第六章-流量测量(新)..ppt

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1、第六章第六章 流体流量测量流体流量测量第一节第一节第一节第一节 概述概述概述概述 一、流体的流量一、流体的流量一、流体的流量一、流体的流量流流流流量量量量的的的的定定定定义义义义：流流流流体体体体流流流流量量量量是是是是指指指指单单单单位位位位时时时时间间间间内内内内流流流流过过过过管管管管道道道道或或或或明明明明渠渠渠渠某某某某一一一一截截截截面流体的量，也称为瞬时流量。面流体的量，也称为瞬时流量。面流体的量，也称为瞬时流量。面流体的量，也称为瞬时流量。在在在在某某某某一一一一段段段段时时时时间间间间间间间间隔隔隔隔内内内内流流流流过过过过某某某某一一一一截截截截面面面面的的的的流流流流体体

2、体体的的的的量量量量称称称称为为为为流流流流过过过过的的的的总总总总量量量量，也也也也称称称称作作作作积积积积分分分分流流流流量量量量或或或或累累累累积积积积流流流流量量量量。总总总总量量量量除除除除以以以以得得得得到到到到总总总总量量量量的的的的时时时时间间间间就就就就称称称称为为为为该段时间内的平均流量。该段时间内的平均流量。该段时间内的平均流量。该段时间内的平均流量。流流流流体体体体流流流流量量量量的的的的表表表表示示示示：一一一一般般般般可可可可分分分分为为为为质质质质量量量量流流流流量量量量q q q qm m m m和和和和体体体体积积积积流流流流量量量量q q q qV V V

3、V。两两两两者者者者之间满足以下关系：之间满足以下关系：之间满足以下关系：之间满足以下关系：在国际单位制中，在国际单位制中，在国际单位制中，在国际单位制中，q q q qm m m m的单位为的单位为的单位为的单位为kg/kg/kg/kg/s s s s，q q q qV V V V的单位为的单位为的单位为的单位为m m m m3 3 3 3s s s s。二、流量测量方法二、流量测量方法二、流量测量方法二、流量测量方法1 1 1 1按测量对象分类按测量对象分类按测量对象分类按测量对象分类 分为封闭管道流量计和明渠流量计两类。分为封闭管道流量计和明渠流量计两类。分为封闭管道流量计和明渠流量计两

4、类。分为封闭管道流量计和明渠流量计两类。2 2 2 2按输出信号分类按输出信号分类按输出信号分类按输出信号分类 分为脉冲频率信号输出和模拟电流（电压）信号输出两类。分为脉冲频率信号输出和模拟电流（电压）信号输出两类。分为脉冲频率信号输出和模拟电流（电压）信号输出两类。分为脉冲频率信号输出和模拟电流（电压）信号输出两类。3 3 3 3按测量原理分类按测量原理分类按测量原理分类按测量原理分类 按不同的测量原理，流量仪表可分为容积式、速度式和质按不同的测量原理，流量仪表可分为容积式、速度式和质按不同的测量原理，流量仪表可分为容积式、速度式和质按不同的测量原理，流量仪表可分为容积式、速度式和质量式三类

5、。量式三类。量式三类。量式三类。4 4按测量方法和结构分类按测量方法和结构分类 将流量计分成差压式流量计、容积式流量计、浮子流量将流量计分成差压式流量计、容积式流量计、浮子流量计、叶轮式流量计、电磁流量计、流体振荡流量计、超声计、叶轮式流量计、电磁流量计、流体振荡流量计、超声波流量计、质量流量计、插入式流量计、明渠流量计和其波流量计、质量流量计、插入式流量计、明渠流量计和其它流量计（包括激光流量计，靶式流量计、冲量流量计和它流量计（包括激光流量计，靶式流量计、冲量流量计和标记法流量计等）标记法流量计等）1111大类。大类。三、流量测量中常用的术语三、流量测量中常用的术语三、流量测量中常用的术语

6、三、流量测量中常用的术语 1 1流量范围流量范围 流量计的流量范围是指流量计在正常使用条件下，流量计的流量范围是指流量计在正常使用条件下，测量误差不超过允许值的最大至最小流量范围。最大与测量误差不超过允许值的最大至最小流量范围。最大与最小流量值的代数差称为流量量程。在保证仪表的准确最小流量值的代数差称为流量量程。在保证仪表的准确度的条件下可测的最大流量与最小流量的比值通常称作度的条件下可测的最大流量与最小流量的比值通常称作流量计的量程比。流量计的量程比。2 2额定流量额定流量 流量计在规定性能或最佳性能时的流量值，称为该流量计在规定性能或最佳性能时的流量值，称为该流量计的额定流量。流量计的额定

