过程参数第六章 流量测量(新)

1、vmqq 4 4按测量方法和结构分类按测量方法和结构分类 将流量计分成差压式流量计、容积式流量计、浮子流量将流量计分成差压式流量计、容积式流量计、浮子流量计、叶轮式流量计、电磁流量计、流体振荡流量计、超声计、叶轮式流量计、电磁流量计、流体振荡流量计、超声波流量计、质量流量计、插入式流量计、明渠流量计和其波流量计、质量流量计、插入式流量计、明渠流量计和其它流量计（包括激光流量计，靶式流量计、冲量流量计和它流量计（包括激光流量计，靶式流量计、冲量流量计和标记法流量计等）标记法流量计等）1111大类。大类。 1 1流量范围流量范围 流量计的流量范围是指流量计在正常使用条件下，流量计的流量范围是指流量

2、计在正常使用条件下，测量误差不超过允许值的最大至最小流量范围。最大与测量误差不超过允许值的最大至最小流量范围。最大与最小流量值的代数差称为流量量程。在保证仪表的准确最小流量值的代数差称为流量量程。在保证仪表的准确度的条件下可测的最大流量与最小流量的比值通常称作度的条件下可测的最大流量与最小流量的比值通常称作流量计的量程比。流量计的量程比。 2 2额定流量额定流量 流量计在规定性能或最佳性能时的流量值，称为该流量计在规定性能或最佳性能时的流量值，称为该流量计的额定流量。流量计的额定流量。 3 3流量计特性曲线流量计特性曲线 流量计特性曲线是描述随流量变化流量计性能变流量计特性曲线是描述随流量变化

3、流量计性能变化的曲线，主要有两种不同的表示形式：一种是表示化的曲线，主要有两种不同的表示形式：一种是表示流量计的某种特性（通常是流量系数或仪表系数，也流量计的某种特性（通常是流量系数或仪表系数，也有的是某一与流量有关的输出量）与流量有的是某一与流量有关的输出量）与流量q q或雷诺数或雷诺数rere的关系；另一种是表示流量计测量误差随流量的关系；另一种是表示流量计测量误差随流量q q或雷诺或雷诺数数rere变化的关系，这种特性曲线一般称为流量计的误变化的关系，这种特性曲线一般称为流量计的误差特性曲线。差特性曲线。 流量计的特性曲线可以通过对流量计进行理论分流量计的特性曲线可以通过对流量计进行理论

4、分析而得到，而更为准确可靠是通过对流量计的检定析而得到，而更为准确可靠是通过对流量计的检定, , 即在整个流量计的流量范围上进行一系列的实验得到。即在整个流量计的流量范围上进行一系列的实验得到。4 4流量系数流量系数 流量计的流量系数表示通过流量计的实际流量与流量计的流量系数表示通过流量计的实际流量与理论流量的比值，一般是通过实验确定。理论流量的比值，一般是通过实验确定。 5 5仪表系数仪表系数 流量计的仪表系数表示通过流量计的单位体积流量流量计的仪表系数表示通过流量计的单位体积流量所对应的信号脉冲数。它是脉冲信号输出类型流量计所对应的信号脉冲数。它是脉冲信号输出类型流量计的一个重要参数。的一

5、个重要参数。6 6重复性重复性 流量计的重复性表示用该流量计连续多次测量同流量计的重复性表示用该流量计连续多次测量同一流量时给出相同结果的能力。一流量时给出相同结果的能力。7 7线性度线性度 流量计的线性度是表示在整个流量范围上的特性流量计的线性度是表示在整个流量范围上的特性曲线偏离最佳拟合直线的程度。对于用仪表系数曲线偏离最佳拟合直线的程度。对于用仪表系数k k来评来评定流量计特性的脉冲输出流量仪表来说，其线性度通定流量计特性的脉冲输出流量仪表来说，其线性度通常用整个流量范围的平均仪表系数与仪表系数对平均常用整个流量范围的平均仪表系数与仪表系数对平均值的最大偏差值的最大偏差k k的比值的比值

6、k k 来表示。来表示。 k四、流量测量中常用的物理参数四、流量测量中常用的物理参数 在对工业管道流体流量测量时，要遇到一系列反映流体在对工业管道流体流量测量时，要遇到一系列反映流体属性和流动状态的物理参数。属性和流动状态的物理参数。1.1.流体的密度流体的密度 流体的密度流体的密度随压力随压力p p和温度和温度t t而变化，在测量流量时应而变化，在测量流量时应该考虑流体状态对密度的影响。该考虑流体状态对密度的影响。 2.2.流体的粘度流体的粘度 由于粘性力作用，管内各流体层将形成一定规律的速度由于粘性力作用，管内各流体层将形成一定规律的速度分布。粘度也是温度分布。粘度也是温度t t、压力、压

7、力p p的函数。的函数。 3. 3. 等熵指数等熵指数 流体流经节流元件时，因为节流元件很短，其与外界的流体流经节流元件时，因为节流元件很短，其与外界的热交换及摩擦生热均可忽略，所以该过程可近似认为是等熵热交换及摩擦生热均可忽略，所以该过程可近似认为是等熵的。在此过程中，流体的压力的。在此过程中，流体的压力p p与比容与比容v v的的k k次方的乘积为常次方的乘积为常数，即数，即 常数，常数，k k称为等熵指数。空气的等熵指数为称为等熵指数。空气的等熵指数为1.401.40，过热蒸汽的等熵指数为过热蒸汽的等熵指数为1.301.30。 kpv4.4.雷诺数雷诺数rere 流体流动的雷诺数是流体流

