第四章流量检测

1、轮轮 机机 测测 试试 技技 术术主讲：陈益瑞2022-3-4轮 机 工 程 测 试 技 术 1第四章的问题 流量的测量方法有哪些？ 常见的容积式流量计有哪些？ 涡轮流量计的结构、工作原理及其特点如何？ 浮子流量计的结构和工作原理如何？ 如何对浮子流量计的指示值进行修正？ 差压式流量计的结构和工作原理如何？ 燃油消耗量的如何测量？ 空气流量如何测量？2022-3-4轮 机 工 程 测 试 技 术 2第四章 流量检测 本章介绍流量测量基本知识和常用检测仪表。重点介绍燃油消耗量及空气流量的测量，润滑油和冷却水流量的测量可参考燃油消耗量的测量原理和方法进行。41 概述 1. 流量测量方法流量测量方法

2、 流量测量方法大致可以归纳为以下几类： (1)利用伯努利方程原理，通过测量流体差压信号来反映流量的差压式流量测量法； (2)通过直接测量流体流速来得出流量的速度式流量测量法； (3)利用标准小容积来连续测量流量的容积式测量法； (4)以测量流体质量流量为目的的质量流量测量法。2022-3-4轮 机 工 程 测 试 技 术 32. 2. 流量仪表的分类流量仪表的分类2022-3-4轮 机 工 程 测 试 技 术 42022-3-4轮 机 工 程 测 试 技 术 5孔板流量计靶式流量计转子流量计文丘里管流量计喷嘴流量计弯管流量计2022-3-4轮 机 工 程 测 试 技 术 62022-3-4轮

3、机 工 程 测 试 技 术 7电磁流量计涡轮流量计涡街流量计超声波流量计2022-3-4轮 机 工 程 测 试 技 术 83. 3. 流量仪表的主要技术参数流量仪表的主要技术参数 (1) (1)流量范围流量范围 流量范围指流量计可测的最大流量与最小流量的范围。 (2)(2)量程和量程比量程和量程比 流量范围内最大流量与最小流量值之差称为流量计的量程。最大流量与最小流量的比值称为量程比，亦称流量计的范围度。(3)(3)允许误差和精度等级允许误差和精度等级 流量仪表在规定的正常工作条件下允许的最大误差，称为该流量仪表的允许误差，一般用最大相对误差和引用误差来表示。 流量仪表的精度等级是根据允许误差

4、的大小来划分的，其精度等级有：0.02、0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、4.0级等。2022-3-4轮 机 工 程 测 试 技 术 9(4)(4)压力损失压力损失 压力损失的大小是流量仪表选型的一个重要技术指标。压力损失小，流体能消耗小，输运流体的动力要求小，测量成本低。反之则能耗大，经济效益相应降低。故希望流量计的压力损失愈小愈好。 2022-3-4轮 机 工 程 测 试 技 术 10 容积式流量计,又称定排量流量计,简称PD流量计,在流量仪表中是精度最高的一类。容积式流量计相当于一个标准容积的容器，它接连不断地对流动介质进行度量。 流量越大，度量的次数越多，输出的

5、频率越高。 容积式流量计，适于测量高粘度、低雷诺数的流体。 根据回转体形状不同，目前生产的产品分： 适于测量液体流量：椭圆齿轮流量计椭圆齿轮流量计、腰轮流量计腰轮流量计( (罗茨流量计罗茨流量计) )、旋转活塞和刮板式流量计； 适于测量气体流量：伺服式容积流量计、皮膜式和转简流量计等 42 容积式流量计2022-3-4轮 机 工 程 测 试 技 术 11缺点: 1、结构复杂,体积庞大; 2、被测介质种类、口径、介质工作状态局限性较大; 3、不适用于高、低温场合; 4、大部分仪表只适用于洁净单相流体; 5、产生噪声及振动。优点: 1、计量精度高; 2、安装管道条件对计量精度没有影响; 3、可用于

