第4章 流量檢測與儀表

第四章流量檢測與儀表 流量是指單位時間內(nèi)流過管道或特定通道橫截面的流體數(shù)量，稱為瞬時(平均)流量。流量分體積流量(Q或qv表示)與質(zhì)量流量(M或qm表示)，體積流量是流體平均流速V與流經(jīng)管道橫截面積A乘積，即Q=AV；而M=Qρ。 流量計類型很多，常分為以下兩類：⑴速度式流量計：通過測量流體在管道內(nèi)的流速來計算流量。⑵容積式流量計：以單位時間內(nèi)根據(jù)所推出流體固定容積數(shù)作為測量依據(jù)來計算流量。第四章流量檢測與儀表第一節(jié)節(jié)流式流量計第二節(jié)均速管流量計第三節(jié)電磁流量計第四節(jié)容積式流量計第五節(jié)質(zhì)量流量計第六節(jié)其它流量計第一節(jié)節(jié)流式流量計

流體流經(jīng)節(jié)流件時，流束收縮引起壓頭轉(zhuǎn)換而在節(jié)流件前后產(chǎn)生靜壓力差，該壓差與流過的流量之間存在一定的關(guān)系，通過測量壓差而求出流量的一種流量計通稱節(jié)流裝置，也稱為差壓裝置。節(jié)流裝置結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定，使用維護方便，且有一部分已標(biāo)準(zhǔn)化，是目前應(yīng)用最多的一種流量計。常用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置有孔板、噴嘴及文丘里管，如下圖所示。一、節(jié)流裝置測量原理 當(dāng)流體連續(xù)流過節(jié)流孔時，在節(jié)流件前后由于壓頭轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生壓差。對于不可壓縮流體例如水，節(jié)流前后流體的密度保持不變。當(dāng)忽略壓頭損失δp時，由柏努里方程可得：流體流經(jīng)節(jié)流孔前后的流態(tài)變化式中P1’、P2’為流束在截面I、Ⅱ處相應(yīng)的靜壓力，Pa；V1、V2為流束在截面I、Ⅱ處的流速，m/s；ρ

為流體的密度，kg/m3。 若流體的流速均勻一致，則由式(1)可得：

由流體流動連續(xù)性方程：

A1V1=A2V2(3)式中A1、

A2—截面I、Ⅱ處流束的斷面積，A1等于管道的斷面積，m2。

設(shè)流束收縮系數(shù)為μ=A2/Ad，即A2=μAd(Ad為節(jié)流件的開孔面積)，又設(shè)管道直徑為D和節(jié)流體開孔直徑為d，則有Ad/A1=d2/D2=β2，其中β稱為直徑比，由式(2)和式(3)整理后得：

實際流體流動時有壓頭損失，流速也不是均勻一致的，并且在節(jié)流件前后兩側(cè)管壁測量的壓差ΔP=P1-P2，并非圖中所示的ΔP’=P1’-P2’，考慮到這些因素，在上式中應(yīng)引入修正系數(shù)ξ，則不可壓縮流體的體積流量Q與質(zhì)量流量M為: 式(5)與式(6)本質(zhì)上一致。但因為流出系數(shù)不包括漸近速度系數(shù)的因素，它的計算公式和圖表較流量系數(shù)的簡單，故國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T2624-2006采納C值。不可壓縮流體差壓-流量方程可壓縮流體差壓-流量方程 對于空氣、煤氣、水蒸汽等可壓縮流體，流體流經(jīng)節(jié)流裝置前后的流體密度會發(fā)生變化，故應(yīng)引入一個可膨脹系數(shù)ε，則可壓縮流體的流量基本方程為：實用流量方程(1)流量Q以m3/h表示，在流體工作溫度下節(jié)流件開孔直徑dt以mm表示，壓差ΔP以Pa表示，流體工作密度ρ仍以kg/m3表示時的流量方程為：(2)壓差ΔP以kPa表示，其它單位不變，則上式改寫為：實用流量方程(3)如果ΔP以

mmH2O(水柱)表示，水的密度(20℃時)998.2kg/m3，其它單位不變時，則流量實用方程為：二、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置 在國家標(biāo)準(zhǔn)【GB/T2624-2006《用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測量滿管流體流量》，等同于國際標(biāo)準(zhǔn)ISO5167(2003)】規(guī)定的使用極限范圍內(nèi)，根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)所提供的數(shù)據(jù)和要求進(jìn)行設(shè)計、制造和安裝使用的節(jié)流件，稱為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置。 標(biāo)準(zhǔn)孔板、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴與標(biāo)準(zhǔn)文丘里管(簡稱孔板、噴嘴、文丘里管)等，毋須經(jīng)過實液標(biāo)定即可使用，測量準(zhǔn)確度一般為l%~2%，能滿足工業(yè)生產(chǎn)上的一般要求。(一)標(biāo)準(zhǔn)孔板1、結(jié)構(gòu)形式

主要參數(shù)：開孔直徑d

：滿足d≥12.5mm

0.10≤β≤0.75孔板的厚度E

：e≤E≤0.05D節(jié)流孔厚度e：0.005D≤e≤0.02D2、取壓裝置

每個取壓裝置至少有一個上游取壓孔和一個下游取壓孔，不同取壓方式的上、下游取壓孔位置都必需符合國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

