华北理工自动检测技术课件第4章 流量测量

第4章流量测量本章介绍了体积式流量计、质量流量计和流量标准装置。返总目录教学目录：4.1概述4.2差压式流量计4.3转子流量计4.4靶式流量计4.5速度式流量计4.6容积式流量计4.7质量流量计4.8流量校验系统4.9流量计的应用返总目录4.1概述4.1.2流量计的分类重点：流量的概念。难点：流量的计算公式。重点：流量的测量方法。难点：流量计的测量特性。4.1.1流量的概念返本章目录4.1.1流量的概念流体的流量是指在短暂时间内流过某一流通截面的流体数量与通过时间之比。体积流量质量流量返本节目录返本章目录4.1.2流量计的分类1．流量测量方法流量检测方法可以归纳为体积流量检测和质量流量检测两种方式。

2.流量计的测量特性（1）流量方程式

（2）仪表系数（3）压力损失

返本节目录返本章目录4.2差压式流量计差压式流量计是在流通管道上设置流动阻力件，流体通过阻力件时将产生压力差，此压力差与流体流量之间有确定的数值关系，通过测量差压值可以求得流体流量。最常用的差压式流量计是由产生差压的装置和差压计组合而成。返本章目录4.2差压式流量计4.2.2节流装置

重点：节流式流量计测量原理。难点：流量系数。重点：标准节流装置、取压方式。难点：取压方式。4.2.1节流式流量计测量原理4.2.3节流装置的其他辅件

重点：冷凝器、集气器和沉降器。难点：隔离器。返本章目录4.2差压式流量计4.2.4节流式流量计的安装使用

重点：节流装置、差压计、引压管的安装。难点：导压管路的安装。重点：均速管流量计。难点：弯管流量计。4.2.5其他差压式流量计

返本章目录4.2.1节流式流量计测量原理1.节流的概念节流就是流体在流动中因流通面积变小而受到局部收缩的现象。

返本节目录返本章目录vpP1δP2v1v3x3.可压缩流体的流量方程式表示为4.2.1节流式流量计测量原理

α是流量系数，与节流元件形式、直径比、取压方式、流动雷诺数Re及管道粗糙度等多种因素有关。由于影响因素复杂，通常流量系数α要由实验来确定。

返本节目录返本章目录2.不可压缩流体的流量方程为4.2.2节流装置1.标准节流装置目前国际上规定的标准节流装置有：标准孔板、标准喷嘴、文丘利管、文丘利喷嘴和长径喷嘴，常用的是前三种。返本节目录返本章目录前后直管段节流元件取压装置（1）标准孔板标准孔板是一块中心有圆孔的金属薄圆平板，圆孔的入口朝着流体流动方向，并有尖锐的直角边缘。4.2.2节流装置返本节目录返本章目录节流孔板后取压管

前取压管（2）标准喷嘴标准喷嘴是由圆弧曲面构成的入口收缩部分和与之相接的圆筒形喉部组成，当m（=d2/D2=β2）取值在不同范围时，标准喷嘴形状略有不同。4.2.2节流装置返本节目录返本章目录（3）文丘利管文丘利管具有圆锥形的入口收缩段和喇叭形的出口扩散段。它能使压力损失显著地减少，并有较高的测量精度。但加工困难，成本最高，一般用在有特殊要求如低压损、高精度测量的场合。4.2.2节流装置返本节目录返本章目录2.非标准节流装置

（1）1/4圆喷嘴

1/4圆喷嘴的开孔入口形状是半径为r的1/4圆弧，它主要用于低雷诺数下的流量测量。

（2）锥形入口孔板锥形入口孔板与标准孔板形状相似，只是入口为45º锥角，相当于一只倒装孔板。（3）圆缺孔板圆缺孔板主要用于脏污、有气泡析出或有固体微粒的液体流量测量，其开孔在管道截面的一侧，为弓形开孔。（4）V内锥流量计它是利用内置V形锥体在流场中引起的节流效应来测量流量。4.2.2节流装置返本节目录返本章目录3.节流装置的设计和计算1）已知管道内径及现场布置情况，已知流体的性质和工作参数，给出流量测量范围，要求设计标准节流装置。