7、流量。3 3流量系数流量系数 流量计的流量系数表示通过流量计的实际流量与流量计的流量系数表示通过流量计的实际流量与理论流量的比值，一般是通过实验确定。理论流量的比值，一般是通过实验确定。4 4仪表系数仪表系数 流量计的仪表系数表示通过流量计的单位体积流量流量计的仪表系数表示通过流量计的单位体积流量所对应的信号脉冲数。它是脉冲信号输出类型流量计所对应的信号脉冲数。它是脉冲信号输出类型流量计的一个重要参数。的一个重要参数。5 5流量计特性曲线流量计特性曲线 流量计特性曲线是描述随流量变化流量计性能变流量计特性曲线是描述随流量变化流量计性能变化的曲线，主要有两种不同的表示形式：一种是表示化的曲线，主

8、要有两种不同的表示形式：一种是表示流量计的某种特性（通常是流量系数或仪表系数，也流量计的某种特性（通常是流量系数或仪表系数，也有的是某一与流量有关的输出量）与流量有的是某一与流量有关的输出量）与流量q q或雷诺数或雷诺数ReRe的关系；另一种是表示流量计测量误差随流量的关系；另一种是表示流量计测量误差随流量q q或雷诺或雷诺数数ReRe变化的关系，这种特性曲线一般称为流量计的误变化的关系，这种特性曲线一般称为流量计的误差特性曲线。差特性曲线。流量计的特性曲线可以通过对流量计进行理论分流量计的特性曲线可以通过对流量计进行理论分析而得到，而更为准确可靠是通过对流量计的检定析而得到，而更为准确可靠是

9、通过对流量计的检定,即在整个流量计的流量范围上进行一系列的实验得到即在整个流量计的流量范围上进行一系列的实验得到.6 6重复性重复性 流量计的重复性表示用该流量计连续多次测量同流量计的重复性表示用该流量计连续多次测量同一流量时给出相同结果的能力。一流量时给出相同结果的能力。7 7线性度线性度 流量计的线性度是表示在整个流量范围上的特性流量计的线性度是表示在整个流量范围上的特性曲线偏离最佳拟合直线的程度。对于用仪表系数曲线偏离最佳拟合直线的程度。对于用仪表系数K K来评来评定流量计特性的脉冲输出流量仪表来说，其线性度通定流量计特性的脉冲输出流量仪表来说，其线性度通常用整个流量范围的平均仪表系数与

10、仪表系数对平均常用整个流量范围的平均仪表系数与仪表系数对平均值的最大偏差值的最大偏差K K的比值的比值K K 来表示。来表示。四、流量测量中常用的物理参数四、流量测量中常用的物理参数 在对工业管道流体流量测量时，要遇到一系列反映流体在对工业管道流体流量测量时，要遇到一系列反映流体属性和流动状态的物理参数。属性和流动状态的物理参数。1.1.流体的密度流体的密度 流体的密度流体的密度随压力随压力p p和温度和温度t t而变化，在测量流量时应而变化，在测量流量时应该考虑流体状态对密度的影响。该考虑流体状态对密度的影响。2.2.流体的粘度流体的粘度 由于粘性力作用，管内各流体层将形成一定规律的速度由于

11、粘性力作用，管内各流体层将形成一定规律的速度分布。粘度也是温度分布。粘度也是温度t t、压力、压力p p的函数。的函数。3.3.等熵指数等熵指数 流体流经节流元件时，因为节流元件很短，其与外界的流体流经节流元件时，因为节流元件很短，其与外界的热交换及摩擦生热均可忽略，所以该过程可近似认为是等熵热交换及摩擦生热均可忽略，所以该过程可近似认为是等熵的。在此过程中，流体的压力的。在此过程中，流体的压力p p与比容与比容v v的的k k次方的乘积为常数，次方的乘积为常数，即即 常数，常数，k k称为等熵指数。空气的等熵指数为称为等熵指数。空气的等熵指数为1.401.40，过，过热蒸汽的等熵指数为热蒸汽

12、的等熵指数为1.301.30。4.4.雷诺数雷诺数ReRe 流流体体流流动动的的雷雷诺诺数数是是流流体体流流动动的的惯惯性性力力FgFg与与其其粘粘性性力力（内摩擦力）（内摩擦力）FmFm之比，即之比，即式中式中 v v特特征征流流速速，在在管管流流中中为为有有效效截截面面上上的的平平均均流流速速，m ms s；流体密度流体密度,kg,kgm3m3；在工作状态下流体的动力粘度；在工作状态下流体的动力粘度；l l流束的定型尺寸，在圆管流中为管道内径，流束的定型尺寸，在圆管流中为管道内径，m m。当流体在圆管内流动时，雷诺数的流量表达式为：当流体在圆管内流动时，雷诺数的流量表达式为：式中式中 q

13、qm m质量流量，质量流量，kgkgh h；D D管道内径，管道内径，mmmm；动力粘度，动力粘度，PaPas s。在工程应用中，认为雷诺数相等的流动其流动是在工程应用中，认为雷诺数相等的流动其流动是相似的，因而流量仪表在某种标定介质（通常气体流相似的，因而流量仪表在某种标定介质（通常气体流量计用空气，液体流量计用水）中标定得到的流量系量计用空气，液体流量计用水）中标定得到的流量系数可以根据在相同雷诺数下流量系数相等的原则换算数可以根据在相同雷诺数下流量系数相等的原则换算出另一种介质（被测介质）的流量（或流速）。这是出另一种介质（被测介质）的流量（或流速）。这是许多流量计实际标定的理论基础。许

