流量檢測及儀表教材

流量檢測及儀表第三節(jié)流量檢測及儀表1概述1.1流量的概念流量:是指流經(jīng)管道或設(shè)備某一截面的流體數(shù)量。1．瞬時流量:

單位時間內(nèi)流經(jīng)某一截面的流體數(shù)量稱為瞬時流量?？梢苑謩e用體積流量和質(zhì)量流量來表示。體積流量：單位時間內(nèi)流過某一截面的流體體積，國際單位為m3/s，還常用m3/h、L/h等單位。體積流量可表示為

——截面A上的平均流速。一、概述

質(zhì)量流量：是指單位時間內(nèi)流經(jīng)某一截面的流體質(zhì)量，國際單位為kg/s，還常用t/h、kg/h等單位。2．累計流量累積流量：是指一段時間內(nèi)流經(jīng)某截面的流體數(shù)量的總和，也稱總量。可用體積和質(zhì)量來表示，即：測量流體流量的儀表一般叫流量計；測量流體總量的儀表常稱為計量表。流量計的分類1．速度式流量計測量流體在管道內(nèi)的流速，用過流面積換算成流量。例如差壓式流量計、轉(zhuǎn)子流量汁、電磁流量計、渦輪流量計等。2．容積式流量計以單位時間內(nèi)所排出的流體的固定容積的數(shù)量作為測量依據(jù)。例如橢圓齒輪流量計、活塞式流量計等。3．質(zhì)量流量計以測量流體流過的質(zhì)量為依據(jù)，分直接式和間接式兩種。

直接式質(zhì)量流量計直接測量質(zhì)量流量。例如量熱式、角動量式、陀螺式和科里奧利力式等質(zhì)量流量計。

間接式質(zhì)量流量汁是用密度與容積流量經(jīng)過運(yùn)算求得質(zhì)量流量的。具有測量精度不受流體的溫度、壓力、粘度等變化影響的優(yōu)點(diǎn)。二、差壓式（節(jié)流式）流量計基于流體流動的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置（流動阻力件）時產(chǎn)生的壓力差而實(shí)現(xiàn)流量的測量。1-

節(jié)流元件；2-

導(dǎo)壓管路；3-

三閥組；4-

差壓計。

節(jié)流裝置用于產(chǎn)生壓力差；導(dǎo)壓管是連接節(jié)流裝置與差壓計的管線，用來傳導(dǎo)差壓信號；差壓計用來測量壓差信號，并把此壓差轉(zhuǎn)換成流量指示記錄下來。1.節(jié)流裝置的流量測量原理流體所具有的靜壓能和動壓能，連同克服流動阻力的能量損失，總和不變能量守恒。可以用伯努利方程表示當(dāng)流體流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流件時，流束將在節(jié)流件處形成局部收縮，因此，流體流速增加、動壓能增加，其靜壓能下降，在節(jié)流件前后便產(chǎn)生了壓差。工作原理由于流體流經(jīng)孔板時，產(chǎn)生局部渦流損耗和摩擦阻力損失。在流束充分恢復(fù)后，靜壓力不能恢復(fù)到原來的數(shù)值。節(jié)流元件前后的靜壓差大小與流量有關(guān)。流量愈大，流束的收縮和動、靜壓能的轉(zhuǎn)換也愈顯著，則產(chǎn)生的壓差也愈大。只要測得節(jié)流元件前后的靜壓差大小，即可依據(jù)壓差來衡量流量的大小。節(jié)流元件附近流速和壓力分布情況壓差影響因素：流量、節(jié)流裝置形式、管道內(nèi)流體的物理性質(zhì)（密度、粘度）。流量基本方程式根據(jù)流體的連續(xù)性方程（質(zhì)量守恒定律）和流體力學(xué)的伯努利方程（能量守恒定律），可以推導(dǎo)出流量與壓差之間的流量方程式，即體積流量質(zhì)量流量式中：

——流量系數(shù)；

C——流出系數(shù)β——節(jié)流元件開孔直徑與工藝管道之比

——流束膨脹系數(shù)；

d——節(jié)流裝置的開孔直徑，m2

——流體密度，kg/m3

Δр——節(jié)流裝置前后實(shí)際測得的壓力差流量與壓力差的平方根成正比對于氣體、蒸汽等可壓縮流體，在經(jīng)過節(jié)流裝置時壓力的變化，使流體膨脹，密度變小，用流速膨脹校正系數(shù)系數(shù)ε對上式進(jìn)行修正對于實(shí)際流體，摩擦阻力損失及可壓縮性的影響，用流出系數(shù)c進(jìn)行修正。實(shí)用習(xí)慣單位：流量m3/h，開孔直徑mm，其它量單位不變，實(shí)用流量公式：2、差壓式流量計的組成歷史悠久、技術(shù)成熟、應(yīng)用最廣泛。結(jié)構(gòu)簡單、使用壽命長，適應(yīng)能力強(qiáng)，幾乎能測量各種工況下的流量。測量對象：流體方面，單相、混相、潔凈、臟污；工作狀態(tài)：常壓、高壓、真空、常溫、高溫、低溫；管徑方面：從幾毫米到幾米；流動條件：亞音速流、臨界流、脈動流。顯示儀表3.標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置通常把ISO5167(GB／T2624-93)中所列節(jié)流裝置稱為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，其它節(jié)流裝置稱為非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置。采用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的差壓式流量計，可直接投入使用，而不必進(jìn)行實(shí)驗標(biāo)定。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件為孔板、噴嘴和文丘里管；取壓方式為角接取壓、法蘭取壓、徑距取壓。適用條件：工藝管道公稱直徑在50～1000mm之間。3、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置標(biāo)準(zhǔn)孔板孔板是一塊具有與管道同心圓形開孔的圓板，迎流一側(cè)是有銳利直角入口邊緣的圓筒形孔，順流的出口呈擴(kuò)散的錐形。結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，價格便宜。壓力損失較大，測量精度較低，只適用于潔凈流體介質(zhì)，測量大管徑高溫高壓介質(zhì)時，孔板易變形。標(biāo)準(zhǔn)孔板