取壓口的位置表征標(biāo)準(zhǔn)孔板的取壓方式，一般分為角接取壓、法蘭取壓、徑距取壓、縮流取壓和管接取壓五種，標(biāo)準(zhǔn)孔板常用角接取壓法和法蘭取壓法。取壓方式不同的標(biāo)準(zhǔn)孔板，其取壓裝置的結(jié)構(gòu)，孔板的適用范圍，流出系數(shù)的實驗數(shù)據(jù)以及有關(guān)技術(shù)要求均有所不同。節(jié)流裝置的取壓方式1-1—角接取壓；2-2—法蘭取壓；3-3—徑距取壓；4-4—縮流取壓；5-5—管接取壓(1)角接取壓裝置：

從節(jié)流件上下游斷面與管壁的夾角處取出待測的壓力，稱為角接取壓，角接取壓包括單獨鉆孔和環(huán)室取壓兩種。單獨鉆孔取壓環(huán)室取壓(2)法蘭取壓裝置：

標(biāo)準(zhǔn)孔板的上下游兩側(cè)均用法蘭連接。

法蘭取壓裝置 上下游側(cè)取壓孔的軸線至孔板上、下游側(cè)端面之間的距離均為25.4±0.8mm(1inch)。取壓孔開在孔板上下游側(cè)的法蘭上。(3)徑距取壓(或稱D與D/2取壓)裝置：

上游取壓口中心與孔板上游端面距離名義上等于D，但在0.9D與1.1D之間時，無須對流出系數(shù)進(jìn)行修正。下游取壓口中心與孔板上游端面距離為D/2，但當(dāng)β≤0.60，在0.48~0.52D之間時，或當(dāng)β>0.60，在0.49~0.51D之間時，都不必對流出系數(shù)進(jìn)行修正。

國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的孔板應(yīng)用條件角接取壓或徑距取壓(D與D/2取壓)法蘭取壓d≥12.5mm50mm≤D≤1000mm0.10≤β≤0.75對于0.10≤β≤0.56，ReD≥5000；對于β>0.56，ReD≥16000β2ReD

≥

5000且ReD

≥170β2D(D以毫米表示)

不同取壓方式的標(biāo)準(zhǔn)孔板必須滿足國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的條件，才能正常使用。表中規(guī)定了管徑D和直徑比的范圍，最小雷諾數(shù)ReD(或稱界限雷諾數(shù))。流出系數(shù)C值只有在最小雷諾數(shù)以上使用時才是穩(wěn)定的。3、角接取壓標(biāo)準(zhǔn)孔板的流出系數(shù)C

GB/T2624.2-2006規(guī)定，用里德-哈利斯/加拉赫(Reader-Harris/Gallagh)公式計算C值： 若管道直徑D<71.12mm(2.8in),上述公式應(yīng)再加上0.011(0.75-β)(2.8-D/25.4)(D取mm)。式中L1—為孔板上游端面到上游取壓孔距離l1與管道直徑D的商，L1＝l1/D；L2’—為孔板下游端面到下游取壓孔距離l2’與管道直徑D的商,L2’＝l2’/D。 上式中L1、L2’值分別如下：(1)對于角接取壓:L1=L2’=0；(2)對于徑距取壓:L1=1，L2’=0.47；(3)對于法蘭取壓:L1=L2’=25.4/D(D取mm)。4、可膨脹系數(shù)ε 三種取壓方式孔板的可膨脹系數(shù)ε可用經(jīng)驗公式計算：ε=1-(0.351+0.256β4+0.93β8)[1-(P2/P1)1/κ]式中P1、P2—上游側(cè)流體的絕對壓力，kPa；

κ—等熵指數(shù)。

上式是根據(jù)空氣、水蒸汽、天然氣的試驗結(jié)果得出的，當(dāng)P2/P1≥0.75時才實用。5、壓力損失δP

三種取壓方式孔板的壓力損失可用下式近似計算：(二)標(biāo)準(zhǔn)噴嘴 標(biāo)準(zhǔn)噴嘴分ISA1932噴嘴(左圖)和長徑噴嘴兩種。噴嘴在管道內(nèi)的部分是圓的，由圓弧形的收縮部分和圓筒形喉部組成。 適用范圍:50≤D≤500mm，0.30≤β≤0.80。當(dāng)0.30≤β≤0.44時，7×104≤ReD≤107；當(dāng)0.44≤β≤0.80時，2×104≤ReD≤107

。

(a)d≤(2/3)D(b)d>(2/3)D標(biāo)準(zhǔn)噴嘴的流出系數(shù)C 標(biāo)準(zhǔn)噴嘴的流出系數(shù)C按下式計算：(三)文丘里管 標(biāo)準(zhǔn)文丘里管有兩種形式:古典文丘里管(簡稱文丘里管，見圖)與文丘里噴嘴。文丘里管是由入口圓筒段A，圓錐收縮段B，圓柱形喉部C以及圓錐形擴散段E組成。文丘里管內(nèi)壁是對稱于軸線的旋轉(zhuǎn)表面，該軸線與管道同軸。三、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的使用條件⑴節(jié)流裝置只適于測量圓形截面管道內(nèi)的流體，流體必須充滿圓管，連續(xù)地流過管道。在緊鄰節(jié)流裝置的上游管道內(nèi)流體的流動狀態(tài)接近典型的充分發(fā)展的紊流狀態(tài)。⑵流束應(yīng)與管軸平行，不得有旋轉(zhuǎn)流或旋渦。在進(jìn)行流量測量時，管道內(nèi)流體的流動應(yīng)是穩(wěn)定的。⑶流體流量基本上不隨時間而變化，或者變化是非常緩慢的。⑷流體可以是可壓縮的氣體或不可壓縮的流體；但不適于脈動流與臨界流。⑸流體必須是牛頓流體，在物理學(xué)和熱力學(xué)上是單相的，均勻的或者可認(rèn)為是單相的，且流經(jīng)節(jié)流裝置時不發(fā)生相變。具有高分散程度的膠質(zhì)溶液例如牛奶，可以認(rèn)為是單相流體。⑹節(jié)流裝置的制造和使用條件超出國家標(biāo)準(zhǔn)的極限時，必須標(biāo)定后才能安裝使用。四、節(jié)流裝置的安裝 節(jié)流裝置安裝在一定長度的直管道上，上下游難免有影響流體流動的拐彎、擴張、縮小、分岔及閥門等阻力件如圖所示。節(jié)流裝置前后直管段及阻力件位置等均需滿足國家標(biāo)準(zhǔn)。節(jié)流裝置的安裝管段1，2，5-局部阻力件，3-節(jié)流件，

