转子流量计培训（2012.10.22）

1、转子流量计培训服务事业部技术组蔺永强2012.10一、相关知识 压力（P）压力（压强）：垂直作用于物体单位面积上的力。 牛顿/平方米（N/）、帕斯卡（Pa） 绝对压力：从绝对零算起的压力。KPa（A） 计算气体密度时，使用绝对静压。大气压力： 大气相对绝对零以上的压力。 标准大气压（atm）：1atm=101.325kPa（海平面）表压力：压力表原件与大气压力之差。KPa(G)差压：两个压力之差。KPa(D)、刻度差压。 温度（T）温度（T）：表征物体冷热程度的度量。摄氏温标（）：在标准大气压下，以水的冰点为0度，水的沸点为100度，中间分为100等分的温标。华氏温标（）：在标准大气压下，冰的

2、熔点为32，水的沸点为212，中间分为180等分的温标。热力学温标（K）：将-273.15作为零度的温标。绝对零度：压强等于零时的温度。-273.15绝对温度：从绝对零度算起的温度。开尔文（K）K=273.15+ 计算气体密度时，使用绝对温度。 标准状态 参照标准：ISO5024(1976) 压力 ：101.325kPa 温度：0，20， 273.15K，293.15K 国际单位制（SI）质量：kg(千克）体积：m（立方米）力：N（牛顿）长度：M（米）时间：S（秒）管流类型(1) 单相流和多相流 管道中只有一种均匀状态的流体流动称为单相流；两种以上不同相流体同时在管道中流动称为多相流。 (2)

3、 可压缩和不可压缩流体的流动 流体可分为可压缩流体和不可压缩流体，所以流体的流动也可分为可压缩流体流动和不可压缩流体流动两种。(3) 稳定流和不稳定流 当流体流动时，若其各处的速度和压力仅和流体质点所处的位置有关，而与时间无关，则流体的这种流动称为稳定流；若其各处的速度和压力不仅和流体质点所处的位置有关，而且与时间出有关，则流体的这种流动称为不稳定流 。(4) 层流（Re2000）与紊流（Re4000） 管内流体有两种流动状态：层流和紊流。层流中流体沿轴向作分层平行流动，各流层质点没有垂直于主流方向的横向运动，互不混杂，有规则的流线。紊流状态管内流体不仅有轴向运动，而且还有剧烈的无规则的横向运

4、动 。流速分布与平均流速 流体有粘性，当它在管内流动时，即使是在同一管路截面上，流速也因其流经的位置不同而不同。越接近管壁，由于管壁与流体的粘滞作用，流速越低；管中心部分的流速最快。流体流动状态不同将呈现不同的流速分布。V=Q/SV-介质流速；Q-介质流量；S-管道截面积。=3.1415926连续性方程 连续性原理的依据是质量守恒，即：单位时间内流入多少质量，则单位时间内就要流出多少质量；伯努利方程 伯努利方程的依据是能量守恒，即控制体内拥有的能量总量不变，只是能量的具体形式会发生改变。在不可压流动中，通常是流体的重力势能，压力位能和射流的动能发生改变；而在可压流动中，通常是控制体的内能与喷流

5、动能发生改变，因此其方程有两种形式。但一般是针对不可压流动，且未考虑摩擦等损失。故它的使用条件是：流体无粘（粘滞性流体的内能在流动中要发生改变）。 所说的质量守恒定律（连续性方程）和能量守恒定律（伯努利方程），可以这样去理解： 质量守恒：流体在一个封闭的管道中流动，当遇到节流件时，在节流件前后它的质量是不变的，用连续性方程表示为：V1 A1=V2 A2=常量 液体为：V1 A1=V2 A2=q=常量 它说明不可压缩液体在通道中稳定流动时，流过各截面的流量相等，而流速和通流截面面积成反比。因此，流量一定时，管路细的地方流速大，管路粗的地方流速小。能量守恒：用伯努利方程来表示封闭管道中流体的压力和

6、流速有如下的关系：描述流体的运动速度、重力和压力三者之间关系的方程。从能量的角度分析：单位体积的动能单位体积的重力势能单位体积的压力势能 伯努利方程是机械能守恒方程 减速则增压，增速则减压对气体：气体：对于安装有节流件的管道则有： P1+1/2 (V1)2 1=P2+1/2 (V2)2 2 式中：A1、A2分别是节流件前后的截面积； V1、V2分别是A1、A2处的流速； P1、P2分别是A1、A2处的压力 1、2分别是A1、A2处的流体密度；液体的流动状态 英国物理学家雷诺通过大量的实验，发现了液体在管路中流动时有层流和紊流（也称湍流）两种流动状态，在层流时，液体质点沿管路做直线运动，互不干扰

