1、6 流量檢測主要內容流量檢測的根本概念體積流量檢測方法容積式、差壓式和速度式容積式橢圓齒輪式、腰輪式和皮膜式差壓式節流式、均速管、彎管、靶式和浮子等速度式渦輪、渦街、電磁和超聲波流量計等質量流量檢測方法直接式和間接式直接式科里奧利、熱式和沖量式質量流量計間接式利用體積流量和質量流量之間的關系將多種儀 表組合如體積流量計和密度計組合、體積流量計和體積 流量計組合流量規范安裝液體流量規范安裝和氣體流量規范安裝一、流量(flow)的概念和單位1.定義：流體的流量指在短時間內流過某一流通截面的流體數量與經過時間之比。(瞬時流量)2.分類：6.1 流量檢測的根本概念 單位根據表示方法的不同而有不同的單位

2、。2.分類：6.1 流量檢測的根本概念其中：qm為質量流量/s；M為流體質量；t為時間s；為流體密度kg/m3 ；為流體平均流速m/s；A為流通截面積。質量流量：單位時間內經過的流體的質量分量流量：單位時間內經過的流體的分量其中：qw為分量流量，N/s；w為流體分量，N。其中：V為體積總量；M為質量總量；t為丈量時間。質量流量是表示流量的最好方法，由于其它兩種可由它求出。體積流量：單位時間內經過的流體的體積其中：qV為體積流量，m3/s；為流體體積，m3。累積流量：在某段時間內流體經過的體積或質量流量總量稱為累積流量或流過總量。它是體積流量或質量流量在該段時間中的積分，表示為：1.流量檢測方法

3、及流量計分類流量檢測方法：可歸為體積流量檢測和質量流量檢測流量計：丈量流量的儀表稱為流量計。流量計通常由一次安裝和二次儀表組成，一次安裝產生一個與流量有確定關系的信號，亦稱流量傳感器，二次儀表那么給出相應的流量值大小。見表61。總量計：丈量流體總量的儀表稱為計量表或總量計。分類 按丈量單位分為質量流量計和體積流量計按丈量原理分為容積式、速度式和壓差式流量計按丈量方法分為直接丈量式和間接丈量式二、流量檢測方法及流量計分類2.流量計的丈量特性各種類型的流量計的共性式中：qm為質量流量，x為流量計輸出信號。理想的流量方程式為線性方程式。流量計的儀表系數與流出系數：儀表系數K：頻率型流量計流量特性的主

4、要參數。定義為單位流體流過流量計時流量計發出的脈沖數：流出系數C：定義為實踐流量與理想流量的比值：流量方程式：流量與流量計輸出信號之間關系的數學表達式：式中：K為儀表系數，m-3；N為脈沖數，次；V為流體體積，m3。流量范圍及范圍度流量范圍：指可測最大流量和最小流量所限定的范圍。范圍度：最大流量與最小流量的比值。流量計范圍度的大小受儀表的原理與構造所限制。丈量準確度和誤差 流量計標出的準確度為根本誤差。而現場運用中由于偏離標定條件會產生附加誤差，所以要按有關規定計算附加誤差。壓力損失 流量計通常是一個阻力件，會給流體呵斥能量耗費。所以，壓力損失大小是流量計選型的一個重要目的。6.2 體積流量檢

5、測方法一、容積(volumn)式流量計原理：使被測流體充溢具有一定容積的空間，然后把這部分流體從口排出，利用運動元件的往復次數或轉速與流體的延續排出量成比例對被測流體進展延續的檢測，故叫做容積式流量計。用來丈量液體和氣體的體積流量，主要用于丈量累積流量。1.容積式流量計的丈量機構與流量公式組成：由丈量室、運動部件、傳動和顯示部件構成。它的丈量主體為具有固定規范容積的丈量室，丈量室由流量計內部的運動部件與殼體構成。在流體進、出口壓力差的作用下，運動部件不斷地將充溢在丈量室中的流體從入口排向出口。容積式流量計、差壓式流量計、速度式流量計流量方程式： Q=nV 其中：V丈量室的固定容積， n某一時間

6、間隔內經過流量計排出流體的固定容積數，可由計數器經過傳動部件測出， Q被測流體的體積總量。在丈量較小流量時，要思索走漏量的影響，通常儀表有最小流量的丈量限制。2.幾種容積式流量計(flowmeter)(1)橢圓齒輪番量計 橢圓齒輪番量計的丈量本體由一對相互嚙合的橢圓齒輪和殼體構成，其任務原理如下圖。運動部件的方式：往復運動活塞式油量表和旋轉運動腰輪番量計。 齒輪的轉數經過變速機構驅動機械計數器來顯示總流量，還可以經過電磁轉換安裝轉換成脈動信號，對其計數就可得到總流量。兩個齒輪每轉動一圈，流量計將排出4個半月描畫積的流體。經過橢圓齒輪番量計的總量可表示為：特點：適用于高粘度液體的丈量。流量計根本