2）已知管道内径及节流件开孔尺寸、取压方式、被测流体参数等必要条件，要求根据所测得的差压值计算流量。4.2.2节流装置返本节目录返本章目录4.取压装置（1）角接取压:适用于孔板和喷嘴，上、下游取压点分别在节流元件的前、后端面处。1）环室。取得节流元件的前、后端面处的平均压力。2）夹紧环。也叫单独钻孔，结构简单，制作方便，但取压不均匀，误差较大，一般用于D>200mm，直管段较长及差压值较大的情况下。4.2.2节流装置返本节目录返本章目录4.2.2节流装置（2）法兰取压：上、下游侧取压孔开在固定节流元件的法兰上，分别与节流元件前、后端面距离1吋（=25.4mm。适用于标准孔板。此法的法兰加工方便，管径较大时，测量精度较高。（3）径距取压：上游侧取压孔距离节流元件前端面D，下游侧取压孔距离节流元件后端面D/2。适用于标准孔板。在开孔截面积比m<0.54时下游0.5D处近似于最小截面，此时测量精度高。

返本节目录返本章目录4.2.3节流装置的其他辅件1.冷凝器

被测流体是蒸汽或湿气体时，在导压管内要积存凝结水。为了使前后导压管内液位高度保持不变或相等，常采用冷凝器。返本节目录返本章目录2.集气器和沉降器

当被测介质为液体时，为防止液体中析出的气体进入差压计，引起测量误差，我们常在导压管的最高处放置集气器。集气器上有排气阀，可定期排出积存的气体。为了防止液体中析出的沉淀物堵塞导压管，我们又在导压管的最低处放置沉降器及排污阀，以便定期排除污物。4.2.2节流装置返本节目录返本章目录差压计

+-4.2.3节流装置的其他辅件3.隔离器对于高粘度，腐蚀性强，易冻结或易析出固体颗粒的液体，应采用隔离器，将被测流体与差压计隔开。返本节目录返本章目录1.节流装置的安装1）节流装置必须安装在直管道上。2）节流元件的开孔与管道必须同轴。3）节流装置前2D以内的管道内径D20′与管道内径的计算值D20的最大偏差要小于规定限度。4）节流元件在安装之前应保护好开孔边缘的尖锐和表面光洁度。4.2.4节流式流量计的安装使用返本节目录返本章目录2.导压管路的安装1）管道弯曲处应有均匀的圆角严防有磕碰或压扁现象。2）导压管应垂直或倾斜敷设。3）两导压管应该尽量靠近、平行敷设。4）导压管要采取防烘烤、防冻结等措施。5）全部导压管管路要密封无漏。6）要根据测量条件加装集气器等装置。4.2.4节流式流量计的安装使用返本节目录返本章目录3.差压计的安装（1）差压计的安装要十分注意安装现场的条件。（2）差压计之前要装三阀组（或平衡阀），在投入运行或拆修之前，要先打开平衡阀，再打开或关闭截止阀，可以起到单向过载保护作用。4.2.4节流式流量计的安装使用返本节目录返本章目录1.均速管流量计一般在测量管的迎流方向开有对称的两对总压检出孔，在测量管内平均取得反映截面平均流速的总压。静压检出孔则面向下游，测得流体静压由静压管引出。

4.2.5其他差压式流量计

返本节目录返本章目录2.弯管流量计当流体通过管道弯头时，受到角加速的作用而产生的离心力会在弯头的外半径侧与内半径侧之间形成压差。取压口开在45°角处，两个取压口要对准。4.2.5其他差压式流量计