4-引壓管五、節(jié)流流量計的不確定度 節(jié)流流量測量是由所測差壓值按流量方程計算出來的，屬于間接測量法，完全按國家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計、制造、安裝的節(jié)流流量計，其不確定度δ由各有關(guān)參數(shù)的不確定度合成：

⑴流出系數(shù)的不確定度；⑵可膨脹系數(shù)的不確定度；⑶管道直徑比與開孔直徑的不確定度；⑷差壓的不確定度；⑸流體密度的不確定度。六、非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置(一)V錐流量計 因為錐體有“整流”作用，即使在極為惡劣的情況下(如緊鄰儀表上游有單彎管，雙彎管等阻力件)，經(jīng)過錐體后的流體分布也比較均勻，可保證儀表在惡劣的條件下獲得較高的測量精度。因此對上下游直管段的要求小，安裝時在上游留0-3D的直管段，在下游留0-1D的直段管即可。1-上游端開孔(總壓管)；2-下游端開孔(靜壓管)；3-節(jié)流件(二)內(nèi)文丘里管 內(nèi)文丘里管與經(jīng)典文丘里管的測量原理相同，流體流經(jīng)內(nèi)文丘里管的流動與節(jié)流過程同流經(jīng)經(jīng)典文丘里管時相似，通過測量差壓，便可得知流體流過內(nèi)文丘里管流量的大小。 它對傳統(tǒng)文丘里管結(jié)構(gòu)作了質(zhì)的變革而集經(jīng)典文丘里管、環(huán)形孔板、耐磨孔板和錐形入口孔板優(yōu)點為一體的新一代異型文丘里管，其特性與使用性能優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，適于測量各種液體、氣體和蒸汽，特別適用于測量各種煤氣、非潔凈天然氣、高含濕氣體以及其它各種臟污流體，大多可取代傳統(tǒng)孔板、噴嘴、經(jīng)典文丘里管的理想換代產(chǎn)品。內(nèi)文丘里管流量計(a)結(jié)構(gòu)示意圖；(b)芯體結(jié)構(gòu)I；(c)芯體結(jié)構(gòu)II1-圓形測量管；2-文丘里型芯體；3,4-支撐環(huán)；5-取壓孔；6-前段圓錐(圖b)或圓錐臺(圖c)；7-中段圓柱；8-后段圓錐臺；9,10-支撐軸(三)小管道流量測量 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置只能用在直徑大于50mm管道上，直徑小于50mm的管道采用非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置。1、小管徑孔板

2、內(nèi)藏孔板把小孔板裝在與差壓變送器的正、負(fù)壓室相連的小管中，這種小孔板和小管就成為構(gòu)成差壓變送器整體的構(gòu)件，故稱為內(nèi)藏孔板(或稱整體孔板)。內(nèi)藏孔板適用于測量清潔氣體和液體的小流量，工藝管道直徑范圍8~25mm，孔板孔徑范圍通常為0.5-6mm，測量精度±(1~3)%，流量系數(shù)與雷諾數(shù)和孔徑等因素有關(guān)，通常由儀表廠標(biāo)定。(四)含懸浮物和高粘度流體的流量測量 含懸浮物和高粘度流體的流量時，在標(biāo)準(zhǔn)孔板前后會積存沉淀物，使管道實際面積減小，測量不準(zhǔn)確，甚至管道被堵塞，因而，必需采用特殊節(jié)流裝置來測量。

(1)楔形孔板。

(2)圓缺孔板。

(3)偏心孔板。

楔形流量計1—楔形流量計；2，3—取壓管段；4—差壓變送器 適用管徑范圍8~600mm(或達(dá)1200mm)，雷諾數(shù)300~1×106，流體溫度300℃，流體壓力6MPa，測量范圍度1:5,目前已達(dá)1:10；測量精度：經(jīng)標(biāo)定為±0.5%，未標(biāo)定的約為±3%。圓缺孔板 圓缺孔板形狀似扇形，它的開孔是一個圓的一部分(圓缺部分)，這個圓的直徑是管道直徑的98%，如圖所示。主要用于臟污介質(zhì)含有固體微粒的液體和氣體的流量測量，圓缺開孔一般位于下方，但對于含氣泡的液體，其開孔位于上方。測量時管道應(yīng)水平安裝。圓缺孔板適用范圍：管徑50mm≤D≤350mm(可達(dá)500mm)，0.35≤β≤0.75，雷諾數(shù)：104≤ReD≤106。取壓方式采用法蘭取壓和縮流取壓。

