速度式流量计

速度式流量计1/31/202311速度式流量计是以测量管道内流量的平均速度u来测量流量的仪表。由于测量速度的方法很多，所以速度式流量计根据被测物理量的不同，有很多种不同的测量原理。1/31/2023211/31/202331结构分类1、有可动部件容积式流量计和部分速度式流量计2、没有可动部件差压式流量计和部分速度式流量计3、没有阻碍流体流动的部件部分速度式流量计1/31/202341速度式流量计分类一、叶轮式流量计二、电磁流量计三、旋涡流量计四、超声波流量计1/31/202351

1.1涡轮流量计

1.2分流旋翼流量计

1.3水表

利用置于流体中的叶轮的旋转角速度与流体流速成比例的关系，通过测量叶轮的转速来反映通过管道的体积流量大小。一、叶轮流量计1/31/2023611.1涡轮流量计精度高，测量范围宽，压损小，耐高压，耐腐蚀，对被测介质清洁度要求较高，适用于中等口径（直径在500-600mm以下）。不能长期保持校准特性，需要定期校验。在一定的流量范围内，对于一定的流体介质粘度，涡轮的旋转角速度与通过涡轮的流量成正比。适用于轻质成品油、石化产品等液体和空气、天然气等低粘度流体介质，通常用于流体总量的测量。1/31/202371在某一流量范围和一定介质粘度范围内，涡轮流量计输出的信号脉冲频率f与通过涡轮流量计的体积流量qv成正比。即：K为涡轮流量计的仪表系数（1/L或1/m3）,使用范围内，K

应为一常数。

1、涡轮流量计工作原理1/31/2023812、涡轮流量计仪表系数仪表系数K的意义是单位体积流量（或单位体积的流体量）通过涡轮流量传感器时传感器输出的信号脉冲频率f（或信号脉冲总数N）我们希望K为一个常数K与成一定的函数关系

1/31/202391机械摩擦力矩流体阻力矩1/31/2023101⑴理想特性曲线设：即可以忽略机械摩擦阻力和流体阻力则：在图上为一平行于横轴的直线。3、涡轮流量计特性分析1/31/2023111⑵始动流量实际涡轮必须克服轴承的静摩擦力矩后才能转动。我们将涡轮克服静摩擦力矩所需的最小流量称为始动流量涡轮流量计特性分析1/31/2023121⑶层流特性层流流动状态时仪表系数将随流量的增加而增加。涡轮流量计特性分析1/31/2023131⑷紊流特性紊流流动状态下仪表系数仅与仪表本身结构参数有关

涡轮流量计特性分析1/31/2023141涡轮流量计特性曲线1/31/2023151涡轮流量计误差特性曲线1/31/20231614、涡轮流量计的优点

（1）精度高

液体：±0.2%R～±0.5%R，气体：1%R～±1.5%R，特殊专用型可达±0.5%R～±1%R；（2）测量范围较宽，一般为10∶1，可达30∶1；（3）重复性好

可达0.05%～0.2%，甚至0.05%；（4）压力损失较小；（5）耐高压，可用于高压流体和气体的测量；（6）数字信号输出，容易进行累积显示，便于远距离传送和计算机数据处理，无零点漂移，抗干扰能力强。1/31/2023171（1）不能长期保持校准特性，需要定期校验；（2）不适用于较高粘度的介质；（3）流体物性(密度、粘度)对流量特性有较大影响；（4）易受来流流速分布畸变的影响；（5）对被测介质清洁度要求较高，限制了其使用领域；（6）小口径（50以下）仪表的流量特性受物性影响严重，故小口径仪表的性能难以提高。5、涡轮流量计的局限性

1/31/20231816、安装使用和维护

安装：直管段长度，同心，无突出，调节阀位置，旁路等。使用和维护：启闭阀门应尽可能平缓，一定背压，定期校验仪表系数，保持过滤器畅通。流体物性的影响：温度、压力、密度、粘度等的影响。1/31/2023191涡轮流量计常用于水、压缩空气、天然气以及轻质成品油、石化产品等低粘度流体介质的流量测量，贸易结算（流体总量的测量）。可作为液体、气体的标准流量计使用。可用于液氮等低温介质的流量测量。7、涡轮流量计的应用

1/31/2023201南京天然气流量站主要指标

（1）设计压力：10MPa；（2）检定压力：2.5～9.6MPa；（3）检定温度：10～16℃；（4）工况检定流量：8～12000m3/h；（5）被检流量计口径：DN50～DN400；（6）流量测量准确度：0.25级；1/31/2023211（7）原级标准