8、动的惯性力流体流动的雷诺数是流体流动的惯性力fgfg与其粘与其粘性力（内摩擦力）性力（内摩擦力）fmfm之比，即之比，即式中式中 v v特征流速，在管流中为有效截面上的平均流特征流速，在管流中为有效截面上的平均流速，速，m ms s； 流体密度，流体密度， kgkgm3m3； 在工作状态下流体的动力粘度；在工作状态下流体的动力粘度； l l流束的流束的定型尺寸，在圆管流中为管道内径，定型尺寸，在圆管流中为管道内径，m m。 lvlvffvffremg/2当流体在圆管内流动时，雷诺数的流量表达式为：当流体在圆管内流动时，雷诺数的流量表达式为： 式中式中 q qm m质量流量，质量流量，kgkgh

9、 h； d d管道内径，管道内径，mmmm； 动力粘度，动力粘度，papas s。 在工程应用中，认为雷诺数相等的流动其流动是在工程应用中，认为雷诺数相等的流动其流动是相似的，因而流量仪表在某种标定介质（通常气体流相似的，因而流量仪表在某种标定介质（通常气体流量计用空气，液体流量计用水）中标定得到的流量系量计用空气，液体流量计用水）中标定得到的流量系数可以根据在相同雷诺数下流量系数相等的原则换算数可以根据在相同雷诺数下流量系数相等的原则换算出另一种介质（被测介质）的流量（或流速）。这是出另一种介质（被测介质）的流量（或流速）。这是许多流量计实际标定的理论基础。许多流量计实际标定的理论基础。 d

10、qrem310354第二节第二节 容积式流量计容积式流量计 容积式流量计，也称为正排量流量计，是出现较容积式流量计，也称为正排量流量计，是出现较早的一类流量仪表。它多数是用于测量流经管路的流早的一类流量仪表。它多数是用于测量流经管路的流体的体积流量，广泛应用于测量石油类流体（如原油、体的体积流量，广泛应用于测量石油类流体（如原油、汽油、柴油、液化石油气等）、饮料类流体（如酒类、汽油、柴油、液化石油气等）、饮料类流体（如酒类、食用油等）、气体（如空气、低压天然气及煤气等）食用油等）、气体（如空气、低压天然气及煤气等）以及水的流量。以及水的流量。 常用的容积式流量计有椭圆齿轮流量计、腰轮常用的容积

11、式流量计有椭圆齿轮流量计、腰轮（罗茨）流量计、刮板流量计、旋转活塞式流量计、（罗茨）流量计、刮板流量计、旋转活塞式流量计、圆盘式流量计、膜式气体流量计、湿式气体流量计等。圆盘式流量计、膜式气体流量计、湿式气体流量计等。 一、容积式流量计的工作原理一、容积式流量计的工作原理 容积式流量计内部都有一个具有一定容积的容积式流量计内部都有一个具有一定容积的“计计量空间量空间”，该空间是由仪表内的运动部件和仪表壳体，该空间是由仪表内的运动部件和仪表壳体构成的。流体通过流量计，就会在流量计进出口之间构成的。流体通过流量计，就会在流量计进出口之间产生一定的压力差。流量计内的运动部件（简称转子）产生一定的压力

12、差。流量计内的运动部件（简称转子）在这个压力差作用下将产生旋转，并将流体由入口排在这个压力差作用下将产生旋转，并将流体由入口排向出口。在这个过程中，流体一次次地充满流量计的向出口。在这个过程中，流体一次次地充满流量计的“计量空间计量空间”，并不断地被送往出口。流出流体的总，并不断地被送往出口。流出流体的总量为：量为： 式中式中vovo为运动部件每循环转动一次，从流量计内送出为运动部件每循环转动一次，从流量计内送出的流体体积。的流体体积。n n为运动部件的旋转次数。容积式流量计为运动部件的旋转次数。容积式流量计是一种无时基的仪表，其测量时间间隔是任意选取的，是一种无时基的仪表，其测量时间间隔是任

13、意选取的，因此，一般不用它来测量瞬时流量，而是常用来计量因此，一般不用它来测量瞬时流量，而是常用来计量累积流量（又称总量）。累积流量（又称总量）。 0nvv 式中式中 n n椭圆齿轮的旋转次数；椭圆齿轮的旋转次数；v0v0半月形测量室半月形测量室的容积；的容积； r r容积室的半径；容积室的半径； a a，b b椭圆齿椭圆齿轮的长半轴和短半轴；轮的长半轴和短半轴；椭圆齿轮的厚度。椭圆齿轮的厚度。 )(2)2121(44220abrnabrnnvv二、容积式流量计的特点二、容积式流量计的特点1 1测量准确度高，一般可达测量准确度高，一般可达(0.1(0.10.5)0.5)，是所有流，是所有流量仪

14、表中测量精度最高的一类仪表。量仪表中测量精度最高的一类仪表。2 2安装管道条件对流量计计量精度没有影响，流量计前安装管道条件对流量计计量精度没有影响，流量计前不需要直管段，这使得容积式流量计在现场使用有不需要直管段，这使得容积式流量计在现场使用有极重要的意义。极重要的意义。3 3测量范围较宽，典型的流量量程比可为测量范围较宽，典型的流量量程比可为5:15:1到到10:110:1，特殊的可达特殊的可达30:130:1。4. 4. 机械结构较复杂，体积庞大笨重，一般只适用于中小机械结构较复杂，体积庞大笨重，一般只适用于中小口径仪表。口径仪表。5. 5. 大部分容积式流量计只适用于洁净单相流体。测量

15、含大部分容积式流量计只适用于洁净单相流体。测量含有颗粒、脏污物的流体时需安装过滤器，测量含有有颗粒、脏污物的流体时需安装过滤器，测量含有气体的液体时必须安装气体分离器。气体的液体时必须安装气体分离器。容积式流量计适合测量高粘度、洁净的流体。容积式流量计适合测量高粘度、洁净的流体。 一、涡街流量计一、涡街流量计 涡街流量计，又称旋涡流量计。它输出频率信号，抗涡街流量计，又称旋涡流量计。它输出频率信号，抗干扰性能好，便于远距离传输，在火电厂可用于送风流量干扰性能好，便于远距离传输，在火电厂可用于送风流量的测量。的测量。1 1、测量原理、测量原理 这种流量计的工作原理是利用了流体力学中的这种流量计的