圓缺孔板的流出系數(shù)偏心孔板 這種孔板的孔是偏心的，它與一個和管道同心的圓相切，這個圓的直徑等于管道直徑的98%，如圖所示。其取壓方式也有兩種：法蘭取壓和縮徑取壓。 適用范圍：管徑100mm≤D≤1000mm，直徑比0.46≤β≤0.84，雷諾數(shù)105≤ReD≤106。(五)低雷諾數(shù)情況下的流量測量 管道雷諾數(shù)(ReD)與管徑、流體粘度、密度和流量大小等有關(guān)，某些介質(zhì)的粘度大、密度小或流量小，則雷諾數(shù)低，達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置要求的界限雷諾數(shù)(或最小雷諾數(shù))，因而流出系數(shù)不穩(wěn)定，造成較大的測量誤差。 以下介紹兩種低雷諾數(shù)使用的非標(biāo)準(zhǔn)孔板：1/4圓孔板與錐形入口孔板。1、1/4圓孔板

1/4圓孔板(又稱1/4圓噴嘴)與標(biāo)準(zhǔn)孔板相似，只是節(jié)流孔的入口邊緣形狀不同，上游入口邊緣是以半徑為r的1/4圓，其圓心在下游端面上，如圖所示，這種孔板結(jié)構(gòu)簡單，又具有噴嘴的一些優(yōu)良性能，如不受磨蝕、腐蝕和孔板表面固體沉積物的影響，適用范圍：管徑D≥25mm，直徑比0.245≤β≤0.6，雷諾數(shù)500≤ReD≤6×104，孔徑d≥15mm。1/4圓孔板1-上游端面A；2-下游端面；3-流向2、錐形入口孔板 錐形入口孔板的形狀與標(biāo)準(zhǔn)孔板相似，相當(dāng)于一塊進(jìn)出口反裝的標(biāo)準(zhǔn)孔板，其入口與中心線夾角為45±1o，如圖所示。它要求的雷諾數(shù)下限比1/4圓孔板還要小，適用范圍：管徑D≥25mm，直徑比0.1≤β≤0.316，孔徑d≥6mm。錐形入口孔板1-環(huán)隙；2-夾持環(huán)；3-上游端面A；4-下游端面B；5-軸線；6-流向；7-取壓口；8-孔板七、節(jié)流式流量計的選用(一)節(jié)流裝置的選擇

節(jié)流式流量計的主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，壽命長，適應(yīng)性廣。不足之處是量程比較窄，一般為(3~4):1，壓力損失較大，需消耗一定的動力；對安裝要求嚴(yán)格，需要足夠長的直管段。選用時需注意以下問題：⑴允許的壓力損失；⑵加工；⑶被測介質(zhì)的侵蝕性；⑷現(xiàn)場安裝條件。(二)使用節(jié)流裝置應(yīng)注意的問題 節(jié)流式流量計不僅需要合理選型，精確設(shè)計計算和加工制造，更應(yīng)注意正確安裝、使用和維護，方能獲得足夠的實際測量準(zhǔn)確度。 使用應(yīng)注意問題主要包括以下四個方面，以免產(chǎn)生額外誤差：(1)被測流體參數(shù)與設(shè)計條件不符；(2)原始數(shù)據(jù)不正確；(3)節(jié)流裝置安裝不正確；(4)維護工作疏忽。 具體對策如下。1、被測流體參數(shù)的變化(流量修正)

當(dāng)實際使用時的流體參數(shù)(密度、溫度、壓力等)偏離設(shè)計的參數(shù)時，流量計的顯示值與實際值之間產(chǎn)生偏差，此時須對顯示值進(jìn)行修正。當(dāng)流體參數(shù)偏離不大時，對流量方程式中系數(shù)C(或α)、ε、d的影響小，可只考慮密度的變化。在相同的壓差ΔP下，密度變化的修正公式為：(1)一般氣體流量測量： 對于一般氣體，修正公式為：式中P1、T1—設(shè)計條件下的氣體絕對壓力與絕對溫度；

P2、T2—使用條件下的氣體絕對壓力與絕對溫度。 當(dāng)流體密度直接測量有困難時，可根據(jù)流體密度與溫度、壓力的關(guān)系，通過測量其溫度、壓力的變化代替密度的變化進(jìn)行修正。具體是：(2)水蒸汽測量：1)飽和水蒸汽： 在壓力不超過1.96MPa，對蒸汽密度ρ與壓力P關(guān)系的經(jīng)驗公式有：

ρ=P15/16/1.72352)過熱水蒸氣： 在壓力在2.94～16.66MPa及溫度t在400～540oC范圍內(nèi)蒸汽密度的經(jīng)驗公式有：

ρ=1.82P/(t-0.55P+166)(3)液體測量：

對于液體，在工作狀態(tài)下液體的密度ρ與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(20℃，101.325kPa)下液體的密度ρ20、液體在20℃至溫度t范圍內(nèi)的平均膨脹系數(shù)μ關(guān)系如下：