標(biāo)準(zhǔn)噴嘴

是一個以管道喉部開孔軸線為中心線的旋轉(zhuǎn)對稱體?？捎糜跍y量溫度和壓力較高的蒸汽、氣體和帶雜質(zhì)的液體流量。測量精度較孔板高，加工難度大，價格高，壓損略小于孔板。要求工藝管徑D不超過500mm。(a)ISA1932噴嘴(b)長頸噴嘴圖4.4標(biāo)準(zhǔn)噴嘴3、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置標(biāo)準(zhǔn)噴嘴標(biāo)準(zhǔn)文丘里管

壓損較孔板和噴嘴都小，有較高的測量精度，對流體中的懸浮物不敏感，可測量有懸浮固體顆粒的液體，適合大流量氣體流量測量。但尺寸大，制造困難、價格昂貴，不適用于200mm以下管徑的流量測量，工業(yè)應(yīng)用較少。圖4.5經(jīng)典文丘利管3、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置文丘里管4、節(jié)流裝置的取壓方式根據(jù)節(jié)流裝置取壓口位置可將取壓方式分為理論取壓、角接取壓、法蘭取壓、徑距取壓與損失取壓等五種:角接取壓取壓點(diǎn)分別位于節(jié)流元件前后端面處。適用于孔板和噴嘴兩種節(jié)流裝置。它又分為環(huán)室取壓和單獨(dú)鉆孔取壓兩種方法。法蘭取壓在距節(jié)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。法蘭取壓法結(jié)構(gòu)較簡單，容易裝配，計算也方便，但精度較角接取壓法低些。4、節(jié)流裝置的取壓方式徑距取壓（D-D/2取壓）在距節(jié)流元件前端面1D、后端面D/2處的管道上鉆孔取壓。適用于孔板和噴嘴。4、節(jié)流裝置的取壓方式5差壓式流量計的安裝

節(jié)流件上下游側(cè)直管段長度的要求安裝節(jié)流元件的管道應(yīng)該是直的，截面為圓形；管道內(nèi)壁應(yīng)潔凈；節(jié)流元件前后要有足夠長直管段長度，以使流體穩(wěn)定流動，一般上游側(cè)直管段在10D-50D之間，下游側(cè)直管段在5D-8D之間。節(jié)流件的安裝要求安裝節(jié)流件時必須注意它的方向性，不能裝反。節(jié)流件安裝在管道中時，要保證其前端面與管道軸線垂直，偏差不超過1°；還要保證其孔中心軸與管道同軸，不同心度不應(yīng)超過0.015D(1/β-1)。5差壓式流量計的安裝其他注意事項密封墊片，在夾緊后不得突入管道內(nèi)壁。引壓管路應(yīng)按最短距離敷設(shè)，一般總長度不超過50m,管徑10～18mm。取壓位置：測量液體時取壓點(diǎn)在下方；測量氣體時取壓點(diǎn)在上方；測量蒸汽時，取壓點(diǎn)在中心水平位置。引壓管沿水平方向敷設(shè)時，應(yīng)有大于1:10的傾斜度，以便排出氣體（對液體介質(zhì)）或凝液（對氣體介質(zhì)）。引壓管應(yīng)帶有切斷閥、排污閥、集氣器、集液器、凝液器等必要附件，以備與被測管路隔離維修和沖洗排污用。6.差壓式流量計的應(yīng)用

差壓式流量計具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、使用壽命長、測量范圍廣的特點(diǎn)。不足之處是測量精度不高，測量范圍較窄（量程比3：1~4：1），要求直管段長，壓力損失較大，刻度為非線性。使用時應(yīng)注意的問題：①應(yīng)考慮流量計使用范圍。②被測流體的實(shí)際工作狀態(tài)（溫度、壓力）和流體性質(zhì)（重度、粘度、雷諾數(shù)等）應(yīng)與設(shè)計時一致，否則會造成實(shí)際流量值與指示流量值間的誤差③使用中要保持節(jié)流裝置的清潔。④節(jié)流裝置尤其是孔板，其入口邊緣會由于磨損和腐蝕而變鈍，引起儀表示值偏低。故應(yīng)及時檢查。⑤引壓管路接至差壓計之前，必須安裝三閥組，以便差壓計的回零檢查及引壓管路沖洗排污用。組成：錐形管、轉(zhuǎn)子測量原理:定壓降，變節(jié)流面積轉(zhuǎn)子在錐形管中的平衡位置的高低與被測介質(zhì)的流量大小相對應(yīng)。又名浮子流量計，測量本體由一根自下向上擴(kuò)大垂直安裝的錐管和一只可以沿著錐管的軸向自由移動的浮子組成，流體自下而上流經(jīng)錐形管．如圖所示．轉(zhuǎn)子流量計結(jié)構(gòu)簡單、工作直觀可靠、壓力損失小、維修方便等特點(diǎn)，成為工業(yè)上和實(shí)驗室常用的一種流量計。三、轉(zhuǎn)子流量計被測流體由錐管下部進(jìn)入上部流出。當(dāng)流體穩(wěn)定地流過轉(zhuǎn)子與錐形管之間的環(huán)隙時，轉(zhuǎn)子受重力G、流體對轉(zhuǎn)子的浮力F1、粘滯摩擦力作用由于轉(zhuǎn)子的節(jié)流作用產(chǎn)生的靜壓差的作用力和流體對轉(zhuǎn)子的沖擊力（動壓力)F2的作用，如若忽略流體對轉(zhuǎn)子的粘滯摩擦力，則轉(zhuǎn)子在穩(wěn)定流量下受力平衡：如果被測流體的流量增大，即流速v

