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1、一一.基本概念基本概念1.流量流量单位时间内通过某截面的流体数量单位时间内通过某截面的流体数量体积流量体积流量qv=dV/dt质量流量质量流量qm=dm/dt=qv标准体积流量标准体积流量换算到标准状态（换算到标准状态（20,0.10133MPa)下的体积流量下的体积流量2.流体性质和流体运动的困难性流体性质和流体运动的困难性流体性质多样性流体性质多样性密度、粘度不同，单相流、多相流之分，可压缩性的强弱，牛顿流体与非牛密度、粘度不同，单相流、多相流之分，可压缩性的强弱，牛顿流体与非牛顿体顿体管路系统的多样性管路系统的多样性管道形态，管道形态，壁面光滑程度壁面光滑程度流淌状态的多样性流淌状态的多
2、样性层流与紊流，层流与紊流，旋转流与脉动流旋转流与脉动流上述困难性均会影响流量测量精确度，必需依据具体状况选择合适的流量测上述困难性均会影响流量测量精确度，必需依据具体状况选择合适的流量测量方法和流量计。量方法和流量计。第第1 1节节 流量及测量仪表概述流量及测量仪表概述 二二.流量测量方法流量测量方法 1.1.容积法容积法原理：原理：qv=nVqv=nVV V为定容容器的容积；为定容容器的容积；n n为单位时间内被测流体充溢为单位时间内被测流体充溢(或排或排出出)定容容器的次数定容容器的次数 形式：椭圆齿轮式、腰轮式、刮板式、活塞式等形式：椭圆齿轮式、腰轮式、刮板式、活塞式等特点：流淌状态对
3、测量的影响小，精度高；特点：流淌状态对测量的影响小，精度高；有确定的压力损失；有确定的压力损失；不宜用于高温、高压、脏污介质的测量不宜用于高温、高压、脏污介质的测量2.流速法流速法3.原理：原理：qv=vmA4.形式：差压式、转子式、涡轮式、层流式，电磁式、声波形式：差压式、转子式、涡轮式、层流式，电磁式、声波式式5.特点：运用性能好，精度高；特点：运用性能好，精度高；6.可用于高温、高压介质的测量，流淌状态、可用于高温、高压介质的测量，流淌状态、Re对测对测量的影响大。量的影响大。3.质量法质量法4.原理：牛顿其次定律原理：牛顿其次定律5.型式：量热式质量流量计型式：量热式质量流量计6.角动
4、量式角动量式7.振动陀螺式振动陀螺式8.科里奥利力式科里奥利力式9.干脆式质量流量计干脆式质量流量计10.推导式质量流量计推导式质量流量计热式质量流量计示意图 流量计分类 第第2 2节节 流速法测量流量流速法测量流量 qv=vmA均速管均速管均速管流量计的测均速管流量计的测量元件量元件均速管均速管（国外称（国外称Annubar，直译阿牛巴），直译阿牛巴），是基于早期皮托管是基于早期皮托管测速原理发展起来测速原理发展起来的，是的，是60年头后期年头后期开发的一种新型差开发的一种新型差压流量测量元件。压流量测量元件。均速管流量传感器的测量原理均速管流量传感器的测量原理均速管流量传感器，由其结构示意
5、图所知，它是一根沿直径插均速管流量传感器，由其结构示意图所知，它是一根沿直径插入管道中的中空金属杆，在迎向流体流淌方向有成对的测压孔，入管道中的中空金属杆，在迎向流体流淌方向有成对的测压孔，一般说来是两对，但也有一对或多对的，其外形似笛。迎流面一般说来是两对，但也有一对或多对的，其外形似笛。迎流面的多点测压孔测量的是总压，与全压管相连通，引出平均全压的多点测压孔测量的是总压，与全压管相连通，引出平均全压p1，背流面的中心处一般开有一只孔，与静压管相通，引出静，背流面的中心处一般开有一只孔，与静压管相通，引出静压压p2。均速管是利用测量流体的全压与静压之差来测量流速的。均速管是利用测量流体的全压