ρ=ρ20[1-μ(t-20)]帶溫壓自動補償?shù)墓?jié)流式流量計 人工計算煩瑣不便，且補償精度低、不及時、不直觀，因此，在生產(chǎn)過程中常采用自動補償方法，如圖所示。2、原始數(shù)據(jù)不正確 在節(jié)流裝置設(shè)計計算時，必須按被測對象的實際情況提出原始數(shù)據(jù)，例如被測流體最大流量、常用流量、最小流量、流體的物理參數(shù)(溫度、壓力、密度與成分等)、管道實際內(nèi)徑、允許壓頭損失等。這些原始數(shù)據(jù)提供得正確與否，將影響設(shè)計出來的節(jié)流裝置的測量準(zhǔn)確度，甚至決定能否使用的問題。3、節(jié)流裝置安裝不正確 例如節(jié)流件上下游直管段長度不夠，孔板的方向倒裝，節(jié)流件開孔與管道軸線不同心，墊圈凸出等都可能造成難以估計的測量誤差。4、維護工作疏忽 節(jié)流裝置使用日久，由于受到流體的沖擊、磨損和腐蝕，致使開孔邊緣變鈍，幾何形狀變化，從而引起測量誤差。例如孔板入口邊緣變鈍，會使儀表示值偏低。此外，導(dǎo)壓管路泄漏或阻塞，節(jié)流件附近積垢等，也會造成測量不準(zhǔn)確。因此，應(yīng)該定期維護檢查，檢定周期一般不超過二年，對超過國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定誤差的節(jié)流裝置應(yīng)予更換。八、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置計算 四種命題：⑴在給定節(jié)流件上游流體黏度μ1、節(jié)流件上游密度ρ1、節(jié)流件前后壓差Δp、管道直徑D和節(jié)流件開孔直徑d的條件下，計算qm和qv；⑵已知μ1、ρ1、D、Δp和qm，求d和β；⑶已知μ1、ρ1、D、d、qm，求Δp；⑷已知μ1、ρ1、β、Δp、qm

，求D和d。標(biāo)準(zhǔn)孔板計算流程第二節(jié)均速管流量計 均速管又稱為均速流量傳感器或均速探頭，它通過測量管道內(nèi)流動流體的速度壓力——流速來測量流量。 均速管流量探頭主要有阿牛巴(Annubar)、威力巴(Vrabar)、威爾巴(Wellbar)、德爾塔巴(Deltaflow)、托巴(Torbar)、雙D巴等幾種。它們的共同特點都是結(jié)構(gòu)簡單的插入式探頭，適于測量氣體、蒸汽和液體的流量，管道內(nèi)徑從十幾毫米到幾米，使用范圍很廣。一般要求雷諾數(shù)104≤ReD≤107，測量準(zhǔn)確度通常為(1~3)％。一、阿牛巴(Annubar)流量計 阿牛巴是一種均速流量探頭，配以差壓變送器和流量積算器而組成阿牛巴流量計，也屬于差壓式流量測量儀表，用來測量一般氣體、液體和蒸汽的流量，適用范圍：管徑D=25~2500mm(特殊達(dá)5000mm)，工作壓力≤5MPa，工作溫度≤400℃，雷諾數(shù)ReD≥104，流速要求氣體5m/s，液體為0.5m/s，蒸汽為9m/s以上。

總壓管面對氣流方向開有四個取壓孔，所測量的是該四個環(huán)形截面的流體總壓頭(包括靜壓頭和動壓頭)，在總壓管內(nèi)另插入一根引壓管，由它引出四個總壓頭的平均值P1，靜壓管裝在背著流動方向上，取壓孔在管道軸線位置上，引出流體的靜壓頭P2。阿牛巴流量計原理1-總壓管，2-靜壓管

將P1、P2分別引入差壓變送器，測出兩者的壓差ΔP，ΔP便是流體的平均速度頭。根據(jù)柏努力方程式從平均速度頭可求出流體平均速度和流量，實用流量方程式如下：式中：D—管道內(nèi)徑mm；

ΔP—壓差，kPa；

ρ—流體體密度，kg/m3。二、熱線均速管流量計 熱線均速管類似阿牛巴流量計，把管道截面分成幾個等面積圓環(huán)，每一個熱絲感測元件對應(yīng)測量一個圓環(huán)中的流體速度，通過幾個圓環(huán)流體速度的平均值推算出其質(zhì)量流量M。三、威爾巴(Wellbar)流量計 威爾巴(Wellbar)流量計由威爾巴探頭，差壓變送器和流量積算儀等組成(下圖)。低壓取壓孔威爾巴探頭高壓取壓孔威爾巴流量計主要特點(1)子彈頭形探頭，符合流體動力學(xué)原理，一體化雙腔結(jié)構(gòu)，強度高，耐高溫，可用于高溫高壓的場合。(2)探頭前部金屬表面，進(jìn)行了粗糙化處理，后部低壓取壓孔進(jìn)行防堵設(shè)計，產(chǎn)生的差壓信號穩(wěn)定，防堵性能好，基本免維護。(3)流量系數(shù)不受管道雷諾數(shù)的影響，流量系數(shù)穩(wěn)定，測量精度高。(4)適用范圍廣泛，可用于測量氣體、液體、蒸汽、腐蝕性介質(zhì)和高溫高壓介質(zhì)等流體，可適應(yīng)在各種尺寸的圓形管道和方形管道上安裝使用。(5)安裝方便，可在線帶壓安裝和檢修(不斷流裝卸)，對直管段的長度，要求較短。威爾巴流量計的流量方程 威爾巴流量計作為一種差壓式流量測量儀表，流體流量與差壓的平方根成比例關(guān)系，與節(jié)流式流量計類似，其實用流量方程式如下：(3)流體(氣體)溫度、壓力變化的補償方程：(4)氣體標(biāo)準(zhǔn)體積流量方程：(1)質(zhì)量流量方程式：(2)體積流量方程式：威爾巴流量計的技術(shù)參數(shù)：適用于空氣、煤氣、天然氣、煙氣，自來水、工業(yè)用水、鍋爐給水、含腐溶液，飽和蒸氣、過熱蒸汽等。適于圓管直徑D=12～50mm、50～2000mm、2000～5000mm或長方形管道。壓力范圍通常0～25MPa，特殊40Mpa。溫度范圍：通常-80～450℃，特殊700℃。量程比大于10:1。最小流速：氣體≥5m/s、液體≥5m/s、蒸汽≥9m/s。測量精度為±1%，重復(fù)性為±0.1%。直管段長度：通常上游側(cè)≥7D，下游側(cè)≥3D。第三節(jié)電磁流量計一、工作原理當(dāng)被測流體垂直于磁力線方向流動而切割磁力線時，在與流體流向和磁力線垂直方向上產(chǎn)生感應(yīng)電勢Ex(伏)，Ex與體積流量Q的關(guān)系為:

