3.5流量測量

內容提要3.5.1概論3.5.2差壓式流量計1.測量原理及節流裝置2.節流裝置的流量方程3.壓差式流量計的組成4.壓差式流量計的使用3.5.3轉子流量計1.測量原理及流量公式2.轉子流量計的特點3.5.4電磁式流量計

1.測量原理2.電磁式流量計的特點內容提要3.電磁式流量計的安裝使用3.5.5其他流量計1.靶式流量計2.橢圓齒輪流量計3.渦輪流量計3.5.1概述

機泵、壓縮機的出口流量常常是生產裝置的負荷（設備的處理量），必須進行嚴格檢測和控制。以便為生產操作和控制提供依據。同時，為了進行經濟核算，經常需要知道在一段時間（如一班、一天等）內流過的介質總量。所以，介質流量（液體、氣體和蒸汽等）是控制生產過程達到優質高產和安全生產以及進行經濟核算所必需的一個重要參數。

3.5.1概述定義流量（瞬時流量）：單位時間內流過管道某一截面的流體的數量。

累積流量（總流量）：某一時段內流過的流體的總合。瞬時流量在某一時段的累積量。質量流量(M)：單位時間內流過某截面的流體的質量。

單位：(kg/s)體積流量(Q)：單位時間內流過某截面的流體的體積。單位：（m3/s）3.5.1概述流量計：測量流體流量的儀表。計量表：測量流體總量的儀表。

3.5.1概述1.速度式流量計

以測量流體在管道內的流速作為測量依據來計算流量的儀表。

2.容積式流量計

以單位時間內所排出的流體的固定容積的數目作為測量依據來計算流量的儀表。3.質量流量計

以測量流體流過的質量M為依據的流量計。質量流量計分直接式和間接式兩種。分類3.5.2差壓式流量計

差壓式（也稱節流式）流量計是基于流體流動的節流原理，利用流體流經節流裝置時產生的壓力差而實現流量測量的。

通常是由能將被測流量轉換成壓差信號的節流裝置和能將此壓差轉換成對應的流量值顯示出來的差壓計以及顯示儀表所組成。（1）

測量原理及節流裝置壓差式流量計的核心部件是節流裝置，它包括：節流元件、取壓裝置以及其前后管段。

1.節流裝置

(a)標準孔板(b)噴嘴(c)文丘里管相比而言，標準孔板制作最簡單，使用也最廣泛。當要求壓力損失較小時,可采用噴嘴、文丘里管等3.5.2差壓式流量計2.取壓裝置

（a）角接取壓（b）法蘭取壓（c）徑距取壓圖3.5.2差壓式流量計標準孔板取壓方式（1）角接取壓取壓點分別位于節流元件前后端面處。適用于孔板和噴嘴兩種節流裝置。它又分為環室取壓和單獨鉆孔取壓兩種方法。（2）法蘭取壓在距節流元件前后端面各1英寸（25.4mm）的位置上垂直鉆孔取壓，僅適用于孔板。3.5.2差壓式流量計

3.節流件前后的直管段

直管段的長度隨阻力件的形式、節流件的幾何形狀和直徑比值不同而異。在設計時，最短直管段長度：

孔板、噴嘴和文丘里噴嘴所要求的最短直管段長度見下表3.5.2差壓式流量計3.5.2差壓式流量計3.5.2差壓式流量計

孔板裝置及壓力、流速分布圖

要準確測量出截面Ⅰ、Ⅱ處的壓力有困難，因為產生最低靜壓力p2′的截面Ⅱ的位置隨著流速的不同會改變。因此是在孔板前后的管壁上選擇兩個固定的取壓點，來測量流體在節流裝置前后的壓力變化。因而所測得的壓差與流量之間的關系，與測壓點及測壓方式的選擇是緊密相關的。注意3.5.2差壓式流量計（2）節流裝置的流量方程

流量基本方程式是闡明流量與壓差之間定量關系的基本流量公式。它是根據流體力學中的伯努利方程和流體連續性方程式推導而得的。根據流體力學中的伯努利方程，可以推導得出節流式流量計的流量方程，也就是差壓和流量之間的定量關系式：?為流量系數ε為可膨脹性系數A0為節流件的開孔面積

ρ為節流裝置前的流體密度ΔP節流裝置前后實際測得的壓差可以看出要知道流量與壓差的確切關系，關鍵在于α的取值。

流量與壓力差ΔP的平方根成正比。

3.5.2差壓式流量計

流量系數?主要與節流裝置的型式、取壓方式、流體的流動狀態（如雷諾數）和管道條件等因素有關。因此，是一個影響因素復雜的綜合性參數，也是節流式流量計能否準確測量流量的關鍵所在，雷諾數大于某一數值（界限雷諾數）時，值可認為是一常數。對于標準節流裝置，可以從有關手冊中查出；對于非標準節流裝置，其值要由實驗方法確定。3.5.2差壓式流量計膨脹系數ε用來校正流體的可壓縮性，它與節流件前后壓力的相對變化量、流體的等熵指數等因素有關，其取值范圍小于等于1。對于不可壓縮性流體，ε＝1；對于可壓縮性流體，則

ε＜1。應用時可以查閱有關手冊而得。3.5.2差壓式流量計（3）差壓式流量計的組成差壓式流量計由節流裝置、引壓管路和差壓變送器（差壓計）組成。節流裝置用于產生壓力差；導壓管是連接節流裝置與差壓計的管線，用來傳導差壓信號；差壓計用來測量壓差信號，并把此壓差轉換成流量指示記錄下來。差壓式流量計的組成3.5.2差壓式流量計3.5.2差壓式流量計