返本节目录返本章目录4.3转子流量计转子流量计也是利用节流原理测量流体的流量，但它的差压值基本保持不变，是通过节流面积的变化反映流量的大小，故又称恒压降变截面流量计，也有称作浮子流量计。返本章目录4.3转子流量计4.3.2转子流量计的刻度换算与量程调整

重点：转子流量计的工作原理。难点：转子流量计的流量方程式。重点：刻度换算。难点：量程调整。4.3.1转子流量计的原理及结构

重点、难点：安装使用规程。4.3.3转子流量计的安装使用

返本章目录1.转子流量计的工作原理4.3.1转子流量计的原理及结构流量方程式返本节目录返本章目录4.3.1转子流量计的原理及结构转子流量计产品图返本节目录返本章目录

2.转子流量计的结构（1）直读式转子流量计直读式转子流量计主要由玻璃锥形管、浮子、和支撑结构组成。流量标尺直接刻在锥形管上，由浮子位置高度读出流量值。玻璃管转子流量计的锥形管刻度有流量刻度和百分比刻度两种。（2）远传式转子流量计远传式转子流量计可采用金属锥形管，它的信号远传方式有电动和气动两种类型，测量转换机构将浮子的移动转换为电信号或气信号进行远传及显示。

4.3.1转子流量计的原理及结构返本节目录返本章目录1.刻度换算转子流量计是一种非通用性仪表，出厂时需单个标定刻度。测量液体的转子流量计用常温水标定，测量气体的转子流量计用常温常压（20℃，1.01325×105Pa）的空气标定。在实际测量时，如果被测介质不是水或常温常压下的空气，则流量计的指示值与实际流量值之间存在差别，因此要对其进行刻度换算修正。（1）液体流量的换算4.3.2转子流量计的刻度换算与量程调整

返本节目录返本章目录4.3.2转子流量计的刻度换算与量程调整

2）当被测气体及其工作压力、温度均与标定时不同时，有

（2）气体流量的换算

1）当被测气体的工作压力和温度与标定条件相同时返本节目录返本章目录4.3.2转子流量计的刻度换算与量程调整例4-1用一转子流量计测量40℃，压力是55.66kPa（表压）的氧气流量，流量计读数为100m3/h，流量计出厂前是在20℃，压力是101.32kPa（绝对压力）下用空气标定的，问氧气的实际流量？（已知在标定条件下氧气密度1.331kg/m3，空气密度1.205kg/m3，转子流量计使用地区的大气压为101.32kPa）解：首先将压力换算成绝对压力，温度换算成开尔文温度：P0=101.32kPap′=(101.32+55.66)kPa=156.98kPaT0=20+273.15=293.15KT′=40+273.15=313.15Kqv0=100m3/h返本节目录返本章目录2.量程调整当被测介质与标定介质相同，而转子材料用密度为ρf′的材质代替密度为ρf的材质时，有4.3.2转子流量计的刻度换算与量程调整

例4-2

现有一台用于测量水流量的转子流量计，测量范围为0～50m3/h，转子密度为2.7g/cm3，欲将此流量计测量范围变更为0～100m3/h，需对转子做何调整？（已知水的密度为1.0g/cm3）解：

ρf′=7.8g/cm3返本节目录返本章目录4.3.3转子流量计的安装使用

安装使用规程：返本节目录返本章目录1）工作环境温度低于60℃，防震、防晒、防雨淋，便于操作。2）转子流量计应垂直安装在管道上，倾斜不得大于30′，流体必须自下而上通过流量计。

3）流量计前后应有截止阀，并安装旁通管道。仪表投运时，要先开旁路阀，再将前、后截止阀按顺序缓慢开启，投入运行后，关闭旁路阀；仪表停运时，要先开旁路阀，再关截止阀。4）仪表前后应用五倍管道内径的直管段，有时要在仪表之前安装过滤器。4.3.3转子流量计的安装使用

