第三篇測(cè)量-2動(dòng)壓式、變面積容積流量計(jì)

第三篇流量測(cè)量（FlowMeasurement）第三篇流量測(cè)量201134流量概述節(jié)流式流量計(jì)動(dòng)壓式流量計(jì)變面積式流量計(jì)容積式流量計(jì)流體振動(dòng)式流量計(jì)其它流量計(jì)質(zhì)量流量計(jì)本篇小結(jié)567動(dòng)壓式流量計(jì)概述靶式流量計(jì)皮托管和均壓管30121動(dòng)壓式流量計(jì)流體在管道中流動(dòng)時(shí)，根據(jù)能量守恒定律，有：ρu2/2為動(dòng)壓力。測(cè)得動(dòng)壓力或在阻力體上的作用力，可知流速，則得到流量。動(dòng)壓式流量計(jì)的種類：靶式流量計(jì)、擋板流量計(jì)、動(dòng)壓管流量計(jì)、皮托管等。一、概述動(dòng)壓式流量計(jì)靶式流量計(jì)二、靶式流量計(jì)Targetflowmeter流體動(dòng)壓原理/流體阻力法測(cè)量部分：靶、杠桿、密封膜片、測(cè)量管路流體對(duì)靶的作用力：（1）流體對(duì)靶的沖擊力，即流體的動(dòng)壓力（2）靶的節(jié)流作用，在前后產(chǎn)生的靜壓差（3）流體對(duì)靶的粘滯摩擦力1.結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換部分：同力平衡式差壓變送器；電阻應(yīng)變?cè)怼?.工作原理靶式流量計(jì)——流量系數(shù)，與靶形、管徑、直徑比、雷諾數(shù)等因素有關(guān)。管徑為D，靶徑為d，則環(huán)形流通面積為流體作用在靶上的力：F–

流體作用于靶上的力；

—阻力系數(shù)；Ad—垂直于流速的靶面積，ρ—流體密度；u—環(huán)形流通截面的平均流速。靶式流量計(jì)測(cè)得靶上受力F，則可知流量大小實(shí)用方程：上式中常數(shù)：m3/h靶徑與管徑之比總結(jié)：

工作原理:介質(zhì)流動(dòng)對(duì)靶產(chǎn)生作用力

例：靶式流量計(jì)，原先設(shè)計(jì)流量范圍0-125m3/h，密度103kg/m3。實(shí)際測(cè)密度800kg/m3的介質(zhì)流量，實(shí)際流量范圍為多少？差壓變送器輸出12mA時(shí)，實(shí)際流量為多少？

解：（1）（2）作業(yè)：流量測(cè)量部分10靶式流量計(jì)靶式流量計(jì)特點(diǎn)：1.流量系數(shù)2.壓力損失ReD>Rek，α=常數(shù)，與β、D有關(guān)。

與節(jié)流式流量計(jì)相比，相同β值下，Rek要小。

同D值下，βRek

。同β值下，DRek

。相同β值下，壓損低于節(jié)流式流量計(jì)。同流量下，βδp

。二、流量系數(shù)及壓力損失適用：15～200mm管徑氣、液體，尤其高粘度、低雷諾值及含顆粒介質(zhì)。壓損較孔板約小1/2。靶式流量計(jì)流量系數(shù)P127（三版）同D值下，βRek靶式流量計(jì)壓力損失P127（三版）同流量下，βδp

。靶式流量計(jì)主要特點(diǎn)應(yīng)用范圍和適應(yīng)性廣,可與孔板流量計(jì)相媲美;準(zhǔn)確度高，總量測(cè)量可達(dá)0.2%R；范圍度寬，4：1～15：1至30：1；用于小口徑(DN15～50)，低雷諾數(shù)(Red=103～5×103)的流體;應(yīng)用壓力高達(dá)數(shù)十MPa，溫度達(dá)450℃;可用于雙向流動(dòng)流體的測(cè)量；壓力損失較低，約為標(biāo)準(zhǔn)孔板的一半;性價(jià)比高,壽命長,安裝維護(hù)簡(jiǎn)單,回零檢查不便。

;可采取干式（掛重法）校驗(yàn)

