第6章流量测量1

1、第六章第六章流量和流速测量流量和流速测量6.1 概述概述6.1.1 流量和流速的概念流量和流速的概念流速：单位时间内流体流经的距离，单位是流速：单位时间内流体流经的距离，单位是m/s表示。表示。流量：单位时间内流体流过过流有效截面的数流量：单位时间内流体流过过流有效截面的数量，单位是量，单位是m3/h，kg/h。质量流量质量流量qm：单位为：单位为kg/s；体积流量体积流量qv：单位为：单位为m3/sdtdQq （1）6.1.2 流量测量方法流量测量方法容积法：容积法：直接测量从流量计中流出的流体体积。直接测量从流量计中流出的流体体积。特点：特点：流动状态对测量的影响较小，测量精度流动状态对测

2、量的影响较小，测量精度 较较高；测量上限较小；不宜用于高温高压及脏污流高；测量上限较小；不宜用于高温高压及脏污流体的测量。体的测量。流速法：流速法：通过流速计算流量。通过流速计算流量。特点：特点：使用条件较使用条件较宽；流速为管道平均流速，管路条件对测量结果宽；流速为管道平均流速，管路条件对测量结果影响较大（如涡流、流速分布对称性等）。影响较大（如涡流、流速分布对称性等）。质量流量直接测量法：质量流量直接测量法：流体流动产生某种力学效流体流动产生某种力学效应与质量流量的关系。应与质量流量的关系。特点：特点：与流体的成分和参与流体的成分和参数无关；价格贵。数无关；价格贵。6.1.3 流量仪表的种

3、类流量仪表的种类6.2容积式流量测量计容积式流量测量计 经典、古老的测量方法经典、古老的测量方法 工作过程：工作过程：流体不断充满具有一定容积的一流体不断充满具有一定容积的一“计量空间计量空间”，然后连续地将这部分流体送至，然后连续地将这部分流体送至出口流出。测量时，将这些出口流出。测量时，将这些“计量空间计量空间”被流被流体充满的次数不断累加，乘以体充满的次数不断累加，乘以“计量空间计量空间”的的体积，即可得到通过流量计的流体总量体积，即可得到通过流量计的流体总量 特点：特点：对上游流动状态变化不敏感，测量准确对上游流动状态变化不敏感，测量准确度较高，可用于高粘度流体并直接得到流体度较高，可

4、用于高粘度流体并直接得到流体累积量累积量 6.2.1容积式流量测量仪表的原理与结构容积式流量测量仪表的原理与结构 6.2.1.1容积式流量仪表的工作原理容积式流量仪表的工作原理 “计量空间计量空间”或或“计量室计量室”具有标准体积的空具有标准体积的空间，由仪表壳内壁和流量计转动部件构成。间，由仪表壳内壁和流量计转动部件构成。 工作原理：工作原理： 流体通过流量计时，在流体通过流量计时，在流量计进、出口间产生压流量计进、出口间产生压力差力差。流量计的转动部件。流量计的转动部件(转子转子)在此压力差作用在此压力差作用下将产生旋转，并将流体由入口排向出口。下将产生旋转，并将流体由入口排向出口。 流体

5、不断地充满流量计的流体不断地充满流量计的“计量空间计量空间”，然后不，然后不断地被送往出口。断地被送往出口。 在给定流量计条件下，计量空间体积一定，只要测得转在给定流量计条件下，计量空间体积一定，只要测得转子的转动次数，就可得到通过流量计的流体体积累积值。子的转动次数，就可得到通过流量计的流体体积累积值。 设：设：流量计计量空间体积流量计计量空间体积v(m3)，一定时间内转子转动，一定时间内转子转动次数次数N，则在该时间内流过的流体体积：，则在该时间内流过的流体体积： NvV 令：令：仪表的齿轮比（常数）为仪表的齿轮比（常数）为（其值由齿轮组的齿（其值由齿轮组的齿轮比和记录指针转动的刻度值所确