6、与静压之差来测量流速的。n特点特点n与孔板等标准节流装置比较，均速管有以下特点：结构简洁，易与孔板等标准节流装置比较，均速管有以下特点：结构简洁，易于加工，价格低廉；不行复原的阻力损失小，大体只相当于标准节于加工，价格低廉；不行复原的阻力损失小，大体只相当于标准节流装置的百分之几；安装工作量小，费用低，维护量小；性能稳定，流装置的百分之几；安装工作量小，费用低，维护量小；性能稳定，不致因像孔板边缘变形、磨损、正负压室间渗漏及杂质积累等缘由不致因像孔板边缘变形、磨损、正负压室间渗漏及杂质积累等缘由导致长期运用精度降低；由于有多个检测孔的均压作用，因而降低导致长期运用精度降低；由于有多个检测孔的均
7、压作用，因而降低了对直管段的要求。随管径增大，均速管的上述优势更加明显。了对直管段的要求。随管径增大，均速管的上述优势更加明显。第第3 3节节 差压式流量计差压式流量计一一.测量原理与流量方程测量原理与流量方程1.测量原理测量原理假定：水平管道，稳定流淌，与外界无能量交换，流体温度无变更，假定：水平管道，稳定流淌，与外界无能量交换，流体温度无变更，忽视粘性阻力，则对管道随意两个截面有：忽视粘性阻力，则对管道随意两个截面有：能量方程：能量方程：连续性方程：连续性方程：对于不行压缩流体：对于不行压缩流体：对于可压缩流体：对于可压缩流体：2.流量方程流量方程孔板式流量计孔板式流量计：式中：式中：流量
8、系数流量系数 压缩性修正系数性修正系数 流体工作状流体工作状态下的密度下的密度 pp节节流元件前后流体差流元件前后流体差压压 d d节节流元件孔径流元件孔径3.流量方程中参数的确定流量方程中参数的确定的确定的确定=f(f(节流元件形式，取压方式，节流元件形式，取压方式，d/D,Re,d/D,Re,管壁粗糙度）管壁粗糙度）原始流量系数原始流量系数0式中：式中：K1粘度修正系数粘度修正系数K2管壁粗糙度修正系数管壁粗糙度修正系数K3孔板磨损修正系数孔板磨损修正系数取压装置取压装置角接取压：角接取压：11法兰取压：法兰取压：22D和和D/2取压：取压：33理论取压：理论取压：44管接取压：管接取压：
9、55二二.节流装置节流装置节流装置节流装置节流元件节流元件取压装置取压装置上下游阻力件上下游阻力件直管段直管段标准标准非标准非标准孔板孔板喷嘴喷嘴文丘里管文丘里管文丘里喷嘴文丘里喷嘴双重孔板双重孔板园喷嘴园喷嘴园缺孔板园缺孔板角接取压角接取压法兰取压法兰取压径距取压径距取压理论取压理论取压管接取压管接取压注：注：1.标准节流元件严格按标准要求制造运用，不需标定；标准节流元件严格按标准要求制造运用，不需标定；2.非标准节流元件必需经过标定方能运用；非标准节流元件必需经过标定方能运用；3.标准取压装置：标准取压装置：角接取压角接取压法兰取压法兰取压三三.差压计差压计差压计：差压式流量计的信号检出部
10、分差压计：差压式流量计的信号检出部分差压计型式：水纹管式，膜片式，电容式等差压计型式：水纹管式，膜片式，电容式等四四.差压式流量计测量结果的修正差压式流量计测量结果的修正式中：式中：q qv v,q,qv v流量计流量指示值和修正值流量计流量指示值和修正值 T,TT,T节流元件设计和工作状态时的温度节流元件设计和工作状态时的温度 d,d d,d节流元件设计和工作状态时的孔径节流元件设计和工作状态时的孔径 l l 节节流元件流元件线胀线胀系数系数流量方程是差压式流量计流量标尺刻度的基本依据，其中流量方程是差压式流量计流量标尺刻度的基本依据，其中除了差压除了差压p须要干脆测量外，其余参数须要干脆测