14、多流量计实际标定的理论基础。四、流量计的校验与标定四、流量计的校验与标定 流流量量计计的的标标定定是是一一件件比比较较困困难难的的工工作作，因因为为流流量量是是质质量量或或体体积积对对时时间间的的导导数数，难难以以由由定定义义直直接接做做出出流流量量单单位位的的标标准准器器。一一般般是是在在流流量量不不变变的的前前提提下下，使使流流体体连连续续流流入入标标准准容容器器V V中中，精精确确测测量量流流体体流流动动的的起起止止时时间间和和流流入入容容器器的的流流体体总总量量，用用平平均均流流量量代代替替瞬瞬时时流流量量作作为为标标准准。因因此此，在在累累积积时时间间内内，必必须须保保证证流流体体流

15、流动动高高度稳定，并且计时和计量都要足够准确。度稳定，并且计时和计量都要足够准确。流量标准装置是实现对流量仪表标定或校验的设备。流量标准装置是实现对流量仪表标定或校验的设备。静态容积法液体流量标准装置静态容积法液体流量标准装置 1 1 1 1一水池一水池一水池一水池2 2 2 2一排水管一排水管一排水管一排水管3 3 3 3一水泵一水泵一水泵一水泵4 4 4 4一进水管一进水管一进水管一进水管5 5 5 5一高位水塔一高位水塔一高位水塔一高位水塔6 6 6 6一截止阀一截止阀一截止阀一截止阀7 7 7 7一试验段一试验段一试验段一试验段8 8 8 8一被校表一被校表一被校表一被校表9 9 9

16、9一调节阀一调节阀一调节阀一调节阀10101010一换向器一换向器一换向器一换向器 11111111、12121212一工作量器一工作量器一工作量器一工作量器13131313、14141414一放水底阀一放水底阀一放水底阀一放水底阀第二节第二节 容积式流量计容积式流量计 容积式流量计，也称为正排量流量计，是出现较容积式流量计，也称为正排量流量计，是出现较早的一类流量仪表。它多数是用于测量流经管路的流早的一类流量仪表。它多数是用于测量流经管路的流体的体积流量，广泛应用于测量石油类流体（如原油、体的体积流量，广泛应用于测量石油类流体（如原油、汽油、柴油、液化石油气等）、饮料类流体（如酒类、汽油、柴

17、油、液化石油气等）、饮料类流体（如酒类、食用油等）、气体（如空气、低压天然气及煤气等）食用油等）、气体（如空气、低压天然气及煤气等）以及水的流量。以及水的流量。常用的容积式流量计有椭圆齿轮流量计、腰轮常用的容积式流量计有椭圆齿轮流量计、腰轮（罗茨）流量计、刮板流量计、旋转活塞式流量计、（罗茨）流量计、刮板流量计、旋转活塞式流量计、圆盘式流量计、膜式气体流量计、湿式气体流量计等。圆盘式流量计、膜式气体流量计、湿式气体流量计等。一、容积式流量计的工作原理一、容积式流量计的工作原理 容积式流量计内部都有一个具有一定容积的容积式流量计内部都有一个具有一定容积的“计计量空间量空间”，该空间是由仪表内的运

18、动部件和仪表壳体，该空间是由仪表内的运动部件和仪表壳体构成的。流体通过流量计，就会在流量计进出口之间构成的。流体通过流量计，就会在流量计进出口之间产生一定的压力差。流量计内的运动部件（简称转子）产生一定的压力差。流量计内的运动部件（简称转子）在这个压力差作用下将产生旋转，并将流体由入口排在这个压力差作用下将产生旋转，并将流体由入口排向出口。在这个过程中，流体一次次地充满流量计的向出口。在这个过程中，流体一次次地充满流量计的“计量空间计量空间”，并不断地被送往出口。流出流体的总，并不断地被送往出口。流出流体的总量为：量为：式中式中VoVo为运动部件每循环转动一次，从流量计内送出为运动部件每循环转

19、动一次，从流量计内送出的流体体积。的流体体积。n n为运动部件的旋转次数。容积式流量计为运动部件的旋转次数。容积式流量计是一种无时基的仪表，其测量时间间隔是任意选取的，是一种无时基的仪表，其测量时间间隔是任意选取的，因此，一般不用它来测量瞬时流量，而是常用来计量因此，一般不用它来测量瞬时流量，而是常用来计量累积流量（又称总量）。累积流量（又称总量）。式中式中 n n椭圆齿轮的旋转次数；椭圆齿轮的旋转次数；V V0 0半月形测量室半月形测量室的容积；的容积；R R容积室的半径；容积室的半径；a a，b b椭圆齿椭圆齿轮的长半轴和短半轴；轮的长半轴和短半轴；椭圆齿轮的厚度。椭圆齿轮的厚度。椭圆齿轮