（4）壓差式流量計的使用節流裝置的安裝與使用：①必須保證節流裝置的開孔和管道的軸線同心,并使節流裝置端面與管道的軸線垂直。②在節流裝置前后長度為兩倍于管徑(2D)的一段管道內壁上,不應有凸出物和明顯的粗糙或不平現象。3.5.2差壓式流量計測蒸汽一體化孔板質量流量計3.5.3轉子流量計組成由下往上逐漸擴大的錐形管放在錐形管內可自由運動的轉子被測流體由錐形管下端進入，流經轉子與錐形管之間的環隙，再從上端流出當流體流過的時候，位于錐形管中的轉子受到向上的一個力，使其浮起。當這個力正好等于轉子重量減去流體對轉子的浮力，此時轉子就停浮在一定的高度上3.5.3轉子流量計（1）測量原理及流量公式

轉子流量計采用的是恒壓降、變節流面積的流量測量方法。

轉子流量計的工作原理圖3.5.3轉子流量計若流體流量突然由小變大時，作用在轉子上的向上的力就加大，轉子上升，環隙增大，即流通面積增大。隨著環隙的增大，使流體流速變慢，流體作用在轉子上的向上力也就變小。這樣，轉子在一個新的高度上重新平衡。轉子在錐形管中平衡位置的高低h與被測介質的流量大小相對應。3.5.3轉子流量計轉子的平衡關系V為轉子的體積；ρt和ρf分別為轉子和流體的密度；g為重力加速度；ΔP為轉子前后的壓差；A為轉子的最大截面積3.5.3轉子流量計轉子和錐形管間的環隙面積相當于節流式流量計的節流孔面積，但它是變化的，并與轉子高度h成近似的線性關系，因此，轉子流量計的流量公式可以表示為流量與轉子高度h成線性關系式中的其它參數為常數式中：φ為儀表常數；h為轉子浮起的高度。

3.5.3轉子流量計（2）轉子流量計的特點：①轉子流量計主要適合于檢測中小管徑、較低雷諾數的中小流量；②流量計結構簡單，使用方便，工作可靠，儀表前直管段長度要求不高；③流量計的基本誤差約為儀表量程的土2％；④流量計的測量精度易受被測介質密度、粘度、溫度、壓力、純凈度、安裝質量等的影響。3.5.3轉子流量計3.5.3轉子流量計金屬管轉子流量計的外形結構圖3.5.4電磁流量計能夠測量酸、堿、鹽溶液以及含有固體顆粒（例如泥漿）或纖維液體的流量。

電磁流量計原理（1）測量原理當導電的流體在磁場中以垂直方向流動而切割磁力線時，就會在管道兩邊的電極上產生感應電勢，感應電勢的大小與磁場的強度、流體的速度和流體垂直切割磁力線的有效長度成正比：流量和電壓E成線性關系，測得E就可以求得流量的大小。3.5.4電磁流量計

只要是導電的，被測流體可以是含有顆粒、懸浮物等，也可以是酸、堿、鹽等腐蝕性物質；流量計的輸出電流與體積流量成線性關系，并且不受液體的溫度、壓力、密度、粘度等參數的影響；測量口徑范圍大，可以從lmm到2m以上，特別適用于lm以上口徑的水流量測量；測量精度一般優于0.5級；電磁流量計反應迅速，可以測量脈動流量；測量導管內無可動或突出于管道內部的部件，因而壓力損失極小；（2）電磁流量計的特點：3.5.4電磁流量計可以水平安裝，也可以垂直安裝，但要求液體充滿管道；直管段要求：前10D，后5D以上；遠離磁場；變送器前后管道有時帶有較大的雜散電流，一般要把變送器前后1～1.5m處和變送器外殼連接在一起，共同接地。（3）電磁流量計的安裝(a)一體式(夾裝)(b)分體式（法蘭安裝）電磁流量計外形圖

電磁流量傳感器由測量管組件、磁路系統、電極等部分組成，如圖4.69所示，測量管上下裝有勵磁線圈，通以勵磁電流后產生磁場穿過測量管。一對電極裝在測量管內壁與液體相接觸，引出感應電勢。3.5.5其他流量計一、靶式流量計便于某些黏度較高或含有懸浮物介質的流量檢測。

半導體應變片式靶式流量變送器

1—靶；2—輸出力杠桿；3—推桿；4—懸臂塊；R1～R4—半導體應變片3.5.5其他流量計圖4.24橢圓齒輪流量計1-表頭；2-聯軸耦合器；3-上蓋；4-測量主體；5-橢圓齒輪；6-軸3.5.5其他流量計橢圓齒輪流量計的原理示意圖隨著橢圓齒輪不斷旋轉，流體就一次次被計量室分割、并以計量室為單位從入口排到出口。從（a）到（d）再到（a），橢圓齒輪轉動1／2圓周，剛好排出2個計量室體積的被測流體，所以，橢圓齒輪轉一周將排出4個計量室體積的被測流體。即通過橢圓齒輪流量計的累積流量V和體積流量qv為2．橢圓齒輪流量計的工作原理

3.5.5其他流量計二、橢圓齒輪流量計1.工作原理橢圓齒輪流量計結構原理通過橢圓齒輪流量計的體積流量2.使用特點

適用于高黏度介質的流量測量。測量精度較高，壓力損失較小，安裝使用也較方便。橢圓齒輪流量計的入口端必須加裝過濾器。橢圓齒輪流量計的使用溫度有一定范圍。橢圓齒輪流量計的結構復雜，加工成本較高。3.5.5其他流量計三、渦輪流量計

渦輪流量計1—渦輪；2—導流器；3—磁電感應轉換器；4—外殼；5—前置放大器優點

安裝方便。測量精