6、定）、仪表指示值为轮比和记录指针转动的刻度值所确定）、仪表指示值为I，则则由上二式可得，在一定时间内通过仪表的流体体积由上二式可得，在一定时间内通过仪表的流体体积V与仪表指示值与仪表指示值I的关系为的关系为 NIIvV6.2.1.2 结构结构1）椭圆齿轮型容积流量计椭圆齿轮型容积流量计(奥巴尔容积流量计奥巴尔容积流量计) 结构：结构：装在轴上相互啮合并旋转的椭圆齿轮及机壳。装在轴上相互啮合并旋转的椭圆齿轮及机壳。椭圆齿轮与壳体间形成椭圆齿轮与壳体间形成半月形体积半月形体积的测量室。的测量室。工作原理：工作原理：流体流过椭圆齿轮流量计时，因需克服阻流体流过椭圆齿轮流量计时，因需克服阻力将引起阻力

7、损失，从而入口侧压力力将引起阻力损失，从而入口侧压力P1 出口侧压力出口侧压力P2P P 对齿轮产生作用力矩。对齿轮产生作用力矩。因因P1P2，合力矩使轮顺时针方向转动合力矩使轮顺时针方向转动。此时，。此时，A轮为轮为主动轮，主动轮，B轮为从动轮轮为从动轮。当。当转至图（转至图（b）位置时，）位置时，A、B轮均为主动轮。轮均为主动轮。（1）齿轮型容积式流量计）齿轮型容积式流量计继续转动至（继续转动至（c）位置时，下齿轮）位置时，下齿轮B为主动轮，为主动轮，上齿轮为从动轮，作用在上齿轮为从动轮，作用在B轮上的合力矩使之作轮上的合力矩使之作逆时针方向转动，逆时针方向转动，A齿轮顺时针旋转，将已收入

8、齿轮顺时针旋转，将已收入A轮一侧的半月形容积内的流体排至出口。轮一侧的半月形容积内的流体排至出口。 由（由（a）至（）至（c），椭圆齿轮转动了），椭圆齿轮转动了1/4周，所排出的流体体周，所排出的流体体积为一个半月形体积。显然，积为一个半月形体积。显然，齿轮转动一周所排出的流体体积齿轮转动一周所排出的流体体积为为4个半月形容积。个半月形容积。 半月形的容积为半月形的容积为HabRV202容积室半径容积室半径齿轮轴齿轮轴向高度向高度椭圆齿轮的椭圆齿轮的长、短半轴长、短半轴椭圆齿轮流量计的体积流量为椭圆齿轮流量计的体积流量为04nVQv测出椭圆齿轮转速，即可知被测介质的流量。测出椭圆齿轮转速，即可

9、知被测介质的流量。椭圆齿轮的转速椭圆齿轮的转速应用应用中小流量测量：中小流量测量： 3L/h540m3/h;容积室直径：容积室直径： 10 250mm显示方式：显示方式： 就地、远传就地、远传注意事项注意事项 1）介质须洁净，以免杂质损伤齿轮）介质须洁净，以免杂质损伤齿轮; 2）正常测量流量正常测量流量Qcom=50 80%Qmax； 3）被测介质粘度太大或流量太小时，泄漏量大，测量精度低；被测介质粘度太大或流量太小时，泄漏量大，测量精度低； 4）安装时应使椭圆齿轮的旋转轴处于水平位置。）安装时应使椭圆齿轮的旋转轴处于水平位置。2） 腰轮（罗茨）流量计腰轮（罗茨）流量计结构及工作原理：结构及工

10、作原理：1）凸轮式刮板流量计）凸轮式刮板流量计构造：构造：转子、凸轮、刮板、滚柱、壳体转子、凸轮、刮板、滚柱、壳体 （2）刮板式容积流量计）刮板式容积流量计结构说明：结构说明：壳体内腔为一圆形空筒，转子为可转动壳体内腔为一圆形空筒，转子为可转动空心薄壁圆筒，筒壁开四个互成空心薄壁圆筒，筒壁开四个互成900的槽，刮板在其的槽，刮板在其内滑动，并可伸出或缩进。四个刮板分别由二个连内滑动，并可伸出或缩进。四个刮板分别由二个连杆连接，相互交叉，互不干扰。刮板内侧各有一小杆连接，相互交叉，互不干扰。刮板内侧各有一小滚柱。它们均紧靠在一个固定凸轮上，可沿具有特滚柱。它们均紧靠在一个固定凸轮上，可沿具有特定