20、椭圆齿轮椭圆齿轮椭圆齿轮 流量计流量计流量计流量计 腰轮腰轮腰轮腰轮 流量计流量计流量计流量计二、容积式流量计的特点二、容积式流量计的特点1 1测量准确度高，一般可达测量准确度高，一般可达(0.1(0.10.5)0.5)，是所有流，是所有流量仪表中测量精度最高的一类仪表。量仪表中测量精度最高的一类仪表。2 2安装管道条件对流量计计量精度没有影响，流量计前安装管道条件对流量计计量精度没有影响，流量计前不需要直管段，这使得容积式流量计在现场使用有不需要直管段，这使得容积式流量计在现场使用有极重要的意义。极重要的意义。3 3测量范围较宽，典型的流量量程比可为测量范围较宽，典型的流量量程比可为5:15

21、:1到到10:110:1，特殊的可达特殊的可达30:130:1。4.4.机械结构较复杂，体积庞大笨重，一般只适用于中小机械结构较复杂，体积庞大笨重，一般只适用于中小口径仪表。口径仪表。5.5.大部分容积式流量计只适用于洁净单相流体。测量含大部分容积式流量计只适用于洁净单相流体。测量含有颗粒、脏污物的流体时需安装过滤器，测量含有有颗粒、脏污物的流体时需安装过滤器，测量含有气体的液体时必须安装气体分离器。气体的液体时必须安装气体分离器。容积式流量计适合测量高粘度、洁净的流体。容积式流量计适合测量高粘度、洁净的流体。第三节第三节涡街流量计涡街流量计 涡街流量计，又称旋涡流量计。它输出频率信号，涡街流

22、量计，又称旋涡流量计。它输出频率信号，抗干扰性能好，便于远距离传输，在火电厂可用于送抗干扰性能好，便于远距离传输，在火电厂可用于送风流量的测量。风流量的测量。涡街流量计由传感器和转换器两部分组成。涡街流量计由传感器和转换器两部分组成。传传感感器器包包括括旋旋涡涡发发生生体体、检检测测元元件件、安安装装架架和和法法兰等。兰等。转转换换器器包包括括前前置置放放大大器器、滤滤波波整整形形电电路路、接接线线端端子子、支支架架和和防防护护罩罩等等。智智能能式式仪仪表表还还将将CPUCPU、存存储储单单元元、显显示示单单元元、通通讯讯单单元元及及其其他他功功能能模模块块也也装装在在转转换换器器内内，形成智

23、能型和组合型涡街流量。形成智能型和组合型涡街流量。一、测量原理一、测量原理 这这种种流流量量计计的的工工作作原原理理是是利利用用了了流流体体力力学学中中的的卡门涡街现象卡门涡街现象。（a a）圆柱体；（圆柱体；（b b）等边三角形柱体等边三角形柱体 实实验验表表明明，当当h hl=0.281=0.281时时，产产生生的的涡涡街街是是稳稳定定的的。且且单单侧侧的的漩漩涡涡脱脱落落的的频频率率f f与与柱柱体体附附近近的的流流体体流流速速成成正正比比，与与柱体的特征尺寸柱体的特征尺寸d d成反比，即成反比，即式中式中 StSt斯特罗哈尔数，无因次数；斯特罗哈尔数，无因次数；d d 柱体的特征尺寸。

24、柱体的特征尺寸。StSt是是柱柱体体特特征征尺尺寸寸d d 以以及及流流体体雷雷诺诺数数ReRe 的的函函数数。经经实实验验证，验验证，ReRe在在2 2*10104 4 7 7*10106 6的范围内，的范围内，StSt基本不变。基本不变。对于对于圆柱体圆柱体，StSt=0.2=0.2；对于对于等边三角柱体等边三角柱体，StSt=0.16=0.16。结结论论：当当柱柱体体的的形形状状、尺尺寸寸决决定定后后，就就可可以以通通过过测测定单侧旋涡释放频率定单侧旋涡释放频率f f来测量流速和流量。来测量流速和流量。根根据据流流体体流流动动的的连连续续性性，阻阻流流体体处处的的流流通通面面积积A Ad

25、 d与与管管道的截面面积道的截面面积A AD D之比之比 m m 为为 式中式中 管道截面的平均流速。管道截面的平均流速。对对于于工工业业圆圆管管，设设管管内内插插入入柱柱体体和和未未插插入入柱柱体体的的管管道通流截面比为道通流截面比为m m，当当d/d/D D 0.30.3时，可以证明时，可以证明所以，体积流量与频率所以，体积流量与频率f f之间的关系为：之间的关系为：二、旋涡发生频率二、旋涡发生频率f f 的检测方法的检测方法 对对旋旋涡涡分分离离频频率率f f的的检检测测方方法法很很多多，可可以以分分为为两两大大类类。一一类类是是检检测测旋旋涡涡发发生生后后在在旋旋涡涡发发生生体体上上受