7、誤差0.2%0.5%。范圍度為10：1；任務溫度要低于120，以防止齒輪卡死。在運用時要留意防止齒輪的磨損與腐蝕，以延伸儀表壽命。(2)腰輪番量計原理與橢圓齒輪番量計一樣。為減小兩轉子的磨損，在殼體外與腰輪同軸的齒輪作為傳送轉動力矩之用，因此比橢圓齒輪能堅持長期穩定性。特點：可以丈量液體和氣體，也可以測高粘度流體。根本誤差為0.2%0.5%，范圍度為10：1；任務溫度要低于120，壓力損失小于0.02MPa。(3) 皮膜式家用煤氣表安裝本卷須知：選型時要思索被測介質的物性參數和任務形狀(如溫度、粘度、壓力、密度和流量范圍等。流量計的安裝地點應滿足技術性能規定的條件，安裝前必需進展檢定。可以程度

8、安裝也可以垂直安裝。流量計上游要加過濾器，調理流量的閥門應位于流量計下游。為維護方便需設置旁通管路。安裝時留意流量計外殼上的流向標志應與被測流體的流動方向一致。運用過程中，被測流體應該充溢管道，并任務在儀表規定的流量范圍內；當環境改動時，應對儀表進展修正；儀表要定期清洗和檢定。3.容積式流量計的安裝與運用任務原理：在流通管道上設置流動阻力件，流體經過阻力件時將產生壓力差，此壓力差與流體流量之間有確定的數值關系，經過丈量差壓值可以求得流體流量。組成：產生差壓的安裝(流體流過差壓產生安裝構成靜壓差和差壓計丈量差壓值產生差壓的安裝：節流件孔板、噴嘴、文丘利管等；動壓管、均速管、彎管等；靶和浮子等。

9、差壓式流量計： 節流式流量計、均速管流量計、彎管流量計、靶式流量計、浮子流量計二、差壓式流量計1.節流(throttle)式流量計可丈量液體、氣體、或蒸汽 節流式流量計中產生差壓的安裝稱節流安裝，其主體是一個部分收縮的阻力件，稱為節流元件。經過節流元件改動流體流通截面，從而在節流元件前后構成壓力差。常見的節流安裝如下圖：孔板、噴嘴、文丘里管節流安裝取壓管及內部的節流孔板節流孔板后取壓管 前取壓管流體經過節流孔板時，流速加快，后取壓管處的壓力減小。節流安裝外形節流孔板后取壓管 節流式流量計外形節流安裝的另一種方式文丘里管或文丘里噴嘴 文丘里噴嘴的壓力損失較小。流體入口狹窄部位節流安裝分類：規范節

10、流安裝和非規范節流安裝兩大類。規范節流安裝的型式曾經規范化，在規定了取壓方式和前后直管段長度、流體的種類和流動條件下，有規范的流量差壓關系；而非規范節流安裝由于運用條件差別大，故沒有規范化，用于處理臟污和高粘度流量的丈量。節流式流量計的特點：構造簡單，無可動部件；可靠性高，復現性能好；適用性較廣，它適用于各種工況下的單相流體，適用的管道直徑范圍寬，可以配用通用差壓計；安裝又規范化。 其缺陷是安裝要求嚴厲；流量計前后要求較長的直管段；丈量范圍窄，普通范圍度為3：1；壓力損失較大；對于較小直徑的管道丈量比較困難(D2000，紊流； Re噴嘴文丘里管本錢：孔板噴嘴文丘里管精度：孔板噴嘴 或0，上式可

11、簡化為：例：某轉子流量計測二氧化碳氣的流量，丈量時被測氣體的溫度是40，壓力是49.03kPa表壓力，假設流量計的讀數為120m3/h，問實踐流量是多少？ 知標定時絕對壓力P=98.06kPa,t=20，此時二氧化碳的重度為18.07N/m3, 空氣的重度為11.82N/m3。解：b.浮子流量計的安裝與運用安裝運用前必需核對所須丈量范圍、任務壓力和介質溫度能否與被選流量計相符。 如圖：儀表應垂直安裝在管道上，流體必需自下而上經過流量計，不應有明顯的傾斜。流量計前后有截斷閥，并安裝有旁路管道。儀表投入時前后閥門要緩慢開啟，投入運轉后封鎖旁路閥。最正確丈量范圍為上限的三分之一到三分之二刻度內。當被

