热工测试技术第4章-流速和流量的测量ppt课件.ppt

1第第4章章 流速和流量的流速和流量的测量量第第4章章 流速和流量的流速和流量的测量量掌握稳态流体速度的测量原理及方法；掌握稳态流体速度的测量原理及方法； 掌握几种速度探针的原理及结构；掌握几种速度探针的原理及结构；掌握热线风速仪及多普勒测速仪的原理及测量电路；掌握热线风速仪及多普勒测速仪的原理及测量电路；掌握速度方向的测量原理和几种方向探针的结构及掌握速度方向的测量原理和几种方向探针的结构及使用方法；使用方法； 掌握流量测量原理和几种流量计的工作原理及结构掌握流量测量原理和几种流量计的工作原理及结构 23第第1节 流体速度大小的流体速度大小的测量量测量原理：测量原理：跟据不可压缩流体中柏努利方程：跟据不可压缩流体中柏努利方程： 因此只要测出流体的总压，静压以及流体的密度就可因此只要测出流体的总压，静压以及流体的密度就可用上式求出流体的速度用上式求出流体的速度1、速度探、速度探针4（（a）带半球形头部的标准皮托管）带半球形头部的标准皮托管 （（b）带锥形头部的皮托管）带锥形头部的皮托管ØL形皮托管形皮托管第第1节 流体速度大小的流体速度大小的测量量5第第1节 流体速度大小的流体速度大小的测量量国国际标准中称准中称   皮托管皮托管标定系数定系数英国英国标准中称准中称 c0 皮托管皮托管标定系数定系数我国两种标准都用。

我国两种标准都用6第第1节 流体速度大小的流体速度大小的测量量Ø笛形皮托管笛形皮托管7（（a）吸气式）吸气式 （（b）遮板式）遮板式 （（c）靠背式）靠背式•吸气式皮托管主吸气式皮托管主要用于高含尘量要用于高含尘量的负压管道气流的负压管道气流压力的测量；压力的测量；•遮板式是依靠遮遮板式是依靠遮板来阻止灰尘直板来阻止灰尘直接进入测量管；接进入测量管；•靠背式是因为测靠背式是因为测压管孔径较大而压管孔径较大而不易堵塞不易堵塞 Ø测量高含量高含尘量气流的皮托管量气流的皮托管8第第1节 流体速度大小的流体速度大小的测量量例：如例：如图所示，在皮托管上所示，在皮托管上连接酒精比接酒精比压计，，测定定风管中的管中的某点某点风速，已知微速，已知微压计斜管的斜管的倾角角为30度，度，l=50mm，酒精，酒精密度密度为800kg/m3，空气密度，空气密度为1.255kg/m3，，标定系数定系数为1.0，，试求管内求管内该点的点的风速9第第1节 流体速度大小的流体速度大小的测量量2、可、可压缩性性对气流速度气流速度测量的影响量的影响在高速气流中必在高速气流中必须考考虑影响气体密度的影响气体密度的压力力绝对值，因，因为气流速度的气流速度的变化会化会引起引起压力力变化。

可化可压缩气流的速度气流的速度V不是由不是由压差确定而是由差确定而是由压力比决定，因力比决定，因此在此在测量气流速度量气流速度时，要分，要分别测出气流的出气流的总压及静及静压式中，式中，k是气体的等熵指数，对于空气，是气体的等熵指数，对于空气，k=1.4最后得到考虑可压缩性时，气流速度的公式为最后得到考虑可压缩性时，气流速度的公式为式中，式中，ε是是对可可压缩性的修正系数，性的修正系数，            它与它与马赫数赫数Ma有关有关10第第1节 流体速度大小的流体速度大小的测量量 ε与与Ma三种近似关系：三种近似关系：第一种情况，第一种情况，Ma<0.2, 第二种情况，第二种情况， 0.2

量    （（1））对向向测量量——使探使探针绕其本身的其本身的轴转动 ，当两，当两测孔所孔所指示的指示的压力相等力相等时，两孔的，两孔的对称中心就与流称中心就与流动方向一致方向一致这时相相对于一定的于一定的 参考方向参考方向(初始位置初始位置)就可以决定流就可以决定流动方向角     （（2）不）不对向向测量量——将两孔的将两孔的对称称轴固定在某一参固定在某一参 考方考方向，向，测量两孔的量两孔的压力差，根据校正曲力差，根据校正曲线(两孔两孔压差与流差与流动方向方向的关系的关系)确定流体方向确定流体方向14第第2节 二二维流流场中流中流动方向的方向的测量量ØL 型及型及 U 型探型探针15第第2节 二二维流流场中流中流动方向的方向的测量量Ø圆柱三孔式探柱三孔式探针测量流测量流体总压体总压测量流测量流动方向动方向16第第2节 二二维流流场中流中流动方向的方向的测量量17（（a）球形）球形 （（b）尖劈形）尖劈形 （（c）普通圆柱形）普通圆柱形 （（d）发散圆柱形）发散圆柱形 （（e）聚合圆柱形）聚合圆柱形第第2节 二二维流流场中流中流动方向的方向的测量量18球形三孔球形三孔测速管构造速管构造1-赤道面；赤道面； 2-子午面；子午面；  3-三孔感三孔感压球形探球形探头；；  4-接管；接管；  5-干管；干管；  6-传压管；管；  7-分度分度盘；；  8-指指针；；  9-锁紧螺螺钉；；  10-键槽；槽；  11-接嘴接嘴第第2节 二二维流流场中流中流动方向的方向的测量量19第第3节 三三维流流场中流中流动方向的方向的测量量1、四孔、四孔圆柱探柱探针        2, 3, 4——方向孔方向孔        1——总压孔孔20第第3节 三三维流流场中流中流动方向的方向的测量量2、五孔球形探、五孔球形探针21第第3节 三三维流流场中流中流动方向的方向的测量量22第第3节 三三维流流场中流中流动方向的方向的测量量23第第3节 三三维流流场中流中流动方向的方向的测量量24第第3节 三三维流流场中流中流动方向的方向的测量量25其他流速其他流速测量方法量方法一．机械法测量流速一．机械法测量流速1．．种类种类：翼式、杯式：翼式、杯式杯式翼式适用范围适用范围：：以以前前：：风风速速范范围围为为15—20m/s以以内内，，只只能能测测量量流流速速的的平平均均值值，，不能测量脉动流。

