油气井工程测量理论与方法4-2(流量计).ppt

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1、一、概述一、概述（一）（一）流量的定义和单位流量的定义和单位流量：流量：指流经管道（或设备）某一截面的流体数量。随指流经管道（或设备）某一截面的流体数量。随着工艺要求不同，它的测量又可分为瞬时流量和累积流着工艺要求不同，它的测量又可分为瞬时流量和累积流量的测量。量的测量。瞬时流量：瞬时流量：单位时间内流经某一截面的流体数量。它可单位时间内流经某一截面的流体数量。它可以分别用体积流量和质量流量来表示。以分别用体积流量和质量流量来表示。体积流量体积流量:单位时间内流过某一有效截面的的流体体积，单位时间内流过某一有效截面的的流体体积，可用可用Q表示为：表示为：QVA式中：式中：V某一有效截面处的平均

2、流速；某一有效截面处的平均流速；A流体通过的有效截面积。流体通过的有效截面积。常用的单位为：立方米每小时（常用的单位为：立方米每小时（m3m3h h），），升每小时（升每小时（l lh h）等等第四章第四章 流量测量流量测量 质质量量流流量量：单单位位时时间间内内流流经经某某一一有有效效截截面面的的的的流流体体质质量量。常常用用MM表表示示，若若流流体体的的密密度度是是，则则体体积积流流量量与与质质量量流流量之间的关系是：量之间的关系是：MMQQVAVA 式中：式中：MM质量流量；质量流量；V V、A A同前式。同前式。常用的单位为：吨每小时（常用的单位为：吨每小时（t th h），），千克每

3、小时（千克每小时（kgkgh h）等。等。流量测量（续）流量测量（续）（二）二）流量测量仪表的分类流量测量仪表的分类 流流量量测测量量的的方方法法很很多多，其其测测量量原原理理和和所所采采用用的的仪仪表表结结构构形形式式各各不不相相同同。目目前前有有许许多多种种流流量量测测量量的的分分类类方方法法，我我们们仅按其中一种分类方法简介如下：仅按其中一种分类方法简介如下：（1 1）速度式流量计）速度式流量计 主主要要是是以以测测量量流流体体在在管管道道内内的的流流动动速速度度作作为为测测量量依依据据的的测测量量仪仪表表。例例如如：差差压压式式流流量量计计、电电磁磁流流量量计计、涡涡轮轮流流量量计等。

4、计等。（2 2）容积式流量计）容积式流量计 主主要要利利用用流流体体在在单单位位时时间间内内连连续续通通过过固固定定容容积积的的数数目目作作为为测测量量依依据据的的测测量量仪仪表表。例例如如：椭椭圆圆齿齿轮轮流流量量计计、腰腰轮轮（罗茨）流量计、刮板流量计等。（罗茨）流量计、刮板流量计等。流量测量（续）流量测量（续）二、体积流量计二、体积流量计 （一）电磁流量计（一）电磁流量计 原理与结构原理与结构 电磁流量计的基本原理是基于电磁感应定律。电磁流量计的基本原理是基于电磁感应定律。导导电电流流体体在在磁磁场场中中作作垂垂直直方方向向流流动动而而切切割割磁磁力力线线时时，与与流流动动方方向向垂垂直

5、直的的方方向向上上产产生生与与流流量量成成比比例例的的感感应应电电势势被被测测介介质质的的流流量量经经检检测测部部分分变变换换成成感感应应电电势势，然然后后再再由由转转换换部部分分将将感感应应电电势势转转换换成成标标准准的的统统一一直直流流信信号号进进行行输输出出，以以便便进进行行指指示示、记记录录或或与与电电动动单单元元组组合合仪仪表表配配套套使使用。用。流量测量（续）流量测量（续）电磁流量计的基本工作原理图和外形结构如下：基本工作原理图流量测量（续）流量测量（续）感应电势的方向由右手定则（发电机原理）判断。感应电势的方向由右手定则（发电机原理）判断。电磁流量计（续）电磁流量计（续）大小由下

6、式确定：大小由下式确定：E Ex xCBDVCBDV 式中：式中：E Ex x感应电势，感应电势，V V（伏）；伏）；B B 磁感应强度，磁感应强度，T T（特斯拉）特斯拉）DD管道直径，即流体垂直切割管道直径，即流体垂直切割磁力线的长度，磁力线的长度，mm（米）米）VV垂直于磁力线方向的液体流垂直于磁力线方向的液体流速，速，m/s m/s（米每秒）米每秒）C C 单位换算系数。单位换算系数。由由流流量量传传感感器器和和转转换换器器两两大大部部分分组组成成。传传感感器器典典型型结结构构示示意意如如图图2 2，测测量量管管上上下下装装有有激激磁磁线线圈圈，通通激激磁磁电电流流后后产产生生磁磁场场