Ex=4B/(πD)Q×10-8=KQ

式中

K為儀表常數(shù)，決定于儀表幾何尺寸及磁場強度。 利用傳感器測量管上對稱配置的電極引出感應(yīng)電勢，經(jīng)放大和轉(zhuǎn)換處理后，儀表指示出流量值。二、電磁流量傳感器(一)電磁流量傳感器結(jié)構(gòu)

電磁流量傳感器由測量管，勵磁系統(tǒng)(勵磁線圈、磁軛等)、電極，內(nèi)襯和外殼等組成,如圖所示。1-外殼；2-勵磁線圖；3-磁軛；4-內(nèi)襯；5-電極；6-繞組支持件(二)電磁流量傳感器的勵磁與干擾 電磁流量計的勵磁，原則上采用交流勵磁和直流勵磁都可以。直流勵磁不會造成干擾，儀表性能穩(wěn)定，工作可靠。但直流磁場在電極上產(chǎn)生直流電勢，可能引起被測液體電解，在電極上產(chǎn)生極化現(xiàn)象，從而破壞了原來的測量條件。因此電磁流量計通常采用交流勵磁系統(tǒng)。

(a)交流勵磁

(b)矩形波(2值)勵磁

(c)矩形波(3值)勵磁

(d)雙頻矩形波勵磁交流勵磁與正交干擾 交流磁場雖然可以有效地消除極化現(xiàn)象，但由于傳感器測量導(dǎo)管內(nèi)充滿的是導(dǎo)電液體，交變磁通穿過電極引線、被測液體和轉(zhuǎn)換器的輸入阻抗而構(gòu)成閉合回路，在此回路內(nèi)產(chǎn)生干擾電勢et為： 干擾電勢et與信號電勢Ex頻率相同，而相位差90o，故稱其為90o干擾或正交干擾。嚴(yán)重時et可與Ex相當(dāng)，甚至大于Ex。因此消除正交干擾，是正常使用交流勵磁的電磁流量計的關(guān)鍵問題。正交干擾消除方法【理想】

：使電極引出線所構(gòu)成的平面與磁力線平行，避免磁力線穿過引出線。在此條件下干擾電壓不會產(chǎn)生，但這樣作相當(dāng)困難?！緦嵱梅椒ā浚簭囊桓姌O上引出兩根接線，分別繞過磁極形成兩個回路，并接入一個調(diào)零電位器W，如圖。消除正交干擾的調(diào)零回路三、電磁流量轉(zhuǎn)換器 將傳感器輸出的電勢信號Ex經(jīng)轉(zhuǎn)換器信號處理和放大后轉(zhuǎn)換為正比于流量的4~20mADC電流信號或脈沖信號，輸出給顯示記錄儀表，因勵磁波形的不同，電磁流量轉(zhuǎn)換器的電路有多種形式。四、電磁流量計的選用(一)流量計的特點

優(yōu)點：測量導(dǎo)管內(nèi)無可動部件，幾乎沒有壓力損失，也不會發(fā)生堵塞理象；無機械慣性，反應(yīng)靈敏，可以測量脈動流量；測量范圍很寬，精度較高。不足：被測介質(zhì)溫度有限制(一般為-40~130℃)；要求被測介質(zhì)必須具有導(dǎo)電性能。(二)電磁流量計的安裝維護(1)電磁流量計要求傳感器的測量管內(nèi)必須充滿液體，不允許有氣泡產(chǎn)生(最好垂直安裝)；(2)應(yīng)有足夠長的直管段，一般要求≥5D；(3)應(yīng)遠(yuǎn)離大功率電氣設(shè)備安裝，并應(yīng)妥善地單獨接地；(4)電磁流量傳感器及轉(zhuǎn)換器應(yīng)用同相電源；(5)傳感器必須定期維護清洗，保持測量管內(nèi)部清潔，電極光亮平整。第四節(jié)容積式流量計 應(yīng)用容積法測量流體流量的儀表，稱為容積式流量計。它有一個已標(biāo)定容積的計量室，容積是在儀表殼體與旋轉(zhuǎn)體之間形成的。當(dāng)流體經(jīng)過儀表時，利用儀表入口和出口之間產(chǎn)生的壓力差，推動旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動，將流體從計量室中容積V0一份一份地推送出去。所推送出的流體流量為Q=nV0式中n—轉(zhuǎn)動的次數(shù)，r/s(轉(zhuǎn)∕秒)。