通过机械仪表用指针指示不能测量脉动流通过机械仪表用指针指示目目前前：：测测速速范范围围为为0.25—30m/s，，并并且且可可测测量量流流速速的的瞬瞬时时值值可将叶轮的转速转换成电信号可将叶轮的转速转换成电信号262.测量原理测量原理   空气通过转杯时，推动叶片转动根据空气通过转杯时，推动叶片转动根据叶片的角位移叶片的角位移推算流过的空气量推算流过的空气量2728AVM-03风速计风速计风速计风速计檔位檔位测量范围测量范围分辨率分辨率误差误差M/S0.3-45.00.1± 3% or 0.1 位位KNOTS0.6-88.00.1± 3% or 0.1 位位ft/min60-880010± 3% or 10 位位Km/hr1-140.00.1± 3% or 0.1 位位温度温度(AVM-03)℃0-600.1± 0.8温度温度(AVM-03)℉32-1400.1± 1.529第第4节 热线风速速仪Ø工作原理：工作原理： 用恒定电流对热丝加热时，由于流体对热线有冷却作用恒定电流对热丝加热时，由于流体对热线有冷却作用，而流体冷却能力随流速的用，而流体冷却能力随流速的 增大而加强，因此，可根增大而加强，因此，可根据热线温度的高低据热线温度的高低(即热丝电阻值的大小即热丝电阻值的大小)来测量流体的速来测量流体的速度，度，这便这便 是是 等电流法测量流体流速的原理。

等电流法测量流体流速的原理 如果保持热线的温度一定如果保持热线的温度一定(即电阻一定即电阻一定)，则可建立热，则可建立热线电流和流体速度的关系，线电流和流体速度的关系，这也就是等这也就是等 温法的原理温法的原理30第第4节 热线风速速仪31第第4节 热线风速速仪32第第4节 热线风速速仪33第第4节 热线风速速仪34第第4节 热线风速速仪测量方法测量方法：恒电流法、恒温法：恒电流法、恒温法ITT→vI→v恒流型恒温型都需要对流都需要对流体温度值进体温度值进行修正行修正35第第4节 热线风速速仪3637第第4节 热线风速速仪38二．散热率法测量流速二．散热率法测量流速394041第第4节 热线风速速仪1－支架－支架  2－－电机机  3－－风机机  4－－闸板板阀  5－皮托管－皮托管  6－管－管线 7－旋－旋风分离器分离器 8－－热线探探头 9－－热线风速速仪 10－－计算机系算机系统42第第4节 热线风速速仪43热线风速仪的进一步细节可参考：热线风速仪的进一步细节可参考： 1 盛森芝、沈熊、舒玮：《流速测量技术》盛森芝、沈熊、舒玮：《流速测量技术》 2 盛森芝、徐月亭、袁辉清：盛森芝、徐月亭、袁辉清：《《热线热膜流热线热膜流速计速计》》 2 戴昌晖：《流体流动测量》戴昌晖：《流体流动测量》 3 Goldstein,R.J.，， 《流体力学测量》《流体力学测量》441 1、流量是三大工业过程控制量、流量是三大工业过程控制量 （压力、温度、流量）（压力、温度、流量）之一；之一；2 2、石油、天然气、化工原料等流、石油、天然气、化工原料等流 体的计量直接关系到国家利益；体的计量直接关系到国家利益；3 3、自来水、灌溉、污水处理等关、自来水、灌溉、污水处理等关 系到国计民生。

系到国计民生第第5节 流量流量测量量45大型化工企业中，流量是大型化工企业中，流量是控制工艺过程和保证产品控制工艺过程和保证产品质量的关键因素质量的关键因素46第第5节 流量流量测量量1 1．．流流量量：：单单位位时时间间内内流流过过流流体体的的量量，，亦亦称称瞬瞬时时流量2 2．．总总流流量量：：在在一一段段时时间间内内流流过过流流体体量量的的总总和和，，也可用在这段时间内对瞬时流量的积分也可用在这段时间内对瞬时流量的积分3 3．．平平均均流流量量：：总总流流量量除除以以得得到到总总流流量量的的时时间间间间隔称该段时间内的平均流量隔称该段时间内的平均流量47表达方式表达方式qm—质量流量量流量  kg/sqw—重量流量重量流量  kgf/sqv—体体积流量流量  m3/s转换关系：关系：•标准准体体积流流量量：：温温度度为20℃，，压力力为一一标准大气准大气压测得的体得的体积流量流量为标准体准体积流量48第第5节 流量流量测量量Ø基本流体方程基本流体方程o连续性方程连续性方程o伯努利方程伯努利方程49截面积截面积：：A1 A2流流 速速：： 密密 度度：：ρ1 ρρ2 2 为某截面积上的平均速度为某截面积上的平均速度不不可可压压缩缩的的流流体体在在稳稳定定流流动动时时，，流流过各截面流体的体积为常量。

