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1、流量计n一、概述及发展史一、概述及发展史n二、分类二、分类n三、设计安装要求三、设计安装要求n四、现场安装实例四、现场安装实例一、概述及发展史 流量计英文名称是流量计英文名称是flowmeterflowmeter，全国科学技术，全国科学技术名词审定委员会把它定义为：指示被测流量和名词审定委员会把它定义为：指示被测流量和（或）在选定的时间间隔内流体总量的仪表。简（或）在选定的时间间隔内流体总量的仪表。简单来说就是用于测量管道或明渠中流体流量的一单来说就是用于测量管道或明渠中流体流量的一种仪表，工程上常用单位种仪表，工程上常用单位m3/hm3/h，它可分为瞬时流，它可分为瞬时流量（量（Flow R
2、ate Flow Rate）和累计流量（）和累计流量（Total Flow Total Flow），），瞬时流量即单位时间内过封闭管道或明渠有效截瞬时流量即单位时间内过封闭管道或明渠有效截面的量，流过的物质可以是气体、液体、固体；面的量，流过的物质可以是气体、液体、固体；累计流量即为在某一段时间间隔内（一天、一周、累计流量即为在某一段时间间隔内（一天、一周、一月、一年）流体流过封闭管道或明渠有效截面一月、一年）流体流过封闭管道或明渠有效截面的累计量。通过瞬时流量对时间积分亦可求得累的累计量。通过瞬时流量对时间积分亦可求得累计流量，所以瞬时流量计和累计流量计之间也是计流量，所以瞬时流量计和累计流
3、量计之间也是可以相互转化的。可以相互转化的。流量计的最早专利是在流量计的最早专利是在1886年一个美国人发布的，在年一个美国人发布的，在1914年年专利认为专利认为TUF的流量和频率是有的流量和频率是有关系的，第一台关系的，第一台TUF是是1938年开年开发的，用于测量飞机发的，用于测量飞机 燃油，一直燃油，一直应用到二战结束，一种响应更快应用到二战结束，一种响应更快的流量计诞生了，它能更广泛的的流量计诞生了，它能更广泛的应用在石油，化工，科研，国防应用在石油，化工，科研，国防等领域。等领域。1738年瑞士著名的物理年瑞士著名的物理学家丹尼尔，伯努利以伯努利方学家丹尼尔，伯努利以伯努利方程为基
4、础，利用了差压法测量了程为基础，利用了差压法测量了水流量，他发明了最早的，流量水流量，他发明了最早的，流量测量工具。测量工具。1886年，美国人赫谢年，美国人赫谢尔应用文丘里管制成了测量说流尔应用文丘里管制成了测量说流量的的实用测量装置。量的的实用测量装置。19101910年时，美国人开年时，美国人开始了槽式流量计的研究始了槽式流量计的研究工作，这种流量计是用工作，这种流量计是用来测量明沟中水流量的。来测量明沟中水流量的。19221922年，帕歇尔将水槽年，帕歇尔将水槽测量改革为帕歇尔水槽。测量改革为帕歇尔水槽。19551955才有了应用声循环才有了应用声循环法的马克森流量计的问法的马克森流量
5、计的问世，用于测量航空燃料世，用于测量航空燃料的流量。的流量。19451945年，科林年，科林用交变磁场成功的测量用交变磁场成功的测量了血液流动的情况。了血液流动的情况。n20世纪的世纪的60年代以后，年代以后，测量仪表开始向精密测量仪表开始向精密化、小型化等方向发化、小型化等方向发展。随着集成电路技展。随着集成电路技术的迅速发展，具有术的迅速发展，具有锁相环路技术的超声锁相环路技术的超声（波）流量计也得到（波）流量计也得到了普遍应用，微型计了普遍应用，微型计算机的广泛应用，进算机的广泛应用，进一步提高了流量测量一步提高了流量测量的能力，如激光多普的能力，如激光多普勒流速计应用微型计勒流速计应