16、工作原理是利用了流体力学中的卡门涡卡门涡街现象街现象。（a a）圆柱体；（）圆柱体；（b b）等边三角形柱体）等边三角形柱体 实验表明，当实验表明，当d dl l=0.281=0.281时，产生的涡街是稳定的。时，产生的涡街是稳定的。且单侧的漩涡脱落的频率且单侧的漩涡脱落的频率f f与柱体附近的流体流速成正比，与柱体附近的流体流速成正比，与柱体的特征尺寸与柱体的特征尺寸d d成反比，即成反比，即式中式中 stst斯特罗哈尔数，无因次数；斯特罗哈尔数，无因次数； d d 柱体的特征尺寸。柱体的特征尺寸。 stst是以柱体特征尺寸是以柱体特征尺寸l l计算流体雷诺数计算流体雷诺数rerel l 的

17、函数。经的函数。经实验验证，实验验证，rerel l在在500 500 150000150000的范围内，的范围内，stst基本不变。基本不变。 对于对于圆柱体圆柱体，stst=0.2=0.2；对于对于等边三角柱体等边三角柱体，stst=0.16=0.16。 结论：结论：当柱体的形状、尺寸决定后，就可以通过测当柱体的形状、尺寸决定后，就可以通过测定单侧旋涡释放频率定单侧旋涡释放频率f f来测量流速和流量。来测量流速和流量。 dvstfddv 根据流体流动的连续性，阻流体处的流通面积根据流体流动的连续性，阻流体处的流通面积a ad d与与管道的截面面积管道的截面面积a ad d之比之比 m m

18、为为 式中式中 管道截面的平均流速。管道截面的平均流速。 ddddvvaamdvfstdmvdfstdmdvdqdv2244 对 于 工 业 圆 管 ， 旋 涡 流 量 计 一 般 应 用 在对 于 工 业 圆 管 ， 旋 涡 流 量 计 一 般 应 用 在r er el l =1000 =1000 100000100000范围内。设管内插入柱体和未插入柱范围内。设管内插入柱体和未插入柱体的管道通流截面比为体的管道通流截面比为m m，当，当l l/ /d d 0.30.3时，可以证明时，可以证明所以，体积流量与频率所以，体积流量与频率f f之间的关系为：之间的关系为：dlm25. 11fstd

19、dddqv)25. 11 (42二、涡街流量计的结构二、涡街流量计的结构 涡街流量计由涡街流量计由传感器和转换器传感器和转换器两部分组成。两部分组成。 传感器传感器包括旋涡发生体、检测元件、安装架和法包括旋涡发生体、检测元件、安装架和法兰等。兰等。 转换器转换器包括前置放大器、滤波整形电路、接线端包括前置放大器、滤波整形电路、接线端子、支架和防护罩等。智能式仪表还将子、支架和防护罩等。智能式仪表还将cpucpu、存储单元、存储单元、显示单元、通讯单元及其他功能模块也装在转换器内，显示单元、通讯单元及其他功能模块也装在转换器内，形成智能型和组合型涡街流量。形成智能型和组合型涡街流量。 旋涡发生体

20、旋涡发生体是涡街流量计的关键部件，一般采用是涡街流量计的关键部件，一般采用1cr18ni12mo2ti 1cr18ni12mo2ti 不锈钢。旋涡发生体的几何参数大多不锈钢。旋涡发生体的几何参数大多通过实验确定。旋涡发生体的形状按柱形分，它有圆通过实验确定。旋涡发生体的形状按柱形分，它有圆柱、三角柱、梯形柱、柱、三角柱、梯形柱、t t形柱等；按结构分，它有单体、形柱等；按结构分，它有单体、双体和多体之分。双体和多体之分。 旋涡发生频率旋涡发生频率f f 的检测方法的检测方法 对旋涡分离频率对旋涡分离频率f f的检测方法很多，可以分为两大类。的检测方法很多，可以分为两大类。一类是检测旋涡发生后在

21、旋涡发生体上受力的变化频率，一类是检测旋涡发生后在旋涡发生体上受力的变化频率，即受力检测类，一般可用应力、应变、电容、电磁等检测即受力检测类，一般可用应力、应变、电容、电磁等检测技术。另一类检测旋涡发生后在旋涡发生体附近的流动变技术。另一类检测旋涡发生后在旋涡发生体附近的流动变化频率，即流速检测类，一般可用热敏、超声、光电（光化频率，即流速检测类，一般可用热敏、超声、光电（光纤）等检测技术。纤）等检测技术。 3 3、涡街流量计的特点及安装、涡街流量计的特点及安装 涡街流量计具有以下的特点：涡街流量计具有以下的特点： （1 1）漩涡的频率只与流速有关，在一定雷）漩涡的频率只与流速有关，在一定雷诺

22、数范围内，几乎不受流体性质（压力、温度、诺数范围内，几乎不受流体性质（压力、温度、粘度和密度等）变化的影响，故可不需单独标粘度和密度等）变化的影响，故可不需单独标定。定。 （2 2）测量精度高，误差约为）测量精度高，误差约为1 1级，重复性约级，重复性约0.50.5级，不存在零点漂移的问题。级，不存在零点漂移的问题。 （3 3）压力损式小，流量测量范围宽。涡街）压力损式小，流量测量范围宽。涡街流量计特别适于大口径管道的流量测量。流量计特别适于大口径管道的流量测量。涡街流量计的传感器涡街流量计的传感器涡街流量计的传感器涡街流量计的传感器涡街流量计的传感器涡街流量计的传感器二、涡轮流量计二、涡轮流