7、穿穿过过测测量量管管，一一对对电电极极装装在在测测量量管管内内壁壁与与液液体体相相接接触触，引引出出感感应应电电势势，送送到到转转换换器器。激激磁磁电电流流则则由由转换器提供。转换器提供。电磁流量计（续）电磁流量计（续）感应电势大小由下式确定：感应电势大小由下式确定：式中：式中：E Ex x感应电势，感应电势，V V（伏）；伏）；B B 磁感应强度，磁感应强度，T T（特斯拉）特斯拉）DD管道直径，即流体垂直切割磁力线的长度，管道直径，即流体垂直切割磁力线的长度，mm（米）米）VV垂直于磁力线方向的液体流速垂直于磁力线方向的液体流速，m/s m/s（米每秒）米每秒）C C 比例系数，即单位换算

8、系数。比例系数，即单位换算系数。体积流量体积流量QQ（mm3 3/s/s）与流速的关系为：与流速的关系为：将此式代入式（将此式代入式（1 1）得：）得：式式中中：KK仪仪表表常常数数=4 4 CB/D CB/D，取取决决于于磁磁感感应应强强度度B,B,管管道道直径直径D D的大小。的大小。由由上上式式可可见见感感应应电电势势的的大大小小与与体体积积流流量量之之间间具具有有线线性性关关系系，因而仪表具有均匀刻度。因而仪表具有均匀刻度。电磁流量计（续）电磁流量计（续）ExCBDV （1)外形结构图电磁流量计（续）电磁流量计（续）特点及使用特点及使用电电磁磁流流量量计计的的测测量量管管内内光光滑滑无

9、无阻阻，所所以以压压力力损损失极小。失极小。在在采采用用防防腐腐衬衬里里的的条条件件下下，可可以以测测量量腐腐蚀蚀性性液液体和含有固体颗粒及悬浮物等液体的流体流量体和含有固体颗粒及悬浮物等液体的流体流量。其其输输出出信信号号与与流流量量之之间间的的关关系系不不受受液液体体的的物物理理性性质质（如如温温度度、压压力力、粘粘度度、密密度度等等）变变化化的的影影响响；流流动动状状态态（如如层层流流、紊紊流流、脉脉动动流流）对对示值影响很小。示值影响很小。流量计口径从几毫米至流量计口径从几毫米至1 1米以上，精度可达米以上，精度可达0.50.5级级。电磁流量计（续）特点及使用特点及使用电电磁磁流流量量

10、计计要要求求被被测测液液体体的的电电导导率率不不小小于于5105106 6S/S/cmcm，因因而而不不能能测测量量气气体体 蒸蒸气气以以及及石石油油制制品品等电导率很小的液体流量。等电导率很小的液体流量。由由于于感感应应电电势势的的数数值值很很小小，所所以以要要引引入入高高放放大大倍倍数数的的放放大大器器，由由此此而而造造成成测测量量系系统统结结构构复复杂杂、成成本本较较高高，并并且且很很容容易易受受外外界界电电磁磁场场干干扰扰的的影影响，在使用不当时会较大地影响仪表的精度。响，在使用不当时会较大地影响仪表的精度。要要根根据据被被测测液液体体的的种种类类、性性能能、压压力力、温温度度和和腐蚀

11、性等选择适宜的电极和内衬。腐蚀性等选择适宜的电极和内衬。电磁流量计（续）近近年年来来，电电磁磁流流量量计计已已由由四四线线制制朝朝着着二二线线制制智智能能化化的的方方向向发发展展。采采用用微微处处理理机机进进行行信信号号噪噪声声处处理理，提提高高了了信信噪噪比比，降降低低了了功功耗耗，精精度度可可达达0.50.5级。级。电磁流量计（续）（二）差压式流量计（二）差压式流量计 1 1、节流原理分析、节流原理分析 差差压压式式流流量量计计是是测测量量流流体体流流经经节节流流装装置置所所产产生生的的静静压压差差来来显显示示流流量量大大小小的的一一种种流流量量计计。它它由由节节流流装装置置（包包括括节节

12、流流件件和和取取压压装装置置）、引引压压管管路路和和三三阀阀组组与与差差压压计计三三部部分分组组成成，如如图图所所示。差压式流量计发展较早，成为示。差压式流量计发展较早，成为 工业上应用最广泛的管流流量计。工业上应用最广泛的管流流量计。差压式流量计的组成差压式流量计的组成体积流量计（续）体积流量计（续）节流装置节流装置：节节流流装装置置是是设设置置在在管管道道中中能能使使流流体体产产生生局局部部收收缩缩的的节节流流元元件件和和取取压压装装置置的的总总称称。严严格格地地说说，只只要要在在管管道道中中安安置置一一个个具具有有任任意意形形状状开开孔孔截截面面的的阻阻流流体体，均均可可产产生生节节流流

13、现现象象，并并且且在在阻阻流流体体两两侧侧会会有有相相应应的的流流量量与与差差压压的的关关系系。但但是是，这这些些关关系系并并不不一一定定都都能能满满足足流流量量测测量量的的要要求求，只只有有差差压压与与流流量量之之间间存存在在比比较较稳稳定定的的关关系系，且且重重复复性性又又较较好好的的节节流流元元件件才才有有实实用用价价值值，常常用用的的节节流元件有同心圆孔板、喷嘴、文丘利管等。流元件有同心圆孔板、喷嘴、文丘利管等。以节流装置中典型又简单实用的同心圆孔板为例来说以节流装置中典型又简单实用的同心圆孔板为例来说明节流装置的节流原理。明节流装置的节流原理。差压式流量计（续）差压式流量计（续）流体