增大時，流體作用力

F2

隨之增大，轉(zhuǎn)子受力失去平衡。轉(zhuǎn)子在向上的合力作用下上升。1.測量原理1.測量原理隨著轉(zhuǎn)子位置的升高，環(huán)形流通面積增大，v逐漸減小，F(xiàn)2減小。當(dāng)轉(zhuǎn)子升高到某一高度，使作用在轉(zhuǎn)子上的作用力再次平衡時，轉(zhuǎn)子會在新的位置上穩(wěn)定下來。流量減小時情況相反，轉(zhuǎn)子位置降低。當(dāng)流量發(fā)生變化時，轉(zhuǎn)子進(jìn)行位置調(diào)整，使流體的流通面積改變，維持流速不變，其轉(zhuǎn)子高度隨之變化。因此由轉(zhuǎn)子位置高度即可確定流量。φ—儀表常數(shù)g—重力加速度；ρt—轉(zhuǎn)子的密度；A—轉(zhuǎn)子的最大橫截面積ρf—被測流體的密度；h—轉(zhuǎn)子浮起的高度；V—轉(zhuǎn)子的體積；

2.轉(zhuǎn)子流量計的結(jié)構(gòu)類型

按錐管材料可分為：玻璃錐管轉(zhuǎn)子流量計和金屬轉(zhuǎn)子流量計。

玻璃轉(zhuǎn)子流量計玻璃管轉(zhuǎn)子流量計結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，使用方便，但玻璃強(qiáng)度低、耐壓低，玻璃管易碎，多用于常溫、常壓、透明流體的就地指示，不宜制成電遠(yuǎn)傳式.金屬管轉(zhuǎn)子流量計金屬管轉(zhuǎn)子流量計的外形結(jié)構(gòu)圖

2.轉(zhuǎn)子流量計的結(jié)構(gòu)類型

金屬管轉(zhuǎn)子流量計大體都由傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成。傳感器由錐形管和轉(zhuǎn)子組成。轉(zhuǎn)換器有就地指示和遠(yuǎn)傳信號輸出兩大類型。傳感器和轉(zhuǎn)換器之間采用的是磁耦合的方式，將轉(zhuǎn)子位置傳送到轉(zhuǎn)換器上。電遠(yuǎn)傳型金屬管轉(zhuǎn)子流量計普遍采用差動變壓器結(jié)構(gòu)。當(dāng)被測流體自下向上流過錐形管時，轉(zhuǎn)子2的高度通過內(nèi)外磁鋼4、5的磁性耦合方式，將轉(zhuǎn)子的位移傳給轉(zhuǎn)換部分，使杠桿7偏轉(zhuǎn)，經(jīng)四連桿機(jī)構(gòu)9、10、11帶動指針12偏轉(zhuǎn)相應(yīng)角度，在流量刻度盤上現(xiàn)場指示流量大小。同時，轉(zhuǎn)子位移通過第二套四連桿機(jī)構(gòu)13、14、15帶動鐵芯16相對差動變壓器17產(chǎn)生位移，差動變壓器所感應(yīng)的差動電勢送至電轉(zhuǎn)換器18轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電流信號輸出，由配套儀表進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)流量的顯示、記錄、累積。

2.轉(zhuǎn)子流量計的結(jié)構(gòu)類型

對于選定的流量計和一定的被測流體，流量大小就與轉(zhuǎn)子在錐形管中的平衡位置高度成線性正比關(guān)系。轉(zhuǎn)子流量計則特別適合于測量管徑50mm以下管道的小流量測量。測量的流量可小到每小時幾升。對上游直管段長度要求較低；流量范圍度較寬，一般為10：1；壓損較低；基本誤差約為儀表量程的±1～2%，測量精度受被測流體密度和粘度影響，精度不高；一旦實(shí)際被測流體的密度和粘度與廠家標(biāo)定介質(zhì)的情況不同，就應(yīng)對流量指示值進(jìn)行修正。3.轉(zhuǎn)子流量計的特點(diǎn)

轉(zhuǎn)子流量計指示流量與被測流體的密度及流量系數(shù)有關(guān)。流量計生產(chǎn)廠家為了方便成批生產(chǎn)，其所提供的液體轉(zhuǎn)子流量計的流量刻度值是在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（20℃，101.325kPa）下用水進(jìn)行標(biāo)定的，而氣體轉(zhuǎn)子流量計的流量刻度是在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下用空氣標(biāo)定的。因此，如果被測介質(zhì)不是水或空氣，或工作狀態(tài)不是在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，則必須對轉(zhuǎn)子流量計的流量指示值進(jìn)行修正。4.轉(zhuǎn)子流量計指示值的修正4.轉(zhuǎn)子流量計指示值修正1、液體流量測量時的修正：介質(zhì)密度修正。

基本公式：用水標(biāo)定：被測介質(zhì)的粘度和水相差不大時，可認(rèn)為是常數(shù)。則有：（1）（2）（1）式除以（2），整理后可得：KQ為體積流量密度修正系數(shù)。2.氣體流量測量時的修正：介質(zhì)密度、溫度、壓力的修正。，P，T：密度，壓力，絕對溫度。下標(biāo)為0：對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的空氣。下標(biāo)為1：被測的氣體介質(zhì)。4.轉(zhuǎn)子流量計指示值修正1．轉(zhuǎn)子流量計的安裝①若介質(zhì)中含有固體雜質(zhì)，應(yīng)在表前加裝過濾器；若介質(zhì)中含鐵磁性物質(zhì)，應(yīng)在表前入口處安裝磁過濾器。②若流體為不穩(wěn)定的脈動流，為防止轉(zhuǎn)子慣性造成指示振蕩，可選用轉(zhuǎn)子導(dǎo)桿上帶阻尼器的轉(zhuǎn)子流量計。③若工藝上不允許流量中斷，安裝流量計時應(yīng)加設(shè)截止閥和旁通管路以便儀表維護(hù)。④管路中有調(diào)節(jié)閥時，調(diào)節(jié)閥一般應(yīng)安裝在轉(zhuǎn)子流量計的下游。另外，調(diào)節(jié)流量時不宜采用電磁閥等速開閥門，否則閥門迅速開啟時，轉(zhuǎn)子就會因驟然失去平衡而沖到頂部，損壞轉(zhuǎn)子或錐管。⑤轉(zhuǎn)子流量計要求垂直安裝，流量計中心線與鉛垂線的夾角最多不應(yīng)超過5°，否則會帶來測量誤差。⑥轉(zhuǎn)子流量計對直管段長度要求不高。一般上游側(cè)≥5D，下游側(cè)≥250mm5.轉(zhuǎn)子流量計的安裝與應(yīng)用