6、高粘度液体的测量; 4、范围度宽; 5、直读式仪表无需外部能源可直接获得累计总量,清晰明了, 操作简便。2022-3-4轮 机 工 程 测 试 技 术 121 1、椭圆齿轮流量计、椭圆齿轮流量计 椭圆齿轮流量计主要部分是壳体和装在壳体内的一对相互啮合的椭圆齿轮，它们与盖板构成了一密闭的流体计量空间，流体的进出口分别位于两个椭圆齿轮轴线构成平面的两侧壳体上。2022-3-4轮 机 工 程 测 试 技 术 13 图中所示仅为椭圆齿轮转动1/4周的情况，相应排出的流体量为一个月牙型空腔容积。所以，椭圆齿轮每转一周所排流体的容积为固定的月牙型 计量空间容积V0的4倍。若椭圆齿轮 的转数为n，则通过椭圆

7、齿 轮流量计的流量为: 由此可知，已知排量q值的椭圆齿轮流量计，只要测量出转数n，便可确定通过流量计的流量大小。2022-3-4轮 机 工 程 测 试 技 术 14 椭圆齿轮流量计是借助于固定的容积来计量流量的，与流体的流动状态及粘度无关。但是，粘度变化会引起泄漏量的变化，泄漏过大将影响 测量精度。椭圆齿轮流量计只要保证加工精度，和各运动部件的配合紧密，保证使用中不腐蚀和磨损，便可得到很高的测量精度，一般情况下为 0.51%，较好时可达0.2%。 椭圆齿轮流量计的外伸轴一般带有机械计数器，由它的读数便可确定流量计的总流量。这种流量计同秒表配合，可测出平均流量。但由于用秒表测量的人为误差大，因此

8、测量精度较低。现在大多数椭圆齿轮流量计的外伸轴都带有测速发电机或光电测速盘。再同二次仪表相连，可准确 地显示出平均流量和累积流量。 2022-3-4轮 机 工 程 测 试 技 术 15椭圆齿轮流量计常见故障和排除方法椭圆齿轮流量计常见故障和排除方法故障现象：1）椭圆齿轮不转原因：（1）安装时有杂质落入表内，卡住椭圆齿轮。 （2）被测液体有杂质，过滤器堵塞。 （3）被测液体压力过低。处理措施：（1）拆洗，清洗后重新安装并按椭圆齿轮上所标记号安放。 （2）洗涤过滤器，清除杂质。 （3）增加压力。2）椭圆齿轮转动时有不正常噪音原因：流量过大，超过了规定值。处理措施：调整流量至规定值。2022-3-4

9、轮 机 工 程 测 试 技 术 163）无脉冲输出原因： （1）4芯电源插头座接触不良或线断。 （2）永久磁铁吸有导磁材料碎屑。 （3）霍尔器件损坏处理措施：（1）检查插头座是否插好。 （2）去除永久磁铁上导磁材料碎屑 （3）调换霍尔器件4）无电源原因：（1）霍尔器件引线之间或线与外壳有短路现象。 （2）霍尔器件损坏。处理措施：（1）排除引出线之间或线与外壳之间的短路 （2）调换霍尔器件2022-3-4轮 机 工 程 测 试 技 术 175）误差过大 （A）负差原因：（1）流量过小，低于规定值 （2）旁路泄漏 （3）使用年限过久，椭圆齿轮等磨损处理措施：（1）换较小口径流量表 （2）检查旁路，

10、防止泄漏 （3）更换齿轮（B）正差原因：（1）液体内含有气体。 （2）液体拈度与校验拈度相差过多。处理措施：（1）表前增装气体分离器，及防止法兰渗漏 （2）更换齿轮2022-3-4轮 机 工 程 测 试 技 术 182 2、腰轮流量计（、腰轮流量计（又称罗茨流量计又称罗茨流量计） 腰轮转子流量计对流体的计量过程，同椭圆齿轮流量计相类似，是通过腰轮（转子）与壳体之间所形成的固定计量空间来实现的。每当腰轮转过一圈，便排出四个固定计量体积的流体，只要记下腰轮的转动转数，就可得到被测流体的体积流量。腰轮的转动也是靠流体的入口和出口的压差来实现的。腰轮流量计的转子是一对不带齿的腰形轮，在转动过程依靠套在