7、，没有横向运动，即液体作分层流动，各层间的液体互不混杂。在紊流时，液体质点除了沿管路运动外，还有横向运动，呈紊乱混杂状态。实验证明，圆管中液体的流动状态与液体的流速v、管路的内径d以及油液的运动黏度有关。因此能判定液体流动状态的则是这三个参数所组成的一个无量纲的雷诺数Re，即 Re=vd/ 层流和紊流 雷诺数的物理意义；雷诺数是液流的惯性力与内摩擦力的比值。雷诺数较小时，液体的内摩擦力起主导作用，液体质点运动受黏性约束而不会随意运动，液流状态为层流；雷诺数较大时，惯性力起主导作用，液体黏性不能约束质点运动，液流状态为紊流。工程中一般都以后者为判断液流状态的依据，称其为临界雷诺数，记做Rec。当

8、ReRec时液流为层流；反之，则多为紊流。临界雷诺数由实验求得。对于光滑金属圆管中液流的Rec为20002320，对于橡胶软管液流Rec的为16002000，其他通道的Rec可查有关资料。 计量单位 ：体积流量的计量单位为米3秒（m3s）；质量流量的计量单位为千克秒（kgs）；累积体积流量的计量单位为米3 （m3）；累积质量流量的计量单位为千克（kg）。工程上还使用的流量计量单位有： 米3时 （m3h）升分（Lmin）吨小时（t/h）升（L）吨（t） 转子流量计(Rotometer)，又称浮子流量计(Float Type Flowmeter)，是基于浮子位置测量的一种变面积流量仪表，一般分为玻

9、璃和金属转子流量计。金属转子流量计是工业上最常用的，对于小管径腐蚀性介质通常用玻璃材质，由于玻璃材质的本身易碎性，关键的控制点也有用全钛材等贵重金属为材质的转子流量计。概述：它可测量液体、气体和蒸气的流量，宜测中小管径(DN4250)的流量。压力损失小且恒定，测量范围比较宽，量程比1：10，工作可靠且刻度线性，使用维修方便，对仪表前后直管段长度要求不高其测量精确度为2左右，受被测液体的密度、粘度、纯净度以及温度、压力的影响，也受安装垂直度的影响。特点： 转子流量计是工业上和实验室最常用的一种流量计。它具有结构简单、直观、压力损失小、维修方便等特点。转子流量计适用于测量通过管道直径150mm的小

10、流量，也可以测量腐蚀性介质的流量。使用时流量计必须安装在垂直走向的管段上，流体介质自下而上地通过转子流量计。玻璃管浮子流量计结构简单，成本低，易制成防腐蚀性仪表，但其强度低。金属管浮子流量计可输出标准信号，耐高压，能实现流量的指示、积算、记 录、控制和报警等多种功能。金属管转子流量计与玻璃转子流量计具有相同的 测量原理，不同的是其锥管由金属制成，这样不仅耐高 温、高压，而且能选择适当的材质以适合各种腐蚀性介质的流量。流量计采用可变面积式测量原理，主要由三大基本部分组成：测量管；锥形浮子或靶式浮子；指示器。浮子的位移量与流量的大小成比例，通过磁耦合系统，以不同接触方式，将浮子位移量传给指示器指示

11、出流量的大小。也可配装不同的转换器，将流量值转换成标准的电远传信号，从而实现远距离显示、记录、积算和控制功能。金属管转子流量计有现场指针显示、LCD显示瞬时和累计流量等。有电池供电、24VDC供电、220VAC供电方式。浮子流量计 原理： 其流量检测元件由一根自下向上扩大的垂直锥形管和一个沿着锥管轴上下移动的浮子所组成，被测流体从下向上经过锥管和浮子形成的环隙时，浮子上下端产生差压形成浮子上升的力，当浮子所受上升力大于浸在流体中浮子重量时，浮子便上升，环隙面积随之增大，环隙处流体流速立即下降，浮子上下端差压降低，作用于浮子的上升力亦随着减少，直到上升力等于浸在流体中浮子重量时，浮子便稳定在某一