1）工况流量：8～443m3/h；2）测量不确定度：0.10%；（8）次级标准

1）工况流量：8～3160m3/h；2）测量不确定度：0.20%；

（9）工作标准

1）工况流量：8～12000m3/h；2）测量不确定度：0.25%；（10）核查标准

1）工况流量：20～12000m3/h；2）测量不确定度：0.30%；（11）移动式标准

1）工况流量：80～8000m3/h；2）测量不确定度：0.35%。1/31/20232211/31/20232311/31/20232411/31/20232511.2分流旋翼流量计翼轮的转速与流经分流管的流量成正比。是主要用来测量气体、蒸汽等累积流量的经济型仪表。1/31/2023261分流旋翼式流量计1/31/2023271分流旋翼流量计的特点以中小流量为主，是孔板流量计的补充；直接安装在流程管道上，似水表，安装方便；现场直读蒸汽质量流量，无需电源，使用非常方便；更换分流孔板就可调整流量测量范围；价格低廉，精确度适中；翼轮部件等易损坏。1/31/20232811.3水表是一种连续测定水量的积算式流量计叶轮式水表，利用水流推动叶轮旋转并累积流量，用于实际水量测量。（旋翼式、螺翼式）容积式水表，价格相对较高。有用于洁净水表，实验研究；1/31/2023291水表的分类原理：速度式水表，容积式水表；叶轮：旋翼式水表，螺翼式水表；等级：A、B、C、D；口径用途：民用水表小口径，工业用水表大口径；温度：冷水表，热水表；压力：普通水表，高压水表；计数器：湿式水表、干式水表，液封水表；指示：指针式、字轮式、组合式信号：就地指示水表，远传水表，卡式水表。1/31/2023301水表误差曲线1/31/2023311水表术语、符号、技术参数公称流量，常用流量最大流量，过载流量分界流量，分界流量最小流量，最小流量85规程96标准返回1/31/2023321二、电磁流量计电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律制成的，用来测量导电液体体积流量的仪表。其输出只与被测介质的平均流速成正比。无压损，可测量脏污介质、腐蚀性介质及悬浮性液固两相流的流量。口径范围极宽，不能用来测量不导电液体和气体、蒸汽以及含有大量气体的液体，一般只能在常温、常压下工作。1/31/20233311、电磁流量计的组成1/31/2023341在磁感应强度为B的均匀磁场中，垂直于磁场方向放一个内径为D的不导磁管道，当导电液体在管道中以流速u运动时，导电液体就切割磁力线，如果在管道截面上垂直于磁场的直径两侧安装一对电极（如下图所示），则可以证明，只要管道内流速分布为轴对称分布，两电极间将产生感生电势

2、电磁流量计的测量原理1/31/20233511/31/20233613、电磁流量计的励磁方式

提供什么形式的磁场给电磁流量计。不同的磁场波形，直接决定了电磁流量传感器工作磁场的特征，也基本上决定了电磁流量计流量信号的处理方法，对电磁流量计的工作性能有很大的影响。自电磁流量计进入商用化以来，励磁方式始终是人们研究电磁流量计的热点问题。

1/31/2023371励磁方式直流励磁技术；交流励磁技术；低频矩形波励磁技术；三值矩形波励磁技术；双频励磁技术。1/31/2023381利用永磁体或者直流电源给电磁流量传感器励磁绕组供电，以形成恒定的直流磁场方法简单可靠、受工频干扰影响小，流体中的自感现象可以忽略不计易产生电极表面极化现象，存在零点漂移、噪声和稳定性问题直流励磁方式1/31/2023391交流励磁方式利用正弦波工频（50Hz）电源给电磁流量传感器励磁绕组供电可基本上消除电极表面的极化现象，降低电极电化学电势的影响和传感器内阻存在较大电磁干扰和噪声，主要有正交干扰（又称90干扰）和同相干扰1/31/2023401低频矩形波励磁方式结合了直流励磁和交流励磁技术的优点，同时避免了它们缺点频率通常为工频的偶数分之一（一般为1/2～1/32）在上升沿和下降沿处，必然存在正交干扰（微分干扰），可在电路处理和采样时消除