6、用微型计算机后，可处理较为算机后，可处理较为复杂的信号。复杂的信号。二、流量计的分类 测量流体流量的仪表统称为流量计或流测量流体流量的仪表统称为流量计或流量表流量计是工业测量中重要的仪表之量表流量计是工业测量中重要的仪表之一随着工业生产的发展，对流量测量的一随着工业生产的发展，对流量测量的准确度和范围的要求越来越高，流量测量准确度和范围的要求越来越高，流量测量技术日新月异为了适应各种用途，各种技术日新月异为了适应各种用途，各种类型的流量计相继问世。目前已投入使用类型的流量计相继问世。目前已投入使用的流量计已超过的流量计已超过100种。从不同的角度出发，种。从不同的角度出发，流量计有不同的分类方
7、法。常用的分类方流量计有不同的分类方法。常用的分类方法有两种，一是按流量计采用的测量原理法有两种，一是按流量计采用的测量原理进行归纳分类：二是按流量计的结构原理进行归纳分类：二是按流量计的结构原理进行分类。进行分类。一、按测量原理分类一、按测量原理分类(1)(1)力学原理：属于此类原理的仪表有利用伯努利定力学原理：属于此类原理的仪表有利用伯努利定理的差压式、转子式；利用动量定理的冲量式、理的差压式、转子式；利用动量定理的冲量式、可动管式；利用牛顿第二定律的直接质量式；利可动管式；利用牛顿第二定律的直接质量式；利用流体动量原理的靶式；利用角动量定理的涡轮用流体动量原理的靶式；利用角动量定理的涡轮
8、式；利用流体振荡原理的旋涡式、涡街式；利用式；利用流体振荡原理的旋涡式、涡街式；利用总静压力差的皮托管式以及容积式和堰、槽式等总静压力差的皮托管式以及容积式和堰、槽式等等。等。2)2)电学原理：用于此类原理的仪表有电电学原理：用于此类原理的仪表有电磁式、差动电容式、电感式、应变电磁式、差动电容式、电感式、应变电阻式等。阻式等。(3)(3)声学原理：利用声学原理进行流量测声学原理：利用声学原理进行流量测量的有超声波式声学式量的有超声波式声学式(冲击波式冲击波式)等。等。(4)(4)热学原理：利用热学原理测量流量的热学原理：利用热学原理测量流量的有热量式、直接量热式、间接量热式有热量式、直接量热式
9、、间接量热式等。等。(5)(5)光学原理：激光式、光电式等是光学原理：激光式、光电式等是属于此类原理的仪表。属于此类原理的仪表。(6)(6)原于物理原理：核磁共振式、核原于物理原理：核磁共振式、核幅射式等是属于此类原理的仪表幅射式等是属于此类原理的仪表(7)(7)其它原理：有标记原理其它原理：有标记原理(示踪原示踪原理、核磁共振原理理、核磁共振原理)、相关原理等。、相关原理等。二、按流量计结构原理分类二、按流量计结构原理分类 按当前流量计产品的实际情按当前流量计产品的实际情况，根据流量计的结构原理，大致况，根据流量计的结构原理，大致上可归纳为以下几种类型：上可归纳为以下几种类型：1 1容积式流
10、量计容积式流量计 容积式流量计相当于一个标准容积的容器，容积式流量计相当于一个标准容积的容器，它接连不断地对流动介质进行度量。流量越大，它接连不断地对流动介质进行度量。流量越大，度量的次数越多，输出的频率越高。容积式流量度量的次数越多，输出的频率越高。容积式流量计的原理比较简单，适于测量高粘度、低雷诺数计的原理比较简单，适于测量高粘度、低雷诺数的流体。根据回转体形状不同，目前生产的产品的流体。根据回转体形状不同，目前生产的产品分：适于测量液体流量的椭圆齿轮流量计、腰轮分：适于测量液体流量的椭圆齿轮流量计、腰轮流量计流量计(罗茨流量计罗茨流量计)、旋转活塞和刮板式流量计；、旋转活塞和刮板式流量计