12、測介質的物性常數密度、粘度和形狀常數溫度、壓力與流量計標定時不同時，必需求對指示值進展修正。玻璃轉子流量計流體入口流體出口轉子丈量原理：基于與流體速度有關的各種物理景象，儀表的輸出與流速有確定的關系，即可知流體的體積流量。種類很多，各有特點和適用范圍。1.渦輪番量計(turbine flowmeter) 渦輪番量計是利用安裝在管道中可以自在轉動的葉輪感受流體的速度變化，從而測定管道內的流體流量。(1)渦輪番量計的構成和流量方程式 構造：如圖6-16所示： 流量計主要由殼體、導流器、支承、渦輪和磁電轉換器組成，渦輪是丈量元件。三、速度式流量計渦輪(turbine)流量計、渦街(eddy)流量計、

13、電磁(electromagnetic)流量計、超聲波(ultrasonic)流量計圖6-16 渦輪番量計構造表示圖1-緊固環 2-殼體 3-前導流件 4-止推片5-葉輪 6-磁電轉換器 7-軸承 8-后導流件渦輪：丈量元件，由導磁系數較高的不銹鋼資料制成，軸芯上裝有數片呈螺旋形或直形的葉片，流體作用于葉片，使渦輪轉動殼體和前后導流件：由非導磁系數較高的不銹鋼資料制成，導流件由四片相互垂直的直片組成，用以去掉來流中的旋渦，使流體平行于軸線流動。軸承：導流件上裝有滾動軸承或滑動軸承，用來支撐轉動的渦輪。磁電轉換器：將渦輪的轉速轉換為電信號。正對著葉輪，永久磁鐵產生的磁力線穿過線圈中的鐵芯和流量計的

14、殼體，經葉片和空氣而閉合。當葉輪在被測流體的推進下轉動時，葉片正對著鐵芯和偏離鐵芯時磁路的磁阻變化最大，此時線圈中磁通發生很大的變化，從而在線圈中感應出交變電勢來。電勢的頻率是葉片經過鐵芯處的頻率，與葉輪的轉速成正比，而葉輪的轉速與流體的流速成正比。流量方程式表示為：式中：qv體積流量； f信號脈沖頻率； 儀表常數，其與渦輪構造等要素有關，流量較小時，隨流量的添加而增大，只需到達一定值時近似為常數，在運用范圍內應堅持其為常數，對每臺流量計，儀表常數是用實踐流體標定而獲得的。 渦輪番量計的顯示儀表是一個脈沖頻率丈量和計數的儀表，根據單位時間的脈沖數和一段時間的脈沖數，分別顯示瞬時流量和累積流量。

15、2渦輪番量計的特點和運用特點：可測液體、氣體流量，但要求被測介質干凈，且液體的粘度不能太大。丈量精度較高0.5級；刻度為線性；輸出頻率信號便于遠傳及與計算機相連；儀表的任務范圍較寬和較高的耐壓才干；壓力損失小。安裝：普通應程度安裝，并保證其前后有一定的直管段。為保證介質干凈，表前應裝過濾安裝。假設被測液體易氣化或含有氣體時，要在儀表前裝消氣器。缺陷：制造困難，本錢高。由于渦輪高速轉動，軸承易磨損，降低了長時期運轉的穩定性，影響運用壽命。通常渦輪番量計主要用于丈量精度要求高、流量變化快的場所，還用作標定其他流量的規范儀表。葉輪式風流速、流量計 參考北京北方大河儀器儀表 資料任務原理：屬旋渦流量計

16、類型，它是利用流體振蕩的原理進展流量丈量。當流體流過非線性阻撓體時會產生穩定的旋渦，旋渦的產生頻率與流體速度有著確定的對應關系，丈量頻率的變化，就可以得知流體的流量。流量方程：2.渦街流量計(eddy flowmeter)旋渦的頻率檢出方式：利用旋渦產生時引起的動搖進展丈量，有一體式和兩體式兩類。一體式的檢測元件放在旋渦發生體內，如熱絲式、熱敏電阻式和膜片式。如P85圖6-17。兩體式的檢測元件放在旋渦發生體的下游，如壓電式、超聲式和擺旗式。渦街流量計特點及運用：適用于氣體、液體和蒸汽介質的檢測，丈量幾乎不受流體參數的變化影響。壽命長、壓力損失小，輸出為頻率信號，有較寬的范圍度30:1,丈量精