1/31/2023411三值矩形波励磁技术方式实现在零态时动态校正零点，因而具有更优良的零点稳定性励磁电流一般采用工频的1/8频率，以+B，0，B三值进行励磁可进一步降低励磁功耗，实现电磁流量计的小型轻量一体化1/31/2023421双频励磁方式三值低频矩形波励磁零点稳定，但无法抑制低频噪声较高频率的矩形波磁场能消除低频噪声，但一般其零点稳定性欠佳双频矩形波励磁技术，其磁场波形的高频部分是75Hz的矩形波，外包络线是1/8工频的低频矩形波1/31/20234311/31/2023441测量管+磁路系统+电极对传感器要求：（1）能提供一个足够大的且与流量成正比的电势信号；（2）能把干扰信号抑制到最小程度，使信噪比足够大；（3）能适应恶劣环境条件，工作可靠。4、电磁流量传感器的结构要求

1/31/2023451测量管非导磁材料

高阻抗材料

管壁应尽量薄

测量管内侧应有一完整的绝缘衬里

1/31/2023461磁路系统

（1）变压器铁芯式

一般用于测量管口径小于10mm的传感器

（2）集中绕组式

一般用于口径在10mm到100mm的传感器

（3）分段绕组式

一般用于口径大于100mm的传感器

1/31/20234715、电磁流量转换器的结构要求⑴线性放大能力

⑵能够分辨和抑制各种干扰信号⑶应有足够高的输入阻抗⑷应能消除电源电压和频率波动的影响

1/31/20234811/31/2023491励磁方式：直流、交流、低频方波、双频组成：分离型、一体型连接方式：法兰连接、夹装连接、螺纹连接用途：通用型、防爆型、卫生型、潜水型、插入型

6、电磁流量计的分类1/31/20235018、电磁流量计的选用

⑴结构型式：通用型、防爆型、卫生型、潜水型；⑵精度等级：0.2%～1%R；⑶流速、流量与口径：经济流速1.5～3m/s，理论上没有限制；⑷衬里和电极材料：根据介质选择。1/31/20235119、电磁流量计的安装

⑴电磁流量传感器安装安装场所－电动机、变压器、强腐蚀性气体直管段长度安装位置和流动方向旁路管接地⑵电磁流量转换器安装1/31/2023521a，b良好位置c，d，e，f不良位置1/31/2023531电磁流量计常用于化工、冶金、轻纺、给水和污水处理等工业领域导电流体的流量测量，贸易结算（流体总量的测量）。常作为水流量装置的标准流量计使用。10、电磁流量计的应用

1/31/2023541安装问题或背压不够造成管内未充满被测液体或被测液体中带有少量气体；液体中含有粉状、纤维等固体造成电极表面污染，导电层沉积或绝缘层沉积；可能有结晶的液体慎用电磁流量计；电极和接地环材料选择不当；液体电导率超过允许范围等。应用中易遇到的问题

1/31/2023551实例：1、某船厂的DN80电磁流量计测水，关闭阀门流量为零时，流量计输出达到满刻度。检查发现流量计后仅有一短管，水直接排入大气，阀在传感器上游。关闭阀门后传感器测量管内造成空管。阀门改到传感器下游，问题解决。1/31/20235612、某厂用DN80的电磁流量计测量和控制饱和食盐电解液流量，起初正常，间断2月后，显示值越来越小，直到接近为零。检查发现流量计内绝缘层表面沉积了一层黄锈，擦拭清洁后仪表运行正常。实例：返回1/31/2023571三、旋涡流量计

旋涡流量计是利用流体振动原理进行流量测量的仪表。即在特定流动条件下，流体一部分动能产生流体振动，且振动频率与流体的流量有一定关系。类型有：涡街流量计；旋进旋涡流量计；射流流量计。1/31/20235811、涡街流量计测量精度较高，压力损失小，测量范围较大，适用范围较广，适用于液体、气体、蒸汽的流量测量和总量测量；不适用于低雷诺数的流量测量；不适用于管内有较严重的旋转流以及管道产生振动的场所；不适用于测量两相流和脉动流。1/31/2023591测量原理图1/31/2023601根据卡门涡街原理，旋涡频率f与管内平均流速u有如下关系