26、受力力的的变变化化频频率率，即即受受力力检检测测类类，一一般般可可用用应应力力、应应变变、电电容容、电电磁磁等等检检测测技技术术。另另一一类类检检测测旋旋涡涡发发生生后后在在旋旋涡涡发发生生体体附附近近的的流流动动变变化化频频率率，即即流流速速检检测测类类，一一般般可可用用热热敏敏、超超声声、光光电电（光光纤）等检测技术。纤）等检测技术。利用压电晶体利用压电晶体利用压电晶体利用压电晶体检测所受到的交变检测所受到的交变检测所受到的交变检测所受到的交变应力，输出成交变应力，输出成交变应力，输出成交变应力，输出成交变的电荷信号，经电的电荷信号，经电的电荷信号，经电的电荷信号，经电荷放大、滤波、整荷放

27、大、滤波、整荷放大、滤波、整荷放大、滤波、整形后输出与旋涡频形后输出与旋涡频形后输出与旋涡频形后输出与旋涡频率相应的脉冲信号率相应的脉冲信号率相应的脉冲信号率相应的脉冲信号或电流信号。或电流信号。或电流信号。或电流信号。转换器将检测元件检测到的微弱电信号进行放大、滤转换器将检测元件检测到的微弱电信号进行放大、滤转换器将检测元件检测到的微弱电信号进行放大、滤转换器将检测元件检测到的微弱电信号进行放大、滤波、整形等处理，输出与流量成比例的脉冲信号。对于流波、整形等处理，输出与流量成比例的脉冲信号。对于流波、整形等处理，输出与流量成比例的脉冲信号。对于流波、整形等处理，输出与流量成比例的脉冲信号。对

28、于流量显示仪表，一般还转换成量显示仪表，一般还转换成量显示仪表，一般还转换成量显示仪表，一般还转换成4 4 4 420mA20mA20mA20mA的标准信号输出。的标准信号输出。的标准信号输出。的标准信号输出。三、涡街流量计的特点及安装三、涡街流量计的特点及安装 涡街流量计具有以下的特点：涡街流量计具有以下的特点：（1 1）漩漩涡涡的的频频率率只只与与流流速速有有关关，在在一一定定雷雷诺诺数数范范围围内内，几几乎乎不不受受流流体体性性质质（压压力力、温温度度、粘粘度度和和密密度度等等）变变化化的的影影响响，故故可可不不需需单单独独标标定。定。（2 2）测测量量精精度度高高，误误差差约约为为1

29、1级级，重重复复性性约约0.50.5级，不存在零点漂移的问题。级，不存在零点漂移的问题。（3 3）压压力力损损式式小小，流流量量测测量量范范围围宽宽。涡涡街街流量计特别适于大口径管道的流量测量。流量计特别适于大口径管道的流量测量。涡街流量计的传感器涡街流量计的传感器涡街流量计的传感器涡街流量计的传感器涡街流量计的传感器涡街流量计的传感器第三节第三节 涡轮流量计涡轮流量计 一、涡轮流量计的组成及测量原理一、涡轮流量计的组成及测量原理 涡轮流量计由两部分组成：涡轮流量计由两部分组成：变送器和指示积算器。变送器和指示积算器。变变送送器器完完成成将将被被测测流流量量转转换换成成一一定定频频率率的的脉脉

30、冲冲信信号输出；号输出；指指示示积积算算器器接接受受变变送送器器输输出出的的脉脉冲冲信信号号，将将其其转转换换、放放大大、运运算算、逻逻辑辑计计数数，显显示示瞬瞬时时流流量量和和累累积积总总量。量。变送器主要由涡轮、导流器、磁电转换器组成。变送器主要由涡轮、导流器、磁电转换器组成。涡轮流量计结构涡轮流量计结构 1 1涡轮；涡轮；2 2支承；支承；3 3永久磁钢；永久磁钢；4 4感应线圈；感应线圈；5 5壳体；壳体；6 6导流器导流器（1 1 1 1）流量一转速的转换原理）流量一转速的转换原理）流量一转速的转换原理）流量一转速的转换原理 推导过程的前提：推导过程的前提：推导过程的前提：推导过程的

31、前提：当涡轮处于匀速转动的平衡状态时，假设不计叶轮当涡轮处于匀速转动的平衡状态时，假设不计叶轮当涡轮处于匀速转动的平衡状态时，假设不计叶轮当涡轮处于匀速转动的平衡状态时，假设不计叶轮转动的摩擦阻力、流体粘性阻力及感应线圈中感应电流转动的摩擦阻力、流体粘性阻力及感应线圈中感应电流转动的摩擦阻力、流体粘性阻力及感应线圈中感应电流转动的摩擦阻力、流体粘性阻力及感应线圈中感应电流所引起的电磁反作用力矩的影响。所引起的电磁反作用力矩的影响。所引起的电磁反作用力矩的影响。所引起的电磁反作用力矩的影响。设涡轮叶片与轴线的夹角为设涡轮叶片与轴线的夹角为设涡轮叶片与轴线的夹角为设涡轮叶片与轴线的夹角为，叶轮的平