11、量外，其余参数、d均属均属设计参数，按设计标准选取。当流体成分、状态（温度压设计参数，按设计标准选取。当流体成分、状态（温度压力）偏离流量计的设计条件时，需对测量结果进行修正。力）偏离流量计的设计条件时，需对测量结果进行修正。1.孔径孔径d因温度变更的修正因温度变更的修正2.变更的修正变更的修正3.综合修正系数综合修正系数第第4 4节节 转子流量计转子流量计一一.工作原理工作原理 转子流量计利用流体节流作用测量流体的体积流量。结构：锥管，浮子转子流量计利用流体节流作用测量流体的体积流量。结构：锥管，浮子二二.流量方程（转子受力分析）流量方程（转子受力分析）转子形态转子形态对流量系数的影响对流量
12、系数的影响转子流量计的特点转子流量计的特点结构简洁，直观；结构简洁，直观；运用维护便利；运用维护便利；压力损失小。压力损失小。对流量系数的影响对流量系数的影响涡轮番量计（以下简称涡轮番量计（以下简称TUF）是叶轮式流量（流速）计的主要品种，叶轮式流量）是叶轮式流量（流速）计的主要品种，叶轮式流量计还有风速计、水表等。计还有风速计、水表等。在各种流量计中在各种流量计中TUF、容积式流量计和科氏质量流量计是三类重复性、精确度、容积式流量计和科氏质量流量计是三类重复性、精确度最佳的产品，而最佳的产品，而TUF又具有自己的特点，如结构简洁、加工零部件少、重量轻、修又具有自己的特点，如结构简洁、加工零部
13、件少、重量轻、修理便利、流通实力大（同样口径可通过的流量大）和可适应高参数（高温、高压和理便利、流通实力大（同样口径可通过的流量大）和可适应高参数（高温、高压和低温）等。至今，这类流量计产品可达技术参数：口径低温）等。至今，这类流量计产品可达技术参数：口径4-750mm，压力达，压力达250MPa，温度为，温度为-240-700，像这样的技术参数其他两类流量计则是难以达到的。，像这样的技术参数其他两类流量计则是难以达到的。TUF广泛应用于以下一些测量对象：石油、有机液体、无机液、液化气、自然气、广泛应用于以下一些测量对象：石油、有机液体、无机液、液化气、自然气、煤气和低温流体等。在国外液化石油
14、气、成品油和轻质原油等的转运及集输站，大煤气和低温流体等。在国外液化石油气、成品油和轻质原油等的转运及集输站，大型原油输送管线的首末站都大量接受它进行贸易结算。在欧洲和美国型原油输送管线的首末站都大量接受它进行贸易结算。在欧洲和美国TUF是仅次于是仅次于孔板流量计的自然气计量仪表，仅荷兰在自然气管线上就接受了孔板流量计的自然气计量仪表，仅荷兰在自然气管线上就接受了2600多台各种尺寸，多台各种尺寸，压力从压力从0.8MPa到到6.5MPa的气体的气体TUF，他们已成为优良的自然气流量计。，他们已成为优良的自然气流量计。第第5 5节节 涡轮番量计涡轮番量计一一.构造与原理构造与原理二二.构造：构
15、造：导流器、涡轮、壳体、转速传感器、二次仪导流器、涡轮、壳体、转速传感器、二次仪表。表。三三.原理：原理：动量矩守恒原理动量矩守恒原理四四.当被测流体流过传感器时，在流体作用下，当被测流体流过传感器时，在流体作用下，叶轮受力旋转，其转速与管道平均流速成正比，叶轮叶轮受力旋转，其转速与管道平均流速成正比，叶轮的转动周期地变更磁电转换器的磁阻值。检测线圈中的转动周期地变更磁电转换器的磁阻值。检测线圈中磁通随之发生周期性变更，产生周期性的感应电势，磁通随之发生周期性变更，产生周期性的感应电势，即电脉冲信号，经放大器放大后，送至显示仪表显示。即电脉冲信号，经放大器放大后，送至显示仪表显示。式中：式中：