11、壳体外的与腰轮同轴上的啮合齿轮来完成驱动。2022-3-4轮 机 工 程 测 试 技 术 19腰轮转子流量计正常使用与维护保养腰轮转子流量计正常使用与维护保养）表头要有一定数量的润滑油，润滑油一般为硅油或砷油。）应按时定期巡检，听：运转是否有杂音；看：表头机械记数器有无卡阻，记录是否连续。）每半年应清洗次过滤器，过滤器是否堵塞从进出口压力差来判断。一般压差超过0.07MPa应清洗。）对表头齿轮传动部分应每年进行清洗、检查、润滑，并对表头进行调校。）对温度补偿器准确度修正器应1年检查1次，并对齿轮传动部分进行清洗润滑。）在流量计规定范围内使用，不得超限；超载20%不得过30分钟，否则会降低计量准

12、确度。2022-3-4轮 机 工 程 测 试 技 术 20）勿使流体倒流，现场显示器的指针或计数器的字轮反转说明倒流，应详细检查以免事故发生。）过滤网应用40或60目/英寸的不锈钢丝网。）应检查磁性密封联轴器或机械密封联轴器传动和磁性情况，查磁场强度是否够，不够应及时更新磁钢。10）启用前应首先缓慢开启旁通阀然后打开流量计入口阀，再打开出口阀，打开出口阀同时一定要密切注视流量计指针的移动速度，正常工作后，再关闭旁通阀，如出现异常，应立即打开旁通阀，同时关闭出入口阀，进行检查处理。11）新安管路或检修后，投用一天后，必须打开过滤器清除杂质。正常使用时，轻质油半年、重油个月，必须清洗过滤器次，严禁

13、使用蒸汽吹扫流量计。2022-3-4轮 机 工 程 测 试 技 术 2112）更换石墨轴承时，对DN50的流量计，间隙最大不超过0.1mm；对DN150的流量计，间隙最大不超过0.2mm；对上、下盖与转子的间隙和转子与计量箱内腔的间隙最大值应不超过0.15mm。13）维护保养拆卸时，对重要部件应做好标记以免装错。14）装配时应使转子转动灵活，间隙均匀，啮合正确，转子之间转度内腔，转子与上下盖不要有磨擦碰撞现象。2022-3-4轮 机 工 程 测 试 技 术 22罗茨流量计的故障分析与排除方法罗茨流量计的故障分析与排除方法 故障现象：1）表芯内各齿轮不转或转动不灵活原因：(1)表芯各传动齿轮，蜗

14、轮、蜗杆磨损 (2)传动轴轴承磨损，孔径变大或变形2）计数器不工作原因：(1)各计数轮内齿磨损或脱落 (2)计数器轴支架损坏处理措施：更换表芯 1）表芯计数部分2022-3-4轮 机 工 程 测 试 技 术 23 2）密封连接部分 故障现象：供气正常，转子正常工作，表芯齿轮不转，计数器不工作原因：（1）磁钢套与转子轴脱落或者磁钢套与转子轴之间的固定螺 钉松动 （2）磁钢从磁钢套上脱落处理措施：（1）重新固定磁钢套 （2）重新固定磁钢3）计量室部分 故障现象：A）燃气不通过仪表，表头不计数原因：（1）过滤器、过滤网罩堵塞 （2）计量室进入异物（如焊渣、沙砾、锈蚀物等）出现卡表 （3）安装不当20

15、22-3-4轮 机 工 程 测 试 技 术 24处理措施：（1）清晰或更换滤芯和网罩 （2）打开流量取出异物，修复转子表面 （3）调整安装管道故障现象： B）流量计工作时噪音过大原因：（1）润滑不好 （2）轴承出现磨损或轴承刚球碎裂造成转子与计量室和墙板 之间出现摩擦处理措施：（1）更换补充润滑油 （2）更换轴承故障现象： C）密封部分出现渗漏现象原因：“O”型圈老化失效处理措施：更换“O”型圈2022-3-4轮 机 工 程 测 试 技 术 254）智能表部分 故障现象：A）液晶屏显示模糊或无显示原因：电池电量不足处理措施：更换电池B）液晶屏显示不全原因：显示板损坏处理措施：更换液晶屏C）无流