32、均半径为叶轮的平均半径为叶轮的平均半径为叶轮的平均半径为r r r r0 0 0 0，流体的流通面积为流体的流通面积为流体的流通面积为流体的流通面积为A A A A0 0 0 0，流体流经叶轮相应半径流体流经叶轮相应半径流体流经叶轮相应半径流体流经叶轮相应半径r r r r0 0 0 0处处处处的轴向流速为的轴向流速为的轴向流速为的轴向流速为v v v va a a a ，切向流速为切向流速为切向流速为切向流速为v v v vt t t t，故有故有故有故有式中式中式中式中 C C C C与叶轮参数、轴向流速分布有关的系数；与叶轮参数、轴向流速分布有关的系数；与叶轮参数、轴向流速分布有关的系数

33、；与叶轮参数、轴向流速分布有关的系数；平均流速。平均流速。平均流速。平均流速。（2 2）叶轮转速的测量）叶轮转速的测量 可采用磁阻方法进行测量。叶轮的转速是通过磁电可采用磁阻方法进行测量。叶轮的转速是通过磁电转换装置来测量的，输出信号为代表转速的脉冲频率转换装置来测量的，输出信号为代表转速的脉冲频率信号。信号。磁电装置中的永久磁钢磁电装置中的永久磁钢上绕有线圈，当叶片转上绕有线圈，当叶片转动经过永久磁钢的顶部动经过永久磁钢的顶部时，因叶片为导磁材料时，因叶片为导磁材料而改变原磁路的磁阻，而改变原磁路的磁阻，从而使磁通发生变化，从而使磁通发生变化，故在线圈上感应出电势故在线圈上感应出电势信号。信

34、号。显然电势信号是脉动式的，其频率为显然电势信号是脉动式的，其频率为 f f=znzn 式中式中 z z 涡轮上的叶片数。涡轮上的叶片数。式中式中 仪表常数。仪表常数。在一定时间间隔内对流量进行积分时，得累积的总流量为：在一定时间间隔内对流量进行积分时，得累积的总流量为：式中式中 N N在在t t1 1到到t t2 2时间间隔内流过时间间隔内流过Q QV V流体时输出的脉冲数。流体时输出的脉冲数。关于仪表常数关于仪表常数关于仪表常数关于仪表常数的说明：的说明：的说明：的说明：仪表常数仪表常数仪表常数仪表常数的意义：单位体积流量输出的脉冲数。的意义：单位体积流量输出的脉冲数。的意义：单位体积流量

35、输出的脉冲数。的意义：单位体积流量输出的脉冲数。从理论上说，在一定条件（流体性质、状态、变送器结构、流从理论上说，在一定条件（流体性质、状态、变送器结构、流从理论上说，在一定条件（流体性质、状态、变送器结构、流从理论上说，在一定条件（流体性质、状态、变送器结构、流量一定）下，量一定）下，量一定）下，量一定）下，是一个常数。当上述条件变化时，是一个常数。当上述条件变化时，是一个常数。当上述条件变化时，是一个常数。当上述条件变化时，值也随之值也随之值也随之值也随之变化。下图为仪表常数变化。下图为仪表常数变化。下图为仪表常数变化。下图为仪表常数随随随随ReReReRe变化的特性曲线。变化的特性曲线。

36、变化的特性曲线。变化的特性曲线。实际上，涡轮流量计出厂时。实际上，涡轮流量计出厂时。实际上，涡轮流量计出厂时。实际上，涡轮流量计出厂时。值由厂家根据适用的流体标定值由厂家根据适用的流体标定值由厂家根据适用的流体标定值由厂家根据适用的流体标定给出。给出。给出。给出。二、流量指示积算器二、流量指示积算器二、流量指示积算器二、流量指示积算器 流量指示积算器是涡轮流量计的显示器。它完成瞬时流流量指示积算器是涡轮流量计的显示器。它完成瞬时流流量指示积算器是涡轮流量计的显示器。它完成瞬时流流量指示积算器是涡轮流量计的显示器。它完成瞬时流量的显示和总量显示。它的电路主要有两部分：瞬时流量显量的显示和总量显示

37、。它的电路主要有两部分：瞬时流量显量的显示和总量显示。它的电路主要有两部分：瞬时流量显量的显示和总量显示。它的电路主要有两部分：瞬时流量显示电路和总量显示电路。示电路和总量显示电路。示电路和总量显示电路。示电路和总量显示电路。涡轮流量计涡轮流量计涡轮流量计涡轮流量计涡轮流量计的导流器和叶轮涡轮流量计的导流器和叶轮第四节第四节超声波流量计超声波流量计超声波流量计是超声波流量计是2020世纪世纪7070年代随着集成电路技术的迅速发展才年代随着集成电路技术的迅速发展才开始得到实际应用的一种非接触式仪表。开始得到实际应用的一种非接触式仪表。与传统的流量仪表相比，它测量流量时不接触被测介质，不破与传统的