11、曲线形状的凸轮边缘滚动，从而使刮板时而伸出，定曲线形状的凸轮边缘滚动，从而使刮板时而伸出，时而缩进。连杆一端刮板从转子筒边口槽伸出时，时而缩进。连杆一端刮板从转子筒边口槽伸出时，另一端刮板则缩进筒内（因连杆长度一定）。另一端刮板则缩进筒内（因连杆长度一定）。工作原理工作原理： 流体通过时，计量计进、出口压差（流体通过时，计量计进、出口压差（ P1P2 ）作用推动刮板和转子顺时针转动。（作用推动刮板和转子顺时针转动。（a）位置时，）位置时，刮板刮板A和和D与壳体形成一个计量室。由（与壳体形成一个计量室。由（a）向）向(b)过渡时，刮板过渡时，刮板D逐渐收缩；刮板逐渐收缩；刮板A则仅转动而不收则仅

12、转动而不收缩。当转至状态（缩。当转至状态（c）时，刮板）时，刮板A转了转了900（转子整（转子整体也转了体也转了900），排出一个计量室的流体体积。由），排出一个计量室的流体体积。由（c)继续转动时，刮板继续转动时，刮板A开始收缩。因此，转子每开始收缩。因此，转子每转一圈将排出四个计量室的流体体积。转一圈将排出四个计量室的流体体积。流量计算：流量计算： Qv=4nV计量室体积计量室体积转速转速2）凹线式刮板流量计）凹线式刮板流量计构造：构造：转子、刮板、连杆、壳体转子、刮板、连杆、壳体 壳体内腔为特殊曲线形状，由大、小圆弧壳体内腔为特殊曲线形状，由大、小圆弧和二条相互对称的凹线组成。实心转子中

13、间开和二条相互对称的凹线组成。实心转子中间开有四个互成有四个互成900的槽。连杆带动刮板在槽内沿径的槽。连杆带动刮板在槽内沿径向滑动。向滑动。转子每转一周排出的流体体转子每转一周排出的流体体积：积： 计量室体积的四倍计量室体积的四倍。工作原理：工作原理： 同凸轮式。同凸轮式。（1）刮板的特殊运动轨迹不产生涡流，不改变流）刮板的特殊运动轨迹不产生涡流，不改变流体运动状态。体运动状态。 （2）测量精度高（）测量精度高（0.2%），压力损失小），压力损失小(30kPa) ； （3）能适应不同粘度和带有细粒固体杂质的流体）能适应不同粘度和带有细粒固体杂质的流体测量，不发生转子卡住现象测量，不发生转子卡

14、住现象； （4）振动和噪音小，适合于中等或大流量测量。）振动和噪音小，适合于中等或大流量测量。刮板式流量计的性能特点：刮板式流量计的性能特点：（3）旋转活塞式容积流量计）旋转活塞式容积流量计 优点：优点：通流能力较大通流能力较大 缺点：缺点：在工作过程中会有一定的泄漏，故准确在工作过程中会有一定的泄漏，故准确度较低。度较低。 1-隔板隔板2-活塞活塞3-内圈内圈4-外圈外圈5-导辊导辊6-活塞轴活塞轴6.2.2 容积式流量计的特性及影响因素容积式流量计的特性及影响因素 6.2.2.1容积式流量计的误差特性容积式流量计的误差特性IVIEvE1IvV将将代入上式，则代入上式，则6.2.3 容积式流