2．轉(zhuǎn)子流量計的應(yīng)用①為保證測量精度，被測流體的正常流量值最好選在流量計上限刻度的1/3--2/3范圍內(nèi)。②搬動儀表時，應(yīng)將轉(zhuǎn)子頂住，以免轉(zhuǎn)子將玻璃管打碎。③轉(zhuǎn)子流量計開啟時，應(yīng)緩慢地打開流量計前后的截止閥，防止急開急關(guān)造成水擊而損壞玻璃錐管。④當(dāng)錐管和轉(zhuǎn)子受到污染時，應(yīng)及時清洗，以免影響測量精度。⑤被測流體溫度若高于70℃時，應(yīng)在流量計外側(cè)安裝保護(hù)套，以防玻璃管驟冷破裂濺液傷人。⑥被測流體的狀態(tài)參數(shù)與流量計標(biāo)定時的狀態(tài)不同時，須對示值修正。5.轉(zhuǎn)子流量計的安裝與應(yīng)用

四、電磁流量計1、測量原理和結(jié)構(gòu)電磁流量計是基于法拉第電磁感應(yīng)原理制成的一種流量計，用于測量導(dǎo)電液體（如工業(yè)污水、酸、堿、鹽等腐蝕性介質(zhì)）與漿液的體積流量。在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的均勻磁場中，垂直于磁場方向放一個內(nèi)徑為D的不導(dǎo)磁管道，當(dāng)導(dǎo)電液體在管道中以平均流速v流動時，導(dǎo)電流體就切割磁力線。B、D、v三者互相垂直，在兩電極之間產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為四、電磁流量計1、測量原理和結(jié)構(gòu)基于電磁感應(yīng)定律穩(wěn)恒磁場條件下，感應(yīng)電勢與流速成正比。而與流體的物性和工作狀態(tài)無關(guān)。四、電磁流量計2.類型

電磁流量計按結(jié)構(gòu)形式可分一體式和分體式兩種，均由傳感器和轉(zhuǎn)換器兩大部分組成。傳感器安裝在工藝管道上感受流量信號。轉(zhuǎn)換器用于將傳感器輸出的毫伏級電勢信號進(jìn)行處理與放大，并轉(zhuǎn)換成與被測流體體積流量成正比的標(biāo)準(zhǔn)模擬電流信號、電壓或頻率信號輸出。

四、電磁流量計分體式流量計的傳感器和轉(zhuǎn)換器分開安裝，轉(zhuǎn)換器可遠(yuǎn)離惡劣的現(xiàn)場環(huán)境。一體式電磁流量計，可就地顯示、信號遠(yuǎn)傳、無勵磁電纜和信號電纜布線，接線簡單、價格便宜?，F(xiàn)場環(huán)境條件較好時可選用一體式電磁流量計。

一體式(夾裝)(b)分體式（法蘭安裝）電磁流量計外形圖四、電磁流量計

3.電磁流量傳感器的結(jié)構(gòu)電磁流量傳感器由測量管組件、磁路系統(tǒng)、電極等部分組成，如圖所示，測量管上下裝有勵磁線圈，通以勵磁電流后產(chǎn)生磁場穿過測量管。一對電極裝在測量管內(nèi)壁與液體相接觸，引出感應(yīng)電勢。電磁流量傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖1—下蓋；2—內(nèi)襯管；3—連接法蘭；4—勵磁線圈；5—上蓋；6—測量管；7－磁軛；8－電極3.電磁流量計的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單，無活動部件及插入管道的阻流件，幾乎無附加壓損，直管段要求低；電磁流量計的口徑范圍比其他品種流量儀表寬，對要求低阻力損失的大管徑供水管道最為適合；測量結(jié)果不受流體物性及溫度、壓力、粘度等外界因素的影響，因此只需經(jīng)水標(biāo)定后，就可用來測量其它導(dǎo)電液體的流量；準(zhǔn)確度高，約為0.5-1.5級；適于導(dǎo)電液體流量的測量，尤其適用于臟污流體、腐蝕性流體及含固體顆粒和懸浮物的液固兩相流體。電磁流量計的輸出與流量呈線性關(guān)系，設(shè)計沒有機(jī)械慣性，所以反應(yīng)靈敏，可測量正反兩個方向的流量，也可測量瞬時脈動流量。3.電磁流量計的特點(diǎn)缺點(diǎn)：只能用來測量導(dǎo)電液體的流量；不能用于氣體、蒸汽及石油制品的流量；測量受內(nèi)襯和電氣絕緣材料的限制，不能用于測量高溫液體；易受電磁干擾影響；流速測量下限有一定限度；工作壓力受到限制；結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜，成本較高。1.電磁流量計的安裝測量管與工藝管道同軸，并保證測量管內(nèi)始終充滿液體；遠(yuǎn)離大功率強(qiáng)磁場設(shè)備安裝；加設(shè)旁通管路；傳感器的測量管、外殼、引線的屏蔽線以及傳感器兩端的管道都必須可靠接地，使液體、傳感器和轉(zhuǎn)換器具有相同的零電位；

2.電磁流量計的使用磁場是均勻分布的恒定磁場；被測流體的流速軸對稱分布；被測液體是非磁性的；被測液體的電導(dǎo)率均勻且各向同性。3.電磁流量計的安裝使用五、渦輪流量計1、工作原理與結(jié)構(gòu)

