第三章3 流量測量及變送

第四章流量測量及變送概述差壓式流量計靶式流量計容積式流量計轉(zhuǎn)子流量計其他流量計小結(jié)

第一節(jié)概述

一、瞬時流量單位時間內(nèi)流過某一截面的流體數(shù)量。

1.體積瞬時流量單位時間內(nèi)流經(jīng)某一有效截面的流體體積。常用單位：L/h，m3/h

等。2.質(zhì)量瞬時流量單位時間內(nèi)流經(jīng)某一有效截面的流體質(zhì)量。常用單位：t/h，kg/h

等。可采用體積或質(zhì)量流量來表示：

返回

第一節(jié)概述

二、累積流量(總量)

某一段時間內(nèi)流經(jīng)某一有效截面的流體總和。1.體積累積流量某一段時間內(nèi)流經(jīng)某一有效截面的流體體積總和。常用單位：L，m3

等2.質(zhì)量累積流量某一段時間內(nèi)流經(jīng)某一有效截面的流體質(zhì)量總和。常用單位：t，kg

等

測量瞬時流量的儀表一般稱流量計，測量累計流量(總量)的儀表稱為計量表（總量表）。返回第一節(jié)概述

三、關(guān)于氣體體積流量測量

氣體體積流量測量單位采用標(biāo)準立方米。其換算公式為物理標(biāo)準狀態(tài)：0℃，0.101325MPa工業(yè)標(biāo)準狀態(tài)：20℃，0.101325MPa

Q0ρ0=Q20ρ20由理想氣體定律：Q0=0.9318Q20返回一、概述

由管道中節(jié)流元件產(chǎn)生的差壓和已知流體條件及節(jié)流元件與管道的幾何尺寸進行流量測量。

第二節(jié)差壓式流量計差壓式流量計的組成:1.節(jié)流裝置(節(jié)流件和取壓裝置)

v→△P2.引壓管路與三閥組3.差壓計(差壓變送器)

△P→4～20mA信號輸出

將△P→差壓計，回零檢查及維修。返回二、節(jié)流原理及流量方程1.節(jié)流原理分析

第二節(jié)差壓式流量計動壓能與靜壓能轉(zhuǎn)換的原理。

流體流經(jīng)節(jié)流元件將Q→△P

，測量△P進行流量測量。節(jié)流原理節(jié)流元件：改變管道中流體流通面積的元件。返回

第二節(jié)差壓式流量計2.流量基本方程

根據(jù)質(zhì)量守恒定律和能量守恒定律得到：β—直徑比，β=d/D;C—流出系數(shù)；d—工作條件下節(jié)流件的孔徑；ρ1

—節(jié)流裝置上游流體密度；D—工作條件下上游管道內(nèi)徑；△P—節(jié)流裝置前后測得的差壓；A0—節(jié)流件的開孔截面積，ε—可膨脹性系數(shù)（液體ε=1；可壓縮流體ε

<1）；三、標(biāo)準節(jié)流裝置它包括節(jié)流元件和取壓裝置。按國標(biāo)設(shè)計、加工、制造和安裝的節(jié)流裝置。返回?zé)o需標(biāo)定，可直接用于流量測量，其誤差不會超出規(guī)定的數(shù)值。

第二節(jié)差壓式流量計1.標(biāo)準孔板特點：a.壓力損失較大；b.一般只適用于潔凈流體?？装迨且粔K上游具有銳利直角邊緣的同心圓形薄板。2.標(biāo)準噴嘴特點：a.壓力損失略小于孔板；b.對帶有污垢的流體介質(zhì)較為適宜。ISAl932噴嘴和長徑噴嘴。（一）標(biāo)準節(jié)流元件

由兩個圓弧曲面構(gòu)成的入口收縮部分及與之相接的圓筒形喉部組成。返回

第二節(jié)差壓式流量計3.標(biāo)準文丘利管

上、下游取壓口做成單獨管壁取壓形式，由均壓環(huán)將多個取壓口連接。返回

第二節(jié)差壓式流量計（二）標(biāo)準取壓方式

1.角接取壓

同一節(jié)流元件，相同流量下，取壓位置不同所得△P不同，故Q與△P關(guān)系不同。（1）環(huán)室：用于400mm以下管徑，精度高。（2）單獨鉆孔：安裝方便。緊靠節(jié)流件前后端面取壓。適于孔板、噴嘴。返回第二節(jié)差壓式流量計3.徑距取壓2.法蘭取壓距節(jié)流件前后端面1英寸(25.4mm)處取壓。僅適用于孔板。均距節(jié)流元件前端面1D、后端面D/2處取壓，適用于孔板和噴嘴。返回