14、在管道截面流体在管道截面1以前，以前，以一定的流速以一定的流速V1流动，管流动，管内静压力为内静压力为P1,在接近节流在接近节流装置时，由于遇到节流元件装置时，由于遇到节流元件孔板的阻挡，使靠近管壁处孔板的阻挡，使靠近管壁处的流体受到阻挡作用最大的流体受到阻挡作用最大，因而使一部分动压能转换，因而使一部分动压能转换成静压能，则孔板入口端面成静压能，则孔板入口端面靠近管壁处的流体静压力由靠近管壁处的流体静压力由P1升高至升高至P1，并且大于管并且大于管中心处的压力，从而在孔板中心处的压力，从而在孔板入口端面处产生径向压差入口端面处产生径向压差差压式流量计（续）差压式流量计（续）这一径向压差将使这

15、一径向压差将使流体产生径向附加速流体产生径向附加速度，使得靠近管壁处度，使得靠近管壁处的流体质点的流向与的流体质点的流向与管道中心连线相倾斜，管道中心连线相倾斜，形成了流束的收缩运形成了流束的收缩运动。此时管中心速度动。此时管中心速度加快，静压力减小加快，静压力减小.差压式流量计（续）差压式流量计（续）流线分布：流线分布：在在1-1和和3-3范围范围外流线均匀外流线均匀,在截面在截面2-2处收缩处收缩至最小，流速最大。至最小，流速最大。P1p1介质遇到阻碍拥堵所致介质遇到阻碍拥堵所致P2p2因为惯性作用，离开孔因为惯性作用，离开孔板后继续收缩形成高速低静压板后继续收缩形成高速低静压孔板前后流通

16、截面的突然缩小孔板前后流通截面的突然缩小或扩大，使流体流经孔板时还或扩大，使流体流经孔板时还要克服摩擦力，静压力不能恢要克服摩擦力，静压力不能恢复到原来的数值，复到原来的数值，P3p1，其差值即为节流装置引起的压其差值即为节流装置引起的压力损失力损失p 差压式流量计（续）差压式流量计（续）节流件入口处的静压力大于出口处的静压力，则在节流节流件入口处的静压力大于出口处的静压力，则在节流件前后产生了静压差。件前后产生了静压差。节流件前后静压差的大小与流量有节流件前后静压差的大小与流量有关关。流量越大，流束的局部收缩和动压能与静压能的转换。流量越大，流束的局部收缩和动压能与静压能的转换也越显著，则产

17、生的压差也越大。我们只要测得节流件前也越显著，则产生的压差也越大。我们只要测得节流件前后的压差大小，即可得到相应流量的大小，这就是节流装后的压差大小，即可得到相应流量的大小，这就是节流装置测量流量的基本原理。置测量流量的基本原理。实际测量时，要准确地测量管中心截面实际测量时，要准确地测量管中心截面1 1和截面和截面2 2处的处的压力压力P P1 1是有困难的，因为是有困难的，因为P P2 2的位置将随流量（即流速）的位置将随流量（即流速）的不同而变动，事先无法确定。因此是在节流件前后的管的不同而变动，事先无法确定。因此是在节流件前后的管壁上选择两个固定取压位置壁上选择两个固定取压位置P P1

18、1、P P2 2，来测量节流件前后的来测量节流件前后的压差，即压差，即PPP P1 1P P2 2，而不采用而不采用PPP P1 1P P2 2。差压式流量计（续）差压式流量计（续）2 2流量基本方程式流量基本方程式 流流量量基基本本方方程程式式是是阐阐明明流流量量与与压压差差之之间间的的定定量量关关系系式式。它它是是根根据据流流体体力力学学中中的的伯伯努努力力方方程程和和流流动动连连续续性性方方程程推推导导得得来来的，即的，即 式中式中：流量系数；流量系数；膨膨胀胀校校正正系系数数，它它与与节节流流件件孔孔径径与与管管径径的的直直径径比比、节节流流装装置置前前后后压压差差及及等等熵熵指指数数

19、等等有有关关。不不可可压压缩缩流流体体1 1，可压缩流体可压缩流体1 1；A A0 0 节节流流件件的的开开孔孔截截面面积积，即即A A0 0(d d2 2)/4)/4（d d为为节节流流件孔径）；件孔径）；PP节流装置前后实际测得的压力差；节流装置前后实际测得的压力差；1 1节流装置前的流体密度。节流装置前的流体密度。差压式流量计（续）差压式流量计（续）由流量公式可见，由流量公式可见，流量与差压的平方根成正流量与差压的平方根成正比比。所以使用该流量计测量时，若不加平方所以使用该流量计测量时，若不加平方器，流量标尺刻度是非均匀的（称方根刻度）器，流量标尺刻度是非均匀的（称方根刻度）。起始部分的

