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流 量 测 量,第一节 概述,流量的概念 流体在单位时间内流经某一有效截面的体积或质量，前者称体积流量（m3/s)，后者称质量流量(kg/s)如果在截面上速度分布是均匀的，则：,测量某一段时间内流过的流体量，即瞬时流量对时间的积分，称之流体总量用来测量流量的仪表统称为流量计测量总量的仪表称为流体计量表或总量计流体的几个概念,（一）粘性 在流体的内部相互接触的部分在其切线方向的速度有差别时会产生减小其速度差的作用这是因为流速快的部分要加速与其相接触的流速慢的部分，而流速慢的部分要减小与其相接触的流速快的部分，流体的这种性质，称为粘性 衡量流体粘性大小的物理量称为粘度 ：,设有两块面积很大距离很近的平板，两平板中间是流体令底下的平板保持不动，而以一恒定力推动上面平板，使其以速度v沿x方向活动由于流体粘性的作用，附在上板底面的一薄层液体以速度v随上板运动而下板不动故附在其上的流体不动，所以两板间的液体就分成无数薄层而运动，如图所示 作用力F与受力面平行，称为剪力，剪力与板的速度v、板的面积S成正比，而与两板间的距离y成反此，即,称为粘度，或动力粘度(dynamic viscosity)，单位是：泊（P）(Pa.s),Kinematic viscosity,（二）层 流 和 紊 流,流体在细管中的流动形式可分为层流和紊流两种。

所谓层流(laminar flow)就是流体在细管中流动的流线平行于管轴时的流动 所谓紊流(turbulent flow)就是流体在细管中流动的流线相对混乱的流动 利用雷诺数可以判断流动的形式如果雷诺数小于某一值时，可判断为层流，而大于此值时则判断为紊流由此，我们发现管内流体流动时存在着两种状态：一为层流状面一为紊流状态在不同的流动状态下，流体有不同的流动特性在层流流动状态时，流量与压力降成正比；在紊流流动状态时，流量与压力降的平方根成正比，而且在层流与紊流两种不同的流动状态时，其管内的速度分布也大不相同这些对于许多采用测量流速来得到流量的测量方法是很重要的在层流流动状态下，流速分布是以管轴为中心线的轴对称抛物线分布在紊流流动状态下，管内流速同样是以管中心线轴对称的分布，但是其分布呈指数曲线形式雷诺数是表征流体流动时惯性力与粘性力之比利用细管直径d，可求出雷诺数Rd：,为细管中的平均流速； 为流体的运动粘度, d为管径 Rd2320时为层流，Rd2320时为紊流；,（三）雷 诺 数,所谓平均流速，一般是指流过管路的体积流量除以管路截面积所得到的数值四）流体流动的连续性方程,流体在管道内作稳定流动的情况：,即流体在稳定流动，且不可压缩时，流过各截面流体的体积为常量。

因此利用上式，很方便的求出流体流过管道不同截面时的流速五）流体伯努力方程,二、流量仪表的分类,（一）计量表 1.容积式计量表 这类仪表用仪表内的一个固定容量的容积连续地测量被测介质，最后根据定量容积称量的次数来决定流过的总量习惯上人们把计量表也称为流量计根据它的结构不同，这类仪表主要有椭圆齿轮流量计、腰轮流量汁、活塞式流量计等2.速度式计量表 在仪表中装一旋转叶轮，流体流过时，推动叶轮旋转，叶轮的转动正比于流过介质的总量，叶轮转动带动计数器的齿轮机构，计数器即显示读数这类计量表机构简单，但精度低一般在2左右，大多的水表即采用此结构表二）流量计,第二节 总量测量仪表,（一）椭圆齿轮流量计,每转一周，两个齿轮共送出四个标准体积的流体二、腰轮流量计（罗茨流量计）,腰轮流量计除可测液体外，还可测量气体，精度可达0.1，并可做标准表使用；最大流量可达1000m3/h腰轮上没有齿，它们不是直接相互啮合转动，而是通过按装在完体外的传动齿轮组进行传动,三、容积式流量计的误差,仪表输出由指针指示，指示值I:,流量较小时，误差为负值，在流量增大时、误差为正值、且基本保持不变(曲线1)这种现象主要是由于在运动件的间隙中泄漏所引起的。