16、量显示，即流量显示为0原因： （1）信号盘脱落或者信号盘上磁钢脱落 （2）脉冲传感器线缆受到损坏处理措施：（1）重新固定信号盘或磁钢 （2）更换脉冲传感器2022-3-4轮 机 工 程 测 试 技 术 26D）无温度显示原因：温度传感器线缆受到损坏或温度传感器损坏处理措施：更换温度传感器E）无压力显示，即压力显示为0原因：压力传感器线缆接触不良或压力传感器线缆损坏处理措施：重新接线或更换压力传感器F）压力显示为最大值原因：压力超量程处理措施：更换压力传感器2022-3-4轮 机 工 程 测 试 技 术 2743 涡轮流量计 涡轮流量计的结构如图所示。导流片和导流体的作用是整顿流体的流形，减少流

17、场扰动的影响。 涡轮叶片的材料通常是采用导磁的不锈钢，磁电式变换器安装在非导磁的壳体上，正对着叶轮，永久磁铁产生的磁力线穿过壳体，经涡轮叶片形成回路。2022-3-4轮 机 工 程 测 试 技 术 28 当流体从流量计中流过时，涡轮叶片前后压差的作用推动涡轮叶片旋转，涡轮叶片则周期性地改变磁回路的磁阻，从而使线圈内的磁通量周期性地变化，在线圈中产生脉动的感应电动势信号，该信号的频率正比于流体的流量。2022-3-4轮 机 工 程 测 试 技 术 29 磁电式变换器的输出信号经放大器放大后送到显示仪表进行流量的运算和指示。)/(sLKfqv式中，f 涡轮流量计输出电脉冲的频率 K 涡轮流量计的流

18、量系数（由厂家标定给出） qv 被测流体的体积流量 涡轮流量计输出的是电信号，可远距离传送，可测最小流量为1.7L/h （液体），量程比为(1020):1 ，精度等级为0.5级和1级。 压力损失较大，流量计前、后直管段长度要求分别大于管道直径的15倍和5 倍，且要求水平安装，前面应装过滤器，但低流量时测量精度较低。2022-3-4轮 机 工 程 测 试 技 术 30涡轮流量计的特点和使用优点优点:其测量精度高,复现性和稳定性均好；量程范围宽，量程比可达(1020):1,刻度线性；耐高压，压力损失；对流量变化反应迅速，可测脉动流量；抗干扰能力强，信号便于远传及与计算机相连。缺点缺点:制造困难，成

19、本高。应用场合应用场合:通常涡轮流量计主要用于测量精度要求高、流量变化快的场合，还用作标定其他流量的标准仪表。2022-3-4轮 机 工 程 测 试 技 术 3144 浮子流量计 浮子流量计（又称转子流量计)）是以节流原理为基础的一种流量测量仪表。根据流体连续性方程和伯努利方程，转子流量计的体积流量可表示为： pACqqv2qC流量系数；A转子与锥形管间的环形流通面积；流体密度；p差压。2022-3-4轮 机 工 程 测 试 技 术 32当流体流经转子时，转子前后有压力差产生，转子流量计在测量过程中，转子上的全压差始终保持不变，只是流通的面积随流量的变化而变化，所以也称为定压差式流量计定压差式

20、流量计或面积流量计面积流量计。转子流量计有玻璃转子流量计（只用作就地指示）和金属转子流量计（可以进行信号传输）两种。2022-3-4轮 机 工 程 测 试 技 术 33 、玻璃转子流量计 玻璃转子流量计主要由玻璃锥形管、转子和支撑结构组成。在一段带有刻度的向上扩大的锥形玻璃管中，放有一个转子（或称浮子），流体自下而上流动时，由于转子上下压差所产生的作用于转子上的上升力大于浸于介质中的转子重量，使转子上移。随着转子的上升，转子和锥形管壁间的间隙逐渐增大，流体流速逐渐减小，于是作用于转子上的上升力也逐渐减小，直到上升力等于转子在介质中的重量时，转子就稳定在某一高度上。流量越大，转子停留的位置越高。