20、刻度很密，因此采用差压式流。起始部分的刻度很密，因此采用差压式流量计测量流量时，被测流量值不应接近于仪量计测量流量时，被测流量值不应接近于仪表的下限值，否则将会加大误差。一般流量表的下限值，否则将会加大误差。一般流量计均应工作在流量标尺刻度（即测量范围）计均应工作在流量标尺刻度（即测量范围）的的30%30%以上。以上。例题：例题：差压式流量计（续）差压式流量计（续）1 1 标准节流件标准节流件 常常用用的的节节流流装装置置如如孔孔板板、喷喷嘴嘴、文文丘丘里里管管等等进进行行了了标标准准化化，称称为为“标标准准节节流流装装置置”。即即它它们们的的结结构构、尺尺寸寸和和技技术术条条件件都都有有统统

21、一一标标准准，有有关关计计算算数数据据都都经经过过大大量量的的系系统统实实验验而而有有统统一一的的图图表表，需需要要时时可可查查阅阅有有关关的的手手册册或或资资料料。按按统统一一标标准准规规定定进进行行设设计计制制造造的的节节流流装装置置，不不必必经经过过单独标定即可投入使用。单独标定即可投入使用。工工业业上上最最常常用用的的标标准准节节流流装装置置是是孔孔板板，其其次次是是喷嘴，文丘里管使用较少。喷嘴，文丘里管使用较少。差压式流量计（续）差压式流量计（续）（1 1）标准孔板）标准孔板 它它是是一一块块具具有有圆圆形形开开孔孔并并与与管管道道同同心心的的圆圆片片状状平平板板。见见图图（a a）

22、，迎迎流流方方向向的的一一侧侧是是一一个个具具有有锐锐利利直直角角入入口口边边缘缘的的圆圆柱柱部部分分，顺顺着着流流向向的的是是一一段段扩扩大大的的圆圆锥锥体体。通通常常孔孔板板厚厚度度E0.1DE0.1D（D D为为管管道道直直径径）.孔孔板板对对流流体体造造成成的的压压力力损损失失较较大大，而而且且一一般适用于洁净流体的测量。般适用于洁净流体的测量。差压式流量计（续）差压式流量计（续）标准节流件差压式流量计（续）差压式流量计（续）(2)(2)标准喷嘴标准喷嘴 它是由圆弧收缩部分和圆筒它是由圆弧收缩部分和圆筒型喉部所组成。见图（型喉部所组成。见图（b b）。）。标准喷嘴的测量精度较孔板标准喷

23、嘴的测量精度较孔板要高，压力损失略小于孔板。要高，压力损失略小于孔板。对带有污垢的流体介质测量对带有污垢的流体介质测量较为适宜。较为适宜。3 3、取压方式取压方式 由前图可知，取压位置不同，在同一节流件、由前图可知，取压位置不同，在同一节流件、同一流量下得到的差压大小是不同的，故流量同一流量下得到的差压大小是不同的，故流量与差压之间的关系也将随之变化，孔板前后的与差压之间的关系也将随之变化，孔板前后的差压差压P P1 1P P2 2是计算流量的关键数据，取压方法很是计算流量的关键数据，取压方法很重要。下面介绍二种取压方式。重要。下面介绍二种取压方式。差压式流量计（续）差压式流量计（续）（1 1

24、）法兰取压法兰取压 在距节流件前后端面各在距节流件前后端面各1 1英寸（英寸（25.4mm25.4mm）的位置上钻孔取压的位置上钻孔取压。如图所示，一般要求在法兰上钻孔取压，上、下游取压孔直如图所示，一般要求在法兰上钻孔取压，上、下游取压孔直径相同，应满足径相同，应满足b0.08D b0.08D，一般为一般为6 612 mm12 mm。取压孔轴线取压孔轴线分别与孔板前后端面之间的距离为分别与孔板前后端面之间的距离为S SS S25.40.8mm25.40.8mm，且应与管道中心线垂直。此种取压方式仅适用于孔板且应与管道中心线垂直。此种取压方式仅适用于孔板 .例美例美国采用法兰取压国采用法兰取压

25、.差压式流量计（续）差压式流量计（续）（2 2）角接取压）角接取压 欧欧洲洲、德德国国等等规规定定在在孔孔板板前前后后边边缘缘处处取取压压，即即紧紧贴贴节节流流件件上上、下下游游两两侧侧端端面面取取压压，称称为为角角接接取取压压。适适用用于于孔孔板板和和喷喷嘴嘴两两种种节节流流装装置置。分为环室取压和单独钻孔取压两种方法。分为环室取压和单独钻孔取压两种方法。差压式流量计（续）差压式流量计（续）环室取压：环室取压：它它是是在在紧紧贴贴节节流流件件上上、下下游游两两侧侧端端面面有有一一道道环环形形缝缝隙隙，流流体体产产生生的的静静压压经经缝缝隙隙进进入入一一个个环环形形空空间间（即即环环室室），起