返本节目录返本章目录4.4靶式流量计在管道中垂直于流动方向安装一圆盘形阻挡件，称之为“靶”。流体经过时，由于受阻将对靶产生作用力，此作用力与流速之间存在一定关系。通过测量靶所受作用力，可以求出流体流量。返本章目录4.4靶式流量计4.4.2靶式流量计的结构及安装使用

重点：靶式流量计的安装、使用、标定与特点。难点：靶式流量计的使用。4.4.1靶式流量计的工作原理

4.4.4靶式流量计的特点

4.4.3靶式流量计的标定

返本章目录流量方程：

4.4.1靶式流量计的工作原理

返本节目录返本章目录沥青流量计耐腐蚀性衬氟流量计1.靶式流量计的结构靶式流量计由靶装置和测力装置两部分组成。靶装置主要是将流动流体在靶上产生的力，通过挠性管或支点膜片传递给测力装置。测力装置是把靶装置传递过来的力通过力平衡机构和放大装置，转换成统一电信号或气信号输出，由显示仪表显示流量值。4.4.2靶式流量计的结构及安装使用

返本节目录返本章目录温压补偿式流量计

2.靶式流量计的安装使用

由于靶有节流作用，在靶的前后也要保证一定长度的直管段。一般地，靶前是(6～8)D的直管段长度，靶后是(4～5)D的直管段长度。要保持靶与管道同轴，迎者流向的面要与管道轴线垂直。4.4.2靶式流量计的结构及安装使用

返本节目录返本章目录靶式流量计截止阀1.干式标定法就是采用砝码挂重的方法代替靶上所受作用力，用来校验靶上受力与仪表输出信号之间的对应关系，并可调整仪表的零点和满量程。干式标定法的实质是对靶式流量计测力装置的标定。

4.4.3靶式流量计的标定

返本节目录返本章目录v力平衡式变送器密封膜片靶测量导管靶杆4.4.3靶式流量计的标定2.湿校靶式流量计主要是用来测量液体流量的，而液体介质的种类很多，制造厂不可能用各种介质进行标定，只能采用统一的有代表性的液体进行校验，这个介质就是水。所以，湿校也叫水校。进水量可调标准流量计被校流量计返本节目录返本章目录

靶式流量计结构比较简单，维护方便，不易堵塞，适于测量高黏度、高脏污及有悬浮固体颗粒介质的流量。其缺点是压力损失大，测量精度不太高。

4.4.4靶式流量计的特点

返本节目录返本章目录4.5速度式流量计速度式流量计的测量原理均基于与流体流速有关的各种物理现象，仪表的输出与流速有确定的关系，即可知流体的体积流量。工业生产中使用的速度式流量计种类很多，新的品种也不断开发，它们各有特点和适用范围。返本章目录4.5速度式流量计4.5.2电磁流量计

重点：各种流量计的原理、特点、使用方法。难点：各种流量计的使用方法。4.5.1涡轮流量计

4.5.4超声流量计

4.5.3涡街流量计

返本章目录1.结构和流量方程流量计主要由壳体、导流件、轴承、涡轮和磁电转换器组成。4.5.1涡轮流量计

流量方程式：返本节目录返本章目录4.5.1涡轮流量计

2.涡轮流量计的特点和使用涡轮流量计可以测量气体、液体流量，但要求被测介质洁净，并且不适用于黏度大的液体测量。（1）优点（2）缺点返本节目录返本章目录（3）安装使用：涡轮流量计一般应水平安装，并保证其前后有一定的直管段，一般表前是10倍管道直径，表后是5倍管道直径。为保证被测介质洁净，表前应装过滤装置。如果被测液体易汽化或含有气体时，要在仪表前装消气器。1.原理及结构（1）测量原理