因為計量室的容積是已知的，故只要測出旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動次數(shù)，根據(jù)計量室的容積和旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動頻率，求出流體的瞬時流量和累計流量。一、橢圓齒輪流量計 在流體差壓(p1-p2)作用下，推動橢圓齒輪A和B反方向旋轉(zhuǎn)，不斷地將充滿半月形固定容積中的流體推出去，其轉(zhuǎn)動與充液排液過程如圖。齒輪每轉(zhuǎn)一周就推出四個半月形容積的流體，從齒輪的轉(zhuǎn)數(shù)可計算出排出流體的總流量。橢圓齒輪的轉(zhuǎn)動通過減速傳動機構(gòu)帶動指針與機械計數(shù)器，儀表盤中間的大指針指示流體的瞬時流量，經(jīng)過齒輪計數(shù)器顯示體積總流量。橢圓齒輪轉(zhuǎn)動與充液排液過程(1)t=0,θ=0°，流體進(jìn)入計量室；(2)t=T/8,θ=45°，流體排出計量室；(3)t=T/4,θ=90°，流體全部排出，開始下一個循環(huán)，每次周期完成4次計量。二、腰輪流量計(羅茨流量計) 橢圓齒輪換為無齒的腰輪：由于腰輪沒有齒，不易被流體中塵灰夾雜卡死，同時腰輪的磨損也較橢圓齒輪輕一些，因此使用壽命較長，準(zhǔn)確度較高，可作標(biāo)準(zhǔn)表使用。三、容積式流量計的選用優(yōu)點：測量準(zhǔn)確度高，被測介質(zhì)的粘度，溫度及密度等的變化對測量準(zhǔn)確度影響小，測量過程與雷諾數(shù)無關(guān)，尤其適用于高粘度流體的流量測量(因泄漏誤差隨粘度增大而減小)。流量計的量程比較寬，一般為10:1。安裝儀表的直管段長度要求不嚴(yán)格。缺點：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，運動部件易磨損，對于大口徑管道的流量測量，流量計的體積大而笨重，維護不夠方便，成本也較高。選用注意事項(1)選擇這種流量計時，不能簡單地按連接管道的直徑大小去確定儀表規(guī)格；應(yīng)注意實際應(yīng)用時的測量范圍，保持在所選儀表的量程范圍以內(nèi)。(2)為了避免液體中的固體顆粒進(jìn)入流量計，磨損運動部件，流量計前應(yīng)裝配篩網(wǎng)過濾器，并注意定期清洗和更換過濾網(wǎng)。(3)如被測液體含有氣體或可能析出氣體時，在流量計前方應(yīng)裝氣液分離器，以免氣體進(jìn)入流量計形成氣泡而影響測量準(zhǔn)確度。(4)在精密測量中應(yīng)考慮被測介質(zhì)的溫度變化對流量測量的影響，過去都采用人工修正，現(xiàn)在已有溫度與壓力自動補償并自動顯示記錄的容積流量計。第五節(jié)質(zhì)量流量計 質(zhì)量流量計大致分為三大類：(1)直接式：即直接檢測與質(zhì)量流量成比例的量，檢測元件直接反映出質(zhì)量流量。(2)推導(dǎo)式：即用體積流量計和密度計組合的儀表來測量質(zhì)量流量，同時檢測出體積流量和流體密度，通過運算得出與質(zhì)量流量有關(guān)的輸出信號。(3)補償式：同時檢測流體的體積流量和流體的溫度、壓力值，再根據(jù)流體密度與溫度、壓力的關(guān)系，由計算單元計算得到該狀態(tài)下流體的密度值，最后再計算得到流體的質(zhì)量流量值。一、科里奧利質(zhì)量流量計 科里奧利質(zhì)量流量計(簡稱CMF)是利用流體在振動管中流動時，產(chǎn)生與質(zhì)量流量成正比的科里奧利力而制成的一種直接式質(zhì)量流量儀表。(一)基本結(jié)構(gòu)和工作原理

雙U形科里奧利流量傳感器的結(jié)構(gòu)如下圖：工作原理 如圖，被測流體從U形管流過，其流動方向與振動方向垂直，由理論力學(xué)可知，當(dāng)某一質(zhì)量為m的物體在旋轉(zhuǎn)(在此為振動)參考系中以速度u運動時，將受到一個力的作用(∝m)，從而在直管段產(chǎn)生扭矩，在該力矩作用下，U形管產(chǎn)生扭矩轉(zhuǎn)角θ(∝qm)。通過測量U形管兩端管通過振動中心N-N所需的時間差即可測量得到qm。二、熱式質(zhì)量流量計 利用流體熱交換原理構(gòu)成的流量計稱為熱式流量計。它有兩種形式，即量熱式與冷卻式，前者為分布式儀表，測量范圍有限；后者為插入式儀表，測量范圍較大。三、推導(dǎo)式質(zhì)量流量計 用測量體積流量的流量計配合密度計，利用qm=ρqv計算得出質(zhì)量流量(如右圖)。 密度計可采用同位素、超聲波、振動管等連續(xù)測量密度的儀表。第六節(jié)其它流量計一、轉(zhuǎn)子流量計 在一個向上略為擴大的均勻錐形管內(nèi)，放一個較被測流體密度稍大的浮子(也叫轉(zhuǎn)子)，當(dāng)流體自下而上流動時，浮子受到流體的作用力而上升，流體的流量愈大，浮子上升愈高。浮子上升的高度就代表一定的流量。從而可從管壁上的流量刻度標(biāo)尺直接讀出流量數(shù)值。 忽略壓力損失，在平衡狀態(tài)即浮子穩(wěn)定在一定高度時，向上的浮力ρASV2/2，等于浮子在流體中向下的力為CS(ρS-ρ)g。式中AS、CS—分別為浮力的最大截面積(m2)和其體積(m3)；