26、起到到一一个个匀匀衡衡管管内内各各个个方方向向静静压压的的作作用用，然然后后从从该该空空间间的的引引压压孔孔取取出出压压力力进进行行测测量量。如如图图上上半部分所示半部分所示。这这种种方方法法取取压压均均匀匀，测测量量误误差差小小，对对直直管管段段长长度度要要求求较较短短，但但加加工工和和安安装装复复杂杂，一一般般用用于于400mm400mm以以下下管管径径的的流流量量测测量量。前前后后环环室室的的厚厚度度分分别别为为S S和和S S，它它们们应应满满足足S0.2DS0.2D和和S S0.5D0.5D，前前后后环环室室开开孔孔直径直径D Df f应相等，并等于管道内径即应相等，并等于管道内径即

27、 ：D Df fD D差压式流量计（续）差压式流量计（续）环室角接取压装置结构差压式流量计（续）差压式流量计（续）单独钻孔单独钻孔:它是在紧靠节它是在紧靠节流件两侧的两个夹紧环流件两侧的两个夹紧环（或法兰）上钻孔，直接（或法兰）上钻孔，直接取出压力进行测量。取出压力进行测量。如图如图下半部分所示下半部分所示，取压孔轴，取压孔轴线应尽可能与管道轴线垂线应尽可能与管道轴线垂直，与节流件上、下游端直，与节流件上、下游端面形成的夹角允许小于或面形成的夹角允许小于或等于等于33。一般钻孔的孔。一般钻孔的孔径在径在4 410mm10mm之间。这种之间。这种方法常适用于管径大于方法常适用于管径大于200mm

28、200mm的流量测量。的流量测量。主要特点主要特点是：结构简单，工作可靠，使用寿命长，是：结构简单，工作可靠，使用寿命长，适应性强，几乎可测量各种工作状态下的单相流体流适应性强，几乎可测量各种工作状态下的单相流体流量。适用于量。适用于501000mm管径的流体测量，精度可管径的流体测量，精度可达达1.0级。级。不足之处不足之处是压力损失较大；刻度为非线性；某些情是压力损失较大；刻度为非线性；某些情况下使用维护工作量较大。况下使用维护工作量较大。差压式流量计是按照给定的操作条件设计计算、差压式流量计是按照给定的操作条件设计计算、加工安装而成的。如果实际使用时被测流体的工作状加工安装而成的。如果实

29、际使用时被测流体的工作状态（温度、压力、成分等）与设计计算条件不同，则态（温度、压力、成分等）与设计计算条件不同，则会造成较大的测量误差。此时如果条件变化较大，则会造成较大的测量误差。此时如果条件变化较大，则必须按新的工艺条件重新进行设计计算；如果变化较必须按新的工艺条件重新进行设计计算；如果变化较小可根据流量基本公式加以必要的（主要是密度）修小可根据流量基本公式加以必要的（主要是密度）修正。正。差压式流量计（续）差压式流量计（续）（三）（三）涡街流量计涡街流量计旋涡是自然界里的一种物理现象，旋涡是自然界里的一种物理现象，涡街流量计也称涡街流量计也称旋涡流量计，是七十年代以来发展起来的基于流体

30、振旋涡流量计，是七十年代以来发展起来的基于流体振荡原理工作的一种流量计。荡原理工作的一种流量计。1 1 原理与结构原理与结构 在在流流体体中中垂垂直直于于流流向向插插入入一一根根柱柱状状物物体体（如如圆圆柱柱或或三三角角柱柱等等），迫迫使使流流体体流流过过柱柱状状物物之之后后形形成成两两列列平平行行状状有有规规则则左左右右交交替替出出现现的的、方方向向相相反反的的卡卡门门涡涡街街旋旋涡涡，这这两两排排平平行行的的涡涡列列称称为为卡卡曼曼（Karman)Karman)涡涡街街，柱柱状状物物体体称称为为旋旋涡涡发发生生体体，可可以以根根据据旋旋涡涡出出现现的的频频率率测测定定流流量。如图所示。量。

31、如图所示。体积流量计（续）体积流量计（续）（a）圆柱体；（b）等边三角形柱体涡街流量计（续）涡街流量计（续）实验证明，当涡列间隔实验证明，当涡列间隔h h 与旋涡之间的距离与旋涡之间的距离l l满足下列关系满足下列关系:时时，卡卡门门涡涡街街才才是是稳稳定定的的周周期期性性现现象象，所所产产生生的的单单侧侧旋旋涡涡频率频率f f和流体速度之间存在如下关系：和流体速度之间存在如下关系：式中：式中：VV旋涡发生体两侧的流速，旋涡发生体两侧的流速，m/sm/s（米每秒）；米每秒）；dd旋涡发生体的迎流面最大宽度，旋涡发生体的迎流面最大宽度，mm（米）；米）；S St t斯斯特特罗罗哈哈而而数数（无无

32、量量纲纲。当当旋旋涡涡发发生生体体几几何何形形状状确确定定时，在一定的雷诺数范围内为常数）。时，在一定的雷诺数范围内为常数）。流流体体的的平平均均流流速速V V与与卡卡门门涡涡街街的的产产生生频频率率f f成成正正比比，测测得得f f可可求得求得V V，由，由V V可求得被测体积流量。可求得被测体积流量。涡街流量计（续）涡街流量计（续）2 2 旋涡频率的检测旋涡频率的检测 流体的平均流速流体的平均流速V V与卡门涡街的产生频率与卡门涡街的产生频率f f成正比，成正比，测得测得f f可求得可求得V V。利用旋涡的局部压力、流速等的变化作用于敏感元利用旋涡的局部压力、流速等的变化作用于敏感元件，产