过各截面流体的体积为常量12第第5节 流量流量测量量Ø连续性方程连续性方程50第第5节 流量流量测量量Ø伯努利方程伯努利方程动能动能压力能压力能势能势能+流体能流体能51容积式容积式总量总量流量计流量计瞬时瞬时流量计流量计速度式速度式压差式压差式流体阻力式流体阻力式测速式测速式流体振动式流体振动式体积体积流量计流量计质量质量流量计流量计Ø流量计分类流量计分类5253541 1．．差差压压式式流流量量计计：：如如：：毕毕托托管管、、孔孔板板、、喷喷嘴嘴、、文文丘丘里里管管、、转子流量计等转子流量计等2 2．．速速度度式式流流量量计计：：流流体体推推动动叶叶轮轮旋旋转转，，叶叶轮轮转转速速与与流流速速成成正比如：水表、涡轮流量计如：水表、涡轮流量计3 3．．容容积积式式流流量量计计：：流流量量计计在在被被测测流流体体的的推推动动下下，，将将流流体体一一份份份份封封闭闭在在测测量量腔腔体体内内，，并并一一份份份份推推送送出出去去，，根根据据单单位位时间内推送出去的体积数实现流速的测量时间内推送出去的体积数实现流速的测量4 4．．其他类型流量计其他类型流量计：电磁流量计、涡街流量计、超声波流：电磁流量计、涡街流量计、超声波流量计、质量流量计等。

量计、质量流量计等流量计分类流量计分类55第第6节 节流流压差式流量差式流量计1-1-节流元件节流元件 2-2-引压管路引压管路3-3-三阀组三阀组 4-4-差压计差压计 节流式流量计组成与实物图节流式流量计组成与实物图 56第第6节 节流流压差式流量差式流量计 常用的节流装置常用的节流装置文丘利管压力损文丘利管压力损失最小，而孔板失最小，而孔板压力损失最大压力损失最大 文丘利管文丘利管孔板孔板 喷嘴喷嘴57581 1、测量原理及流量方程、测量原理及流量方程 节流元件附近流速和压力分布情况节流元件附近流速和压力分布情况     选定两个截面，定两个截面，I—I是是节流装置前流装置前    流体开始受流体开始受节流装置影响的截面；流装置影响的截面；    II-II是流束是流束经过节流装置后收流装置后收缩最最    厉害的流束截面，由伯努利方程害的流束截面，由伯努利方程    式得式得 称为流束的收缩系数，其大小与节流装置的类型有关称为流束的收缩系数，其大小与节流装置的类型有关591 1、测量原理及流量方程、测量原理及流量方程考考虑到使用方便，到使用方便，实际上上经常在常在节流装置前后两个固定位流装置前后两个固定位置上置上测取取压力力p1、、p2，代替，代替p1’、、p2’，在，在计算算v2的公式中亦的公式中亦应修正修正601 1、测量原理及流量方程、测量原理及流量方程61a.流体必须是牛顿流体，在物理学和热力学上是均匀的、单相的，或者可认为是单相的流体 。

b. 流体必须充满管道和节流装置且连续流动，流经节流件前流动应达到充分紊流，流束平行于管道轴线且无旋转，流经节流件时不发生相变c. 流动是稳定的或随时间缓变的 2、、节流装置流装置Ø标准节流装置的适用条件标准节流装置的适用条件62Ø标准节流元件的结构形式标准节流元件的结构形式a. 标准孔板 标准孔板是一块具有与管道同心标准孔板是一块具有与管道同心圆形开孔的圆板，迎流一侧是有锐利直角圆形开孔的圆板，迎流一侧是有锐利直角入口边缘的圆筒形孔，顺流的出口呈扩散入口边缘的圆筒形孔，顺流的出口呈扩散的锥形 结构简单，加工方便，价格便宜结构简单，加工方便，价格便宜 压力损失较大，测量精度较低，压力损失较大，测量精度较低，只适用于洁净流体介质，测量大管径高温只适用于洁净流体介质，测量大管径高温高压介质时，孔板易变形高压介质时，孔板易变形 标准孔板标准孔板 63b. 标准喷嘴64c. c. 文丘里管文丘里管 文丘里管有两种标准型式：经典文丘里管与文丘里喷文丘里管有两种标准型式：经典文丘里管与文丘里喷嘴。