11、；适于测量气体流量的伺服式容积流量计、皮膜式适于测量气体流量的伺服式容积流量计、皮膜式和转简流量计等和转简流量计等2 2叶轮式流量计叶轮式流量计 叶轮式流量计的工作原理是将叶轮置于被测叶轮式流量计的工作原理是将叶轮置于被测流体中，受流体流动的冲击而旋转，以叶轮旋转流体中，受流体流动的冲击而旋转，以叶轮旋转的快慢来反映流量的大小。典型的叶轮式流量计的快慢来反映流量的大小。典型的叶轮式流量计是水表和涡轮流量计，其结构可以是机械传动输是水表和涡轮流量计，其结构可以是机械传动输出式或电脉冲输出式。一般机械式传动输出的水出式或电脉冲输出式。一般机械式传动输出的水表准确度较低，误差约表准确度较低，误差约2
12、2，但结构简单，造价，但结构简单，造价低，国内已批量生产，并标准化、通用化和系列低，国内已批量生产，并标准化、通用化和系列化。电脉冲信号输出的涡轮流量计的准确度较高，化。电脉冲信号输出的涡轮流量计的准确度较高，一般误差为一般误差为002 2一一0 05 5。3 3差压式流量计差压式流量计(变压降式流量计变压降式流量计)差压式流量计由一次装置和二次装置组成差压式流量计由一次装置和二次装置组成一次装置称流量测量元件，它安装在被测流体的一次装置称流量测量元件，它安装在被测流体的管道中，产生与流量管道中，产生与流量(流速流速)成比例的压力差，供成比例的压力差，供二次装置进行流量显示。二次装置称显示仪表
13、。二次装置进行流量显示。二次装置称显示仪表。它接收测量元件产生的差压信号，并将其转换为它接收测量元件产生的差压信号，并将其转换为相应的流量进行显示差压流量计的一次装置常相应的流量进行显示差压流量计的一次装置常为节流装置或动压测定装置为节流装置或动压测定装置(皮托管、均速管等皮托管、均速管等)。二次装置为各种机械式、电子式、组合式差压。二次装置为各种机械式、电子式、组合式差压计配以流量显示仪表差压计的差压敏感元件多计配以流量显示仪表差压计的差压敏感元件多为弹性元件。由于差压和流量呈平方根关系，故为弹性元件。由于差压和流量呈平方根关系，故流量显示仪表都配有开平方装置，以使流量刻度流量显示仪表都配有
14、开平方装置，以使流量刻度线性化。线性化。多数仪表还设有流量积算装置，以显示累积多数仪表还设有流量积算装置，以显示累积流量，以便经济核算。这种利用差压测量流量的流量，以便经济核算。这种利用差压测量流量的方法历史悠久，比较成熟，世界各国一般都用在方法历史悠久，比较成熟，世界各国一般都用在比较重要的场合，约占各种流量测量方式的比较重要的场合，约占各种流量测量方式的7070。差压范围的选择应根据计算，一般情况下根差压范围的选择应根据计算，一般情况下根据流体工作压力高低不同宜选：据流体工作压力高低不同宜选：低差压：低差压：6kPa，10 kPa 中差压：中差压：16 kPa，25 kPa 高差压：高差压
15、：30 kPa，60 kPa4 4变面积式流量计变面积式流量计(等压降式流量计等压降式流量计)放在上大下小的锥形流道中的浮子受到自下放在上大下小的锥形流道中的浮子受到自下而上流动的流体的作用力而移动。当此作用力与而上流动的流体的作用力而移动。当此作用力与浮子的浮子的“显示重量显示重量”(浮子本身的重量减去它所受浮子本身的重量减去它所受流体的浮力流体的浮力)相平衡时，俘子即静止。浮子静止的相平衡时，俘子即静止。浮子静止的高度可作为流量大小的量度。由于流量计的通流高度可作为流量大小的量度。由于流量计的通流截面积随浮子高度不同而异，而浮子稳定不动时截面积随浮子高度不同而异，而浮子稳定不动时上下部分的
16、压力差相等，因此该型流量计称变面上下部分的压力差相等，因此该型流量计称变面积式流量计或等压降式流量计。该式流量计的典积式流量计或等压降式流量计。该式流量计的典型仪表是转子型仪表是转子(浮子浮子)流量计。流量计。5 5动量式流量计动量式流量计 利用测量流体的动量来反映流量大小的流量利用测量流体的动量来反映流量大小的流量计称动量式流量计由于流动流体的动量计称动量式流量计由于流动流体的动量P P与流体与流体的密度的密度 及流速及流速v v的平方成正比，的平方成正比，即即p v2p v2，当通流截面确定时，当通流截面确定时，v v与容积流量与容积流量Q Q成正比，故成正比，故p p Q2Q2。设比例系