16、z涡轮叶片数涡轮叶片数n涡轮转速涡轮转速K仪表常数（流量系数）仪表常数（流量系数）流量方程流量方程脉冲信号调理矩形波门电路信号脉冲频率转速流量K与流量（或管道雷与流量（或管道雷诺数）的关系曲线如图诺数）的关系曲线如图所示。可见，仪表常数所示。可见，仪表常数可分为二段，即线性段可分为二段，即线性段和非线性段。线性段约和非线性段。线性段约为工作段的三分之二，为工作段的三分之二，其特性与传感器结构尺其特性与传感器结构尺寸及流体粘性有关。在寸及流体粘性有关。在非线性段，特性受轴承非线性段，特性受轴承摩擦力，流体粘性阻力摩擦力，流体粘性阻力影响较大。当流量低于影响较大。当流量低于传感器流量下限时，仪传感
17、器流量下限时，仪表系数随着流量快速变表系数随着流量快速变更。压力损失与流量近更。压力损失与流量近似为平方关系。当流量似为平方关系。当流量超过流量上限时要留意超过流量上限时要留意防止空穴现象。防止空穴现象。二二.涡轮番量计特性涡轮番量计特性线性特性线性特性仪表常数仪表常数K在流量测量范围内的变更特性。在流量测量范围内的变更特性。压力损失特性压力损失特性流量增加，流体粘性增加，均导致压力损失增加。流量增加，流体粘性增加，均导致压力损失增加。三三.流体物性对流量计特性的影响流体物性对流量计特性的影响K与流体物性和流量计结构有关。流体工作状态偏离标定条件时，会有测量与流体物性和流量计结构有关。流体工作
18、状态偏离标定条件时，会有测量误差。误差。流体粘度的影响流体粘度的影响K与流体粘度亲密相关。粘度与流体粘度亲密相关。粘度，流量计线性测量范围，流量计线性测量范围。标定条件：常温下的水，运动粘度标定条件：常温下的水，运动粘度=110-6m2/s。测量运动粘度测量运动粘度=110-6m2/s的液体时，不需标定；的液体时，不需标定；测量运动粘度测量运动粘度=11510-6m2/s的液体时，满足工业测量要求；的液体时，满足工业测量要求；测量运动粘度测量运动粘度=1510-6m2/s的液体时，必需标定。的液体时，必需标定。2.2.流体密度的影响流体密度的影响 密度密度，涡轮驱动力矩，涡轮驱动力矩，流量计指
19、示值，流量计指示值。测量回路中须要安装密度补偿器，或温度压力补偿器。测量回路中须要安装密度补偿器，或温度压力补偿器。3.3.流体温度和压力的影响流体温度和压力的影响 当当T,pT,p与标定条件相差较大时，流量计结构尺寸、内部流体体积亦会变更。与标定条件相差较大时，流量计结构尺寸、内部流体体积亦会变更。压力变更引起涡轮番量计结构尺寸变更的修正系数压力变更引起涡轮番量计结构尺寸变更的修正系数式中：式中：泊松比泊松比E壳体材料壳体材料弹弹性模量性模量SS叶轮截面积，叶轮截面积，hh壳体厚度壳体厚度温度变更引起涡轮番量计结构尺寸变更的修正系数温度变更引起涡轮番量计结构尺寸变更的修正系数1，2壳体、叶轮
20、材料的热膨胀系数壳体、叶轮材料的热膨胀系数T-涡轮变涡轮变送器工作温度与送器工作温度与标标定温度之差定温度之差压力变更引起内部流体体积变更的修正系数压力变更引起内部流体体积变更的修正系数p p0 0,p-,p-流量计标定压力，工作压力流量计标定压力，工作压力Z Z0 0,Z-,Z-被测流体在标定压力，工作压力被测流体在标定压力，工作压力 下的压缩性系数。下的压缩性系数。温度变更引起内部流体体积变更的修正系数温度变更引起内部流体体积变更的修正系数被测流体的热膨胀系数被测流体的热膨胀系数4.4.流淌状态的影响流淌状态的影响 涡轮番量计对进口的流体流淌状态特别敏感，为减小测量误差，涡轮番量计对进口的