文丘里管压力损失最低，有较高的测量精度，对流体中的嘴文丘里管压力损失最低，有较高的测量精度，对流体中的悬浮物不敏感，可用于污脏流体介质的流量测量，在大管径流悬浮物不敏感，可用于污脏流体介质的流量测量，在大管径流量测量方面应用的较多但尺寸大、笨重，加工困难，成本高，量测量方面应用的较多但尺寸大、笨重，加工困难，成本高，一般用在有特殊要求的场合一般用在有特殊要求的场合 6566文丘利管流量计实物图文丘利管流量计实物图67d、、非标准节流装置非标准节流装置a.1/4圆喷嘴嘴b. 锥形入口孔板形入口孔板c. 圆缺孔板缺孔板683、、标准准节流装置取流装置取压方式方式 根据节流装置取压口位置可将取压方式分为理论取压、根据节流装置取压口位置可将取压方式分为理论取压、角接取压、法兰取压、径距取压与损失取压五种角接取压、法兰取压、径距取压与损失取压五种: 节流装置的取压方式节流装置的取压方式69标准喷嘴标准喷嘴：角接取压：角接取压标准孔板标准孔板：：角接取压角接取压环室取压环室取压 直接钻孔取压直接钻孔取压法兰取压法兰取压文丘里管文丘里管：角接取压：角接取压70角取压装置角取压装置法兰取压装置法兰取压装置 71724、流体条件及管道要求、流体条件及管道要求1））标标准准节节流流装装置置只只适适用用于于圆圆形形截截面面的的管管道道中中单单项项、、均均质质流流体体的的流流量量，，流流体体应应充充满满圆圆管管并并连连续续稳稳定定流流动动，，流流速速应应小小于于亚亚音速，流体在到达节流件前应是充分发展的紊流。

音速，流体在到达节流件前应是充分发展的紊流2）节流件上下游的直管段长度应符合标准的要求节流件上下游的直管段长度应符合标准的要求73745、流量、流量测量量误差差751．流量系数．流量系数αo和和 α的基本相对误差的基本相对误差  σ／／α对于标准角接取压标准孔板对于标准角接取压标准孔板7677787980计算举例81828384第第6节 速度式流量速度式流量计涡轮流量计涡轮流量计涡轮流量计涡轮流量计1 1、涡轮流量计、涡轮流量计85涡轮涡轮磁电转换磁电转换前置放大前置放大显示仪表显示仪表转数脉冲qv=f/Kf－流量－流量计输出信号的出信号的频率；率；K－流量－流量计的的仪表系数；表系数；86由动量守恒定理可知，涡轮的运动方向可写成如下形式：由动量守恒定理可知，涡轮的运动方向可写成如下形式：87888990911）） 高精确度，基本高精确度，基本误差可达差可达±0.25％－％－±1.5％，在所有％，在所有流量流量计中，它属于最精确的中，它属于最精确的2）） 重复性好，短期重复性可达重复性好，短期重复性可达0.05％％-0.2％；％；3）） 输出脉冲出脉冲频率信号，无零点漂移，抗干率信号，无零点漂移，抗干扰能力能力强强。

4）） 测量范量范围度度宽，中大口径可达，中大口径可达40:1-10:15）） 结构构紧凑凑轻巧，安装巧，安装维护方便6）） 适用高适用高压测量，量，仪表表体上不必开孔，易制成高表表体上不必开孔，易制成高压型型仪表7）） 难以以长期保持校准特性，需要定期校期保持校准特性，需要定期校验涡轮流量计的特点涡轮流量计的特点涡轮流量计的特点涡轮流量计的特点928030涡轮式流量式流量传感器感器 v专为轻腐蚀性无固态的液专为轻腐蚀性无固态的液体设计，整体涡轮和电子体设计，整体涡轮和电子模板可通过卡式插头快速模板可通过卡式插头快速方便地连接，传感器产生方便地连接，传感器产生一个与流量成比例，便于一个与流量成比例，便于发送和处理的频率信号发送和处理的频率信号 93技术参数技术参数 管径管径内孔内孔15…50(1/2＂＂…2＂＂)介质温度介质温度0℃…+100℃测量范围测量范围0.3…10m/s(通径通径15管子管子0.3m/s流速相当于流速相当于3L/min流量流量)测量误差测量误差≤±(0.5%O.F.S+2.5%O.R)环境温度环境温度0℃…+60℃最高最高线性误差线性误差≤± 0.5%O.F.S(10m/s)额定压力额定压力PN 16bar重复精度重复精度测量值的测量值的0.4%管接头管接头不锈钢不锈钢输出信号输出信号晶体管晶体管PNP和和NPN集集壳体壳体PC　　电极开路最大电极开路最大100mA外壳外壳IP 65(带带电电缆缆插插头头)　　频率频率0…200Hz涡轮涡轮聚偏二氟乙烯聚偏二氟乙烯电源电压电源电压12…30VDC轴及轴承轴及轴承陶瓷陶瓷942 2、涡街流量计、涡街流量计涡街流量计是一种振动式流量计，输出信号是一种与流量成涡街流量计是一种振动式流量计，输出信号是一种与流量成正比的脉冲信号，并可远距离输送。