38、流量仪表相比，它测量流量时不接触被测介质，不破坏流体的流场，没有压力损失；对介质几乎无要求，不仅可以测坏流体的流场，没有压力损失；对介质几乎无要求，不仅可以测液体、气体的流量，而且对两相介质（主要是应用多普勒法）的液体、气体的流量，而且对两相介质（主要是应用多普勒法）的流体流量也可以测量；测量准确度几乎不受被测流体温度、压力、流体流量也可以测量；测量准确度几乎不受被测流体温度、压力、密度、粘度等参数的影响；量程比一般可达密度、粘度等参数的影响；量程比一般可达20:120:1。按测量原理，可以具有多种不同的形式。根据对信号的发生、按测量原理，可以具有多种不同的形式。根据对信号的发生、传播及检测的

39、设置方法，大致可分为传播速度差法（包括时差法、传播及检测的设置方法，大致可分为传播速度差法（包括时差法、相位差法、频差法）、多普勒法、波束偏移法、噪声法、旋涡法、相位差法、频差法）、多普勒法、波束偏移法、噪声法、旋涡法、相关法等。相关法等。一、测量原理一、测量原理一、测量原理一、测量原理 设静止流体中的声速为设静止流体中的声速为设静止流体中的声速为设静止流体中的声速为c c c c、流体流速为、流体流速为、流体流速为、流体流速为v v v v，超声波发生器与，超声波发生器与，超声波发生器与，超声波发生器与接收器之间距离为接收器之间距离为接收器之间距离为接收器之间距离为L L L L，则传播时间

40、差为，则传播时间差为，则传播时间差为，则传播时间差为 如果超声波发生器发出的是连续正弦波，则上、下游接如果超声波发生器发出的是连续正弦波，则上、下游接如果超声波发生器发出的是连续正弦波，则上、下游接如果超声波发生器发出的是连续正弦波，则上、下游接收到的超声波的相位差为：收到的超声波的相位差为：收到的超声波的相位差为：收到的超声波的相位差为：采用频率法可消除声速采用频率法可消除声速采用频率法可消除声速采用频率法可消除声速c c c c的影响。上、下游接收到的超的影响。上、下游接收到的超的影响。上、下游接收到的超的影响。上、下游接收到的超声波的频率之差为：声波的频率之差为：声波的频率之差为：声波的

41、频率之差为：二、结构二、结构见书见书 第四节第四节 转子流量计转子流量计 它又称浮子流量计、恒压降变截面流量计。它又称浮子流量计、恒压降变截面流量计。它又称浮子流量计、恒压降变截面流量计。它又称浮子流量计、恒压降变截面流量计。按锥形管材料的不同，分为按锥形管材料的不同，分为按锥形管材料的不同，分为按锥形管材料的不同，分为玻璃管转子流量计玻璃管转子流量计玻璃管转子流量计玻璃管转子流量计和和和和金属管转金属管转金属管转金属管转子流量计。子流量计。子流量计。子流量计。玻璃管转子流量计玻璃管转子流量计玻璃管转子流量计玻璃管转子流量计耐压能力低，一般为就地直读式。耐压能力低，一般为就地直读式。耐压能力低

42、，一般为就地直读式。耐压能力低，一般为就地直读式。金属管转子流量计金属管转子流量计金属管转子流量计金属管转子流量计耐压能力高，一般有就地指示型和信耐压能力高，一般有就地指示型和信耐压能力高，一般有就地指示型和信耐压能力高，一般有就地指示型和信号远传型。号远传型。号远传型。号远传型。转子流量计适用于多种介质的流体（气体、液体），在转子流量计适用于多种介质的流体（气体、液体），在转子流量计适用于多种介质的流体（气体、液体），在转子流量计适用于多种介质的流体（气体、液体），在火电厂中，常用于化学水处理过程的水流量测量和锅炉点火火电厂中，常用于化学水处理过程的水流量测量和锅炉点火火电厂中，常用于化学水

43、处理过程的水流量测量和锅炉点火火电厂中，常用于化学水处理过程的水流量测量和锅炉点火过程控制中的轻油油量测量。它特别适用于小管径，低雷诺过程控制中的轻油油量测量。它特别适用于小管径，低雷诺过程控制中的轻油油量测量。它特别适用于小管径，低雷诺过程控制中的轻油油量测量。它特别适用于小管径，低雷诺数的中小流量测量。数的中小流量测量。数的中小流量测量。数的中小流量测量。一、玻璃管转子流量计一、玻璃管转子流量计（一）结构组成（一）结构组成 玻璃管转子流量计主要由锥形管、转子两部分组成玻璃管转子流量计主要由锥形管、转子两部分组成 。玻璃管转子玻璃管转子 流量计流量计 1 1罩壳；罩壳；2 2玻璃锥管；玻璃锥

44、管；3 3浮子浮子 4 4密封填料；密封填料；5 5连接法兰连接法兰（二）工作原理及流量公式（二）工作原理及流量公式 浮浮子子处处于于锥锥形形管管中中，相相当当于于通通流流面面积积A A0 0可可变变的的节节流流件件。流流体体流经节流件所产生的差压与体积流量的关系如下：流经节流件所产生的差压与体积流量的关系如下：式中式中 与浮子形状、尺寸等有关的流量系数。与浮子形状、尺寸等有关的流量系数。流体密度。流体密度。当当浮浮子子处处于于力力平平衡衡情情况况下下，差差压压对对浮浮子子产产生生向向上上的的作作用用力力加加上流体对浮子的浮力，等于浮子的重力，即上流体对浮子的浮力，等于浮子的重力，即由此可知由