23、量计 涡轮流量传感器是一种精密流量测量仪表，适用涡轮流量传感器是一种精密流量测量仪表，适用于测量低粘度的介质，如水、柴油、汽油等。与相应于测量低粘度的介质，如水、柴油、汽油等。与相应的流量积算仪表配套可用于测量液体的流量和总量。的流量积算仪表配套可用于测量液体的流量和总量。 1 1、涡轮流量计的组成及测量原理、涡轮流量计的组成及测量原理 涡轮流量计由两部分组成：涡轮流量计由两部分组成：变送器和指示积算器。变送器和指示积算器。 变送器完成将被测流量转换成一定频率的脉冲信变送器完成将被测流量转换成一定频率的脉冲信号输出；号输出； 指示积算器接受变送器输出的脉冲信号，将其转指示积算器接受变送器输出的

24、脉冲信号，将其转换、放大、运算、逻辑计数，显示瞬时流量和累积总换、放大、运算、逻辑计数，显示瞬时流量和累积总量。量。 变送器主要由涡轮、导流器、磁电转换器组成。变送器主要由涡轮、导流器、磁电转换器组成。 涡轮流量计结构涡轮流量计结构 1 1涡轮；涡轮；2 2支承；支承；3 3永久磁钢；永久磁钢；4 4感应线圈；感应线圈； 5 5壳体；壳体；6 6导流器导流器nrvt02aatvnrvvtg02ntgarcqv00200avacvqaavav（2 2）叶轮转速的测量）叶轮转速的测量 可采用磁阻方法进行测量。叶轮的转速是通过磁电可采用磁阻方法进行测量。叶轮的转速是通过磁电转换装置来测量的，输出信号

25、为代表转速的脉冲频率转换装置来测量的，输出信号为代表转速的脉冲频率信号。信号。磁电装置中的永久磁磁电装置中的永久磁钢上绕有线圈，当叶钢上绕有线圈，当叶片转动经过永久磁钢片转动经过永久磁钢的顶部时，因叶片为的顶部时，因叶片为导磁材料而改变原磁导磁材料而改变原磁路的磁阻，从而使磁路的磁阻，从而使磁通发生变化，故在线通发生变化，故在线圈上感应出电势信号。圈上感应出电势信号。 显然电势信号是脉动式的，其频率为显然电势信号是脉动式的，其频率为 f f = = zn zn 式中式中 z z 涡轮上的叶片数。涡轮上的叶片数。 式中式中 仪表常数。仪表常数。在一定时间间隔内对流量进行积分时，得累积的总流量为：

26、在一定时间间隔内对流量进行积分时，得累积的总流量为：式中式中 n n在在t t1 1到到t t2 2时间间隔内流过时间间隔内流过q qv v流体时输出的脉冲数。流体时输出的脉冲数。ffztgarcqv11200002arcztgqfvnfdtdtqqttttvv1121213. 3. 涡轮流量计的特点和使用涡轮流量计的特点和使用 涡轮流量计的特点涡轮流量计的特点 (a) (a) 精度高，其基本误差为精度高，其基本误差为(0.2(0.21.01.0) )，精密时，精密时可达可达(0.1(0.10.20.2) )，可作为流量的标准仪表。，可作为流量的标准仪表。 (b) (b) 量程比可达量程比可达

27、10101 1，刻度线性。，刻度线性。 (c) (c) 动态特性好，时间常数达动态特性好，时间常数达1 150ms50ms，可检测脉动流。，可检测脉动流。 (d) (d) 线性好，能耐高压达线性好，能耐高压达5 5107pa107pa；压力损失小，约为；压力损失小，约为5 575 75 10103 3pa pa 。 (e) (e) 输出为与流量成正比的脉冲数字信号，抗干扰能力输出为与流量成正比的脉冲数字信号，抗干扰能力强，易于累积，便于与计算机相连进行数据处理。强，易于累积，便于与计算机相连进行数据处理。 使用注意事项使用注意事项（1 1）要求被测介质洁净，以减少对轴承的磨损，并防止涡）要求被

28、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。轮被卡住。对于不洁净介质，应在变送器前加装过滤器。（2 2）介质的密度和粘度的变化对指示值有影响。）介质的密度和粘度的变化对指示值有影响。 （3 3）仪表的安装方式要求与出厂时校验情况相同，应按规）仪表的安装方式要求与出厂时校验情况相同，应按规定方向安装流量计，绝不可逆向安装定方向安装流量计，绝不可逆向安装。 涡轮流量计涡轮流量计涡轮流量计的导流器和叶轮涡轮流量计的导流器和叶轮涡轮流量计涡轮流量计涡轮流量计的导流器和叶轮涡轮流量计的导流器和叶轮三、超声波流量计三、超声波流量计 超声波流量计是超声波流量计是

29、2020世纪世纪7070年代随着集成电路技术的迅速发展年代随着集成电路技术的迅速发展才开始得到实际应用的一种非接触式仪表。才开始得到实际应用的一种非接触式仪表。 与传统的流量仪表相比，它测量流量时不接触被测介质，不与传统的流量仪表相比，它测量流量时不接触被测介质，不破坏流体的流场，没有压力损失；对介质几乎无要求，不仅可以破坏流体的流场，没有压力损失；对介质几乎无要求，不仅可以测液体、气体的流量，而且对两相介质（主要是应用多普勒法）测液体、气体的流量，而且对两相介质（主要是应用多普勒法）的流体流量也可以测量；测量准确度几乎不受被测流体温度、压的流体流量也可以测量；测量准确度几乎不受被测流体温度、