导电流体在磁场中垂直于磁力线方向流过，在流通管道两侧的电极上将产生感应电势，感应电势的大小与流体速度有关，通过测量此电势可求得流体流量。4.5.2电磁流量计

返本节目录返本章目录（2）电磁流量计的结构

电磁流量计的测量主体由磁路系统，测量导管，电极和调整转换装置等组成。流量计由非导磁性的材料制成导管，测量电极嵌在管壁上，若导管为导电材料，其内壁和电极之间必须绝缘，通常在整个测量导管内壁装有绝缘衬里。4.5.2电磁流量计

返本节目录返本章目录2.电磁流量计的特点电磁流量计的测量导管中无阻力件，压力损失极小；其流速测量范围宽，为0.5～10m/s；范围度可达10:1；流量计的口径可从几毫米到几米以上；流量计的精度0.5～1.5级；仪表反应快，流动状态对示值影响小，可以测量脉动流和两相流。4.5.2电磁流量计

返本节目录返本章目录1.组成及流量方程4.5.3涡街流量计

卡门涡街流量方程式返本节目录返本章目录2.涡街流量计的优缺点及安装使用（1）涡街流量计的优点（2）涡街流量计的局限性（3）涡街流量计的安装使用：涡街流量计可以水平安装，也可以垂直安装。在垂直安装时，流体必须自下而上通过，使流体充满管道。在仪表上、下游要求一定的直管段，下游长度为5D，上游长度根据阻力件形式而定，约15D～40D，且上游不应设流量调节阀。4.5.3涡街流量计

返本节目录返本章目录1.超声流量计的工作原理两个传播时间与流速之间的关系可写为4.5.4超声流量计

返本节目录返本章目录4.5.4超声流量计

2.超声换能器的结构原理压电式换能器主要是利用压电晶体的压电效应来实现能量转换的。3.超声换能器的安装方式比较就超声换能器的安装方式来说，夹装式较插入式有许多优点。夹装式可以便携使用，插入式是固定的；插入式换能器与被测介质接触有腐蚀、粘结和沉淀等问题，夹装式换能器装在管道外表面，不与被测介质接触，不会遇到前述问题。4.超声流量计的测量准确度

返本节目录返本章目录4.6容积式流量计容积式流量计是直接根据排出体积进行流量累积的仪表，他利用运动元件的往复次数或转速与流体的连续排出量成比例的关系对被测流体进行连续的检测。4.6.2腰轮流量计

4.6.1椭圆齿轮流量计

4.6.3皮膜式家用煤气表

重点：各种容积流量计的工作原理、结构、特点。难点：各种容积流量计的特点。返本章目录1.原理两个椭圆齿轮在转动过程中连续不断地将充满在齿轮与壳体之间的固定体积内的流体一份份地排出。齿轮的转数可以通过机械的或其他的方式测出，从而可以得知流体总流量。4.6.1椭圆齿轮流量计

返本节目录返本章目录2.特点椭圆齿轮流量计基本误差为±0.2%～±0.5%；范围度为10:1；工作温度要低于120℃，以防止齿轮卡死。在使用时要注意防止齿轮的磨损与腐蚀，以延长仪表寿命。当被测液体的黏度≤30×10–3Pa.s时，其压力损失≤0.04MPa。4.6.1椭圆齿轮流量计

返本节目录返本章目录腰形轮形状保证在转动过程中两轮外缘保持良好的面接触，以依次排出定量流体，而两个腰轮的驱动是由套在壳体外的与腰轮同轴上的啮合齿轮来完成。4.6.2腰轮流量计

返本节目录返本章目录在刚性容器中由柔性皮膜分隔而成Ⅰ和Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ四个计量室。4.6.3皮膜式家用煤气表

返本节目录返本章目录4.7质量式流量计质量流量测量仪表通常可分为两大类：间接式质量流量计和直接式质量流量计。间接式质量流量计采用密度或温度、压力补偿的办法，通过运算求得质量流量。直接式质量流量计则直接输出与质量流量相对应的信号，反映质量流量的大小。