17、度較高。可以程度安裝，也可以垂直安裝。缺乏之處是流體流速分布情況和脈動情況將影響丈量準確度，漩渦發生體被玷污也會引起誤差。上海肯特智能卡門渦街流量計演示 氣體或液體管道及渦流發生錐體 原理：基于電磁感應原理，可以丈量具有一定電導率的液體的體積流量。導電流體在磁場中垂直于磁力線方向流過，根據右手定那么，在流通管道兩側的電極上將產生感應電勢，感應電勢的大小與流體速度有關，經過丈量此電勢可求得流體流量。優點：丈量的準確度不受被測液體的粘度、密度、溫度以及電導率的影響但不能太小，丈量管中沒有任何妨礙被測液體流動的部件，所以幾乎沒有壓力損失。適中選擇丈量管中的絕緣內襯和丈量電極的資料，就可以丈量各種腐蝕

18、性溶液的流量，尤其是在丈量含有固體顆粒的液體如泥漿、紙漿和礦漿等的流量時，更顯示優越性。3.電磁流量計(electromagnetic flowmeter)如圖，感應電勢E與流速的關系由下式表示：式中，C為常數；B為磁感應強度；D為管道內徑；為流體平均流速。(1)電磁流量計的組成及流量方程式當儀表構造參數確定之后，感應電勢與流速v成對應關系，那么流體體積流量可以求得。其流量方程式可寫作：式中，K為儀表常數；對于固定的電磁流量計，K為定值。構造如圖，丈量主體由磁路系統、丈量導管、電極和調整轉換安裝組成。電磁流量計轉換部分的輸出電流I0與平均流速成正比。4 電磁流量計的丈量導管中無阻力件，壓力損失

19、小；其流速丈量范圍寬，為0.510m/s；范圍度可達10：1；流量計的口徑可從幾毫米到幾米以上；流量計的精度0.51.5級；儀表反映快，流動形狀對示值影響小，可以丈量脈動流和兩相流，如泥漿和紙漿的流量。利用電磁流量計丈量流量，要求導電體有一定的電導率，因此不能丈量氣體、蒸汽和電導率低的石油流量。 電磁流量計對直管段要求不高，前直管段長度為5D10D。安裝地點應盡量防止猛烈振動和交直流強磁場。在垂直安裝時，流體要自下而上流過儀表，程度安裝時兩個電極要在同一平面上。要確保流體、外殼、管道間的良好接地和良好接觸。(2)電磁流量計的特點及運用原理：超聲波在流體中傳播速度受流體的流速影響，檢測接納的超聲

20、波信號可測得流速，從而測得流量。特點：非接觸式，從管道外丈量，故無壓力損失；丈量結果不受被測流體的粘度、電導率的影響，可測各種液體或氣體的流量，可測口徑很大的管道內的流量，包括河流的流速；輸出信號與被測流量成線性關系。典型方法：傳播速度差法、多普勒效應法、聲束偏移法、相關法。4.超聲流量計(ultrasonic flowmeter)原理：利用超聲波在流體中順流傳播和逆流傳播的速度變化來丈量流體流速。分類：時間差法、頻差法典型方法： P87-圖6-20 傳播速度差法丈量原理構造：在上下游各有兩個超聲波發生器T1、T2，對應有接納器R1、R2，那么傳播時間： 順流時間：t1=L/(c+v)，逆流時

21、間： t2=L/(c-v)時差法：t=t2-t12Lv/c2缺陷：聲速c對丈量結果影響較大。頻差法：令f1=1/t1=(c+v)/L， f2=1/t2=(c-v)/L f=f1-f22v/L 優點：丈量不受聲速c的影響，不用思索流體溫度變化對聲速的影響。傳播速度差法緣由：同樣體積的流體在不同的溫度、壓力、和成分的條件下，其密度是不同的，特別是氣體更是這樣，因此很多場所下要求丈量質量流量。如煉鋼時用氧氣降低碳的含量，需吹入一定的氧氣，要求知道的不是吹入多少體積的氧氣，而是多少質量的氧氣。由于壓力溫度經常變化，所以給出的體積流量是不能滿足要求的。質量流量丈量儀的分類：直接式和間接式直接式：質量流量