30、压力、密度、粘度等参数的影响；量程比一般可达力、密度、粘度等参数的影响；量程比一般可达20:120:1。 按测量原理，可以具有多种不同的形式。根据对信号的发生、按测量原理，可以具有多种不同的形式。根据对信号的发生、传播及检测的设置方法，大致可分为传播速度差法（包括时差法、传播及检测的设置方法，大致可分为传播速度差法（包括时差法、相位差法、频差法）、多普勒法、波束偏移法、噪声法、旋涡法、相位差法、频差法）、多普勒法、波束偏移法、噪声法、旋涡法、相关法等。相关法等。 222vclvvclvclt22clvt 242cflvtflvlvclvcf2 实际应用中由于超声波探头需安装在管道之外，实际应用

31、中由于超声波探头需安装在管道之外，超声波通路与管道轴线成一定的夹角超声波通路与管道轴线成一定的夹角, ,，故超声波顺流，故超声波顺流和逆流时的频率为：和逆流时的频率为： 1011)cossin(1vcdtf1022)cossin(1vcdtfvdcdfff2021)sin1 (2sinfcddkvdqv2sinsin4142022. 2. 结构结构 超声波流量计由超声波流量计由超声波换能器、电子超声波换能器、电子线路及流量显示和积线路及流量显示和积算系统三部分组成。算系统三部分组成。超声波换能器将电能超声波换能器将电能转换为超声波能量，转换为超声波能量，将其发射并穿过被测将其发射并穿过被测流体

32、，接收换能器接流体，接收换能器接收到超声波信号，经收到超声波信号，经电子线路放大并转换电子线路放大并转换为代表流量的电信号，为代表流量的电信号，供显示和积算。供显示和积算。 流量计的正确使用流量计的正确使用（1）测点的选择）测点的选择 (a) 对测量介质的要求，必须是干净流体和单一介质，液对测量介质的要求，必须是干净流体和单一介质，液体必须充满管段。体必须充满管段。 （b）对测量点的选择必须要有足够的完全水平的管段或）对测量点的选择必须要有足够的完全水平的管段或者流体上流的垂直管段。者流体上流的垂直管段。 （c）必须远离弯管段、三通、节流阀或泵、调节阀等部）必须远离弯管段、三通、节流阀或泵、调

33、节阀等部位，即远离有动力、阻力的地方。位，即远离有动力、阻力的地方。 （d）探头安装位置必须在管侧面的正侧线上。）探头安装位置必须在管侧面的正侧线上。 （e）注意保证管表温度不能超过发射器的额定工作温度。）注意保证管表温度不能超过发射器的额定工作温度。选择内部没有腐蚀或锈斑的管段。选择内部没有腐蚀或锈斑的管段。 （2）发射器安装方法的正确选择）发射器安装方法的正确选择l 发射器有三种安装方法：发射器有三种安装方法：v法、法、w法和法和z法安装。法安装。 （a）v法安装：法安装：是一种标准的安是一种标准的安装方法。在管径适中、介质纯净、无颗装方法。在管径适中、介质纯净、无颗粒时大多数情况下采用此

34、法。发射器为粒时大多数情况下采用此法。发射器为同侧安装。同侧安装。 （b） z 法安装：法安装：选用选用z 法安装法安装时，信号在传播中的衰减要比选用时，信号在传播中的衰减要比选用v法法时小，当流体中气体或固粒含量较多、时小，当流体中气体或固粒含量较多、锈层过厚，粘着表面状况较差时，信号锈层过厚，粘着表面状况较差时，信号衰减过大，不宜采用衰减过大，不宜采用v 法，此时可采用法，此时可采用z式安装法。式安装法。 （c）w法安装：法安装：对大于对大于51 mm 的小口径金属管道，流量计可通过的小口径金属管道，流量计可通过w法法安装提高测量的可靠性。采用安装提高测量的可靠性。采用w法安装，法安装，声

35、波在管中要四次穿过流体，三次经过声波在管中要四次穿过流体，三次经过管内壁反射。同管内壁反射。同v 法安装一样，发射器法安装一样，发射器为同侧安装。为同侧安装。 第四节第四节 差压式流量计差压式流量计 差压式流量计属于速度式流量计里的一种。基于伯努利定律。差压式流量计属于速度式流量计里的一种。基于伯努利定律。属于这种测量方法的流量计有：毕托管、均速管、节流变压降流属于这种测量方法的流量计有：毕托管、均速管、节流变压降流量计等。量计等。 一、选点测速法一、选点测速法 测量流量的基本原理测量流量的基本原理: : 在管道截面上选择一些测点，通过对测点处的流速进行测量在管道截面上选择一些测点，通过对测点

36、处的流速进行测量进而计算出流量。进而计算出流量。 若能直接测得管道截面上的平均流速，则流体的体积流量若能直接测得管道截面上的平均流速，则流体的体积流量 a a为管道截面积。为管道截面积。 若测得的是管道截面上的某一点流速若测得的是管道截面上的某一点流速v v，则流体的体积流量，则流体的体积流量 k k为截面上的平均流速与被测点流速的比值，它与管道内流速分为截面上的平均流速与被测点流速的比值，它与管道内流速分布有关。布有关。 测点位置的确定非常重要。测点位置的确定非常重要。 avqvkvaqv1 1、测点位置的确定方法、测点位置的确定方法 （1 1）有流速分布数学模型时的情况有流速分布数学模型时

37、的情况 圆管中流动呈层流状态圆管中流动呈层流状态 管道中流体的流速分布是有一定规律的，沿管道截管道中流体的流速分布是有一定规律的，沿管道截面上的流速按旋转抛物面分布。其数学模型为：面上的流速按旋转抛物面分布。其数学模型为： 式中式中 vmax管道中心处的最大流速；管道中心处的最大流速； v 离管道中心离管道中心r处的流速；处的流速； r离管道中心的距离。离管道中心的距离。 思考：管道上什么地方的流速最大？哪处的流速为管道截面思考：管道上什么地方的流速最大？哪处的流速为管道截面上平均流速值？上平均流速值？ 2max1rrvv由由可求得可求得所以所以:显然，由显然，由 可求出可求出rrrvqrvd