12、高度。换个说法：当流量增加时，转子接受流体自下而上的冲力将增加，因而被冲向上方，一到达上面，由于流通截面增加，流速减小，冲力也随之减小。当冲力和差压对转子截面构成的作用力以及粘滞摩擦力等的合力与转子本身在流体中重量相等时，转子即处于一平衡状态，不再上升或下降，这个位置就表示新的流量值。再来看看流量公式：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： 流量系数； 转子与锥形管间 的环形流通面积； 流体密度； 差压。测量原理金属管转子流量计 转子流量计的检测件是一根由下向上 扩大的垂直椎管和一只随着流体流量变化沿着椎管上下移动的浮子。流体自下而上流过浮子时，在浮子上作用有差压、流体

13、动压及摩擦力等，它与浮子向下的重量相平衡，流量增大，向上的力加大，浮子上升，浮子与椎管环隙面积增大，流速降低，因而向上的力减少，直至与浮子重量再次平衡为止。金属管浮子流量计基于定压降、变流通面积测量流量的原理。结构 金属管浮子流量计主要由两大部分组成:测量管和指示器。测量管包括锥管或孔板、导向器、止动器、浮子等部件，指示器包括磁随动系统、指针、刻度盘、线路等组件。被测介质自下而上流经测量管浮子时上下端产生差压形成上升力，当浮子所受上升力大于浸在流体中浮子重量，浮子便上升，环隙面积随之增大，环隙处流体流速迅速下降，浮子上下端差压降低，作用于浮子的上升力随着减小，直到上升力与浸在流体中浮子重量平衡

14、时，浮子便稳定在某一位置，浮子位置的高低即对应着被测介质流量的大小。浮子内置磁钢，在浮子随介质上下移动时，磁场随浮子的移动而变化。对于就地型，由就地指示器中的随动磁钢与浮子内磁钢耦合，而发生转动，同时带动指针，通过刻度盘指示出此时流量大小。对于智能型，由智能型指示器中的随动磁钢与浮子内磁钢耦合，而发生转动，同时带动传感磁钢及指针，通过磁传感器将磁场变化转化成电信号，经AD变换、数字滤波、温度补偿、微处理器处理、DA输出、LCD液晶显示，来显示出瞬时流量及累积流量大小。智能金属管浮子流量计有就地显示型和智能远传型，带有指针显示瞬时流量，液晶显示瞬时和累积流量，上、下限报警输出，脉冲输出，标准的二

15、线制420mA电流输出，Hart协议输出，ModBus协议输出等多种形式。根据测量管结构的不同，该金属浮子流量计分为下进上出、下进上横出、下横进上横出、右进左出、左进右出型、上进下出型。优点： 结构简单，使用维护方便，对仪表前后直管段长度要求不高，压力损失小而且恒定，测量范围比较宽；缺点： 测量精确度相对较低，为2%左右，更适用于中小管径、中小流量和较低雷诺数的流量测量。仪表测量受被测介质的密度、粘度、温度、压力、纯净度影响；应用玻璃转子流量计广泛应用于化工、石油、轻工、医药、环保、食品及计量测试、科学研究等部门，测量单相非脉动流体（液体或气体）的流量。 玻璃转子流量计有较强的耐腐性能，可检测

16、酸（氢氟酸除外）、碱、氧化剂和其它腐蚀性的气体或液体的流量，适用于化工、制药、造纸、污水处理等行业。 金属管浮子流量计是工业自动化过程控制中常用的一种变面积流量测量仪表。它具有体积小，检测范围大，使用方便等特点。它可用来测量液体、气体以及蒸汽的流量，特别适宜低流速小流量的介质流量测量。 金属管浮子流量计用于连续测量封闭管道中液体和气体的体积流量，结构坚固可靠，能适应各种场合的流量测量，具有结构简单、压力损失小、流量范围大、运行可靠、维修方便等特点，广泛应用于国防、石油、化工、冶金、电力、医药、能源等工业部门的流量检测和过程控制。转子流量计选用注意事项 1）转子流量计为低、中等精确度流量计，通用

17、型精确度约为+/-1.5%+/-4%，远传型比就地指示型精确度要低些。它主要是解决小、微流量测量，范围度宽、压损低、价格便宜（玻璃管）。2）该流量计受被测介质物性（密度、粘度）参数影响较大，选用时首先根据被测介质实际使用状态的密度粘度，把流量计示值换算到刻度流量，再选择仪表的流量范围。 3）仪表类型较低，其价格差异亦大，要根据实际使用需要进行选型。玻璃管流量计价格低廉，主要用于现场指示。若温度高于70，应选防罩型以保证安全。转子流量计的安装1.安装使用流量计之前应将管道内的焊渣、杂物 和粉尘吹扫清理干净。2.不能随意松动流量计的固定部分。3.流量计必须竖直安装( 2)，安装时应留有足够的空间，