當(dāng)流體流經(jīng)用高導(dǎo)磁系數(shù)的不銹鋼材料制成的渦輪時，由于流體的沖擊作用，將使渦輪發(fā)生旋轉(zhuǎn)，在—定范圍內(nèi)，渦輪的轉(zhuǎn)速與流體的平均流速成正比，通過磁電轉(zhuǎn)換裝置將渦輪轉(zhuǎn)速變成電脈沖信號，可推導(dǎo)出被測流體的瞬時流量和累積流量。特點(diǎn)輸出脈沖頻率信號，適于總量計量及與計算機(jī)連接；結(jié)構(gòu)緊湊輕巧，安裝維護(hù)方便；其測量精度高,復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性均好；量程范圍寬，量程比可達(dá)(10～20):1，刻度線性；耐高壓，壓力損失；對流量變化反應(yīng)迅速，可測脈動流量；抗干擾能力強(qiáng)，難以長期保持校準(zhǔn)特性，需要定期校驗。對被測介質(zhì)的清潔度要求較高，流體物性（密度、粘度）對儀表特性有較大影響。傳感器上下游側(cè)需設(shè)置較長的直管段制造困難，成本高。

通常渦輪流量計主要用于量精度要求高、流量變化快的場合，還用作標(biāo)定其他流量的標(biāo)準(zhǔn)儀表。

當(dāng)超聲波在流體中傳播時，會載帶流體流速的信息。因此，根據(jù)對接收到的超聲波信號進(jìn)行分析計算，可以檢測到流體的流速，進(jìn)而可以得到流量值。傳播速度差法的基本原理為：測量超聲波脈沖在順流和逆流傳播過程中的速度之差來得到到被測流體的流速。根據(jù)測量的物理量的不同，可以分為時差法(測量順、逆流傳播時由于超聲波傳播速度不同而引起的時間差)、相差法(測量超聲波在順、逆流中傳播的相位差)、頻差法(測量順、逆流情況下超聲脈沖的循環(huán)頻率差)。六、超聲波流量計六、超聲波流量計 1．時差式超聲波流量計聲波在流體中傳播，順流方向聲波的傳播速度會增大，逆流方向聲波的傳播速度則會減小，相同的傳播距離在順流和逆流時會有不同的傳播時間。時差式超聲波流量計正是利用超聲波在流體中順流和逆流傳播的時間差與流體流速成正比這一原理來測量流體流量的。圖4.80時差式超聲波流量計的原理示意圖1.時差式超聲波流量計在管道中斜裝一對超聲波換能器，超聲波的傳播聲程為A、B換能器之間的距離。換能器A向換能器B順流方向發(fā)射超聲波信號，傳播速度為聲波傳播速度與流體流速水平分量之和，則傳播時間為

反之，換能器B向換能器A逆流方向發(fā)射超聲波信號，傳播速度為聲波傳播速度與流體流速水平分量之差，則傳播時間為

c：超聲波在靜止介質(zhì)中的傳播速度，其值隨介質(zhì)不同而不同；v：流體沿超聲波傳播途徑上的線平均流速；θ：超聲波傳播方向與流體流動方向之間的夾角；D：管道內(nèi)徑。1.時差式超聲波流量計時差式超聲波流量計主要用來測量潔凈的流體流量，還可以測量雜質(zhì)含量不高(雜質(zhì)含量小于10g/L，粒徑小于1mm)的均勻流體，如污水等介質(zhì)的流量，但不能測量含有影響超聲波傳播的連續(xù)混入氣泡或體積較大固體物的液體。在懸浮顆粒含量過多或因管道條件致使超聲信號嚴(yán)重衰減而不能測量時，有時可以試降低換能器頻率，予以解決。而且精度可達(dá)±1%。

多普勒法多普勒法是利用聲學(xué)多普勒原理確定流體流量的．多普勒效應(yīng)是當(dāng)聲源和目標(biāo)之間有相對運(yùn)動，會引起聲波在頻率上的變化，這種頻率變化正比于運(yùn)動的目標(biāo)和靜止的換能器之間的相對速度。2.多普勒式超聲波流量計多普勒式超聲波流量計的測量原理：發(fā)射換能器向流體發(fā)出頻率為的連續(xù)超聲波，受到懸浮在流體中隨流體移動的固體顆粒或氣泡散射時，接收到的反射聲波與發(fā)射聲波之間存在頻率差，由聲學(xué)上的多普勒效應(yīng)理論推知該頻率差正比于流體流速，因此測量頻率差即可求得流速和體積流量，這就是多普勒超聲波流量計測量流量的工作原理。

——聲波由聲楔進(jìn)入流體的入射角；

c0——聲楔材料中的聲速；

A——管道內(nèi)橫截面積；

k——流速分布修正系數(shù)。因此，被測流體必須是含有一定數(shù)量能夠反射聲波的固體顆?；驓馀莸鹊膬上嘟橘|(zhì)，以便獲得足夠強(qiáng)度的信號使儀表正常工作。2.多普勒式超聲波流量計超聲波流量計的選擇條件傳播時間法多普勒法適用液體水類（江河水，海水農(nóng)業(yè)用水等）,油類（純凈燃油，潤滑油，食用油等），化學(xué)試劑，藥液等含雜質(zhì)多的水（下水，污水，農(nóng)業(yè)用水等），漿類（泥漿，礦漿，紙漿化工料漿等），油類（非凈燃油，重油，原油等）適用懸浮顆粒含量體積含量<1%（包括氣泡）時不影響測量準(zhǔn)確度濁度>50－100mg/L儀表基本誤差帶測量管段式±（0.5-1）%R±（3-10）%FS固體粒子含量基本不變時±（0.5-3）%濕式大口徑多聲道濕式小口徑單聲道±1.5%R-±3%R夾裝式（范圍度20:1）重復(fù)性誤差0.1%-0.3%1%信號傳輸電纜長度100-300m,在能保證信號質(zhì)量的前提下，可以小于100m<30m價格較高一般較低3.結(jié)構(gòu)類型、特點(diǎn)及應(yīng)用