21、根据这一高度，可由锥管刻度直接读出流量值。2022-3-4轮 机 工 程 测 试 技 术 34锥形管锥形管锥形管的锥度根据流量的大小而定，一般在1：201：200范围内;锥管外表刻有百分数或流量刻度线，透过透明的被测介质，转子的高度即可指示流量的大小;锥形管大端在上、小端在下。锥形管使用压力为20公斤/厘米2以下，温度为-20+120内。只有长度、锥度和口径相同的锥形管才能互换，互换后一般要求重新标定，锥形管一般用高硼硬质玻璃制成，也可用有机玻璃制成。2022-3-4轮 机 工 程 测 试 技 术 35浮子浮子一般用铝、铅、不锈钢、玻璃、胶木、有机玻璃等制成，使用时可根据流体的化学性质加以选用

22、。浮子形状常见的有I、II、III型三种。I型大都使用于气体、小流量，而且流量系数也较小的地方。有时浮子在流体作用下不断旋转，为了使浮子稳定在中心位置，在浮子的上边沿开有斜槽。II型大都使用于液体、大流量且流量系数比较大的地方。对于大流量的流量计为使其稳定在中心位置，往往带有中心导杆。III型使用较少，它的特点是 粘度变化时流量指示影响较小。2022-3-4轮 机 工 程 测 试 技 术 36 玻璃转子流量计可测最小流量为1L/h（液体），量程较宽，量程比为10:1，压力损失较小，仪表前直管段要求不严，结构简单，使用方便，精度等级为12.5，需要垂直安装，也可用于气体流量测量。微小流量玻璃转子

23、流量计 玻璃转子流量计 2022-3-4轮 机 工 程 测 试 技 术 372 2、金属管转子流量计、金属管转子流量计 金属管转子流量计的锥形管采用金属材料制成，其流量检测原理与玻璃管转子流量计相同。金属管转子流量计有就地指示型和电气信号远传型两种 。2022-3-4轮 机 工 程 测 试 技 术 38电远传式转子流量计工作原理图010mA,DC流量流量 位移位移 电流电流就地指示就地指示2022-3-4轮 机 工 程 测 试 技 术 39 转子流量计在出厂时是按水或空气标定的，若测量时的介质不是水或空气，就必须对流量计的指示值进行修正。)()(00ffvvqq式中，qv修正后的体积流量 qv

24、用水或空气标定时的体积流量 （即流量计指示值） f 转子材料密度 0原标定时水的密度 被测液体的密度TTppqqvvT、p原标定时的温度、压力T、p测量时的温度、压力液体介质： 气体介质：2022-3-4轮 机 工 程 测 试 技 术 40)/(483. 0) 19 . 7(1)83. 09 . 7(6 . 3sLqv)()(00ffvvqq2022-3-4轮 机 工 程 测 试 技 术 4145 差压式流量计 差压式流量计又称节流式流量计，它是利用管路内的节流装置，将管道中流体的瞬时流量转换成节流装置前后的压力差的原理来实现的。 差压式流量计主要由节流装置和差压计（或差压变送器）组成。节流装

25、置的作用是把被测流体的流量转换成压差信号，差压计则对压差信号进行测量并显示测量值，差压变送器能把差压信号转换为与流量对应的标准电信号或气信号，以供显示、记录或控制。2022-3-4轮 机 工 程 测 试 技 术 42一体化孔板流量计一体化孔板流量计 节流元件有孔板孔板、喷嘴喷嘴和文氏管文氏管，已标准化。其中孔板最简单又最为典型，加工制造方便，在工业生产过程中常被采用。 2022-3-4轮 机 工 程 测 试 技 术 43流体流经节流件时压力和流速变化情况体积流量： pdCqqv242Cq为流量系数d为节流孔径为流体密度p为p1和 p2压力差 标准孔板是一块具有与管道同心圆形开孔的圆板，迎流一侧