17、数为。设比例系数为A A，则，则Q QA A 因此，测得因此，测得P P，即，即可反映流量可反映流量Q Q这种型式的流量计，大多利用检测这种型式的流量计，大多利用检测元件把动量转换为压力、位移或力等，然后测量元件把动量转换为压力、位移或力等，然后测量流量。这种流量计的典型仪表是靶式和转动翼板流量。这种流量计的典型仪表是靶式和转动翼板式流量计。式流量计。6 6冲量式流量计冲量式流量计 利用冲量定理测量流量的流量计称冲量式流利用冲量定理测量流量的流量计称冲量式流量计，多用于测量颗粒状固体介质的流量，还用量计，多用于测量颗粒状固体介质的流量，还用来测泥浆、结晶型液体和研磨料等的流量。流量来测泥浆、结
18、晶型液体和研磨料等的流量。流量测量范围从每小时几公斤到近万吨。典型的仪表测量范围从每小时几公斤到近万吨。典型的仪表是水平分力式冲量流量计，其测量原理是当被测是水平分力式冲量流量计，其测量原理是当被测介质从一定高度介质从一定高度h h自由下落到有倾斜角自由下落到有倾斜角 的检测的检测板上产生一个冲力，冲力的水平分力马质量流量板上产生一个冲力，冲力的水平分力马质量流量成正比，故测量这个水平分力即可反映质量流量成正比，故测量这个水平分力即可反映质量流量的大小。按信号的大小。按信号(九九)的检测方式，该型流量计分的检测方式，该型流量计分位移检测型和直接测力型。位移检测型和直接测力型。7 7电磁流量计电
19、磁流量计 电磁流量计是应用导电体在磁场中运动产生电磁流量计是应用导电体在磁场中运动产生感应电动势，而感应电动势又和流量大小成正比，感应电动势，而感应电动势又和流量大小成正比，通过测电动势来反映管道流量的原理而制成的。通过测电动势来反映管道流量的原理而制成的。其测量精度和灵敏度都较高。工业上多用以测量其测量精度和灵敏度都较高。工业上多用以测量水、矿浆等介质的流量。可测最大管径达水、矿浆等介质的流量。可测最大管径达2m2m，而，而且压损极小。但导电率低的介质，如气体、蒸汽且压损极小。但导电率低的介质，如气体、蒸汽等则不能应用。等则不能应用。电磁流量计造价较高，且信号易受外磁场干电磁流量计造价较高，
20、且信号易受外磁场干扰，影响了在工业管流测量中的广泛应用。为此，扰，影响了在工业管流测量中的广泛应用。为此，产品在不断改进更新，向微机化发展产品在不断改进更新，向微机化发展8 8超声波流量计超声波流量计 超声波流量计是基于超声波在流动介质中传超声波流量计是基于超声波在流动介质中传播的速度等于被测介质的平均流速和声波本身速播的速度等于被测介质的平均流速和声波本身速度的几何和的原理而设计的。它也是由测流速来度的几何和的原理而设计的。它也是由测流速来反映流量大小的。超声波流量计虽然在反映流量大小的。超声波流量计虽然在7070年代才年代才出现，但由于它可以制成非接触型式，并可与超出现，但由于它可以制成非
21、接触型式，并可与超声波水位计联动进行开口流量测量，对流体又不声波水位计联动进行开口流量测量，对流体又不产生扰动和阻力，所以很受欢迎，是一种很有发产生扰动和阻力，所以很受欢迎，是一种很有发展前途的流量计。展前途的流量计。利用多普勒效应制造的超声多普勒流量计近利用多普勒效应制造的超声多普勒流量计近年来得到广泛的关注，被认为是非接触测量双相年来得到广泛的关注，被认为是非接触测量双相流的理想仪表。流的理想仪表。9 9流体振荡式流量计流体振荡式流量计 流体振荡式流量计是利用流体在特定流道条流体振荡式流量计是利用流体在特定流道条件下流动时将产生振荡，且振荡的频率与流速成件下流动时将产生振荡，且振荡的频率与