正比的脉冲信号，并可远距离输送        在在流流动动的的流流体体中中放放置置一一根根其其轴轴线线与与流流向向垂垂直直的的非非流流线线型型柱柱形形体体(如如三三角角柱柱、、圆圆柱柱等等)，，称称之之为为漩漩涡涡发发生生体体当当流流体体沿沿漩漩涡涡发发生生体体绕绕流流时时，，会会在在漩漩涡涡发发生生体体下下游游产产生生如如图图所所示示不对称但有规律的交替漩涡列不对称但有规律的交替漩涡列，这就是所谓的，这就是所谓的卡门涡街卡门涡街ØØ理论基础理论基础理论基础理论基础: : : :“ “卡门涡街卡门涡街卡门涡街卡门涡街” ”原理原理原理原理9596冯冯.卡门卡门对涡街的稳定条件进行了研究，于对涡街的稳定条件进行了研究，于1911年得到结论：年得到结论：      只只有有当当两两漩漩涡涡列列之之间间的的距距离离H和和同同列列的的两两漩漩涡涡之之间间的的距距离离L之比满足下面的关系时，所产生的涡街才是稳定的之比满足下面的关系时，所产生的涡街才是稳定的Lh97ØØ圆柱体后漩涡发生的频率圆柱体后漩涡发生的频率圆柱体后漩涡发生的频率圆柱体后漩涡发生的频率柱体后漩涡发生的频率为：柱体后漩涡发生的频率为：其中其中S Sr r是与雷诺数有关的无量是与雷诺数有关的无量纲数，称为纲数，称为斯特罗哈数斯特罗哈数。

则体积流量为：则体积流量为：98    公公式式中中的的流流速速为圆柱柱体体与与管管道道的的流流通通截截面面积的的流流速速，，即即对应的的流流通通面面积不不是是管管道道的的横横截截面面积在在d/D小小于于0.3时，流通面，流通面积可用近似公式：可用近似公式：•则体体积流量流量为：：99涡街流量计漩涡频率的可能检测方案漩涡频率的可能检测方案:1.铂电阻丝温度计法铂电阻丝温度计法2.膜片法膜片法3.压电晶体法压电晶体法4.超声波法超声波法流量信号的检测流量信号的检测100101Ø漩涡频率的测量图漩涡频率的测量图图为图为三角柱体涡街检测器三角柱体涡街检测器原理示意图，在三角柱体的原理示意图，在三角柱体的迎流面对称地嵌入两个热敏电阻组成桥路的两臂，以恒定电迎流面对称地嵌入两个热敏电阻组成桥路的两臂，以恒定电流加热使其温度稍高于流体，在交替产生的漩涡的作用下，流加热使其温度稍高于流体，在交替产生的漩涡的作用下，两个电阻被周期地冷却，使其阻值改变，阻值的变化由桥路两个电阻被周期地冷却，使其阻值改变，阻值的变化由桥路测出，即可测得漩涡产生频率，从而测出流量测出，即可测得漩涡产生频率，从而测出流量。

102三角柱涡街三角柱涡街流量计流量计103LUGB型型涡街流量街流量传感器感器 o采用国采用国际先先进技技术而特而特别设计LUGB型型涡街流量街流量传感器，性感器，性能更能更稳定，抗振性能更好，是定，抗振性能更好，是替代差替代差压式式(如孔板等如孔板等)和其他和其他流量流量传感器量理想的流量感器量理想的流量传感感器 104o主要特点：主要特点：Ø无可无可动部件，部件，长期运行可靠性期运行可靠性较高，高，Ø输出出信信号号是是与与流流量量成成正正比比的的脉脉冲冲信信号号，，无无零零点点漂漂移移，，方方便便同同计算机算机联网；网；Ø量程比大，可达量程比大，可达1：：10，而差，而差压式流量式流量计只有只有1：：3；；Ø在在一一定定的的雷雷诺数数内内，，输出出的的频率率不不受受流流体体物物性性和和组分分的的变化影响，化影响，测量精度高；量精度高；Ø压力力损失失较小，小，Ø结构构简单而牢固，安装、而牢固，安装、维护较方便105•主要用途主要用途：：1、、 生产企业：生产企业：  ①①车间能源考核：测量蒸汽、压缩空气、水等；车间能源考核：测量蒸汽、压缩空气、水等； ②②生产工艺过程：测原材料等；生产工艺过程：测原材料等；2、能源供给单位：测量蒸汽、热水、自来水等。

能源供给单位：测量蒸汽、热水、自来水等 106Ø涡街流量计的特点涡街流量计的特点优点优点: :涡街流量计测量精度较高；量程比宽涡街流量计测量精度较高；量程比宽, ,可达可达10:110:1；使用寿命；使用寿命长，压力损失小，安装与维护比较方便；测量几乎不受流长，压力损失小，安装与维护比较方便；测量几乎不受流体参数变化的影响，用水或空气标定后的流量计无须校正体参数变化的影响，用水或空气标定后的流量计无须校正即可用于其它介质的测量；易与数字仪表或计算机接口即可用于其它介质的测量；易与数字仪表或计算机接口, ,对对气体、液体和蒸汽介质均适用气体、液体和蒸汽介质均适用 缺点缺点:流体流速分布情况和脉动情况将影响测量准确度，因此适流体流速分布情况和脉动情况将影响测量准确度，因此适用于紊流流速分布变化小的情况，并要求流量计前后有足用于紊流流速分布变化小的情况，并要求流量计前后有足够长的直管段够长的直管段 107第第7节 其他型式的流量其他型式的流量计1 1、容积式流量计、容积式流量计Ø椭圆齿轮流量计椭圆齿轮流量计2．上下两轮都有转动力矩，继续转动．上下两轮都有转动力矩，继续转动3．．A（下）轮力矩为（下）轮力矩为0，，B轮产生逆时针力矩，轮产生逆时针力矩，B轮为主动轮，带动轮为主动轮，带动A轮旋转轮旋转1．．A轮产生顺时针力矩，轮产生顺时针力矩，B轮力矩为轮力矩为0，在，在A轮的带动下顺时针转动。