斯特劳哈尔数（Strouhal无量纲系数）1/31/2023611在斯特劳哈尔数St为常数的基础上，通过涡街流量计的体积流量与旋涡频率成正比。仪表系数K仅与旋涡发生体几何参数有关，而与流体物性和组分无关，不受流体的压力、温度、粘度、密度、成分的影响。试验表明，水的特性与空气的特性基本一致。1/31/20236211/31/20236311/31/2023641旋涡的发生与稳定有一个钝截面形状（即非流线形的），形状和结构尽量简单；应是上下截面形状相同，左右对称的柱形体；能控制旋涡在轴线方向上同步分离，并有稳定的旋涡分离点；柱形要有一定的陡度以产生强烈的涡街，提高信噪比；固有频率应在旋涡信号频率以外。1/31/2023651旋涡信号检测技术（1）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、电容等检测技术。（2）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（光纤）、电磁等检测技术1/31/20236611）用安装在旋涡发生体内的检测元件直接检测发生体两侧差压的方式；2）在旋涡发生体上开设导压孔，在导压孔中安装检测元件，检测发生体两侧差压的方式；3）检测旋涡发生体周围交变环流的方式；4）检测旋涡发生体背面交变差压的方式；5）检测尾流中旋涡列的方式。旋涡信号检测方式1/31/2023671（1）电容式涡街流量计；（2）应力式涡街流量计；（3）应变式涡街流量计；（4）振动体式涡街流量计；（5）光电式涡街流量计；（6）热敏式涡街流量计；（7）超声式涡街流量计；（8）磁电式涡街流量计；（9）差压式涡街流量计。1/31/2023681涡街流量计的参数与应用测量精度：

对于液体为

±0.5%R—±1%R；对于气体和蒸汽为±1%R—±1.5%R；对于插入式仪表为

±2%R重复性：±0.2%R—±0.25%R1/31/2023691仪表系数：仪表工作状态与标定状态相差较大时，应对仪表系数进行修正

涡街流量计的参数与应用1/31/2023701仪表系数修正系数温度修正系数

—传感器测量管材料线膨胀系数；

—旋涡发生体材料线膨胀系数；两相流修正系数，一般在0.9940—0.9950之间，容积含气率不大于10%1/31/2023711雷诺数修正系数

管径偏差修正系数传感器内径DN，配管内径D

雷诺数范围

雷诺数范围

5000—6000

1.12

9000—10000

1.047

6000—7000

1.08

10000—12000

1.036

7000—8000

1.065

12000—15000

1.023

8000—9000

1.055

15000—40000

1.0111/31/2023721涡街流量计安装使用

安装场所：避开强电力设备，强烈振动设备直管段长度：一般应不小于20D直径差异应满足的要求

安装位置和流动方向旁路管1/31/2023731涡街流量计常用于液体、气体、蒸汽的流量测量和总量测量；测量蒸汽时，压损比传统的差压式流量计小很多，运行成本低，而且可大大节省仪表安装和维护费用。测量精度不仅与仪表本身有关，还与温度、压力变送器的配合，管道振动、脉动流和系统问题等因素有关。涡街流量计的应用1/31/2023741应用实例1、安全阀动作产生的误差1/31/2023751运行几年一直正常，99年1月开始发生变化，汽耗增加70％，用户提出异议；供方检查发现，瞬时流量1.6t/h，分配器压力0.46MPa（设计值为1t/h和0.35MPa），热力公司认为正常；第三方检查，调节到设计参数附近时，流量865kg/h，需方认为正常，建议提高分配器压力发现问题，安全阀动作。1/31/20237612、脉动流的影响应用实例1/31/2023771某轮胎厂新建35t/h锅炉供3.9MPa饱和蒸汽，投运后，蒸汽总表与分表和相差≤1%，锅炉汽水平衡也较好；3周后，除氧器流量突增，分表和超出20％；检查分配器发现，除氧器管路有异常振动，设计3.9MPa蒸汽减压至0.6MPa后供除氧器使用，但减压后压力在0.1-0.8MPa之间大幅周期摆动，如下图：1/31/20237811/31/20237912、旋进旋涡流量计利用起旋器使流体强迫旋转，根据旋涡进动现象为机理的一种流量计；与涡街流量计相比，它具有较短的表前直管段长度要求和较低的下限流量；流动损失较大；适用于某些涡街流量计不宜使用的应用场合。1/31/20238013、射流流量计是利用喷流的附壁效应和控制喷流反馈，产生流体振动的原理设计制造的另一种流体振动流量计在一些特殊测量场合（如高温、辐射、振动等）使用更显其优越性。对较低流速敏感是它的另一大特点。1/31/2023811四、超声流量计

利用声波在