典型儀表—國產(chǎn)SBL智能靶式流量計(jì)皮托管與均壓管一、皮托管Pitottube-動(dòng)壓管

管端前緣流體受阻向各方向分散繞過此障礙物；管端中心處流體完全靜止。靜壓p總壓P0一般稱p0為總壓力。

設(shè)管端中心壓力為p0，p是同一深度未受擾動(dòng)流體的壓力，并且那里的流速為u、密度為ρ，則由伯努利方程可得 皮托管與均壓管

測(cè)p比測(cè)定總壓力困難得多。因?yàn)楫?dāng)把敏感元件放到要測(cè)量的點(diǎn)時(shí)，靜壓就受到擾動(dòng)。實(shí)際用來測(cè)流速的總壓力和靜壓力的開孔不可能合于一點(diǎn)，兩個(gè)開孔實(shí)際上是在不同的點(diǎn)上，因此測(cè)量的結(jié)果，不能完全符合上式關(guān)系。靜壓p總壓P0皮托管與均壓管ISO建議動(dòng)壓測(cè)量管結(jié)構(gòu)，稱為基型動(dòng)壓測(cè)量管，如右圖。動(dòng)壓測(cè)量管直徑比很小，故以側(cè)面開孔測(cè)出的繞流靜壓代替管端中心的靜壓力p，誤差很小。動(dòng)壓管制造精度、全壓力和靜壓力測(cè)量孔的開孔直徑、測(cè)得的全壓力p0和靜壓力p與理論值的差別等均對(duì)示值有影響，因此實(shí)際計(jì)算公式必須引入系數(shù)ξ修正。 皮托管與均壓管二.均壓管(阿牛巴

AnnubarFlowElement/笛形均速管）

動(dòng)壓測(cè)量管測(cè)得的流速，是那一點(diǎn)的流速，而不是平均流速，因此必須按具體情況確定測(cè)點(diǎn)位置。理論和實(shí)踐均證明，在圓管內(nèi)層流流體，距管中心0.707R（R為圓形管道半徑）處的流速，等于截面上的平均流速；如果圓管內(nèi)達(dá)到充分紊流流動(dòng)，在直管段大于50倍管徑時(shí)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)，距管中心0.762R處的流速近似等于平均流速。要較高的精度，一般把管道圓形截面積用同心圓方法分成n個(gè)相等的圓環(huán)面積，測(cè)出各環(huán)面積中心速度為ui，再計(jì)算平均流速，在這種情況下，用皮托管測(cè)量流速并求出流量比較麻煩。為了解決這一問題，20世紀(jì)60年代開始出現(xiàn)在皮托管的基礎(chǔ)上直接測(cè)量平均流速的方法。皮托管與均壓管二.均壓管(阿牛巴

AnnubarFlowElement/笛形均速管）測(cè)量點(diǎn)的分布均壓管測(cè)量示意圖（Annubar流量計(jì)）一般取n≥5，每個(gè)環(huán)形面積要測(cè)4點(diǎn)流速。

皮托管與均壓管適用氣體、蒸汽、液體穩(wěn)定性和重復(fù)性較高安裝簡(jiǎn)便、壓損小、強(qiáng)度高、不受磨損影響由法國H.皮托發(fā)明應(yīng)用：空速管，測(cè)飛機(jī)速度變面積式流量計(jì)30121概述工作原理工作特性及刻度換算轉(zhuǎn)子流量計(jì)VariableAreaFlowmeter

變面積式流量計(jì)一、概述

測(cè)量原理：恒壓降、變流通面積式

（差壓式：恒流通面積、變差壓）

結(jié)構(gòu)：錐形管(錐度40’～3)：

玻璃（低溫低壓透明流體）、金屬，

浮子：液體介質(zhì)：硬鋁、不銹鋼，氣體介質(zhì)：硬橡膠、膠木、塑料等種類：轉(zhuǎn)子式、沖塞式、活塞式可就地指示和遠(yuǎn)傳u—環(huán)形流通面積的平均流速；

—轉(zhuǎn)子阻力系數(shù)；Ar—轉(zhuǎn)子迎流面的最大截面積；Vr—轉(zhuǎn)子體積；ρr—轉(zhuǎn)子的密度；ρ—被測(cè)流體的密度工作原理一、工作原理

浮子受力分析：流體的動(dòng)壓力浮子本身重力浮力通過環(huán)形面積流速為工作原理設(shè)環(huán)形流通面積為A0

A0與h的關(guān)系為：流量與轉(zhuǎn)子高度之間近似線性工作原理二、遠(yuǎn)傳式轉(zhuǎn)子流量計(jì)

采用不銹鋼錐管，利用磁耦合特性，將轉(zhuǎn)子高度變化轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。工作特性及刻度換算一、工作特性1.流量系數(shù)與轉(zhuǎn)子形狀的關(guān)系α因轉(zhuǎn)子形狀不同而有所不同