15、量计的选择容积式流量计的选择 高粘度油类测量高粘度油类测量刮板式容积流量计；刮板式容积流量计； 低粘度油类及水测量低粘度油类及水测量椭圆齿轮式、腰轮式等椭圆齿轮式、腰轮式等容积式流量计；容积式流量计； 气体流量测量气体流量测量 旋转活塞式容积流量计；旋转活塞式容积流量计； 准确度要求不高的场合准确度要求不高的场合旋转活塞式或刮板式旋转活塞式或刮板式容积流量计。容积流量计。 容积式流量计量限的确定：容积式流量计量限的确定： 下限流量下限流量qmin ：最小流量时的误差须在允许误：最小流量时的误差须在允许误差范围之内差范围之内 上限流量上限流量qmax：qmax510qmin 6.2.4 容积式流

16、量计的安装容积式流量计的安装 突出优点突出优点：无需较长的前后直管段。：无需较长的前后直管段。 动、静部件间的间隙很小。为保证测量的精度，动、静部件间的间隙很小。为保证测量的精度，不允许有磨损产生。所以，应避免大量固体微不允许有磨损产生。所以，应避免大量固体微粒进入流量计。粒进入流量计。 测量含有固体微粒的流体时，须在流量计前加测量含有固体微粒的流体时，须在流量计前加装介质过滤装置。装介质过滤装置。 测量含有气泡的介质时，应在流量计前安装气测量含有气泡的介质时，应在流量计前安装气体分离装置，以免气体体积被计量在内，而影体分离装置，以免气体体积被计量在内，而影响流体流量的测量准确度。响流体流量的

17、测量准确度。 6.2.5 容积式流量计使用情况判断容积式流量计使用情况判断 常见常见故障及原因：故障及原因： 杂质进入流量计，可能引起转子卡死；杂质进入流量计，可能引起转子卡死； 传动机构故障，导致转子运转虽正常但计数器不计数传动机构故障，导致转子运转虽正常但计数器不计数或指针时走时停；或指针时走时停； 介质粘度与流量计适用介质粘度不匹配时，将引起流介质粘度与流量计适用介质粘度不匹配时，将引起流量指示值偏离实际数值，如介质黏度小，则流量指示量指示值偏离实际数值，如介质黏度小，则流量指示值偏小；如介质黏度大，则流量指示值偏大；值偏小；如介质黏度大，则流量指示值偏大；速度式流量计的速度式流量计的共

18、同特点共同特点6.3 速度式流量测量技术与仪表速度式流量测量技术与仪表 测量管道内介质流动速度，求得管道内流体流测量管道内介质流动速度，求得管道内流体流量的一种测量方法，是目前流量测量的主要方量的一种测量方法，是目前流量测量的主要方法之一。法之一。 仪表种类较多。仪表种类较多。 速度式流量计对管道内流体的速度分布有一定速度式流量计对管道内流体的速度分布有一定要求，要求，流量计前须有一定长度的直管段，流量计前须有一定长度的直管段，以形以形成稳定的速度分布。成稳定的速度分布。 6.3.1涡轮流量计涡轮流量计共同的工作原理：共同的工作原理：置于流体中的叶轮置于流体中的叶轮的旋转角速度与流的旋转角速度

19、与流体流速成正比，通体流速成正比，通过测量叶轮的旋转过测量叶轮的旋转角速度即可得流体角速度即可得流体流速，从而获得流流速，从而获得流量值。量值。 磁检测器磁检测器叶轮叶轮轴承轴承导流器导流器 导流器导流器（1）结构与工作原理）结构与工作原理组成：图所示。组成：图所示。叶轮式速度流量计的叶轮式速度流量计的一种，各种水表等均一种，各种水表等均属叶轮式速度流量计。属叶轮式速度流量计。涡轮流量计工作原理示意图涡轮流量计工作原理示意图涡轮流量计总体原理框图涡轮流量计总体原理框图 涡轮安装于非导磁材料制成的涡轮安装于非导磁材料制成的水平管段，涡轮受流体冲击而旋水平管段，涡轮受流体冲击而旋转。转。 叶片通过