这个泄漏量与间隙、粘度、前后压差有关，另外也和流过体积V所需的时间有关容积式流量计的测量误差值E，可由指示值与真值之差与指示值之比表示设：V为通过流量计的流体体积真值；I为流量计指示值，则误差值E可表示为,上述两种转子型式的容积流显计，可用于各种液体流量的测量，尤其是用于油流量的准确测量，在高压力、大流量的气体流量测量中，这类流量计也有应用由于椭圆齿轮容积流量计直接依靠测量轮啮合，因此对介质的清洁要求较高，不允许有固体颗粒杂质流过流量计,当充满圆管的流体流经在管道内部安装的节流装置时，流束将在节流件处形成局部收缩，使流速增大，静压力降低，于是在节流件前后产生压力差该压力差通过差压计检出流体的体积流量或质量流量与差压计所测得的差压值有确定的数值关系差 压 式 流 量 计（节流式流量计）,选定两个截面，II是节流装置前流体开始受节流装置影响的截面；II-II是流束经过节流装置后收缩最厉害的流束截面，由伯努利方程式得,由于流束在节流装置后的最小收缩面积S2，实际上很难确切地知道它的数值，因此用节流装置开孔的截面积S0来表示,,其中称为流束的收缩系数，其大小与节流装置的类型有关p1、p2流体在截面II和IIII处的静压力 v1、v2流体在截面II和IIII处的平均流速,上面得到的流速是理论值，因为理想的不可压缩的流体是不存在的。

流体有粘度，故有摩擦，因此实际的流速应修正其次，考虑到使用方便，实际上经常在节流装置前后两个固定位置上测取压力p1、p2，代替p1、p2，在计算v2的公式中亦应修正考虑这两方面的因素， 在IIII截面上的流速,流过截面IIII的体积流量为,节流式流量计主要由两部分组成：节流装置和测量静压差的差压计 节流装置是安装在流体管道中，使流体的流通截面发生变化，引起流体静压变化的一种装置常用的节流装置有文丘利管、喷嘴和孔板，如图所示常用的节流装置,文丘利管压力损失最小，而孔板压力损失最大文丘利管,孔板,喷嘴,标准孔板是用不锈钢或其它金属材料制造的薄板，它具有圆形开孔并与管道同心，其直角入口边缘非常锐利，且相对于开孔轴线是旋转对称的标准孔板的形状如图所示,标准喷嘴即ISAl932喷嘴它是一个以管道喉部开孔轴线为中心线的旋转对称体，由两个圆弧曲面构成的入口收缩部分及与之相接的圆筒形喉部所组成其结构如图34所示,标准文丘利喷嘴是标准文丘利管的一种型式，如图35所示它由廓形修圆的收敛部分，圆筒形喉部和扩散段组成喉部取压平面之前上游平面A、入口圆弧B、C和喉部的圆筒E部分与标准喷嘴完全相同,1取压方式 差压式流量计是通过测量节流件前后压力差p来实现流量测量的，而压力差 p的值与取压孔位置和取压方式紧密相关。

节流装置的取压方式有以下5种，各种取压方式及取压孔位置如图37所示 (1)角接取压: 上下游取压管位于孔板(或喷嘴)的前后端面处角接取压包括单独钻孔和环室取压如图37中ll位置 (2)法兰取压：上下游侧取压孔的轴线至孔板上、下游侧端面之间的距离均为25.40.8mm（1inch)取压孔开在孔板上下游侧的法兰上如图37中22位置,（3)径距取压：上游侧取压孔的轴线至孔板上游端面的距离为1Dm0.1Dm，下游侧取压孔的轴线至孔极下游端面的距离为0.5Dm如图37中的3.3位置（Dm管道直径） (4)理论取压：上游侧取压孔的轴线至孔板上游端面的距离为l Dm0.1Dm，下游侧取压孔的轴线至孔板上游端面的距离因 值不同而异该距离理论上就是流束收缩到最小截面的距离如图37中的44位置 (5)管接取压：上游侧取压孔的轴线至孔板上游端面的距离为2.5Dm，下游侧取压孔的轴线至孔板下游端面的距离为8Dm如图37中的55位置该方法使用很少,标准取压装置是国家标形中规定的两种取压装置，即角接取压装置和法兰取压装置其中角接取压适用于孔板和喷嘴，而法兰取压仅用于孔板1)角接取压装置 角接取压装置可以采用环室或夹紧环(单独钻孔)取得节流件前后的差压。