轮的带动下顺时针转动108Ø腰轮流量计腰轮流量计腰轮流量计又称罗茨流量计，其工作原理与椭圆齿轮流量计腰轮流量计又称罗茨流量计，其工作原理与椭圆齿轮流量计相同腰轮流量计的转子是一对不带齿的腰形轮，在转动过相同腰轮流量计的转子是一对不带齿的腰形轮，在转动过程依靠套在壳体外的与腰轮同轴上的啮合齿轮来完成驱动程依靠套在壳体外的与腰轮同轴上的啮合齿轮来完成驱动腰腰轮流量流量计除可除可测液体外，液体外，还可可测量气体，精度可达量气体，精度可达 0.1％，％，并可做并可做标准表使用；最大流量可达准表使用；最大流量可达1000m3/h109   腰轮流量计     腰轮流量计是一种容积式流量测量仪表，腰轮流量计是一种容积式流量测量仪表，用以测量封闭管中流体的体积流量用以测量封闭管中流体的体积流量 就地显示累积流量，并有远传输出接口，就地显示累积流量，并有远传输出接口，与相应的光电式电脉冲转换器和流量积算仪与相应的光电式电脉冲转换器和流量积算仪配套，可进行远程测量，显示和控制配套，可进行远程测量，显示和控制 精度高，重复性好，范围度大，对流量精度高，重复性好，范围度大，对流量计前后直管段要求不高。

计前后直管段要求不高 适用较高粘度流体，流体粘度变化对示适用较高粘度流体，流体粘度变化对示值影响较小值影响较小 适用无腐蚀性能的流体，如原油，石油适用无腐蚀性能的流体，如原油，石油制品制品 ( (柴油，润滑油等柴油，润滑油等) ) 110Ø刮板式流量计刮板式流量计 转子在流量计进、出口差压作用下转动，每当相邻两刮板进入转子在流量计进、出口差压作用下转动，每当相邻两刮板进入计量区时均伸出至壳体内壁且只随转子旋转而不滑动，形成具有固计量区时均伸出至壳体内壁且只随转子旋转而不滑动，形成具有固定容积的测量室，当离开计量区时，刮板缩入槽内，流体从出口排定容积的测量室，当离开计量区时，刮板缩入槽内，流体从出口排出，同时后一刮板又与其另一相邻刮板形成测量室转子旋转一周，出，同时后一刮板又与其另一相邻刮板形成测量室转子旋转一周，排出排出4份固定体积的流体，由转子的转数就可以求得被测流体的流量份固定体积的流体，由转子的转数就可以求得被测流体的流量 凸轮式刮板流量计凸轮式刮板流量计 1111121131142 2、转子流量计、转子流量计115管道内置入一阻力体。

管道内置入一阻力体流量流量大小大小阻力体阻力体受力变化受力变化阻力体阻力体 运动运动位置变化位置变化2 2、转子流量计、转子流量计116浮子受力：浮子受力： B: : 流体内浮子的浮力流体内浮子的浮力 F: : 流体作用于浮子的力流体作用于浮子的力 W: : 浮子的重力浮子的重力WFB锥体锥体浮子浮子环隙环隙结构：锥形管＋浮子结构：锥形管＋浮子转子转子转子转子( ( ( (浮子浮子浮子浮子) ) ) )流量计原理图流量计原理图流量计原理图流量计原理图2 2、转子流量计、转子流量计117力平衡条件：力平衡条件：转子转子( (浮子浮子) )流量计的测量原理流量计的测量原理重力＝浮力＋阻力重力＝浮力＋阻力    式中，式中，cd为浮子的阻力系数；浮子的阻力系数； o为流体密度；流体密度；v为环形流形流      通面通面积的平均流速：的平均流速：Af为浮子的最大迎流面浮子的最大迎流面积118119Rrhqv与与h近似成线性关系近似成线性关系120流体流量的修正：流体流量的修正：标定流体的密度定流体的密度为ρ0，，实测流体的密度流体的密度为ρ，，则在同一在同一个个A0处有：有：从从仪表刻度上表刻度上读出的流量出的流量值乘上修正系数乘上修正系数Cg，，为实测值。

测量液体时的修正测量液体时的修正121测量气体时的修正测量气体时的修正122 ◇◇结构简单；结构简单； ◇◇使用维护方便；使用维护方便； ◇◇测量范围宽；测量范围宽； ◇◇工作可靠且线性刻度；工作可靠且线性刻度； ◇◇适用性广适用性广转子转子( (浮子浮子) )流量计的特点流量计的特点123HH50系列智能金属管浮子流量计系列智能金属管浮子流量计124超声波流量计的原理超声波流量计的原理：：流速不同会使超声波在流体中传播的速度发生流速不同会使超声波在流体中传播的速度发生变化，通过分析计算改变的超声波信号，可以变化，通过分析计算改变的超声波信号，可以检测到流体的流速，进而可以得到流量值检测到流体的流速，进而可以得到流量值超声波超声波流量计流量计主要介绍主要介绍传播速度差法传播速度差法和和多普勒法多普勒法125 通过测量通过测量超声波脉冲超声波脉冲在顺流和逆流传播过在顺流和逆流传播过程中的程中的速度之差速度之差来得到被测流体的流速来得到被测流体的流速1 1. .传播速度差法传播速度差法测量速差的方法有：测量速差的方法有：时差法时差法、、相差法相差法和和频差法频差法。