45、此可知 式中式中 A Af f浮子的有效面积。浮子的有效面积。V Vf f浮子体积。浮子体积。f f，分别为浮子材料和分别为浮子材料和流体的密度；流体的密度；g g当地的重力加速度。当地的重力加速度。体积流量体积流量q qV V与通流面积与通流面积A A0 0之间的关系：之间的关系：考考虑虑到到锥锥度度很很小小的的锥锥形形管管中中通通流流面面积积A A0 0与与浮浮子子在在管管中中的的高高度度H H近似成正比，即近似成正比，即 A A0 0 CH CH 式中式中 C C与圆锥管锥度有关的比例系数。与圆锥管锥度有关的比例系数。可得体积流量与浮子高度的关系式：可得体积流量与浮子高度的关系式：由由上

46、上式式可可知知，如如果果增增大大锥锥管管长长度度H H，增增大大锥锥度度C C，可可扩扩大大仪仪表表的量程，提高流量测量范围。的量程，提高流量测量范围。流量系数的说明：流量系数的说明：与与浮浮子子的的形形状状以以及及流流体体的的雷雷诺诺数数等等有有关关，对对于于一一定定的的浮浮子子形状，当雷诺数大于某一数值时，流量系数趋于一常数。形状，当雷诺数大于某一数值时，流量系数趋于一常数。对对于于一一定定材材料料、形形状状的的浮浮子子和和一一定定密密度度的的流流体体，雷雷诺诺数数在在低低限限雷雷诺诺数数以以上上，就就能能得得到到体体积积流流量量和和浮浮子子位位置置之之间间的的线线性刻度关系。性刻度关系。

47、三种浮子的转子流量计流量系数三种浮子的转子流量计流量系数与雷诺数的关系。与雷诺数的关系。玻玻璃璃转转子子流流量量计计的的示示值值显显示示有有两两种种：一一种种在在锥锥管管上上由由转转子子的的高高度度直直接接读读出出流流量量值值，另另一一种种是是采采用用百百分分刻刻度度（分分为等分和非等分刻度）。为等分和非等分刻度）。第五节第五节 测点流速法测量流量测点流速法测量流量 测量流量的基本原理测量流量的基本原理:在在管管道道截截面面上上选选择择一一些些测测点点，通通过过对对测测点点处处的的流流速速进进行行测测量量进而计算出流量。进而计算出流量。若能直接测得管道截面上的平均流速，则流体的体积流量若能直接

48、测得管道截面上的平均流速，则流体的体积流量 A A为管道截面积。为管道截面积。若测得的是管道截面上的某一点流速若测得的是管道截面上的某一点流速v v，则流体的体积流量，则流体的体积流量 K K为为截截面面上上的的平平均均流流速速与与被被测测点点流流速速的的比比值值，它它与与管管道道内内流流速分布有关。速分布有关。测点位置的确定非常重要。测点位置的确定非常重要。一、测点位置的确定方法一、测点位置的确定方法 1.1.有流速分布数学模型时的情况有流速分布数学模型时的情况 圆管中流动呈层流状态圆管中流动呈层流状态 管道中流体的流速分布是有一定规律的，沿管道截面管道中流体的流速分布是有一定规律的，沿管道

49、截面上的流速按旋转抛物面分布。其数学模型为：上的流速按旋转抛物面分布。其数学模型为：式中式中vmax管道中心处的最大流速；管道中心处的最大流速；v 离管道中心离管道中心r处的流速；处的流速；r离管道中心的距离。离管道中心的距离。思考：管道上什么地方的流速最大？哪处的流速为管道截面上思考：管道上什么地方的流速最大？哪处的流速为管道截面上平均流速值？平均流速值？由由可求得可求得所以所以:显然，由显然，由可求出可求出 圆管中流动呈紊流状态圆管中流动呈紊流状态 对于充分发展的紊流，圆管中心轴线处的流速最大，对于充分发展的紊流，圆管中心轴线处的流速最大，截面上的流速呈旋转对称分布。由于存在流体的径向流动

50、，截面上的流速呈旋转对称分布。由于存在流体的径向流动，流速分布曲线随流速分布曲线随ReReD D的增大而逐渐变平。的增大而逐渐变平。从理论上说代表平均流速的测点位置，因流量不同而从理论上说代表平均流速的测点位置，因流量不同而不同。不同。对于光滑管道（即对于光滑管道（即KsKs/D D0.004,0.004,其中其中D D为管道内径，为管道内径，KsKs为管道内壁的绝对粗糙度）可由为管道内壁的绝对粗糙度）可由尼古拉兹提出的数学模尼古拉兹提出的数学模型型表示圆管中紊流下的流速分布：表示圆管中紊流下的流速分布：式中式中 n n与流动雷诺数有关的系数。与流动雷诺数有关的系数。流流速速分分布布的的数数学