第二節(jié)差壓式流量計三種標(biāo)準節(jié)流元件的區(qū)別:壓力損失:

孔板>噴嘴>文丘利管加工安裝難度:

孔板<噴嘴<文丘利管成本:

孔板<噴嘴<文丘利管返回四、三閥組與差壓計

第二節(jié)差壓式流量計

節(jié)流裝置僅產(chǎn)生△P

，由差壓計測量△P遠傳，用于顯示、記錄或控制。

1.差壓計

（1）差壓變送器（同前）（2）雙波紋管差壓計或U型管

不需電源或氣源，用于就地顯示。返回△P→差壓計→I0或就地指示△P→I0→控制室線性等分→差壓百分數(shù)方根(非線性)→流量百分數(shù)差壓計顯示刻度：

2.三閥組第二節(jié)差壓式流量計三閥組作用：

（1）防止差壓計啟動和停運時,因單向受壓損壞。

啟動順序：①打開平衡閥2；②打開切斷閥1或3（先后無關(guān)）；③關(guān)閉平衡閥2;④打開切斷閥3或1（先后無關(guān)）關(guān)閉順序：①關(guān)閉切斷閥1、3（先后無關(guān)）；②打開平衡閥2。（2）差壓計回零檢查。返回

一體化差壓流量計返回

第三節(jié)靶式流量計

一、工作原理K—比例常數(shù)，與靶形狀及雷諾數(shù)有關(guān)；Ad—垂直于流速的靶面積，ρ—流體密度；v—環(huán)形流通截面平均流速。測量部分：靶、杠桿、密封膜片、測量管路。轉(zhuǎn)換部分：原理同力平衡式差壓變送器。靶上作用力可分為三部分：（1）流體對靶的沖擊力，即流體動壓力。（2）靶節(jié)流作用，在前后側(cè)產(chǎn)生的壓差。（3）流體對靶的粘滯摩擦力。返回流體動壓原理。動壓→F第三節(jié)靶式流量計測得F，可知Q

?！髁肯禂?shù)，與靶形、管徑、直徑比、雷諾數(shù)等有關(guān)。

設(shè)管徑為D，靶徑為d，則環(huán)形流通面積為:靶式流量計返回第三節(jié)靶式流量計二、特點

1.可測量含雜質(zhì)的臟污流體、高溫渣油、漿液、瀝青等。

2.用于小口徑(DN15～50)，高粘度，低雷諾數(shù)流體。3.可測壓力高達數(shù)十MPa，溫度達450℃。4.壓力損失較低，約為標(biāo)準孔板的一半。返回

第四節(jié)容積式流量計常用：橢圓齒輪流量計、羅茨流量計(腰輪流量計)、刮板流量計、旋轉(zhuǎn)活塞流量計等。工作原理：

將流體連續(xù)地分割成固定體積的單元流體，測量元件的動作次數(shù)得到體積總量。即容積分界法。

V0—固定體積；N—測量元件的轉(zhuǎn)數(shù)；k—與流量計結(jié)構(gòu)有關(guān)的系數(shù)。返回一、橢圓齒輪流量計

第四節(jié)容積式流量計適合于中、小流量，測量范圍：3L～540M3/h液體；

口徑：10～250mm；精度：0.2～0.5。圖a：P1

＞P2

，A為主動輪，B為從動輪；

圖b：A、B均為主動輪；圖c：B為主動輪，A為從動輪；

橢圓齒輪返回第四節(jié)容積式流量計允許微小顆粒通過，可測液體或氣體。缺點：體積大、笨重，維修不便，壓損較大，運行中有震動。精度：0.1～0.5，可作標(biāo)準流量計。