33、生周期性电信号，再经过放大整形，得到方件，产生周期性电信号，再经过放大整形，得到方波脉冲。波脉冲。涡涡街街流流量量计计由由检检测测器器、放放大大器器和和转转换换器器组组成成，它它可可直直接接以以数数字字量量输输出出，也也可可通通过过D/AD/A数数字字与与模模拟拟量量转转换器转换为标准统一信号的模拟量输出。换器转换为标准统一信号的模拟量输出。旋旋涡涡频频率率信信号号的的检检测测方方法法很很多多，介介绍绍前前一一种种利利用用旋涡发生时，发热体散热条件变化引起变化来检出。旋涡发生时，发热体散热条件变化引起变化来检出。涡街流量计（续）涡街流量计（续）采采用用圆圆柱柱检检测测器器，如如图图所所示示，在

34、在其其两两侧侧会会交交替替地地产产生生旋旋涡涡，在在其其检检测测器器径径侧侧开开出出并并列列的的若若干干个个导导压压孔孔5，导导压压孔孔与与检检测测器器内内的的空空腔腔6相相通通，空空腔腔由由隔隔墙墙3分分成成两两室室，在在隔隔墙墙中中央央部部分分有有一一小小孔孔，在在小小孔孔中中装有被加热的铂电阻装有被加热的铂电阻4。涡街流量计（续）涡街流量计（续）当当圆圆柱柱检检测测器器二二侧侧旋旋涡涡形形成成时时，由由于于产产生生旋旋涡涡一一侧侧的的静静压压大大于于不不产产生生旋旋涡涡一一侧侧的的静静压压，两两者者之之间间形形成成压压力力差差，引引起起检检测测器器空空腔腔内内流流体体移移动动，从从而而交

35、交替替地地对对热热电电阻阻产产生生冷冷却却作作用用，且且改改变变其其阻阻值值，由由测测量量给给出出电电信信号号送送至至放放大大器器则则检检测测器器除除形形成成旋旋涡涡之之外外，还还同同时时将将旋旋涡涡产产生生的的频频率率转转变变为为热热电电阻阻值值的的变变化化，并且电阻值的变化与旋涡的频率相对应并且电阻值的变化与旋涡的频率相对应涡街流量计（续）涡街流量计（续）如如果果采采用用三三角角柱柱检检测测器器，如如上上图图所所示示，它它可可以以得得到到更更稳稳定定更更强强烈烈的的旋旋涡涡在在三三角角柱柱迎迎流流面面中中间间对对称称地地嵌嵌入入两两只只热热敏敏电电阻阻2 2，组组成成桥桥路路的的两两臂臂，

36、并并以以恒恒定定电电流流源源提提供供微微弱弱的的电电对对其其进进行行加加热热，使使其其温温度度在在流流体体静静止止的的情情况况下下比比被被测测流流体体高高1010o oc c左左右右当当三三角角柱柱检检测测器器两两侧侧交交替替发发生生旋旋涡涡时时，在在产产生生旋旋涡涡一一侧侧的的热热敏敏电电阻阻处处，由由于于环环流流的的作作用用而而使使流流速速减减小小，导导致致热热敏敏电电阻阻的的温温度度升升高高，阻阻值值减减小小，测测电电桥桥失失去去平平衡并有电压输出衡并有电压输出涡街流量计（续）涡街流量计（续）三三角角柱柱旋旋涡涡流流量量计计原原理理方方框框图图如如下下，以以这这两两个个热热敏敏电电阻阻为

37、为电电桥桥的的相相邻邻桥桥臂臂，测测电电桥桥的的对对角角线线上上就就会会输输出出一一系系列列与与旋旋涡涡发发生生频频率率相相对对应应的的电电压压脉脉冲冲，经经放放大大、整整形形后后得得到到与与流流量量相相应应的的脉脉冲冲数数字字输输出出，或或用用“脉脉冲冲-电电压压”转转换换电电路路转转换为模拟量输出，换为模拟量输出，供指示和累计用供指示和累计用 涡街流量计（续）涡街流量计（续）3 3 特点及使用特点及使用 涡涡街街流流量量计计可可以以测测量量气气体体流流量量，也也可可以以测测量液体流量。量液体流量。输输出出的的频频率率信信号号与与被被测测流流体体的的流流量量呈呈线线性性关关系，且不受被测流体

38、性质变化的影响；系，且不受被测流体性质变化的影响；测测量量精精确确度度高高，约约为为0.5%0.5%1%1%；，量量程程比比宽，一般为宽，一般为30130110011001。结结构构简简单单，安安装装、维维护护方方便便。涡涡街街流流量量计计特特别别适适合合测测量量大大口口径径、大大流流量量的的气气体体测测量量，也也适合高压气体的测量。适合高压气体的测量。涡街流量计（续）涡街流量计（续）3 3 特点及使用特点及使用由由于于是是速速度度式式测测量量方方法法，管管道道内内流流速速分分布布对对测测量量的的准准确确性性有有较较大大影影响响，因因此此旋旋涡涡发发生生体体前前面面至至少少要要有有15D15D