超聲波流量計的結(jié)構(gòu)由安裝在測量管道上的傳感器和轉(zhuǎn)換器組成。超聲波流量計有分體式和一體式兩種。傳感器的安裝方式有插入式、管段式、外夾式三種型式。安裝外夾式傳感器無需管道斷流，即夾即用，安裝方便。管段式超聲波傳感器把傳感和測量管組成一體，而且測量精度高。插入式傳感器測量不受管質(zhì)和管襯材料的限制，但安裝麻煩。

(a)插入式傳感器(b)外夾式傳感器(c)管段式傳感器(d)一體式流量計圖4.82超聲波流量計的類型超聲波流量計的特點(diǎn)①無可動部件，

無壓力損失。用于大口徑流量測量。②外夾式安裝，非接觸測量，可用于其它類型儀表所難以測量的強(qiáng)腐蝕性、放射性、高壓、高粘度、易燃易爆介質(zhì)的流量測量問題，一臺儀表可適應(yīng)多種管徑測量和多種流量范圍測量。③檢測件的維修更換方便，安裝和維修時不影響生產(chǎn)。④既可測液體，也可測氣體及非導(dǎo)電性流體。⑤對于中小管道來說，超聲波流量計價格偏高。超聲波流量計的安裝與應(yīng)用

使用時使測量管始終充滿流體；需定期維護(hù)清理探頭；時差式超聲波流量計只能用于清潔流體，多普勒式超聲波流量計適于測量含有一定數(shù)量的顆?；驓馀莸牧黧w，但臟污太重，均不可測量。3.結(jié)構(gòu)類型、特點(diǎn)及應(yīng)用七、漩渦（渦街）流量計1、測量原理：基于流體力學(xué)中的卡門渦街原理當(dāng)雷諾數(shù)達(dá)到—定的數(shù)值時，會在柱狀物的下游處產(chǎn)生如圖所示的兩列平行狀、并且上下交替出現(xiàn)的漩渦。當(dāng)h/l=0.281時，非對稱的漩渦列就能保持穩(wěn)定。漩渦頻率f與流速u及漩渦發(fā)生體的寬度d關(guān)系：f=Stu/d特點(diǎn)：精度高，應(yīng)用范圍廣，使用壽命長。漩渦流量計基于流體振蕩原理工作，即在一定的流動條件下，部分流體產(chǎn)生振動，且振動頻率與流體流量成正比關(guān)系。將該振動頻率信號輸出，經(jīng)轉(zhuǎn)換就可得到被測流量。該流量計無機(jī)械可動部件，安裝維護(hù)方便、運(yùn)行費(fèi)用低。按工作原理分流體自然振蕩型和流體強(qiáng)迫振蕩型兩種。前者稱渦街流量計；后者稱旋進(jìn)漩渦流量計。七、漩渦流量計1.渦街流量計測量原理基于流體力學(xué)中“卡門渦街”原理。在流體中垂直于流向放置一根非流線型柱狀物體（如圓柱、三角柱或T形柱等）作為漩渦發(fā)生體。當(dāng)流體流速足夠大時，流體會在漩渦發(fā)生體的下游兩側(cè)交替產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)方向相反的漩渦，像這樣兩列平行的不對稱的交替漩渦列稱為卡門渦街。卡門渦街由于漩渦之間相互影響，漩渦列一般是不穩(wěn)定的。實(shí)驗證明，當(dāng)兩列漩渦之間的距離h與同列的兩個漩渦之間的距離l滿足h/l=0.281的關(guān)系時，卡門渦街才是穩(wěn)定的。此時所產(chǎn)生的單列漩渦的頻率f和旋渦發(fā)生體兩側(cè)流體的平均速度v1及漩渦發(fā)生體的寬度d之間存在如下關(guān)系v1——漩渦發(fā)生體兩側(cè)流體的平均流速，m／s；d——漩渦發(fā)生體迎流面最大寬度，m；f——單列漩渦的頻率，即單位時間內(nèi)產(chǎn)生的單列漩渦的個數(shù)，Hz；St——斯特羅哈爾數(shù)，無量綱。當(dāng)漩渦發(fā)生體幾何形狀確定時，St只與雷諾數(shù)有關(guān)。若管道內(nèi)流體的雷諾數(shù)Re能保持在2×104至7×106范圍內(nèi)，St便近似一個常數(shù)，三角柱St=0.16，圓柱體St=0.201.渦街流量計K——流量系數(shù)。流體雷諾數(shù)Re在一定范圍內(nèi)時，

K為一常數(shù),不受流體的壓力、溫度、粘度、密度、成分的影響，用水標(biāo)定的儀表用于空氣，儀表系數(shù)僅相差0.5％，誤差不是很明顯。若管道內(nèi)徑為D，流體在管道內(nèi)的平均流速為v，對直徑為d的圓柱形漩渦發(fā)生體，當(dāng)時，近似有1.渦街流量計渦街流量計的結(jié)構(gòu)渦街流量計通常由檢測器和轉(zhuǎn)換器組成。檢測器包括漩渦發(fā)生體、檢測元件、殼體等。漩渦發(fā)生體一般采用不銹鋼材料制成，按柱形可分為圓柱、三角柱、梯形柱、T形柱、矩形柱等；單體三角柱形漩渦發(fā)生體應(yīng)用最廣泛。1.渦街流量計(a)單體漩渦發(fā)生體(b)多體漩渦發(fā)生體漩渦發(fā)生體基本形狀1.渦街流量計漩渦頻率檢出元件及方法1.渦街流量計旋渦在圓柱體下游側(cè)產(chǎn)生，出于升力作用，使得圓柱體下方的壓力比上方高一些，圓柱體下方的流體在上下壓力差的作用下，從圓柱體下方導(dǎo)壓孔進(jìn)入空腔，通過隔板中央部分的小孔，流過鉑電阻絲，從上方導(dǎo)壓孔流出。如果將鉑電阻絲加熱到高于流體溫度的某溫度值，則當(dāng)流體流過鉑電阻絲時，就會帶走熱量，改變其溫度，也即改變其電阻值。當(dāng)圓柱體上方產(chǎn)生一個旋渦時，則流體從上導(dǎo)壓孔進(jìn)入，由下導(dǎo)壓孔流出，又一次通過鉑電阻絲，又改變一次它的電阻值。由此可知：電阻值變化與流動變化相對應(yīng)，也即與旋渦的頻率相對應(yīng)。