38、 )(202max1rrvv2max21rvmax21vv max21)(vrvrr22 圆管中流动呈紊流状态圆管中流动呈紊流状态 对于充分发展的紊流，圆管中心轴线处的流速最大，对于充分发展的紊流，圆管中心轴线处的流速最大，截面上的流速呈旋转对称分布。由于存在流体的径向流动，截面上的流速呈旋转对称分布。由于存在流体的径向流动，流速分布曲线随流速分布曲线随rered d的增大而逐渐变平。的增大而逐渐变平。 从理论上说代表平均流速的测点位置，因流量不同而从理论上说代表平均流速的测点位置，因流量不同而不同。不同。 对于光滑管道（即对于光滑管道（即ksks/ /d d0.004,0.004,其中其中d

39、 d为管道内径，为管道内径，ksks为管道内壁的绝对粗糙度）可由为管道内壁的绝对粗糙度）可由尼古拉兹提出的数学模尼古拉兹提出的数学模型型表示圆管中紊流下的流速分布：表示圆管中紊流下的流速分布： 式中式中 n n与流动雷诺数有关的系数。与流动雷诺数有关的系数。 niirrrvv/1max)( 流速分布的数学模型确定后，从理论上就很容易得到流速分布的数学模型确定后，从理论上就很容易得到代表测量截面上平均流速的测点位置代表测量截面上平均流速的测点位置r ravav和平均流速。和平均流速。 对于尼古拉兹模型，在模型中有两个变化的参数对于尼古拉兹模型，在模型中有两个变化的参数n n和和v vmaxmax

40、，因此确定，因此确定r ravav时需要有两点的流速值。时需要有两点的流速值。 r ravav和和 的确定的确定方法如下：方法如下：思考：截面上的平均流速是多少？思考：截面上的平均流速是多少？ vrrrvqrvd )(20rrrrrvrnxmad20/1max2) 12)(1(22vnnnr因而因而 由由 ，可得：，可得： 由上式可知，代表测量时的平均流速测点位置随流量由上式可知，代表测量时的平均流速测点位置随流量变化。变化。 要计算要计算 的值，则需先确定的值，则需先确定n n和和v vmaxmax值。值。 ) 12)(1(22maxnnnvv)(avrvv navnnnrrr) 12)(1

41、(22v 两点法两点法: : 在测量截面上任意选定两点，测得的流速值为在测量截面上任意选定两点，测得的流速值为v v1 1 = = v v ( (r r1 1) )，v v2 2 = = v v ( (r r2 2) ) ，有如下两个方程：，有如下两个方程：联立求解上述方程组，得到联立求解上述方程组，得到n n和和v vmaxmax。 为简单方便，可将两点中的一点选在中心轴线处（为简单方便，可将两点中的一点选在中心轴线处（r r2 20 0），故有：），故有：式中，式中，r r1 1是选定的，是选定的，v v1 1和和v vmaxmax是测定的是测定的 nnrrrvvrrrvv/12max2/

42、11max1)()(max11lglgvvrrrn 一点法：一点法： 希望用一点的流速来计算流量，这从理论上看这是不可希望用一点的流速来计算流量，这从理论上看这是不可能的。能的。 但理论分析表明，当雷诺数但理论分析表明，当雷诺数rered d在在4 410103 33.23.210106 6 范范围内时，代表平均流速测点位置的变化范围为围内时，代表平均流速测点位置的变化范围为0.75470.7547r r0.76330.7633r r。 有研究推荐在充分紊流情况下基于尼氏模型用有研究推荐在充分紊流情况下基于尼氏模型用r r* *=0.7418=0.7418r r处的流速处的流速v v（r r*

43、 *）计算平均流速为）计算平均流速为 式中式中 a a 系数，系数，a a=0.99104859=0.99104859。 上式计算的平均流速，上式计算的平均流速，rered d在在4 410103 33.23.210106 6范围内，范围内，其误差（与模型的理论平均流速对比）可达到满意的程度。其误差（与模型的理论平均流速对比）可达到满意的程度。 ravv流速分布符合对数流速分布符合对数- -线性数学模型线性数学模型 它是将圆管中的流速分布分段描述，在管壁区域和中心它是将圆管中的流速分布分段描述，在管壁区域和中心区域的流速分布分别符合下述模型：区域的流速分布分别符合下述模型： ( (管壁区域管壁

44、区域) ) （中心区域）（中心区域）式中式中 a a、b b、c c常数；常数； y y测点到管壁的距离；测点到管壁的距离； r r圆管半径。圆管半径。 bryav)lg(rycbryav)lg( 根据此模型可确定一些测点位置，用这些测点处的根据此模型可确定一些测点位置，用这些测点处的流速求得平均流速。对于圆管，测点位置如下：流速求得平均流速。对于圆管，测点位置如下：各点的权值相等，平均流速为各点的权值相等，平均流速为半径上的测点半径上的测点数目数目 3 5r ri i/r/r0.35860.01000.73020.01000.93580.00320.27760.0100半径上的测点半径上的测

45、点数目数目 5r ri i/r/r0.56580.01000.69500.01000.84700.00760.96220.0018nvvnii1矩形管道截面上的测点位置和相应测点的权值如下表：矩形管道截面上的测点位置和相应测点的权值如下表： 对各测点的流速进行加权平均，平均流速对各测点的流速进行加权平均，平均流速 wi x/ly/h0.0920.36750.63250.9080.03423320.092220.25053350.3675660.500660.6325660.75053350.908220.9662332niiniiiwvwv11 (2) (2) 无流速分布数学模型时的情况无流速