22、流速成比例这一原理设计的当通流截面一定时，流速比例这一原理设计的当通流截面一定时，流速与导容积流量成正比。因此，测量振荡频率即可与导容积流量成正比。因此，测量振荡频率即可测得流量这种流量计是测得流量这种流量计是7070年代开发和发展起来年代开发和发展起来的由于它兼有无转动部件和脉冲数字输出的优的由于它兼有无转动部件和脉冲数字输出的优点，很有发展前途。目前典型的产品有涡街流量点，很有发展前途。目前典型的产品有涡街流量计、旋进旋涡流量计计、旋进旋涡流量计。1010质量流量计质量流量计 由于流体的容积受温度、压力等参数的影响，由于流体的容积受温度、压力等参数的影响，用容积流量表示流量大小时需给出介质
23、的参数。用容积流量表示流量大小时需给出介质的参数。在介质参数不断变化的情况下，往往难以达到这在介质参数不断变化的情况下，往往难以达到这一要求，而造成仪表显示值失真。因此，质量流一要求，而造成仪表显示值失真。因此，质量流量计就得到广泛的应用和重视。质量流量计分直量计就得到广泛的应用和重视。质量流量计分直接式和间接式两种。直接式质量流量计利用与质接式和间接式两种。直接式质量流量计利用与质量流量直接有关的原理进行测量，目前常用的有量流量直接有关的原理进行测量，目前常用的有量热式、角动量式、振动陀螺式、马格努斯效应量热式、角动量式、振动陀螺式、马格努斯效应式和科里奥利力式等质量流量计。间接式质量流式和
24、科里奥利力式等质量流量计。间接式质量流量计是用密度计与容积流量直接相乘求得质量流量计是用密度计与容积流量直接相乘求得质量流量的。量的。三、设计安装要求n1、直管段直管段 流量计安装在管道上，指管道的长度。流量计安装在管道上，指管道的长度。有些直管段是现场现有的管段上安装流量计，这有些直管段是现场现有的管段上安装流量计，这样的话就要考虑流量计在这个管段上的安装点。样的话就要考虑流量计在这个管段上的安装点。要确保前后管段要有一定距离才能达到稳流才能要确保前后管段要有一定距离才能达到稳流才能让流量测量更准确。让流量测量更准确。有些直管段也可以在流量计本体上做一些预留，有些直管段也可以在流量计本体上做
25、一些预留，到现场后在对接到管道上。到现场后在对接到管道上。nGB 500932002自自 动动 化化 仪仪 表表 工工 程程 施施 工工 及验及验 收收 规规 范中对流量计上下游直管段的通范中对流量计上下游直管段的通常要求如下（若仪表有要求，按仪表条件常要求如下（若仪表有要求，按仪表条件确定直管段长度）：确定直管段长度）：n转子流量计，上游不小于转子流量计，上游不小于 05 倍管径，下倍管径，下游无要求；游无要求；靶式流量计，上游不小于靶式流量计，上游不小于 5 倍管径，下游倍管径，下游不小于不小于3 倍管径；倍管径；n涡轮流量计，上游不小于涡轮流量计，上游不小于 520 倍管径，倍管径，下游
26、不小于下游不小于310 倍管径；倍管径；涡街流量计，上游不小于涡街流量计，上游不小于 1040 倍管径，倍管径，下游不小于下游不小于5 倍管径；倍管径；电磁流量计，上游不小于电磁流量计，上游不小于 510 倍管径，倍管径，下游不小于下游不小于05 倍管径；倍管径；超声波流量计，上游不小于超声波流量计，上游不小于 1050 倍管径，倍管径，下游不小于下游不小于5 倍管径；倍管径；n容积式流量计，无要求；容积式流量计，无要求；孔板，上游不小于孔板，上游不小于 580 倍管径，下游不倍管径，下游不小于小于28 倍管径；倍管径；喷嘴，上游不小于喷嘴，上游不小于 580 倍管径，下游不倍管径，下游不小于