相同流量qv下，曲線斜率越大，表明流量計(jì)α越大，靈敏度越高。工作特性及刻度換算2.流量系數(shù)與雷諾數(shù)關(guān)系Re>Rek

，α基本為常數(shù)測(cè)量下限不能從零開始不同形狀的轉(zhuǎn)子適應(yīng)不同粘度流體Rek=6000α≈0.96Rek=300α≈0.76Rek=40α≈0.61工作特性及刻度換算3.轉(zhuǎn)子流量計(jì)粘度修正曲線

當(dāng)被測(cè)介質(zhì)（即使水或空氣）的粘度變化時(shí)，將會(huì)引入測(cè)量誤差。隨粘度ηqv

。若水溫5→40℃其動(dòng)力粘度η1.52→0.66mPa·S轉(zhuǎn)子流量計(jì)粘度修正曲線工作特性及刻度換算三、轉(zhuǎn)子流量計(jì)示值修正

流量計(jì)的刻度是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(20℃，0.101325MPa)下，以水或空氣為介質(zhì)單獨(dú)標(biāo)定得到的。

1.液體流量的修正標(biāo)定時(shí)：實(shí)測(cè)時(shí)：則修正公式為：

Q0—用水標(biāo)定時(shí)的刻度流量；ρw—水的密度Q—介質(zhì)密度為ρ的實(shí)際流量。實(shí)用時(shí)，若被測(cè)介質(zhì)密度或工作狀態(tài)不同，必須進(jìn)行修正工作特性及刻度換算例：已知被測(cè)液體的實(shí)際最大流量為500m3／h,工作狀態(tài)下的密度為0.8g／cm3,試選擇一臺(tái)轉(zhuǎn)子為不銹鋼材料(密度為7.92g／cm3),測(cè)量范圍合適的轉(zhuǎn)子流量計(jì)用于此介質(zhì)的流量測(cè)量。

解：轉(zhuǎn)子流量計(jì)的工作狀態(tài)下流量轉(zhuǎn)換公式為：被測(cè)液體工業(yè)標(biāo)態(tài)下的最大流量為441.35m3／h.(20℃，0.101325MPa)條件下水的密度是98.2Kg/cm3工作特性及刻度換算

2.氣體流量的修正工作狀態(tài)下流量：注意：需將工作狀態(tài)下流量轉(zhuǎn)換為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下流量！標(biāo)定時(shí)：實(shí)測(cè)時(shí)：ρa(bǔ)—工業(yè)標(biāo)態(tài)下空氣的密度工作特性及刻度換算例：用轉(zhuǎn)子流量計(jì)測(cè)量二氧化碳?xì)獾牧髁?。測(cè)量時(shí)被測(cè)氣體的溫度是40℃，表壓是0.49×105Pa，若流量計(jì)讀數(shù)為120Nm3／h，問二氧化碳的實(shí)際流量是多少?解：已知Q0=120Nm3／h，T0=293.15K，P0=0.10133MPa

P=0.049＋0.10133=0.15033MPa，T=40＋273.15=313K由氣體性質(zhì)表查得：20℃，0.10133MPa條件下：ρa(bǔ)＝1.205kg／m3，ρ0＝1.842kg／m3則帶入修正公式得：工作特性及刻度換算特點(diǎn)1.適用于小管徑、小流量氣體或低粘度液體測(cè)量。常用儀表口徑：40～50mm以下，最小為1～4mm。玻璃管最大口徑100mm，金屬為150mm。3.受介質(zhì)密度、粘度、溫度、壓力等影響，精度較低，最高1.0級(jí)左右。2.壓力損失較低，平衡時(shí)為恒壓降。90%用作直觀流動(dòng)指示或精度要求不高的現(xiàn)場(chǎng)指示容積式流量計(jì)測(cè)量原理轉(zhuǎn)子式容積流量計(jì)刮板式容積流量計(jì)活塞式容積流量計(jì)1.3011.21.11.4測(cè)量原理與結(jié)構(gòu)常用：橢圓齒輪流量計(jì)（奧巴爾流量計(jì)Ovalgearflowmeter）腰輪流量計(jì)(羅茨流量計(jì)

Rootsflowmeter)、

刮板流量計(jì)

容積分界法(測(cè)量元件將流體連續(xù)分割成固定體積的單元流體，根據(jù)測(cè)量元件動(dòng)作次數(shù)得到總量)

V0

—固定體積；N

—測(cè)量元件的轉(zhuǎn)數(shù)；k—與流量計(jì)結(jié)構(gòu)有關(guān)的系數(shù)。定(正)排量流量計(jì)一、工作原理

測(cè)量原理與結(jié)構(gòu)二、轉(zhuǎn)子式容積流量計(jì)1、橢圓齒輪流量計(jì)