1.渦街流量計渦街流量計的轉(zhuǎn)換器由于檢測元件檢測到的電信號既微弱又含有不同成分的噪聲，所以必須經(jīng)過轉(zhuǎn)換器把該信號進(jìn)行放大、濾波、整形等處理，才能輸出與流量成比例的脈沖信號。對于流量顯示儀，還需轉(zhuǎn)換成4～20mA的標(biāo)準(zhǔn)電信號。轉(zhuǎn)換器的原理框圖2旋進(jìn)漩渦流量計工作原理

旋進(jìn)漩渦流量計是利用流體強(qiáng)迫振蕩原理制成。流體首先通過一組由固定螺旋形葉片組成的起旋器后被強(qiáng)迫旋轉(zhuǎn)，形成一股具有漩進(jìn)中心的渦流。在收縮段由于節(jié)流作用，渦流的前進(jìn)速度和渦旋速度都逐漸加強(qiáng)。當(dāng)漩渦流體進(jìn)入到擴(kuò)張段時，因管內(nèi)腔突然擴(kuò)大，流速急劇減少，流體的中心改為貼近擴(kuò)散段的壁面、圍繞著流量計的軸線作螺旋狀進(jìn)動—漩進(jìn)。漩進(jìn)頻率與流速成正比，因而測得漩渦流的漩渦進(jìn)動頻率即可得知被測體積流量值。實(shí)驗證明，在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)：

qv——流體體積流量；f——漩渦進(jìn)動頻率。K——旋進(jìn)漩渦流量計的儀表系數(shù)。結(jié)構(gòu)組成

旋進(jìn)漩渦流量計由傳感器和轉(zhuǎn)換器組成。傳感器包括表體、起旋器、消旋器和檢測元件等。表體通常由不銹鋼或鑄鋁合金制成。起旋器具有特定角度的螺旋葉片，用以強(qiáng)迫流體產(chǎn)生漩渦流，由不銹鋼或合金鋼等耐磨材料制成。檢測元件由檢測元件一般采取接觸式檢測，貼近壁面安裝在靠近擴(kuò)張段的喉部。消旋器用直葉片制成，固定在出口段，用于使流體平順地流出去，減少漩渦流對下游儀表性能的影響。轉(zhuǎn)換器

轉(zhuǎn)換器把檢測元件輸出信號經(jīng)過電路處理轉(zhuǎn)換為脈沖方波信號或4~20mA標(biāo)準(zhǔn)信號輸出2旋進(jìn)漩渦流量計漩渦流量計的特點(diǎn)①直接輸出與流量成正比的脈沖頻率信號，適用于總量計量②管道內(nèi)無運(yùn)動部件，無機(jī)械磨損，壓力損失較?、劢Y(jié)構(gòu)簡單牢固，安裝維護(hù)方便、費(fèi)用較低。④在一定雷諾數(shù)范圍內(nèi)，輸出頻率信號不受流體物性和成分變化的影響。⑤漩渦的穩(wěn)定性受流速分布畸變及旋轉(zhuǎn)流的影響，上游側(cè)必須有足夠長的直管段，為保證測量精度必要時還應(yīng)在上游側(cè)加裝整流器。⑥渦街流量計不適用于低雷諾數(shù)的流量測量，在高粘度、低流速、大口徑情況下應(yīng)用受到限制⑦儀表口徑越大儀表系數(shù)越小，頻率分辨率越低，所以口徑不能過大⑧不適用于管內(nèi)有較嚴(yán)重的旋轉(zhuǎn)流以及管道產(chǎn)生振動的場所容積式流量計橢圓齒輪流量計的結(jié)構(gòu)橢圓齒輪流量計由測量主體、聯(lián)軸耦合器、表頭三部分組成。測量部分由殼體及兩個相互嚙合的橢圓截面的齒輪構(gòu)成。在橢圓齒輪與殼體內(nèi)壁、上下蓋板間圍成的“月牙”形固定容積的空間“計量室”。圖4.24橢圓齒輪流量計1-表頭；2-聯(lián)軸耦合器；3-上蓋；4-測量主體；5-橢圓齒輪；6-軸八、橢圓齒輪式流量計檢測原理：它是使被測流體充滿具有一定容積的空間，流量計內(nèi)部有1～2個轉(zhuǎn)子，在流入口流體壓力作用下使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，使流體從流入口流向流出口。設(shè)轉(zhuǎn)子與流量計殼體之間的容積已知，則通過測量轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，就可得知流體流經(jīng)流量計的流量；如果測出轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的次數(shù)，就可獲得流體的總體積八、橢圓齒輪流量計結(jié)構(gòu)與工作原理由于流體在流量計入、出口處的壓力P1

P2，當(dāng)A、B兩輪處于(a)所示位置時，A輪與殼體間構(gòu)成容積固定的半月形測量室(圖中陰影部分)，此時進(jìn)出口差壓作用于B輪上的合力矩為零，而在A輪上的合力矩不為零，產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)力矩，使得A輪作順時針方向轉(zhuǎn)動，并帶動B輪逆時針旋轉(zhuǎn)，測量室內(nèi)的流體排向出口；當(dāng)兩輪旋轉(zhuǎn)處于(b)位置時，兩輪均為主動輪；當(dāng)兩輪旋轉(zhuǎn)90