46、分布数学模型时的情况 目前比较常用的有等环面积法、高斯数值积分法、目前比较常用的有等环面积法、高斯数值积分法、切比雪夫数值积分法等。切比雪夫数值积分法等。 等环面法等环面法 将半径为将半径为r r的圆管分成的圆管分成n n个面积相等的同心圆环个面积相等的同心圆环（最中间的为圆），在每一个同心圆环的面积等分处（最中间的为圆），在每一个同心圆环的面积等分处设置测点，以这点所测的速度值代表整个圆环的平均设置测点，以这点所测的速度值代表整个圆环的平均速度，故流量速度，故流量q qv v近似计算为近似计算为式中式中 n n等环圆面的个数；等环圆面的个数； v v( (r ri)i) 等环圆面上的流速。等

47、环圆面上的流速。 此方法适宜于大管径流量测量，国际标准规定测此方法适宜于大管径流量测量，国际标准规定测点一般不少于点一般不少于2020点，可根据流速分布均匀情况适当增点，可根据流速分布均匀情况适当增减。减。 )()()(212nvrvrvrvnrq 高斯数值积分法高斯数值积分法此时测点的位置按高斯数值积分法确定，流量计算为此时测点的位置按高斯数值积分法确定，流量计算为式中式中 n n 测点数；测点数； r ri i 测点位置（距中心轴线距离）；测点位置（距中心轴线距离）； a ai i 测点权值。测点权值。当当n n2 2时，测点位置为时，测点位置为 r r1 10.45970.4597r r

48、 a1 = 1 a1 = 1 r r2 20.88810.8881r r a2 = 1 a2 = 1当当n n3 3时，测点位置为时，测点位置为 r r1 10.33570.3357r r a1 = 0.5556 a1 = 0.5556 r r2 20.70710.7071r r a2 = 0.8889 a2 = 0.8889 r r3 30.94200.9420r r a3 = 0.5556 a3 = 0.5556当当n n4 4时，时，用高斯数值积分法测量流量时，各测点的权值不同（用高斯数值积分法测量流量时，各测点的权值不同（n n2 2时），但该法的计算精确度比其他近似计算方法要高。时）

49、，但该法的计算精确度比其他近似计算方法要高。niiivrvarq1)(22 切比雪夫数值积分法切比雪夫数值积分法 此时测点的位置按切比雪夫数值积分法确定，此时测点的位置按切比雪夫数值积分法确定，流量计算为流量计算为 当当n n2 2时，测点位置为时，测点位置为 a a= 1= 1 当当n n3 3时，测点位置为时，测点位置为 a a= = 当当n n4 4时，时， 用切比雪夫数值积分法进行流量计算时，各测用切比雪夫数值积分法进行流量计算时，各测点权值是相同的，数据处理时会简单些。点权值是相同的，数据处理时会简单些。niivrvarq1)(22rrrr8881. 04597. 021rrrrrr

50、9239. 07071. 03827. 0321322 2选定测点的流速测量方法选定测点的流速测量方法 测量管道截面上测点的流速，目前常使用的传感测量管道截面上测点的流速，目前常使用的传感测量装置及仪表有动压测量管、热线风速计、热球测量装置及仪表有动压测量管、热线风速计、热球风速计等。根据使用要求和适用的条件，动压测量风速计等。根据使用要求和适用的条件，动压测量管又包括毕托管、翼形动压管等。管又包括毕托管、翼形动压管等。 （1 1）毕托管毕托管 根据流体的伯努利方程，可以推出毕托管头部根据流体的伯努利方程，可以推出毕托管头部所对应点的流速所对应点的流速v v与毕托管的总压与毕托管的总压p p0

51、 0和静压和静压p p之差有之差有以下关系：以下关系： )(2)1 (0ppv（2 2）均速管）均速管 均速管始于均速管始于2020世纪世纪6060年代，至今已有年代，至今已有4040余年历余年历史。它的结构简单，容易加工，成本低廉，不可恢史。它的结构简单，容易加工，成本低廉，不可恢复的压力损失小，大约只相当于节流装置的百分之复的压力损失小，大约只相当于节流装置的百分之几；流量传感器是插人式探头，安装简易，可以不几；流量传感器是插人式探头，安装简易，可以不断流进行装卸和维护，而且性能稳定。断流进行装卸和维护，而且性能稳定。 均速管流量探头主要有阿牛巴（均速管流量探头主要有阿牛巴（annubar

52、annubar）、威）、威力巴（力巴（vrabarvrabar）、威尔巴（）、威尔巴（wellbarwellbar）、德尔塔巴）、德尔塔巴(deltaflow(deltaflow）、托巴（）、托巴（torbartorbar）、双）、双d d巴等几种。它巴等几种。它们的共同特点都是结构简单的插入式探头，适于测们的共同特点都是结构简单的插入式探头，适于测量气体、蒸汽和液体的流量，管道内径从十几毫米量气体、蒸汽和液体的流量，管道内径从十几毫米到几米，使用范围很广。到几米，使用范围很广。 均速管均速管原理是测量管道内流动流体的速度压力原理是测量管道内流动流体的速度压力流速，流速，其结构形式多采用菱形其

53、结构形式多采用菱形,t,t字形、椭圆形与子弹字形、椭圆形与子弹头形等形式。均速管的开孔位置与数目也各不相同，头形等形式。均速管的开孔位置与数目也各不相同，迎流方向的全压孔（或称高压孔）设在管的前端，开迎流方向的全压孔（或称高压孔）设在管的前端，开孔数目有孔数目有2 2、4 4、5 5等个数（即管道半径对应的开孔数等个数（即管道半径对应的开孔数目），视管径大小而定。开孔的布置按对数一线性法目），视管径大小而定。开孔的布置按对数一线性法或对数一契比雪夫法计算或对数一契比雪夫法计算。 静压孔设在测杆的背部或侧面，开孔数目可有一静压孔设在测杆的背部或侧面，开孔数目可有一个或几个，形式多样。个或几个，形