21、流体流淌状态特别敏感，为减小测量误差，安装导流器；安装导流器；流量计前后布置确定长度的直管段。流量计前后布置确定长度的直管段。第第6 6节节 冲量式固体粉粒流量计冲量式固体粉粒流量计用途：固体粉粒物料的流量测量与限制用途：固体粉粒物料的流量测量与限制一一.冲量式流量计的工作原理冲量式流量计的工作原理结构：检测器，流量显示、调整装置。结构：检测器，流量显示、调整装置。冲量式流量计是一种用于测量自由落下的粉冲量式流量计是一种用于测量自由落下的粉粒状介质的固体流量计。它利用被测介质在检测粒状介质的固体流量计。它利用被测介质在检测板上的冲击力，通过转换和放大输出与瞬时质量板上的冲击力，通过转换和放大输
22、出与瞬时质量流量成比例的标准电信号或气信号，它可与种种流量成比例的标准电信号或气信号，它可与种种显示仪表、调整仪表配套运用，以实现固体流量显示仪表、调整仪表配套运用，以实现固体流量的指示、积算、记录和限制报警等。的指示、积算、记录和限制报警等。随着工业生产日趋困难和生产过程自动化水平的不断提高，固体流量测量随着工业生产日趋困难和生产过程自动化水平的不断提高，固体流量测量显得越来越重要。固体流量仪表种类很多，如电容式流量计、电导率式流量计、显得越来越重要。固体流量仪表种类很多，如电容式流量计、电导率式流量计、冲量式流量计及皮带秤等等。冲量式流量计及皮带秤等等。假定：某一时间微元假定：某一时间微元
23、内，质量为内，质量为m的固的固体粉粒从体粉粒从h高度落到倾角为高度落到倾角为的检测板上。依据的检测板上。依据动量定理，检测板对粉粒的作用力为：动量定理，检测板对粉粒的作用力为：冲量式质量流量计的应用：冲量式质量流量计的应用：第第7 7节节 光纤流量计光纤流量计Y Y型光导：光纤位移传感器。依据输入输出光强的相对变更测量膜片的位移。光型光导：光纤位移传感器。依据输入输出光强的相对变更测量膜片的位移。光源发出的光经光纤照射到膜片，再反射到另一光纤。膜片距光纤越近，反射的光源发出的光经光纤照射到膜片，再反射到另一光纤。膜片距光纤越近，反射的光强越大。输入输出光强的相对变更反映了膜片的位移变更。强越大
24、。输入输出光强的相对变更反映了膜片的位移变更。膜片材料膜片材料:钢钢,铜。厚度：铜。厚度：一一.光纤差压式流量计光纤差压式流量计 节流元件前后安装节流元件前后安装2 2个个Y Y型光导，膜型光导，膜片下腔与管道相通，上腔与大气片下腔与管道相通，上腔与大气相同，膜片位移与管道压力与大相同，膜片位移与管道压力与大气压差成正比。经过标定可测节气压差成正比。经过标定可测节流元件前后的差压流元件前后的差压p p。膜片内侧镀铜或银，以增加反射膜片内侧镀铜或银，以增加反射二二.光纤膜片式流量计光纤膜片式流量计组成组成：膜片，光源，光导，光电元件。：膜片，光源，光导，光电元件。膜片在管道中将来流迟滞，感受流体
25、动压，产生位移，此膜片在管道中将来流迟滞，感受流体动压，产生位移，此位移位移与与动压动压成成正比正比。三三.光纤卡门（光纤卡门（Kamen）涡街流量计）涡街流量计卡门涡街卡门涡街卡门发觉：在流体中插入一个圆杆状阻拦物，当雷诺数卡门发觉：在流体中插入一个圆杆状阻拦物，当雷诺数Re5000时，圆时，圆杆的下游会出现两列相互交替的内旋漩涡，漩涡的移动速度几乎与流体杆的下游会出现两列相互交替的内旋漩涡，漩涡的移动速度几乎与流体的流速相同。形成一条街道形态，故称：卡门涡街。的流速相同。形成一条街道形态，故称：卡门涡街。由于由于d,Sr都是常数，测出都是常数，测出f,即可算即可算出流速出流速v。2.2.光