39、长长，后后面面要要有有5D5D长长的的直直管管段段。对对于于大大口口径径管管道道，要要求求的直管段更长，一般前面要有的直管段更长，一般前面要有30D30D，后面为后面为10D10D。流流量量计计允允许许安安装装在在水水平平或或垂垂直直管管道道上上使使用用，但但必必须须保保证证管管道道为为满满管管流流动动。垂垂直直安安装装时时流流量量计计应应选选在在自自下下而上流动的管道上安装。而上流动的管道上安装。由由于于流流量量计计是是以以流流体体振振动动原原理理工工作作的的，因因此此安安装装地地点点应特别注意避免机械振动。应特别注意避免机械振动。涡街流量计（续）涡街流量计（续）4、LUCB型插入式涡街流量

40、传感器型插入式涡街流量传感器涡街测量头（即小口径涡街流量传涡街测量头（即小口径涡街流量传感器）是利用感器）是利用“卡门涡街卡门涡街”原理研制而原理研制而成。在涡街测量头表体中，垂直的插成。在涡街测量头表体中，垂直的插入一根三角柱即旋涡发生体，当表体入一根三角柱即旋涡发生体，当表体中有介质流过时，则在三角柱的两侧中有介质流过时，则在三角柱的两侧交替的产生方向相反、有规则的卡门交替的产生方向相反、有规则的卡门涡街，其旋涡的信号频率是由压电元涡街，其旋涡的信号频率是由压电元件制成检测头，检测出的旋涡的分离件制成检测头，检测出的旋涡的分离频率与介质的流动速度成正比频率与介质的流动速度成正比。涡街流量计

41、（续）涡街流量计（续）涡街流量计（续）涡街流量计（续）LUCBLUCB型插入式涡街流量传感器技术参数：型插入式涡街流量传感器技术参数：1 1、公称口径、公称口径200-2000200-2000（mmmm）2 2、适用介质：气体适用介质：气体液体液体 蒸汽蒸汽 3 3、可测介质温度：、可测介质温度：-20-150-20-150；-20-250-20-250 4 4、公称压力：、公称压力：1.6MPa 1.6MPa；2.5 2.5 MPaMPa 5 5、精度等级精度等级2.52.5级级 ，1 1级级 6 6、测量范围液体：、测量范围液体：常温水：常温水：VminVmin=0.4m/s,=0.4m/

42、s,VmaxVmax=5.2m/s;=5.2m/s;气体（温度气体（温度2020压力压力0.1 0.1 MPaMPa空气）：空气）：min=5.5m/s,Vmax=55m/smin=5.5m/s,Vmax=55m/s 7 7、输出信号：输出信号：电压脉冲：低电平电压脉冲：低电平1V,1V,高电平高电平6V6V，脉冲宽度脉冲宽度0.4ms0.4ms；4-20mA4-20mA电流信号电流信号:8 8、供电电源：电压脉冲输出时：、供电电源：电压脉冲输出时：+12VDC+12VDC或或+24VDC+24VDC 4-20mA 4-20mA输出时：输出时：+19VDC-+30VDC+19VDC-+30VD

43、C流量测量（续）流量测量（续）三、容积式流量计三、容积式流量计 容容积积式式流流量量计计是是一一种种使使用用很很早早的的流流量量测测量量仪仪表表，可可用用来来测测量量各各种种液液体体和和气气体体的的体体积积流流量量。它它是是利利用用某某种种标标准准容容器器的的固固定定容容积积对对被被测测流流体体进进行行连连续续计计量量并并进进行行积积算算的的。由由于于这这种种类类型型的的流流量量计计测测量量的的精精确确度度与与流流体体的的密密度度无无关关，不不受受流流动动状状态态的的影影响响，因因此此长长期期以以来来被被广广泛泛应应用用于于工工业业生生产产过过程程的的流流量量测测量并作为流量计量的标准仪表。量

44、并作为流量计量的标准仪表。容容积积式式流流量量计计具具有有以以下下特特点点：测测量量精精确确度度高高，可可达达0.1%0.1%0.5%0.5%；不不要要求求前前后后直直管管段段长长度度，特特别别适适合合高高粘粘度度介介质质测测量量。但但要要求求被被测测流流体体洁洁净净，否否则则在在流流量量计计前前后后应应加加装过滤器，这样将造成较大压损；装过滤器，这样将造成较大压损；容容积积式式流流量量计计在在油油田田各各级级计计量量站站、油油库库、转转油油站站等等处处得得到广泛的应用。到广泛的应用。（一）（一）椭圆齿轮流量计椭圆齿轮流量计 1 1 工作原理工作原理 椭椭圆圆齿齿轮轮流流量量计计的的工工作作原