（2）法兰取压装置 法兰取压装置由两个带取压孔的取压法兰组成标 准 取 压 装 置,一、浮子流量计（转子流量计） 转子流量计又名浮子流量计或面积流量计浮子流量计具有结构简单，使用维护方便，对仪表前后直管段长度要求不高，压力损失小且恒定，测量范围比较宽，工作可靠且线性刻度，可测气体、蒸汽(电、气远传金属浮子流量计)和液体的流量，适用性广等特点,第四节 流体阻力式流量计,浮子流量计的测量本体由一根自下向上扩大的垂直锥管和一只可以沿着锥管的轴向自由移动的浮子组成如图4-1所示,当被测流体自锥管下端流入流量计时，由于流体的作用，浮子上下端面产生一差压，该差压即为浮子的上升力当差压值大于浸在流体中浮子的重量时，浮子开始上升随着浮子的上升浮子最大外径与锥管之间的环形面积逐渐增大，流体的流速则相应下降，作用在浮子上的上升力逐渐减小，直至上升力等于浸在流体中的浮子的重量时，浮子便稳定在某一高度上这时浮子在锥管中的高度与所通过的流量有对应的关系作用在浮子上的力有： 流体自下而上运动时，作用在浮子上的阻力F; 浮子本身的垂直向下的重力W；流体对浮子所产生的垂直向上的浮力B当浮子处于平衡状态时，可列出平衡方程式,转子流量计的测量原理,式中，cd为浮子的阻力系数；o为流体密度；v为环形流通面积的平均流速：Af为浮子的最大迎流面积。

只要保持流量系数a为常数，则流量与浮子高度h之间就存在一一对应的近似线性关系我们可以将这种对应关系直接刻度在流量计的锥管上显然，对于不同的流体，由于密度发生变化，所以qv与h之间的对应关系也将发生变化，原来的流量刻度将不再适用所以原则上，转子流量计应该用实际介质进行标定,注意：,靶式流量计由靶式流量变送器和显示仪表两部分组成，其测量元件是一个在测量管中心并垂直于流向的被称为“靶”的圆板通过测量流体作用在靶上的力而实现流量测量 靶式流量计是60年代随着工业生产迫切需要解决高粘度、低雷诺数流体，的流量测量而发展起来的一种新型流量测量仪表可用于低雷诺数、含固体颗粒的浆液及腐蚀介质流量测量它具有结构简单，安装维修方便，成本低靶 式 流 量 计,靶式流量计的结构如图所示，在被测管道中心迎着流速方向安装一个靶，当介质流过时，靶受到流体的作用力这个力由两部分组成，一部分是流体和靶表面的摩擦力，另一部分是由于流束在靶后分离，产生压差阻力，后者是主要的当流体的雷诺数达到一定数值时，阻力系数不随雷诺数变化，而保持常数，这时阻力为,式中，F为靶受到流体的阻力； 为阻力系数；A1为靶迎流面积， d为靶直径；v为靶和管壁间环面积中的平均流速；为介质密度。

流量与靶输出力F的平方根成正比测量靶所受的力F，就可以测定被测介质的流量,速度式流量计是从直接测量管道内流体流速v作为流量测量依据的若测得的是管道截面上的平均流速v，则流体的体积流量qvAv；(A为测量管道横截面积)若测得的是管道横截面上的某一点流速v，则流体的体积流量qvK.A.v(K为截面上的平均流速与被测点流速的比值，它与管道内流速分布有关),第五节 测速式流量计,一、电磁流量计 电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律制成的一种测量导电液体体积流量的仪表可以测量各种腐蚀性介质：酸、碱、盐溶液以及带有悬浮颗粒的浆液被测介质在测量管内，由于没有阻滞部件，所以没有压力损失此流量计无机械惯性，反应灵敏，可以测量脉冲流量，而且线性较好，可以直接进行等分刻度但电磁流量计，由于只能测量导电液体，因此对于气体、蒸气以及含大量气泡的液体，或者电导率很低的液体不能测量由于测量管内衬材料一般不宜在高温下工作，所以目前一般的电磁流量计还不能用于测量高温介质如图所示，设在均匀磁场中，垂直于磁场方向有一个直径为D的管道管道由不导磁材料制成，当导电的液体在导管中流动时，导电液体切割磁力线，因而在磁场及流动方向垂直的方向上产生感应电动势，如安装一对电极，则电极间产生和流速成比例的电。