圖a：P1＞P2

，A為主動(dòng)輪，B為從動(dòng)輪；

圖b：A、B均為主動(dòng)輪；圖c：B為主動(dòng)輪，A為從動(dòng)輪；

思考:信號(hào)輸出形式?場(chǎng)合：中、小流量液體測(cè)量測(cè)量范圍：3L～540M3/h口徑：10～250mm。精度：0.2、0.5級(jí)測(cè)量原理與結(jié)構(gòu)場(chǎng)合：允許微小顆粒通過，可測(cè)液體或氣體口徑：16～500mm 精度：0.1～0.5可作標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)2、腰輪流量計(jì)體積大、笨重，維修不便，壓損較大，運(yùn)行中有震動(dòng)。普通腰輪流量計(jì)運(yùn)行時(shí)振動(dòng)較大，組合式振動(dòng)小，適合用于大流量測(cè)量。測(cè)量原理與結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)子由兩斷面形狀不同的螺旋轉(zhuǎn)子構(gòu)成，轉(zhuǎn)子軸上有同步齒輪互相驅(qū)動(dòng)?？苛髁坑?jì)進(jìn)出口間的流體壓差推動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。三齒轉(zhuǎn)子與四齒轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，被測(cè)流體分割成“螺旋狀液塊”體積，隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)計(jì)數(shù)后排出。3、雙轉(zhuǎn)子流量計(jì)測(cè)量原理與結(jié)構(gòu)3、雙轉(zhuǎn)子流量計(jì)

因安裝于兩轉(zhuǎn)子軸上齒輪的嚙合轉(zhuǎn)動(dòng)，使轉(zhuǎn)子間始終保持適當(dāng)間隙，則轉(zhuǎn)子可以平穩(wěn)同步轉(zhuǎn)動(dòng)。適用:-29～232℃、高粘度大流量液體計(jì)量準(zhǔn)確度：0.1、0.2、0.5級(jí)。測(cè)量原理與結(jié)構(gòu)4、螺桿流量計(jì)適用：液體計(jì)量動(dòng)力粘度(不敏感)0.6～200mPaS；流量范圍：1.2～250M3/h；口徑：40～150mm；準(zhǔn)確度：0.2、0.5級(jí)。

螺旋轉(zhuǎn)子測(cè)量原理與結(jié)構(gòu)三、刮板式容積流量計(jì)

1、凸輪式刮板流量計(jì)四刮板六刮板精度高，適于有機(jī)械雜質(zhì)的流體主要組成：轉(zhuǎn)子、凸輪、刮板、滾柱及殼體測(cè)量原理與結(jié)構(gòu)ＡＤ全部伸出ＢＣ全部縮入Ａ全部伸出Ｂ開始伸出Ｃ全部收縮

D開始收縮ＡB全部伸出CD全部縮入Ａ開始收縮Ｂ全部伸出Ｃ開始伸出

D全部收縮測(cè)量原理與結(jié)構(gòu)2、凹線式刮板流量計(jì)適用于液體流量計(jì)量準(zhǔn)確度可達(dá)0.2級(jí)測(cè)量原理與結(jié)構(gòu)3、彈性刮板流量計(jì)ElasticScraperFlowmeter

用于液體計(jì)量及含有少量顆粒雜質(zhì)的流體準(zhǔn)確度：1或1.5級(jí)。測(cè)量原理與結(jié)構(gòu)四、活塞式容積流量計(jì)1、往復(fù)活塞式容積流量計(jì)

流體從入口經(jīng)換向閥進(jìn)氣缸推動(dòng)活塞移動(dòng)，把活塞另一側(cè)流體推到出口流出?；钊苿?dòng)到某一位置時(shí)，使閥旋轉(zhuǎn)180°，改變流入流出方向，推動(dòng)活塞反方向移動(dòng)，把原來流入的流體推出。閥反復(fù)切換，活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)?；钊淮瓮鶑?fù)排出體積一定，由活塞往復(fù)次數(shù)知總量。l—流體出口；2—流入口；3—換向閥；4—換向控制器；5—?dú)飧祝?—活塞測(cè)量原理與結(jié)構(gòu)四、活塞式容積流量計(jì)2、旋轉(zhuǎn)活塞流量計(jì)（擺動(dòng)活塞或環(huán)形活塞流量計(jì)）適合小口徑、高粘度、高壓力和低流速特別適合油田化學(xué)品注入生產(chǎn)過程中所測(cè)一定粘度相對(duì)流速較低的流體。典型應(yīng)用：破乳劑、阻垢劑、阻銹劑和脫氧劑被測(cè)流體推動(dòng)活塞在測(cè)量腔室作逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)