45、原理理如如下下图图所所示示。它它的的测测量量部部分分是是由由一一对对装装在在轴轴上上互互相相啮啮合合且且旋旋转转的的椭椭圆圆齿齿轮轮及及壳壳体体组组成成。椭椭圆圆齿齿轮轮与与壳壳体体之之间间形形成成半半月月形形体体积积（绿绿色色部部分分）叫叫测测量量室。室。容积式流量计容积式流量计 当当流流体体流流过过椭椭圆圆齿齿轮轮流流量量计计时时，由由于于要要克克服服阻阻力力将将会会引引起起压压力力损损失失，从从而而使使入入口口侧侧压压力力P P1 1大大于于出出口口侧侧压压力力P P2 2，在在此此压压力力差差的的作作用用下下，将将对对椭椭圆圆齿齿轮轮产产生生作作用用力力矩矩。在在图图（a a）所所示示

46、位位置置时时，由由于于P P1 1P P2 2，在在P P1 1和和P P2 2的的作作用用下下所所产产生生的的合合力力矩矩使使A A轮轮顺顺时时针针方方向向转转动动。这这时时A A是是主主动动轮轮，B B为为从从动动轮轮。当当转转至至图图（b b）所所示示的的中中间间位位置置时时，根根据据作作用用力力的的分分析析可可知知，此此时时A A轮轮与与B B轮轮均均为为主主动动轮轮，当当继继续续转转至至图图（c c）所所示示位位置置时时，P P1 1和和P P2 2作作用用在在A A轮轮上上的的合合力力矩矩为为零零，作作用用在在B B轮轮上上的的合合力力矩矩使使B B轮轮作作逆逆时时针针方方向向转转

47、动动，把把已已收收入入A A轮轮一一侧侧的的半半月月形形容容积积的的流流体体排排至至出出口口，并并在在B B轮轮一一侧侧又又收收入入半半月月形形容容积积的的流流体体，这这时时B B为为主主动动轮轮，A A为为从从动动轮轮，与与图图（a a）所所示示的的情情况况刚刚好好相相反反。如如此此往往复复循循环环，A A轮轮和和B B轮轮互互相相交交替替地地由由一一个个带带动动另另一一个个转转动动，并并把把被被测测介介质质以以半半月月形形容容积积为为单单位位一一次次又又一一次次地地由进口排至出口。由进口排至出口。椭圆齿轮流量计（续）椭圆齿轮流量计（续）显显然然，上上图图所所示示仅仅仅仅表表示示了了椭椭圆圆

48、齿齿轮轮转转动动1/41/4周周的的情情况况，而而其其所所排排出出的的被被测测介介质质则则为为一一个个半半月月形形容容积积。所所以以，椭椭圆圆齿齿轮轮每每转转一一周周所所排排出出的的被被测测介介质质量量为为4 4个个半半月月形形容容积积。故故通通过椭圆齿轮流量计的体积流量过椭圆齿轮流量计的体积流量QQ为：为：QQ4nV4nV0 0 式中：式中：nn椭圆齿轮的旋转速度；椭圆齿轮的旋转速度；V V0 0半月形测量室容积；半月形测量室容积；V0 a a 椭圆齿轮长半轴；椭圆齿轮长半轴；b b 椭圆齿轮短半轴；椭圆齿轮短半轴；HH椭圆齿轮轴向高度（厚度）；椭圆齿轮轴向高度（厚度）；RR容积式半径。容积

49、式半径。由由上上式式可可知知，在在椭椭圆圆齿齿轮轮流流量量计计的的半半月月形形容容积积V V0 0已已定定的的条条件件下下，只只要要测测出出椭椭圆圆齿齿轮轮的的转转速速n n，便便可可知知道道被被测测介介质质流量。流量。椭圆齿轮流量计（续）椭圆齿轮流量计（续）2 2、椭圆齿轮流量计的的显示：、椭圆齿轮流量计的的显示：椭圆齿轮流量计的流量信号（即转速椭圆齿轮流量计的流量信号（即转速n n）可以可以就地显示和远传。就地显示是将椭圆齿轮流量计就地显示和远传。就地显示是将椭圆齿轮流量计某个齿轮的转动通过一套减速齿轮传动系，传递某个齿轮的转动通过一套减速齿轮传动系，传递给仪表指针及积算机构，指示被测流体

50、的体积流给仪表指针及积算机构，指示被测流体的体积流量和累积流量，远传式可采用脉冲信号形式传送。量和累积流量，远传式可采用脉冲信号形式传送。为了实现流量信号的远距离、集中显示。可为了实现流量信号的远距离、集中显示。可以在表头上装上干簧继电器、光电转换装置等，以在表头上装上干簧继电器、光电转换装置等，将椭圆齿轮的转数与转速转换成电脉冲信号的数将椭圆齿轮的转数与转速转换成电脉冲信号的数量与频率输出。量与频率输出。椭圆齿轮流量计（续）椭圆齿轮流量计（续）椭圆齿轮轴的转动通过联轴器传递到传动齿轮系，在传动轮椭圆齿轮轴的转动通过联轴器传递到传动齿轮系，在传动轮系后，插入一个测速孔盘。流量计每有一单位体积流