20、磁电感应转换器中叶片通过磁电感应转换器中的永久磁钢时，因的永久磁钢时，因磁阻周期性变磁阻周期性变化化，在感应线圈中产生，在感应线圈中产生脉动电势脉动电势，经放大和整形后获得经放大和整形后获得与流量与流量成正比的脉动信成正比的脉动信号号作为流量测量作为流量测量信息，再据脉动信息，再据脉动累计数求出总量。累计数求出总量。 涡轮的转速与涡轮的转速与体积流量成正比。体积流量成正比。(2)性能特点：性能特点：准确度高准确度高 0.25-0.5% 。在线性流量范围内，。在线性流量范围内，即使流量发生变化，累积流量准确度也不会降即使流量发生变化，累积流量准确度也不会降低，且在短时间内，再现性可达低，且在短时

21、间内，再现性可达0.05。 量程比量程比: 810:1。口径相等时，涡轮流量计。口径相等时，涡轮流量计的最大流量值大于很多其它流量计的最大流量值大于很多其它流量计阻阻 力：力：300Pa ，适应性强适应性强 数字信号输出数字信号输出 最大测量范围与最大测量范围与最小测量范围之最小测量范围之比比 （3）涡轮流量计的安装使用）涡轮流量计的安装使用: 流速分配不均和管内二次流的存在是影响涡轮流流速分配不均和管内二次流的存在是影响涡轮流量计测量准确度的重要因素。对于工业测量，一般量计测量准确度的重要因素。对于工业测量，一般上游上游20D，下游，下游5D的直管长度。的直管长度。 对流体清洁度要求高，流量

22、计前须安装过滤器以对流体清洁度要求高，流量计前须安装过滤器以保证流体清洁。保证流体清洁。 须保证通过流量计的流体是单相的（不能进入空须保证通过流量计的流体是单相的（不能进入空气或蒸气），必要时，在流量计上游装消气器。对气或蒸气），必要时，在流量计上游装消气器。对于易气化的液体，在流量计下游必须保证一定背压，于易气化的液体，在流量计下游必须保证一定背压，背压值可取最大流量下流量传感器压强的二倍加上背压值可取最大流量下流量传感器压强的二倍加上最高温度下被测液体蒸气压的最高温度下被测液体蒸气压的1.2倍。倍。 (4) 信号传输线信号传输线 信号线最大长度：信号线最大长度：LdV V1000mV时，时

23、，d1.0；1000mVV1500mV时，时，d1.5；V5000mV时，时，d=2.0。 信号接地线采用屏蔽电缆，以防止外部的感应噪声。显信号接地线采用屏蔽电缆，以防止外部的感应噪声。显示仪表端屏蔽接地，传输电线远离强电磁设备，不得与动力示仪表端屏蔽接地，传输电线远离强电磁设备，不得与动力线平行布置。线平行布置。 (5) 运转维护运转维护 当涡轮流量计的管道需要清洗时，必须开旁路，清洗液当涡轮流量计的管道需要清洗时，必须开旁路，清洗液体不能通过流量计。体不能通过流量计。 管道系统启动时必先开旁路，以防止流速突然增加，引管道系统启动时必先开旁路，以防止流速突然增加，引起涡轮转速过大而损坏。起涡轮转速过大而损坏。 涡轮流量计轴承应定期更换。涡轮流量计轴承应定期更换。 系数，系数，mmV最小流量时传感线圈的输出最小流量时传感线圈的输出电压有效值，电压有效值，mV6.3.2 流体振动式流量计流体振动式流量计 20世纪世纪60年代末期发展起来的一种较新的流量测量技年代末期发展起来的一种较新的流量测量技术术. 代表型式：代表型式：卡门涡街流量计卡门涡街流量计。 原理：流体流经钝住体时，在柱体周围和下游将产生原理：流体流经钝住体时，在柱体周围和下游将产生有规律的振动，振动频率与流量存在一定的对应关系有规律的振动，振动频率与流量存在一定的对应关系 。 特点：特点： 可得到与流量成正比的频