活塞每循環(huán)一周，排出一個(gè)內(nèi)月牙和一個(gè)外月牙容積

測(cè)量原理與結(jié)構(gòu)五、膜式氣體流量計(jì)（簡(jiǎn)介）

又稱風(fēng)箱式流量計(jì)、皮膜式干氣表、煤氣表等。主要用于家庭燃?xì)獾牧髁繙y(cè)量。

由測(cè)量室、控制閥門、聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)和計(jì)數(shù)器等4個(gè)部分組成。測(cè)量室是用浸油羊皮或合成樹脂薄膜制成的可伸縮皮囊控制閥門是滑閥，用來控制氣體流入或流出測(cè)量室聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)由主軸、連桿、曲柄等組成，用來保持皮膜和滑閥動(dòng)作的同步。測(cè)量原理與結(jié)構(gòu)

圖a：氣體流入室2，在氣體差壓下皮膜伸脹，使室1氣體通過閥1由出口排出。

聯(lián)動(dòng)使閥1和閥2移動(dòng)，逐漸使室2進(jìn)出口關(guān)閉，室3進(jìn)出口打開，氣體進(jìn)入室3，并使室4中氣體經(jīng)閥2排走，變成圖b。氣體繼續(xù)流入室3并逐漸充滿，與皮膜聯(lián)動(dòng)的閥l、2繼續(xù)移動(dòng)，變成圖c。這時(shí)氣體從入口流入室l，在差壓作用下皮膜收縮，并使測(cè)量室2氣體通過閥l排出。被測(cè)氣體繼續(xù)流入，皮膜及滑閥同步動(dòng)作，變成圖d。

通過計(jì)數(shù)齒輪可將皮膜循環(huán)次數(shù)轉(zhuǎn)換成體積總量。容積式流量計(jì)特性壓力損失特性誤差特性容積式流量計(jì)的特點(diǎn)012.22.112.3容積式流量計(jì)特性液體介質(zhì)：壓力損失隨流體粘度增加而增大；氣體介質(zhì)：氣壓越高，氣體密度越大，壓力損失越大低粘度流體，其壓損與流量呈近似平方關(guān)系。高粘度流體，其壓損與流量呈近似線性關(guān)系。一、壓力損失特性容積式流量計(jì)特性基本誤差：Vi—流量計(jì)的示值；V=NV0＋Vt—經(jīng)過流量計(jì)的實(shí)際值；

Vt—通過傳動(dòng)間隙流過的體積流量。二、誤差特性

理論上誤差與流體性質(zhì)及流量大小無關(guān)。理想曲線E。實(shí)際曲線如圖1、2。

小流量，誤差向負(fù)方向傾斜；流量大于某程度時(shí)，誤差趨近于零；更大的流量范圍，誤差近似平行于橫坐標(biāo)軸，或向負(fù)方向傾斜。容積式流量計(jì)特性結(jié)論1：泄漏量影響誤差。

泄漏量與檢測(cè)元件前后壓差、流體粘度和密度有關(guān)。間隙很小、高粘度，間隙流體流動(dòng)認(rèn)為是粘性流動(dòng)，漏流量K2---與結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)；ρ---流體密度Kl---與結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)；Δp--入口與出口壓差；Μ---流體粘度。間隙較大、粘度較低，忽略粘度影響，漏流量

實(shí)際流動(dòng)狀態(tài)認(rèn)為介于兩種流動(dòng)狀態(tài)之間，因間隙一般都很小，認(rèn)為是近似于粘性流動(dòng)。容積式流量計(jì)特性結(jié)論2：壓差越大泄漏量越大。

壓力由檢測(cè)元件動(dòng)作時(shí)的機(jī)械阻力引起。流量增大，檢測(cè)元件旋轉(zhuǎn)加快，壓差增大，泄露增加。流量越大誤差越向負(fù)方向傾斜。同一個(gè)測(cè)量裝置在不同壓損下誤差

阻力小的流量計(jì)，壓差隨流量變化小，流量增大，誤差向負(fù)方向傾斜小。機(jī)械阻力小，壓損越小，誤差越小。容積式流量計(jì)特性粘度適當(dāng)泄漏量壓損誤差同粘度下（在一定起始流量）：同流量下：流量較小時(shí)，誤差為負(fù)；隨流量增大，誤差減??；泄漏量影響較大流量較大時(shí)誤差近似常數(shù)或向負(fù)誤差傾斜變大泄漏量影響較小QΔP泄漏量誤差

泄漏量影響較大密度泄漏量誤差關(guān)于誤差曲線的總結(jié)：容積式流量計(jì)特