26、是有锐利直角入口边缘的圆筒形孔，顺流的出口呈扩散的锥形。 2022-3-4轮 机 工 程 测 试 技 术 44文丘里管 孔板喷嘴 差压计差压计的种类很多，凡可测量差压的仪表均可作为节流式流量计中的差压计使用。目前工业生产中大多数采用差压变送器。它们可将测得的差压信号转换为0.02-0.1 MPa的气压信号或4-20mA的直流电流信号。2022-3-4轮 机 工 程 测 试 技 术 4546 燃油消耗量的测量 有效燃油消耗率ge是发动机最重要的性能参数之一，它由发动机有效功率Pe和单位时间燃油消耗量qm经计算得到。eePqgmtVtmqm可见：测量燃油消耗量的方法有如下三种：（1）容积法：测定V

27、和t（2）秤量法：测定m和t（3）流量计法：测定燃油的流量2022-3-4轮 机 工 程 测 试 技 术 46一、容积法一、容积法 测定消耗一定体积V 的燃料所用时间t ,常用于柴油机和汽油机燃油消耗量测量。 、量瓶式测量装置 玻璃量瓶的细颈处均有刻线，各刻线间的容积都为已知。 准备测量时，将三通旋塞转至充油位置。当进入量瓶中燃油稍多于测量时要消耗的量时，将旋塞旋至测量位置，随着量瓶中燃油被发动机消耗，油泡内油面下降，油面降至上刻度线时，开始计时；油面降至下刻度线时，结束计时。 当用手按秒表测量时，测量容积应选择得使测量时间在1分钟左右较好。 由于油箱供油和由量瓶供油压力相差很大，故这种简单测

28、量装置的误差较大。特别是对于不带输油泵的发动机更为明显。为此，常采用带稳压腔的玻璃量瓶来进行测量。2022-3-4轮 机 工 程 测 试 技 术 47 由于量瓶上口与稳压腔相通，因此量瓶内液面与稳压腔内液面所受压力相等。在测量过程中，随着量瓶中燃油液面逐渐下降，油箱中燃油则不断补充进稳压腔。这样就保持了腔内压力基本不变，供油压力也与油箱供油时差别不大。 测量前，利用阀和放气旋塞适当调节稳压腔及量瓶中空气量，使量瓶中液面降到测量容积结束的刻线以下而油还没用完时，稳压腔中油面已上升到瓶口处。这样，燃油可以及时补充进入量瓶，使发动机不致因断油而停机。 为了提高工作效率和测量精度，目前已将测量过程实现

29、自动化。利用光电传感器在量瓶中液面经过刻线的瞬时发出光电脉冲信号控制计时，其结果用数字显示。2022-3-4轮 机 工 程 测 试 技 术 48 、往复活塞式油耗仪 前面介绍的量瓶式测量装置只能作抽样测量，不能连续测量燃油消耗量。往复活塞式油耗仪可以在任意长的时间内连续测量燃油消耗量。 对汽油机，它装在汽化器前面；对柴油机，它装在喷油泵前面。它在零点几兆帕的压力下也能正常工作。 排油阀和进油阀均为电磁阀，使燃油交替地从下面进入上面排出或从上面进入下面排出。活塞被燃油所推动。活塞每个行程都排出一个精确的燃油体积量，用一个计数器对双行程计数。此外，装上一个灯泡，在向上行程时发亮，向下行程时熄灭，这样就能测定单行程。测出消耗预定燃油体积或完成一定数量双行程所经过的时间，即可算出燃油消耗量。2022-3-4轮 机 工 程 测 试 技 术 49二、秤量法二、秤量法 测定消耗一定质量燃油所用的时间 。一般用于柴油机的油耗测量。 准备测量时，旋转三通旋塞至充油位置，向油杯充油，当油杯内注入的油量使天平倾向于油杯一端时，将三通旋塞转至供油位置，等待测量。 测量时，三通旋塞转至测量位置，由油杯向发动机供油。随着油杯燃油被消耗，天平逐渐恢复平衡。当指针指向零时，立即按下秒表，开始计时；同时取下质量为m的砝码，天平