27、小于4 倍管径；倍管径；文丘里管、弯管、楔形管，上游不小于文丘里管、弯管、楔形管，上游不小于 530 倍管径，下游不小于倍管径，下游不小于4 倍管径；倍管径；均速管，上游不小于均速管，上游不小于 325 倍管径，下游倍管径，下游不小于不小于24 倍管径。倍管径。n2、选用及设计要求选用及设计要求 2.1差压式流量计差压式流量计差压范围的选择差压范围的选择差压范围的选择应根据计算，一般情况差压范围的选择应根据计算，一般情况下根据流体工作压力高低不同宜选：下根据流体工作压力高低不同宜选：低差压：低差压：6kPa，10 kPa中差压：中差压：16 kPa，25 kPa高差压：高差压：30 kPa，6
28、0 kPan2.2可变面积式流量计可变面积式流量计(转子流量计转子流量计)当要求精度不优于当要求精度不优于1.50%，量程比不，量程比不大于大于10：1时，可选用转子流量计。时，可选用转子流量计。转子流量计要求垂直安装，倾斜度不转子流量计要求垂直安装，倾斜度不大于大于5;安装位置应振动较小，易于观察和安装位置应振动较小，易于观察和维护维护;对脏污介质，必须在流量计的进口处对脏污介质，必须在流量计的进口处加装加装过滤器过滤器。n旋涡流量计旋涡流量计 洁净气体、蒸汽和液体的大中流量测洁净气体、蒸汽和液体的大中流量测量，可选用旋涡流量计量，可选用旋涡流量计 低速流体及粘度大的液体，不宜选用低速流体及
29、粘度大的液体，不宜选用旋涡流量计测量，粘度太高会降低流量计旋涡流量计测量，粘度太高会降低流量计对小流量测量的能力。对小流量测量的能力。管子振动或泵出口也不宜选用旋涡流管子振动或泵出口也不宜选用旋涡流量计。量计。n2.4 电磁流流量计电磁流流量计 所测流体必须导电所测流体必须导电 用于导电的液体或均匀的液固两相介质流量用于导电的液体或均匀的液固两相介质流量测量。可测量各种强酸、强碱、盐、氨水、泥浆、测量。可测量各种强酸、强碱、盐、氨水、泥浆、纸浆等介质纸浆等介质 安装方式可以垂直、水平，也可以倾斜。垂安装方式可以垂直、水平，也可以倾斜。垂直安装时，液体必须自下而上。对液固两相介质直安装时，液体必
30、须自下而上。对液固两相介质最好垂直安装。最好垂直安装。为保证测量精度，流速在为保证测量精度，流速在10m/s 当安装在水平管段，应使液体充满管段，并当安装在水平管段，应使液体充满管段，并应使变送器的电极处于同一水平面上应使变送器的电极处于同一水平面上n2.5 质量流量计质量流量计需直接精确测量液体、高密度气体及需直接精确测量液体、高密度气体及浆体的质量流量时，可选用科氏力质量流浆体的质量流量时，可选用科氏力质量流量计。量计。科氏力质量流量计可以不受流体温度、科氏力质量流量计可以不受流体温度、压力、密度或粘度变化的影响而提供精确压力、密度或粘度变化的影响而提供精确可靠的质量流量数据。可靠的质量流
31、量数据。质量流量计可在任何方向安装，但是质量流量计可在任何方向安装，但是液体介质还是要充满仪表测量管，不需要液体介质还是要充满仪表测量管，不需要直管段。费用较高，管段压损较大。直管段。费用较高，管段压损较大。n2.6 固体流量测量固体流量测量 皮带输送的固体流量测量宜选用皮带电皮带输送的固体流量测量宜选用皮带电子称子称 自由落体的粉粒及块状固体流量，当自由落体的粉粒及块状固体流量，当要求封闭传送物料时，宜选用冲量式流量要求封闭传送物料时，宜选用冲量式流量计计 冲量式流量计的安装要求物料必须保冲量式流量计的安装要求物料必须保证自由落下，不得有外加力作用于被测物证自由落下，不得有外加力作用于被测物体上体上n2.7 其它流量计其它流量计n另外还有另外还有超声波流量计超声波流量计(非接触式非接触式)、容、容积式流量计积式流量计(包括椭圆齿轮流量计、腰轮流包括椭圆齿轮流量计、腰轮流量计、刮板流量计等量计、刮板流量计等)、靶式流量计靶式流量计、楔形、楔形流量计、流量计、水表水表等。等。