返本章目录4.7质量式流量计4.7.2冲量式流量计

重点：各种质量流量计的工作原理、特点、使用。难点：原理。4.7.1热式质量流量计

4.7.3科里奥利式质量流量计

4.7.4间接式质量流量的测量方法

返本章目录

热式质量流量计的工作机理是利用外热源对被测流体加热，测量因流体流动造成的温度场变化，从而测得流体的质量流量。热式流量计中被测流体的质量流量可表示为4.7.1热式质量流量计

返本节目录返本章目录T1T2冲量式流量计用于测量自由落下的固体粉料的质量流量。冲量式流量计由冲量传感器及显示仪表组成。4.7.2冲量式质量流量计

返本节目录返本章目录1.工作原理科里奥利质量流量计简称科氏力流量计，它是利用流体在振动管中流动时，将产生与质量流量成正比的科里奥利力的原理测量的。

2.科里奥利式质量流量计的特点及安装（1）优点（2）缺点（3）测量管结构特点（4）传感器的安装4.7.3科里奥利式质量流量计返本节目录返本章目录1.体积流量计与密度计的组合方式（1）差压式流量计（或靶式流量计）与密度计的组合，其计算式为4.7.4间接式质量流量的测量方法

（2）其他体积流量计与密度计组合，其计算式为返本节目录返本章目录2.体积流量计与体积流量计的组合方式，其计算式为4.7.4间接式质量流量的测量方法

3.温度、压力补偿式质量流量计流体密度是温度、压力的函数，通过测量流体的温度和压力，得出工作条件下的密度，与体积流量计输出进行乘法运算，可求出流体质量流量。返本节目录返本章目录4.8流量校验系统对测量仪表研制时的校验是为了找出仪表特性的数学模型，确定流量仪表的静态、动态特性及测量方法。流量校验方法一般分为校验装置法和标准表法两种。返本章目录4.8流量校验流量计重点：水流量标准装置和气体流量标准装置的原理、使用方法。难点：气体流量标准装置的使用。4.8.1流量校验装置

4.8.2标准表校验法

重点：校验装置。难点：运用标准表法时应注意的事项。返本章目录1.水流量标准装置系统开始工作时，先用水泵向高位水塔上水，高位水塔内装有溢流槽，当水塔内液面上升到高于溢流槽高度时，高出溢流槽的一部分水从溢流槽溢出，并通过溢流管流回水池。4.8.1流量校验装置

2.气体流量标准装置作为气体标准容器的是钟罩，钟罩的下部是一个水封容器。由于下部液体的隔离作用，使钟罩下形成储存气体的标准容积。工作气体由底部的管道送入或引出。返本节目录返本章目录1.校验装置标准表的选择灵活性很大，对于液体，选精确度优于0.2级的涡轮流量计是适宜的；对于气体，流量不大时选用煤气表，流量较大时，选用临界流流量计。2.运用标准表法时应注意的事项

1）当被测流体为气体时，因为气体温度膨胀系数大，又容易被压缩，还需进行压缩系数修正。2）在用标准表法对现场流量计进行校验时，两台表很容易相互影响引起误差增大，甚至无法工作。3）流体脉动非常敏感的仪表。

4.8.2标准表校验法

返本节目录返本章目录4.9流量计的应用重点：各种介质的特点、流量计的选择与使用。难点：介质特性分析。4.9.1腐蚀性介质的流量测量4.9.2高黏度流体的测量4.9.3液固混合流的测量

4.9.4气液两相流的流量测量4.9.5高饱和蒸气压液体流量的测量4.9.6大口径管路液体流量测量返本章目录1.腐蚀现象2.流量测量中的防腐措施

（1）定期更换仪表（2）避重就轻（3）采用法兰式差压计（4）采用隔离器（5）对于腐蚀性导电液体采用电磁流量计4.9.1腐蚀性介质的流量测量

返本节目录返本章目录原油、重油、渣油等具有较高黏度的液体，以前大多采用容积式流量计、靶式流量计等测量流量，现在已有很多改用科氏力质量流量计