ρS、ρ—分別為浮子與被測流體的密度kg/m3；

V—浮子與錐形管之間環(huán)形通道處的流速m/s。

在浮子穩(wěn)定位置處，流體通過的體積流量Q為：式中a—流量系數(shù)，它與錐形管的錐度，浮子的形狀和雷諾數(shù)等因素有關(guān)，由實驗確定；A0—浮子穩(wěn)定位置處的環(huán)形通道面積，A0=π(R+r)htanj。二、渦輪流量計(一)電磁感應(yīng)渦輪流量計

渦輪是用高導(dǎo)磁的不銹鋼制成的，渦輪體上有數(shù)片螺旋形葉片(故也稱葉輪流量計)，整個渦輪支承在前后兩個摩擦力很小的軸承內(nèi)。流體流動推動渦輪旋轉(zhuǎn)(渦輪旋轉(zhuǎn)速度與流體速度相當(dāng))，通過測量渦輪轉(zhuǎn)速而測定流量。渦輪流量計結(jié)構(gòu)示意圖1-渦輪；2-軸承；3-永久磁鋼；4-線圈；5-外殼；6-導(dǎo)流器(二)光纖渦輪流量計

與傳統(tǒng)的內(nèi)磁式渦輪流量計相比，光纖渦輪流量計克服了內(nèi)磁式傳感器磁性引力帶來的影響；還有效地擴大了渦輪流量計的量程比。

由于光纖傳感器具有本質(zhì)防爆、無電氣信號直接與流量計接觸的特點，因而適宜煤氣、輕質(zhì)油料等透明介質(zhì)的流量測量。 其工作原理如下： 結(jié)構(gòu)特點與檢測原理

兩個反射型光纖傳感器被并列裝配在渦輪流量計上，這兩個傳感器可檢測同一渦輪葉片不同位置的反射信號fo1與fo2，這兩個傳感器信號與流體流量成正比(fo1=KQ，fo2=KQ)，互不干擾，相位差為j，如圖所示。通過檢測電路得到流體流量，且可實現(xiàn)雙向測量。

雙向流量測量原理及輸出信號響應(yīng)特性 傳感器輸出的fo1和fo2信號經(jīng)光電轉(zhuǎn)換，通過相位鑒別電路后，可同時輸出正向和反向流動計量信號Qo1、Qo2。(1)當(dāng)流量計正向安裝時，檢測電路輸出：

Qo1＝fo1/K;Qo2＝0；Qo＝fo1/K;D＝1。(2)當(dāng)流量計反向安裝時，檢測電路輸出：

Qo1＝0;

Qo2＝fo2/K；Qo＝fo2/K;D＝0。三、渦街流量計

流體在流動過程中，遇到障礙物必然產(chǎn)生回流而形成旋渦。在流體中垂直插入一根圓柱體(或三角柱體、方柱體等)作為旋渦發(fā)生體，流體流過柱體，當(dāng)流速度高于一定值時，在柱體兩側(cè)就會產(chǎn)生兩排交替出現(xiàn)的的旋渦列，稱為卡門渦街，簡稱渦街。當(dāng)管道內(nèi)徑和圓柱體的幾何尺寸確定后，單列旋渦產(chǎn)生的頻率f與流體體積流量成正比。故通過測量旋渦即可測得流量?？ㄩT渦街流量計原理根據(jù)卡門渦街形成原理，單列旋渦產(chǎn)生的頻率f為：

式中

V1、V—分別為圓柱體兩側(cè)的流體速度和管道流體的平均流速，m/s；

d—圓柱體直徑，m；

m—流速比，m＝V/V1；

St—斯特勞爾數(shù)，在ReD＝5×102~15×104范圍內(nèi)，St≈常數(shù)； 設(shè)管道直徑為D，管道截面積為A0，令β=d/D，當(dāng)β≤0.35時，m=(1-1.27β)，則流體的體積流量Q為:

當(dāng)管道內(nèi)徑和圓柱體的幾何尺寸確定后，體積流量只與渦街產(chǎn)生的頻率成正比，而與流體的物理性質(zhì)(溫度、壓力、密度、成分等)無關(guān)，于是得：

Q=Kf

如采用三角柱體作為旋渦發(fā)生體，其迎流面的邊長或?qū)挾葹閐，流體的體積流量Q為：四、彎管流量計 流體流過彎曲管道(如圖所示)時，因流向改變產(chǎn)生慣性離心力，彎管外側(cè)與內(nèi)側(cè)間形成壓差ΔP(ΔP=pg-pd)，流量的大小與該壓差的平方根成比例關(guān)系:五、超聲波流量計

超聲波流量計是一種非接觸式流量測量儀表。它利用超聲波在流體中的傳播特性來測量流體的流速和流量，有時差法、速