時，導電液體切割磁力線，因而在磁場及流動方向垂直的方向上產生感應電動勢，如安裝一對電極，則電極間產生和流速成比例的電位差。

式中，c為感應電動勢：B為磁感應強度，D為管道內徑；v為液體在管道內平均流速。如圖所示，設在均勻磁場中，垂直于磁場方向有一個直徑為D的管道124流量測量知識概述課件1251．直流勵磁直流勵碰方式用直流電產生磁場或采用永久磁鐵，它能產生一個恒定的均勻磁場．這種直流勵磁變送器的最大優(yōu)點是受交流電磁場干擾影響很小，因而可以忽略液體中的自感現(xiàn)象的影響。但是，使用直流磁場易使通過測量管道的電解質液體被極化，即電解質在電場中被電解，產生正負離子，在電場力的作用下，負離子跑向正極，正離子跑向負極。這樣，將導致正負電極分別校相反極性的離子所包圍，嚴重影響儀表的正常工作．所以，直流勵磁一般只用于測量非電解質液體，如液態(tài)金屬等．1．直流勵磁126流量測量知識概述課件1272．交流勵磁目前，工業(yè)上使用的電磁流量計，大都采用工頻(50Hz)電源交流勵磁方式，即它的磁場是由正弦交變電流產生的，所以產生的磁場也是一個交變磁場。交變磁場變送器的主要優(yōu)點是消除了電極表面的極化干擾．另外，由于磁場是交變的，所以輸出信號也是交變信號。2．交流勵磁128

直流勵磁方式和交流勵磁方式各有優(yōu)缺點，為了充分發(fā)揮它們的優(yōu)點，盡量避免它們的缺點，70年代以來，人們開始采用低頻方波勵磁方式．它的勵磁電流波形如圖所示，其頻率通常為工頻的1／4一l／10．從圖可見，在半個周期內，磁場是恒穩(wěn)的直流磁場，它具有直流勵磁的特點，受電磁干擾影響很小。從整個時間過程看，方波信號又是一個交變的信號，所以它能克服直流勵磁易產生的極化現(xiàn)象．因此，低頻方波勵磁是一種比較好的勵磁方式，目前已在電磁流量計上廣泛的應用．

3．低頻方波勵磁直流勵磁方式和交流勵磁方式各有優(yōu)缺點，為了充分發(fā)揮它們的優(yōu)129流量測量知識概述課件130當超聲波在流體中傳播時，會載帶流體流速的信息。因此，根據對接收到的超聲波信號進行分析計算，可以檢測到流體的流速，進而可以得到流量值。超聲波流量測量方法有很多，本節(jié)主要介紹傳播速度差方法和多普勒方法的基本原理與流量方程．

二、超聲波流量計當超聲波在流體中傳播時，會載帶流體流速的信息。因此，根據對接131傳播速度差法的基本原理為：測量超聲波脈沖在順流和逆流傳播過程中的速度之差來得到到被測流體的流速。根據測量的物理量的不同，可以分為時差法(測量順、逆流傳播時由于超聲波傳播速度不同而引起的時間差)、相差法(測量超聲波在順、逆流中傳播的相位差)、頻差法(測量順、逆流情況下超聲脈沖的循環(huán)頻率差)。頻差法是目前常用的測量方法，它是在前兩種測量方法的基礎上發(fā)展起來的．傳播速度差法的基本原理為：測量超聲波脈沖在順流和逆流傳播過程132在測量管道中，裝兩個超聲波發(fā)射換能器F1和F2以及兩個接收換能器J1和J2，F(xiàn)1J1和F2J2與管道軸線夾角為a，管徑為D，流體由左向右流動，速度為v，此時由F1到J1超聲波傳播速度為F2到J2超聲波傳播速度為：在測量管道中，裝兩個超聲波發(fā)射換能器F1和F2以及兩個接收換1331、時差法如果超聲波發(fā)生器發(fā)射一短小脈沖，其順流傳播時間為而逆流傳播的時間為測量速度差的方法1、時差法如果超聲波發(fā)生器發(fā)射一短小脈沖，其順流傳播時間為而1342、相差法所謂相差法，既是通過測量超聲波在順流和逆流時傳播的相位差來得到流速．2、相差法所謂相差法，既是通過測量超聲波在順流和逆流時傳播的135流量測量知識概述課件1363、頻差法此法是通過測量順流和逆流時超聲脈沖的重復頻率差去測量流速。在單通道法中脈沖重復頻率是在一個發(fā)射脈沖被接收器接收之后，立即發(fā)射出一個脈沖，這樣以一定頻率重復發(fā)射，對于順流和逆流重復發(fā)射頻率為3、頻差法此法是通過測量順流和逆流時超聲脈沖的重復頻率差去測1372、多普勒法

多普勒法是利用聲學多普勒原理確定流體流量的．多普勒效應是當聲源和目標之間有相對運動，會引起聲波在頻率上的變化，這種頻率變化正比于運動的目標和靜止的換能器之間的相對速度。2、多普勒法138圖是超聲多普勒流量計示意圖。超聲換能器安裝在管外。從發(fā)射晶體T發(fā)射的超聲波束遇到流體中運動著顆?；驓馀?，再反射回來由接收晶體R1接收。發(fā)射信號與接收信號的多普勒頻率偏移與流體流速成正比。如忽略管壁影響，并假設流體沒有速度梯度，以及粒子是均勻分布的，可得方程圖是超聲多普勒流量計示意圖。超聲換能器安裝在管外。從發(fā)射晶體139流量測量知識概述課件140流體振動流量計是60年代末期發(fā)展起來的一種較新的流量測量技術。它具有如下一些特點：可得到與流量成正比的頻率輸出信號；被測流體本身就是振動體，無機械可動部件，幾乎不受流體組成、密度、粘度、壓力等因素的影響；所以，該測量方法越來越受到人們的重視，渦街流量計（Vortexflowmeter)是利用流體流過阻礙物時產生穩(wěn)定的漩渦，通過測量其漩渦產生頻率而實現(xiàn)流量計量的。渦街流量計由渦街流量傳感器和流量顯示儀表兩部分構成，

第六節(jié)振動式流量計流體振動流量計是60年代末期發(fā)展起來的一種較新的流量測量技術141渦街流量計實現(xiàn)流量測量的理論基礎是流體力學中著名的“卡門渦街”原理。在流動的流體中放置一根其軸線與流向垂直的非流線性柱形體(加三角柱、圓柱等)，稱之為漩渦發(fā)生體，見圖。當流體沿漩渦發(fā)生體繞流時，會在漩渦發(fā)生體下游產生如圖所示不對稱但有規(guī)律的交替漩渦列，這就是所謂的卡門渦街。渦街流量計實現(xiàn)流量測量的理論基礎是流體力學中著名的“卡門渦街142Whenafluidflowencountersabody,thelayersoffluidclosetothesurfacesofthebodyaresloweddown.Withastreamlinesbody,theseboundarylayersfollowthecontoursofthebodyuntilvirtuallymeetingattherearoftheobject.Thisresultsinverylittlewakebeingproduced.Withanon-streamlinedbody,aso-calledbluff-body,theboundarylayersdetachfromthebodymuchearlieranda