54、式多样。实用流量方程式如下：实用流量方程式如下： 式中式中 d d管道内径管道内径 mmmm； 压差，压差，kpakpa； 流体密度流体密度,kg/m,kg/m3 3； krkr、yryr均速管流量系数和气体膨胀系数（对液体均速管流量系数和气体膨胀系数（对液体yr=1yr=1）；）； fr fr 雷诺数修正系数，由实验求得，或由生产厂雷诺数修正系数，由实验求得，或由生产厂提供。提供。)/(12645. 0)/(/12645. 0232hkgpdfykqhmpdfykqrrrmrrrvp 阿纽巴管是一种均速流量探头，配以差压变送器和阿纽巴管是一种均速流量探头，配以差压变送器和流量积算仪可组成阿纽

55、巴流量计，用来测量气体、液流量积算仪可组成阿纽巴流量计，用来测量气体、液体和蒸汽的流量。体和蒸汽的流量。 阿纽巴流量计是最早用来测量平均速度压力的仪表，阿纽巴流量计是最早用来测量平均速度压力的仪表，几十年来在插入式流量计的使用过程中，因它简单实几十年来在插入式流量计的使用过程中，因它简单实用，至今仍常被选用。用，至今仍常被选用。 阿纽巴流量计属于差压式流量测量仪表，其适用阿纽巴流量计属于差压式流量测量仪表，其适用的范围：管径的范围：管径d=25d=252500mm2500mm（特殊达（特殊达5000mm5000mm），工作），工作压力压力5mpa,5mpa,工作温度工作温度400，雷诺数雷诺数

56、104 ，流速要求，流速要求气体气体5m/s，液体为，液体为0.5m/s，蒸汽为，蒸汽为9m/s以上。以上。 威力巴（威力巴（verabarverabar）流量计）流量计 由美国由美国verisveris公司研制推出的一种产品。适用于大公司研制推出的一种产品。适用于大口径煤气、烟道气、电厂风流量测量。该套流量计是口径煤气、烟道气、电厂风流量测量。该套流量计是由威力巴探头和计算显示单元构成，具有测量范围宽、由威力巴探头和计算显示单元构成，具有测量范围宽、压力损失小（压损仅为最大差压的压力损失小（压损仅为最大差压的3%3%，高效节能）、，高效节能）、防堵性好、不断气检修、不易结污、可在线清洗等特防

57、堵性好、不断气检修、不易结污、可在线清洗等特点。点。 威力巴探头威力巴探头 （3 3） 翼形动压管翼形动压管 是火力发电厂目前测量大口径矩形管道送风流量是火力发电厂目前测量大口径矩形管道送风流量普遍应用的一种传感装置，一般应根据使用工况而具普遍应用的一种传感装置，一般应根据使用工况而具体设计安装，还未达到标准化的程度。体设计安装，还未达到标准化的程度。 翼形动压管与皮托管相比，对同样的流速，前者翼形动压管与皮托管相比，对同样的流速，前者输出的差压是后者的输出的差压是后者的4 4倍。其灵敏度高，输出大，有利倍。其灵敏度高，输出大，有利于信号的转换，有利于提高抗干扰的能力和测量精确于信号的转换，有

58、利于提高抗干扰的能力和测量精确度。度。 翼形动压管的常用结构如图下图所示。其翼形动压管的常用结构如图下图所示。其前端为圆柱体，后端是两块尾板，夹角为前端为圆柱体，后端是两块尾板，夹角为22223636，整体呈翼形。前端半圆直径，整体呈翼形。前端半圆直径2 2r r根据根据截面比截面比m m = = a a / / a a1 1而定（而定（a a为流通面积，为流通面积，a a1 1为为管道截面面积），一般定为管道截面面积），一般定为m m0.350.350.380.38。翼形动压管的长度翼形动压管的长度l l0 0一般定为一般定为3.03.02 2r r，全压，全压孔开孔开3 3个，一个在个，一

59、个在 1/21/2h h处（处（h h为矩形管道高），为矩形管道高），另两个孔在上下对称的位置开，孔距另两个孔在上下对称的位置开，孔距1/3h1/3h。前。前缘有全压导管，其导压口缘有全压导管，其导压口a a输出压力输出压力p p 。装。装置两侧有连通的静压导管，其导压口置两侧有连通的静压导管，其导压口c c输出压输出压力力p p。翼形动压管输出的信号为。翼形动压管输出的信号为p pp pp p，输出的差压输出的差压p p代表了平均流速。代表了平均流速。 paqm2sin2avv pvpa2)2(21)(21ppva 流量系数主要取决于截面比流量系数主要取决于截面比m m和管道雷诺数。目前和管

60、道雷诺数。目前电厂测量大管道送风流量时，其雷诺数低，在截面比电厂测量大管道送风流量时，其雷诺数低，在截面比m m为为0.350.350.380.38的范围内，流量系数的范围内，流量系数 变化不很大，变化不很大， 值一般根据实验数据确定。值一般根据实验数据确定。 由上式可以看出，翼形动压管与毕托管相比，对由上式可以看出，翼形动压管与毕托管相比，对同样的流速同样的流速v va a，前者输出的差压是后者的，前者输出的差压是后者的4 4倍。因而翼倍。因而翼形动压管的灵敏度高，输出大，有利于信号的转换，形动压管的灵敏度高，输出大，有利于信号的转换，有利于提高抗干扰的能力和测量精确度。有利于提高抗干扰的能