F F1 1到到J J2 2超声波传播速度为：超声波传播速度为：F2到到J1超声波传播速度为：超声波传播速度为：得到：得到：1261 1 1 1）时差法）时差法）时差法）时差法 测量顺、逆流传播时由于超声波传播速度测量顺、逆流传播时由于超声波传播速度不同而引起的不同而引起的时间差时间差顺流顺流传播时间为：传播时间为：逆流逆流传播时间为：传播时间为：时间差时间差为：为：1271 1 1 1）时差法）时差法）时差法）时差法因此可得出流速：因此可得出流速：流量正比于时间差：流量正比于时间差：128测量顺、逆流传播时超声波信号的测量顺、逆流传播时超声波信号的相位差2 2 2 2）相差法）相差法）相差法）相差法F F1 1和和F2发射角频率为发射角频率为w的的连续超声波连续超声波，则，则J J1 1和和J2到的信号相位差为：到的信号相位差为：流量正比于相位差：流量正比于相位差：129脉冲重复频率的定义脉冲重复频率的定义: :    在在单单通通道道中中一一个个发发射射脉脉冲冲被被接接收收器器接接收收之之后后，，立立即即发发射射出出另另一一个个脉脉冲冲，，这这样样以以一一定定频频率率重重复复发发射射，，这这个个频频率率称为脉冲重复频率。

称为脉冲重复频率      频差法是目前常用的测量方法，它是在前两种测量频差法是目前常用的测量方法，它是在前两种测量方法的基础上发展起来的方法的基础上发展起来的测量顺、逆流传播时超声脉冲的重复测量顺、逆流传播时超声脉冲的重复频率差频率差 3 3 3 3）频差法）频差法）频差法）频差法130顺流和逆流重复发射频率分别为顺流和逆流重复发射频率分别为:3 3 3 3）频差法）频差法）频差法）频差法频率差为：频率差为：流量正比于频率差：流量正比于频率差：131 多多普普勒勒效效应应是是当当声声源源和和目目标标之之间间有有相相对对运运动动，，会会引引起起反反射射声声波波与与声声源源在在频频率率上上的的变变化化，，这这种种频频率率变变化化正正比比于于运运动动目目标标和和静静止止的的换换能能器器之间的相对速度之间的相对速度2 2. .多普勒法多普勒法利用声学多普勒原理确定流体流量利用声学多普勒原理确定流体流量132 从从发发射射晶晶体体T T1 1发发射射的的超超声声波波束束遇遇到到流流体体中中运运动动着着颗颗粒粒或或气气泡泡，，再再反反射射回回来由接收晶体来由接收晶体R R1 1接收。

接收 发发射射信信号号与与接接收收信信号号的的多多普普勒勒频频移移与与流流体体流流速速成正比成正比多普勒法原理多普勒法原理多普勒法原理多普勒法原理133超声波流量计的特点超声波流量计的特点优点：点：o流体中不插入任何元件，流体中不插入任何元件，对流速无影响，也没有流速无影响，也没有压力力损失；失；o能用于任何液体，也能能用于任何液体，也能测量气体的流量；量气体的流量；o非接触式非接触式仪表，适于表，适于测量不易接触和量不易接触和观察的流体以察的流体以及大管径流量及大管径流量 ；；o量程比量程比较宽，可达，可达5：：1；；o输出与流量之出与流量之间呈呈线性等性等优点缺点：缺点：o只能用于只能用于测量量200℃以下的流体；以下的流体；o结构复构复杂，成本，成本较高1344 4、质量流量计、质量流量计1.  在工业生产中，由于物料平衡，热平衡以及储存、在工业生产中，由于物料平衡，热平衡以及储存、经济核算等所需要的都是质量，并非体积；经济核算等所需要的都是质量，并非体积；2.  在测量工作中，常需将测出的体积流量，乘以密度在测量工作中，常需将测出的体积流量，乘以密度换算成质量流量，设备复杂，测量耗时；换算成质量流量，设备复杂，测量耗时；3.  密度随温度、压力而变化，在温度、压力变化比较密度随温度、压力而变化，在温度、压力变化比较频繁的情况下，难以达到测量的目的。

频繁的情况下，难以达到测量的目的    用质量流量计来直接测量质量流量，则无需再进行用质量流量计来直接测量质量流量，则无需再进行上述人工换算上述人工换算    为什么需要质量流量计为什么需要质量流量计为什么需要质量流量计为什么需要质量流量计? ? ? ?135 1 1 直接式直接式 2 2 推导式推导式 3 3 补偿式补偿式质量流量计大致分为三大类：质量流量计大致分为三大类：136 直接检测与质量流量成比例的量，检直接检测与质量流量成比例的量，检测元件直接反映出质量流量测元件直接反映出质量流量 Ø直接式直接式质量流量计质量流量计直接式质量流量计有两种：直接式质量流量计有两种：1) 科里奥利质量流量计科里奥利质量流量计2) 热式质量流量计热式质量流量计1371) 1) 1) 1) 科里奥利质量流量计科里奥利质量流量计科里奥利质量流量计科里奥利质量流量计    当当质质量量m的的质质点点以以速速度度v在在对对P轴轴作作角角速速度度为为 旋旋转转的的管管道道内内移移动动时时，，质质点点具具有有两两个个分分量量的的加加速速度度及及相相应的加速度力。