，處于(c)位置時，轉(zhuǎn)子B與殼體之間構(gòu)成測量室，此時，流體作用于A輪的合力矩為零，而作用于B輪的合力矩不為零，B輪帶動A輪轉(zhuǎn)動，將測量室內(nèi)的流體排向出口。當(dāng)兩輪旋轉(zhuǎn)至180°時，A、B兩輪重新回到位置(a)。如此周期地主從更換，兩橢圓齒輪作連續(xù)的旋轉(zhuǎn)。當(dāng)橢圓齒輪每旋轉(zhuǎn)一周時，流量計將排出4個半月形(測量室)體積的流體。設(shè)測量室的容積為V，則橢圓齒輪每旋轉(zhuǎn)一周排出的流體體積為4V。流量公式:Q=4nV

其中：n－轉(zhuǎn)速

V－半月形(測量室)

體積2、容積式流量計的工作特性:與流體的粘度、密度以及工作溫度、壓力等因素有關(guān)，相對來說，粘度的影響要大一些3、信號轉(zhuǎn)換：就地顯示遠(yuǎn)傳顯示4、容積式流量計的工作特點(diǎn)： 精度高，可達(dá)0.2～0.5%，用于企業(yè)管理和商品銷售。主要測高粘度流體(例如重油、聚乙烯醇、樹脂等)，甚至糊狀物的流量，測總流量。量程比10：1。對直管段無要求。小流量時泄漏大，使讀數(shù)偏低。被測流體要求清潔，不能含固體顆粒，入口端應(yīng)加過濾器，否則易堵或磨損。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工困難，成本高八、橢圓齒輪式流量計九、腰輪流量計1．組成與原理其測量部分由殼體及一對表面光滑無齒的腰輪構(gòu)成，在腰輪與殼體、上下蓋板內(nèi)壁之間形成“計量室”。由于腰輪的縮腰形狀與橢圓齒輪鼓腰形狀相反，相同直徑下，腰輪流量計圍成的計量室空間比橢圓齒輪流量計的要大，其儀表體積相對較小。

腰輪流量計測量主體結(jié)構(gòu)示意圖1—?dú)んw；2—計量室；3—腰輪；6—上隔板；7—輸出軸；8—腰輪；9—入口；10—下隔板；12—驅(qū)動齒輪；13—出口；15—表頭；17—計數(shù)器九、腰輪流量計腰輪流量計工作過程示意圖1—?dú)んw；2—轉(zhuǎn)軸；3—驅(qū)動齒輪；4—腰輪；5—計量室與橢圓齒輪流量計的原理基本相同，一對腰輪同樣是在進(jìn)、出口流體的壓力差作用下，交替產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩而連續(xù)轉(zhuǎn)動的。不同處是兩個腰輪表面光滑無齒，因此它們之間不是直接相互嚙合驅(qū)動旋轉(zhuǎn)的，通過固定在腰輪軸上的一對驅(qū)動齒輪實(shí)現(xiàn)兩個腰輪相互驅(qū)動的。腰輪每轉(zhuǎn)一周，流量計輸出四倍計量室體積的流體，被測流體的流量與腰輪轉(zhuǎn)數(shù)成正比，腰輪的轉(zhuǎn)數(shù)通過一定傳動比的變速機(jī)構(gòu)傳給計數(shù)器，并通過計數(shù)器的累計值顯示某段時間內(nèi)被測流體的累積體積流量。腰輪流量計的結(jié)構(gòu)類型腰輪流量計主要由殼體、腰輪、驅(qū)動齒輪、磁性耦合聯(lián)軸器、精度修正器、計數(shù)器等組成。其流量信號的顯示以機(jī)械計數(shù)器就地顯示累積流量為主，可另配光電式脈沖轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電脈沖信號輸出。LL型立式腰輪流量計5-磁性耦合聯(lián)軸器；6-徑向軸承；7-腰輪軸；8-中間隔板；9-止推軸承；11-機(jī)械計數(shù)器；12-傳動齒輪箱；15-驅(qū)動齒輪；16-腰輪九、腰輪流量計腰輪流量計的特點(diǎn)腰輪流量計與橢圓齒輪流量計相比，體積小、流量范圍大、測量精度高。兩個腰輪間有微小間隙，對介質(zhì)清潔度要求低，允許流體含有微小顆粒。腰輪流量計精度可達(dá)0.2級，口徑為15～300mm，測量范圍為2.5～1000m3/h。容積式流量計的安裝容積法測量流量受流體物性影響較小，故檢測精度較高。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工制造較困難，成本較高。安裝時應(yīng)遠(yuǎn)離熱源，避免高溫環(huán)境；避開有腐蝕性氣體、多灰塵和潮濕的場所；使流體滿管流動；表前安裝過濾器和消氣器；加設(shè)旁通管路。容積式流量計安裝示意圖質(zhì)量流量計大多流量儀表所能直接測得的均為體積流量。但生產(chǎn)中進(jìn)行產(chǎn)量計量交接、經(jīng)濟(jì)核算和產(chǎn)品儲存時希望直接測量介質(zhì)的質(zhì)量，而不是體積，因此能夠用來直接測量質(zhì)量流量的流量計在近些年得到了很快發(fā)展。質(zhì)量流量計質(zhì)量流量計的類型

1．直接式質(zhì)量流量計直接式質(zhì)量流量計的輸出信號能直接反映流體的質(zhì)量流量。直接式質(zhì)量流量計又分差壓式、科里奧利式和熱式幾種，具有高準(zhǔn)確度、高重復(fù)性和高穩(wěn)定性特點(diǎn)。2．間接式質(zhì)量流量計（1）組合式可同時檢測流體的體積流量和密度ρ，或與密度有關(guān)的參數(shù)，然后通過運(yùn)算單元計算出介質(zhì)的質(zhì)量流量信號輸出。（