26、纤卡门涡街流量计光纤卡门涡街流量计在圆柱形两侧安装膜片和在圆柱形两侧安装膜片和Y Y形光导，当卡门涡街中的漩涡按左右交形光导，当卡门涡街中的漩涡按左右交替的规则从圆柱形表面剥离时，左右两侧的压力差也随之交替变更，替的规则从圆柱形表面剥离时，左右两侧的压力差也随之交替变更，光纤卡门涡街流量计用光纤卡门涡街流量计用2 2个个Y Y形光导感受这一压差变更，输出其频率。形光导感受这一压差变更，输出其频率。再换算得流速或流量。再换算得流速或流量。第第8 8节节 超声波流量计超声波流量计一一.测量原理测量原理超声波在流体中的传播速度与流体的流速有关。超声波在流体中的传播速度与流体的流速有关。设：设：F:超
27、声波放射器超声波放射器J:超声波放射器超声波放射器c:声速声速v:流速流速超声波在管道壁面间的传播超声波在管道壁面间的传播实线：实线：v=0虚线虚线c：v0因为因为cv,所以所以实线与虚线特别接近，实线与虚线特别接近，=超声波传播速度：超声波传播速度：二二.时差法超声波流量计时差法超声波流量计安装在管道两侧的换能器交替放射、接受超声波。超声波的传播时安装在管道两侧的换能器交替放射、接受超声波。超声波的传播时间为：间为：时差法可以通过下式转换为相差法：时差法可以通过下式转换为相差法：由于上面公式中含有声速由于上面公式中含有声速c，而声速与流，而声速与流体的种类、温度、压力有关，因此需进行声体的种
28、类、温度、压力有关，因此需进行声速修正。对海水有：速修正。对海水有：式中：式中：cc水中声速，水中声速，m/sm/s T T水温，水温，0 0C C S S含盐量，含盐量，H H水深，水深，m m时差法超声波流量计测量系统时差法超声波流量计测量系统构成：如图构成：如图工作：工作：主控振荡器以确定的频率限主控振荡器以确定的频率限制切换器，使安装在管道两侧的制切换器，使安装在管道两侧的换能器能以相应的频率交替放射换能器能以相应的频率交替放射和接受超声波，输出门得到超声和接受超声波，输出门得到超声波放射和接受的信号后，以方波波放射和接受的信号后，以方波的形式输出超声波放射和接受的的形式输出超声波放射
29、和接受的时间间隔，方波的宽时间间隔，方波的宽度与相应的传播时间成正比。在输出门信号的限制下，锯齿波电压发生器产生度与相应的传播时间成正比。在输出门信号的限制下，锯齿波电压发生器产生相应的锯齿波电压，其电压峰值与输出门方波宽度成正比。由于顺流和逆流时相应的锯齿波电压，其电压峰值与输出门方波宽度成正比。由于顺流和逆流时的传播时间不等，输出门输出的方波宽度不同，锯齿波电压峰值也不相等，顺的传播时间不等，输出门输出的方波宽度不同，锯齿波电压峰值也不相等，顺流时小，逆流时大，峰值检波器将这两种电压峰值检出后，送至差分放大器中流时小，逆流时大，峰值检波器将这两种电压峰值检出后，送至差分放大器中比较放大，最终输出与顺流和逆流传播时间成正比的信号，经过标定，得到流比较放大，最终输出与顺流和逆流传播时间成正比的信号，经过标定，得到流量。量。三三.超声波流量计特点：超声波流量计特点：1.非接触测量非接触测量2.外夹安装时不需断流停产，可用于巡检。外夹安装时不需断流停产，可用于巡检。1.容积法容积法第第9 9节节 内燃机燃油消耗量测量内燃机燃油消耗量测量适用于汽油机适用于汽油机2.质量法质量法第第9 9节节 内燃机燃油消耗量测量内燃机燃油消耗量测量适用于柴油机适用于柴油机