应的加速度力1)(1)法法向向加加速速度度：：即即向向心心加加速速度度a ar r，，其其量量值值为为 2 2r r ，，方向朝向方向朝向P P轴2)(2)切切向向加加速速度度a at t：：即即科科里里奥奥利利加加速速度度，，其其量量值值为为2 2 v v ，，方向与方向与a ar r垂直1381) 1) 1) 1) 科里奥利质量流量计科里奥利质量流量计科里奥利质量流量计科里奥利质量流量计科里奥利力：科里奥利力： 当当密密度度为为 的的流流体体在在旋旋转转管管道道中中以以恒恒定定速速度度v v流流动动时时，，任任何何一一段段长长度度 x x 的的管管道道都都受受到到一一个个切切向向的的科科里里奥奥利利力力 FcFc 的作用因此，测得因此，测得科里奥利力就可得到质量流量科里奥利力就可得到质量流量139通通过过旋旋转转运运动动产产生生科科里里奥奥利利力力是是困困难难的的，，目目前前产产品品均均代之以管道振动产生的代之以管道振动产生的科里奥利质量流量计测量原理科里奥利质量流量计测量原理科里奥利质量流量计测量原理科里奥利质量流量计测量原理1) 1) 1) 1) 科里奥利质量流量计科里奥利质量流量计科里奥利质量流量计科里奥利质量流量计140缺点：缺点：  o对外界振外界振动干干扰较为敏感，敏感，为防止管道振防止管道振动影响，大影响，大部分型号的流量部分型号的流量传感器安装固定要求感器安装固定要求较高。

高o不能用于不能用于较大管径，目前尚局限于大管径，目前尚局限于150（（200））mm以以下o大部分型号重量和体大部分型号重量和体积较大o价格昂价格昂贵约为同口径同口径电磁流量磁流量计的的2 ～～8倍；倍；优点：点：•  精度高、量程比大、精度高、量程比大、动态特性好特性好• 可可测量流体范量流体范围广泛，包括高粘度液的各种液体、含有广泛，包括高粘度液的各种液体、含有固形物的固形物的浆液等• 流体密度流体密度变化化对测量量值得得值的影响微小的影响微小1) 1) 1) 1) 科里奥利质量流量计科里奥利质量流量计科里奥利质量流量计科里奥利质量流量计1412) 2) 2) 2) 热式质量流量计热式质量流量计热式质量流量计热式质量流量计利用传热原理，即流动中的流体与热源之间热量交换关系利用传热原理，即流动中的流体与热源之间热量交换关系来测量流量，当前主要用于测量气体来测量流量，当前主要用于测量气体上上下下游游温温差差取取决决于于质量量流流量量的大小适适 用用 于于 2.5×10-10~5×10-3Kg/s的气体的气体质量流量，量流量，精度达精度达±1％％142热式式质量流量量流量计示意示意图 电源：源：24VDC精度：精度：1～～3%F.S.流通管径：流通管径：φ20～～200工作温度：工作温度：-20～～60℃输出：出：4～～20mA、、0～～5VDC、、232接口接口 143组组合合体体积积流流量量计计和和密密度度计计来来测测量量质质量量流流量量，，通通过过运运算得出与质量流量有关的输出信号。

算得出与质量流量有关的输出信号ØØ推导推导推导推导式质量流量计式质量流量计式质量流量计式质量流量计有以下几种组合方式：有以下几种组合方式：①①检测检测②②检测检测③③检测检测④④检测检测的流量计和密度计的流量计和密度计的流量计和密度计的流量计和密度计的流量计和检测的流量计和检测      的密度计的密度计的流量计和检测温度和压力的流量计和检测温度和压力144145146147补偿式质量流量测量方法，是目前工业上普补偿式质量流量测量方法，是目前工业上普遍应用的一种测量方法遍应用的一种测量方法3 3 3 3. . . .补偿式质量流量计补偿式质量流量计补偿式质量流量计补偿式质量流量计体积流量体积流量流体温度流体温度流体压力流体压力密度密度质量流量质量流量148MKULC2100系列电磁流量计 弯管流量计 149各种各种测量方法精度量程量方法精度量程(1)精度精度量程量程特殊要求特殊要求称重法称重法0.1%~缺省为不含气泡和缺省为不含气泡和杂质杂质浮子流浮子流量计量计3%~5% ~103kg/hr透明液体（金属管透明液体（金属管可测不透明液体）可测不透明液体）孔板孔板(喷喷嘴嘴)3%适用于较大适用于较大的流量的流量水表水表2.0%~104kg/hr150各种各种测量方法精度量程量方法精度量程(2)精度精度量程量程特殊要求特殊要求超声波流量计超声波流量计1.5%v：：0~16m/s超声波多普勒超声波多普勒流量计流量计2~5%5000~8×106kg/hr含有气泡或含有气泡或杂质杂质电磁流量计电磁流量计0.5%100~5×106kg/hr液体电导率液体电导率不能过低不能过低涡街流量计涡街流量计1%Re：：300~2×105 （一般流量较大）（一般流量较大）涡轮涡轮1%100~5×105kg/hr。