口徑：16～500mm。

二、腰輪流量計返回第四節(jié)容積式流量計5.要求被測流潔凈，在流量計前加裝過濾器。

6.壓損大。結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積笨重，故適合于中、小口徑。

7.不適用于高溫或低溫場合。溫度范圍：-30～160℃，壓力<10MPa。三、特點

1.精度高，可達0.1級；

2.管道安裝條件對計量精度沒有影響，不要求直管段；

3.直讀式無需外部能源；

4.特別適合高粘度流體測量；返回

第五節(jié)轉(zhuǎn)子流量計一、工作原理

轉(zhuǎn)子在垂直錐管中隨流量變化而升降，改變流通面積測量流量。轉(zhuǎn)子受力分析：轉(zhuǎn)子在某一位置平衡時：流體動壓力轉(zhuǎn)子重力浮力V—環(huán)形流通面積平均流速；C—轉(zhuǎn)子阻力系數(shù)；Ar—轉(zhuǎn)子迎流最大截面積；Vr—轉(zhuǎn)子體積；ρr—轉(zhuǎn)子密度；ρ—被測流體密度。

返回

第五節(jié)轉(zhuǎn)子流量計

二、分類

1.玻璃管轉(zhuǎn)子流量計

用于就地指示，不適用高溫、高壓場合，不能遠傳，易碎。

2.金屬管浮子流量計

用于遠傳，高溫、高壓場合。

遠傳式轉(zhuǎn)子流量計返回三、轉(zhuǎn)子流量計示值修正

第五節(jié)轉(zhuǎn)子流量計

流量計刻度在工業(yè)標(biāo)準狀態(tài)(20℃，0.101325MPa)下，以水或空氣為介質(zhì)單獨標(biāo)定所得。

1.液體流量的修正標(biāo)定時：實測時：則修正公式為：Q0—水標(biāo)定的刻度流量；ρw—水的密度

Q—密度ρ的實際流量。返回實用時，若介質(zhì)密度或工作狀態(tài)不同，須修正。工作狀態(tài)下

實際流量第五節(jié)轉(zhuǎn)子流量計

2.氣體流量的修正工作狀態(tài)下

實際流量需將工作狀態(tài)下流量換為工業(yè)標(biāo)態(tài)下氣體流量：標(biāo)定時：實測時：返回則修正公式為：將ρ和Q帶入得：例：

用轉(zhuǎn)子流量計測CO2氣體流量。測量時被測氣體t=40℃，P=0.49×105Pa，若流量計讀數(shù)為120Nm3／h，問CO2實際流量是多少?解：已知Q0=120Nm3／h，T0=293.15K，P0=0.10133MPa

P=0.049＋0.10133=0.15033MPa，T=40＋273.15=313.15K由氣體性質(zhì)表查得：20℃，0.10133MPa條件下：ρ0＝1.205kg／m3，ρ'0＝1.842kg／m3。則帶入修正公式得：第五節(jié)轉(zhuǎn)子流量計返回第五節(jié)轉(zhuǎn)子流量計四、特點1.適用于小管徑、小流量氣體或低粘度液體測量。常用儀表口徑：40～50mm以下，最小為1～4mm。玻璃管最大口徑100mm，金屬為150mm。4.只能用于自下向上垂直流動管道。3.受被測介質(zhì)密度、粘度、溫度、壓力等因素影響，

精度較低，最高1.0級左右。2.壓力損失較低，平衡時為恒壓降。返回第六節(jié)其他流量計電磁流量計旋渦流量計渦輪流量計返回第六節(jié)其他流量計1.測量原理電磁感應(yīng)：B—磁感應(yīng)強度；D—管道內(nèi)徑；v—垂直于磁力線方向的流速；C—比例系數(shù)，單位換算系數(shù)。k—儀表常數(shù)，取決磁感應(yīng)強度、管徑。磁場勵磁方式：直流勵磁、交流勵磁或方波勵磁等。一、電磁流量計返回第六節(jié)其他流量計2.特點及使用

僅適用于導(dǎo)電液體。（1）壓損小,可測含固體顆粒、懸浮物或腐蝕性等介質(zhì)；（2）輸出線性,且不受介質(zhì)物理性質(zhì)影響；（3）測量范圍寬。量程比可達100:1，口徑1～2000mm，精度可達0.5級；（4）反應(yīng)速度快，可測脈動流和正、反兩向流。