18、应选择没有震动，便于观察和维修的场所，进口前应有5倍公称通径以上的直管段。4.若流量计的自重在一般安装情况下会引起过大的应力或震动时，应增加固定流量计的支撑。5.若被测流体为脉动流，造成浮子跳动，不能正常工作时，应在流量计的上游安装适当尺寸的缓冲器或定值器以消除或减弱脉动。6.用于测量气体时，为使流量计稳定工作，被测气体压力一般应不小于0.1MPa，流量计上游侧阀门全开，下游阀门用于调节流量，而且下游阀门应安装在流量计出口直径5倍长度的直管段内，不得远离。7.当被测流体中含有较大颗粒物质或较脏时，应在流量计的上游安装过滤器，若含有导磁物质时，应安装磁过滤器，对小口径流量计应特别注意。8.流体在

19、测量管内的流动方向由下而上不得到流，管路中如有可能出现倒流，特别是由水锤作用时，为了不损坏流量计，应在流量计下游阀门初安装单项逆止阀。为便于检查、维修、更换流量计和清洗管路的需要，最好安装旁通管路9.严禁与大于1000高斯的强磁场接触，流量计集中使用时的间距不得小于0.3米。转子流量计的使用和维护流量计投入运行时应注意缓慢开启，防止流体冲击而损坏管路和仪表。运行过程中上游阀门应处于全开状态，用下游阀门调节流量，在测量气体时应特别注意。防止紧固件松动。一般情况下，仪表不需要维修，但如果测量管和浮子被污染时，就必须进行清洗。清洗时，流量计应从管路上拆下来并断开所有连线。用于腐蚀性或有毒介质的仪表，

20、拆下时，要采取适当的防范措施，避免残留无造成危害。清洗浮子时应避免浮子最大径受到损伤而影响测量的准确度。流量计的指示器一般只需要清洁一下，无需调整。要排尽液体用仪表内气体进出口不在直线的角型金属浮子流量计，用于液体时注意外传浮子位移的引申套管内是否残留空气，必须排尽；若液体含有微小气泡流动时极易积聚在套管内，更应定时排气。这点对小口径仪表更为重要，否则影响流量示值明显。流量值做必要换算 若非按使用密度、粘度等介质参数向制造厂专门定制的仪表，液体用仪表通常以水标定流量，气体仪表用空气标定，定值在工程标准状态。使用条件的流体密度、气体压力温度与标定不一致时，要做必要换算。换算公式和方法各制造厂使用

21、说明书都有详述。金属管浮子流量计常见故障及处理一、指针抖动： 1轻微指针抖动：一般由于介质波动引起。可采用增加阻尼的方式来克服。 2中度指针抖动：一般由于介质流动状态造成。对于气体一般由于介质操作压力不稳造成。可采用稳压或稳流装置来克服或加大浮子流量计气阻尼。 3剧烈指针抖动：主要由于介质脉动，气压不稳或用户给出的气体操作状态的压力、温度、流量与浮子流量计实际的状态不符，有较大差异造成浮子流量计过量程。二、指针停到某一位置不动 主要原因是浮子流量计的浮子卡死。 一般由于浮子流量计使用时开启阀门过快，使得浮子飞快向上冲击止动器，造成止动器变形而将浮子卡死。但也不排除由于浮子导向杆与止动环不同心，

22、造成浮子卡死。处理时可将仪表拆下，将变形的止动器取下整形，并检查与导向杆是否同心，如不同心可进行校正，然后将浮子装好，手推浮子，感觉浮子上下通畅无阻卡即可，另外，在浮子流量计安装时一定要垂直或水平安装，不能倾斜，否则也容易引起卡表并给测量带来误差。 三、测量误差大 1安装不符合要求 对于垂直安装浮子流量计要保持垂直，倾角不大于20度；对于水平安装浮子流量计要保持水平，倾角不大于20度 。浮子流量计周围100mm空间不得有铁磁性物体。安装位置要远离阀门变径口、泵出口、工艺管线转弯口等。要保持前5D后250mm直管段的要求。 2液体介质的密度变化较大也是引起误差较大的一个原因。由于仪表在标定前，都将介质按用户给出的密度进行换算，换算成标校状态下水的流量进行标定，因此如果介质密度变化较大，会对测量造成很大误差。解决方法可将变化以后的介质密度带入公式，换算成误差修正系数，然后再将流量计测出的流量乘以系数换成真实的流量。3气体介质由于受到温度压力影响较大，建