22、計那么直接輸出與質量相對應的信號，反映質量流量的大小。間接式：采用密度或溫度、壓力補償的方法，測體積流量的同時，測密度或溫度、壓力值，再運算求得質量流量，又稱推導式質量流量計。6.3 質量流量檢測方法根據質量流量與體積流量的關系，可以有多種儀表的組合以實現質量流量丈量。常見的組合方式有如下幾種：一、間接式質量流量丈量方法1.體積流量計與密度計的組合方式差壓式流量計與密度計的組合 差壓計輸出信號正比于qv2 ，密度計丈量流體密度，儀表輸出為一致規范的電信號，可以進展運算處置求出質量流量。其計算式為：其他體積流量計與密度計組合 其他流量計可以用速度式流量計，如渦輪番量計、電磁流量計，或容積式流量計

23、。這類流量計輸出信號與密度計輸出信號組合運算，即可求出質量流量：差壓式流量或靶式流量計計與渦輪番量計或電磁流量計、渦街流量計等組合，經過運算得到質量流量。其計算式為：2.體積流量計與體積流量計的組合方式 流體密度是溫度、壓力的函數，經過丈量流體溫度和壓力，與體積流量組合可求出流體質量流量。3.溫度、壓力補償式質量流量計間接式質量流量計特點：構造復雜，由于包括了其他參數儀表誤差和函數誤差等，其系統誤差通常低于體積流量計，但目前已有多種型式的微機化儀表可實現計算功能，運用也較普遍。優點：輸出信號直接反映質量流量，其丈量不受流體的溫度、壓力、密度變化的影響。運用較多的是科里奧利質量流量計，此外還有熱

24、式質量流量計和沖量式質量流量計等。二、直接式質量流量計科里奧利質量流量計、熱式質量流量計、沖量式質量流量計原理：基于牛頓第二定律流體在振動管中流動時，將產生與質量流量成正比的科里奧利力。組成：由檢測科里奧利力的傳感器與轉換器組成。1.科里奧利質量流量計科氏力流量計任務過程：扭角與經過流體的質量有關電磁安裝U形管以o-o軸固定頻率振動方向垂直于U管平面液體流動中產生科里奧利加速度構成作用于U形管的力矩(F1-F2)U形管以M為軸發生扭曲質量流量與U形管扭角的關系式為： 式中為扭角；Ks為改動彈性系數；為振動角速度；r為U形管跨度半徑。也可由傳感器測出U形管兩側經過中心平面的時間差t來丈量，其關系

25、式為： 此時，所得丈量值與U形管的振動頻率f及角速度均無關。振動管外形還有平行直管、形管或環形管等，也有用兩根U形管等方式。圖6-23所示為U型管和型管科氏力流量計構造表示圖。1-支承管 2-檢測管 3-電磁檢測器 4-電磁鼓勵器 5-殼體特點：可直接測得質量流量信號，不受被測介質物理參數的影響，精度較高；可以丈量多種液體和漿液，也可以用于多相流丈量；不受管內流態影響，因此對流量計前后直管段要求不高；其范圍度可達100：1。但是它的壓力損失較大，存在零點漂移，管路的振動會影響其丈量精度。2.熱式質量流量計任務原理：利用加熱源對流體進展加熱，在其前后各放一個測溫元件，經過測溫度變化及加熱功率即可

26、測質量流量。質量流量可表示為：根本原理：由于流體吸收或放出的熱量均與該流體的質量成正比。因此可由加熱流體所需求的能量或由此能量使流體溫度升高之間的關系來丈量流體的質量流量。分類：根據丈量方法：恒定功率法：使加熱功率恒定，丈量溫差可以求得質量流量。恒定溫差法：使流體溫差恒定，測出熱量的輸入功率就可以求得質量流量。根據加熱源的位置：內熱式和外熱式。特點：適用于微小流量。構造簡單，壓力損失小。非接觸式運用壽命長。缺陷是靈敏度低，丈量時還要進展溫度補償。3.沖量式質量流量計適用于丈量自在下落的固體粉料從粉末到塊狀物以及漿狀物料的質量流量。組成：沖量傳感器及顯示儀表組成。沖量傳感器感受被測介質的沖力，經轉換放大輸出與質量成比例的規范信號。特點：構造簡單，安裝維修方便。運用壽命長。任務原理：如圖6-25，6.4 流量規范安裝除規范節流安裝外的各種儀表出廠前必需逐臺標定，運用過程中一段時間也要校驗。流量計的標定隨流體的不同有很大的差別，需求建立各種類型的流量規范安裝。但規范的建立很復雜，隨介質、丈量范圍和管徑大小的不同而不同。一、液體流量規范安裝引見幾種流量標定方法和安裝：規范容積法規范質量法規范流量計法規范體積管的校正法1.規范容積法規范容積法所運用的規范計量容器是經過精細分