缺點：使用溫度為0～200℃，壓力<6.4MPa；易受外界電磁場干擾影響，必須有良好的屏蔽措施。返回應(yīng)用流體振動原理。分為自然振動和強迫振動方式。1.渦街流量計St—斯特羅哈爾(Strouhal)系數(shù)；v—發(fā)生體兩側(cè)平均流速；d—旋渦發(fā)生體的迎流面最大寬度。

垂直于流體方向插入非流線形柱狀物，流速大于某值時，下游兩側(cè)交替產(chǎn)生方向相反的旋渦，稱渦街。

滿足h/l=0.281

時，渦街保持穩(wěn)定。單側(cè)漩渦頻率與流速的關(guān)系為：流體自然振動二、旋渦流量計第六節(jié)其他流量計返回第六節(jié)其他流量計

相似理論證明：幾何形狀相同的旋渦發(fā)生體，無論尺寸大小，只要在相似流場中，則具有相同的斯特羅哈爾系數(shù)St

。K—流量計系數(shù)，脈沖數(shù)/m3

當(dāng)管道和旋渦發(fā)生體尺寸一定，K為常數(shù)，測得旋渦頻率f

，即可知流量Q。返回第六節(jié)其他流量計

產(chǎn)生旋渦一側(cè)與無旋渦一側(cè)形成△P

，引起空腔內(nèi)流體移動，交替改變電阻值。測橋路輸出頻率→旋渦頻率f→流量Q頻率的檢測方法旋渦發(fā)生體返回電阻變化頻率與旋渦頻率相同。

第六節(jié)其他流量計2.旋進漩渦流量計

旋進漩渦流量計工作示意圖Q=f/K

流體強迫振動流體流經(jīng)擴大管時，渦流產(chǎn)生進動現(xiàn)象：

由于渦流進動運動，旋渦偏心旋轉(zhuǎn)。管道截面切線方向的速度分量按進動頻率周期性的變化。

切線方向發(fā)出與進動頻率相同的脈沖，與流量成正比。返回渦流繞自身軸線旋轉(zhuǎn)；渦流軸線繞主流軸線旋轉(zhuǎn)運動。即：一種繞流動軸線旋轉(zhuǎn)的旋渦流。第六節(jié)其他流量計3.特點

(1)輸出脈沖，頻率與流量成正比，不受流體性質(zhì)影響；(2)測量范圍寬，量程比可達（30:1～100:1）；

(4)壓損渦街較小，旋進漩渦較大（約為渦街的5~10倍）。

(5)特別適合大口徑（25～2700mm）、大流量、雷諾數(shù)

ReD>104流體測量。(6)因采用流體振動原理，安裝地點應(yīng)避免機械振動。

(3)精度較高，0.5～1.0，可適用液體、氣體和蒸氣；

返回第六節(jié)其他流量計三、渦輪流量計1.結(jié)構(gòu)渦輪：葉片由高導(dǎo)磁材料制成；導(dǎo)流器：對流體導(dǎo)流并支承渦輪；殼體：非導(dǎo)磁材料制成；前置放大器：放大轉(zhuǎn)換器輸出的

電信號。2.工作原理J—渦輪的轉(zhuǎn)動慣量；dω/dt—渦輪角加速度；T—推動轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)力矩；Ti—阻礙旋轉(zhuǎn)的各種阻力矩。渦輪運動方程為動量矩守恒返回磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換器：產(chǎn)生與葉片轉(zhuǎn)速成正比的電信號；第六節(jié)其他流量計阻力矩：①流體阻力矩T1②機械摩擦阻力矩T2③電磁系統(tǒng)阻力矩T3流量恒定時:dω/dt=0，則T=T1+T2+T3渦輪以角速度ω作勻速旋轉(zhuǎn)。流量變化時:dω/dt≠0，渦輪作

加速或減速旋轉(zhuǎn)。經(jīng)一段時間達到新穩(wěn)態(tài)。穩(wěn)態(tài)方程流量與脈沖頻率的關(guān)系為：測量原