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流量检测的主要方法和分类流量检测的主要方法和分类

节流式流量计节流式流量计

转子流量计转子流量计

涡轮流量计涡轮流量计

电磁流量计电磁流量计

漩涡流量计漩涡流量计

第 3 章 流量检测实训

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———— 几个概念 几个概念

流量通常是指单位时间内流经管道某截面流量通常是指单位时间内流经管道某截面

的流体的数量，也就是所谓的的流体的数量，也就是所谓的瞬时流量瞬时流量；；

在某一段时间内流过流体的总和，称为在某一段时间内流过流体的总和，称为总总

量量或或累积流量累积流量。。

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表示方式

以体积表示的瞬时流量用 以体积表示的瞬时流量用 qqv v 表示，单位为 表示，单位为 mm33/s /s

以体积表示的累积流量用 以体积表示的累积流量用 QQv v 表示，单位为 表示，单位为 mm33

v Aq vdA vA 0

t

v vQ q dt质量流量质量流量 以质量表示的瞬时流量用 以质量表示的瞬时流量用 qqm m 表示，单位为 表示，单位为 kg/skg/s

以质量表示的累积流量用 以质量表示的累积流量用 QQm m 表示，单位为 表示，单位为 kg kg

m vq qm vQ Q

体积流量体积流量

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标态下的体积流量标态下的体积流量

由于气体是可压缩的，流体的体积会受工况的影响，为了由于气体是可压缩的，流体的体积会受工况的影响，为了

便于比较，工程上通常把工作状态下测得的体积流量换算成标便于比较，工程上通常把工作状态下测得的体积流量换算成标

准状态（温度为准状态（温度为 2020℃℃ ，压力为一个标准大气压）下的体积流，压力为一个标准大气压）下的体积流

量。量。

标准状态下的体积流量用标准状态下的体积流量用 qqvnvn 表示，单位为表示，单位为 NmNm33/s/s 。。

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3.1 3.1 流量检测的主要方法和分类流量检测的主要方法和分类

流量检测方法有很多，就测量原理而言，流量检测方法有很多，就测量原理而言，可以分为可以分为直接测量法直接测量法和和间接测量法间接测量法两类。两类。 直接测量法直接测量法可以直接测量出管道中的体可以直接测量出管道中的体积流量或质量流量积流量或质量流量 间接测量法间接测量法则是通过测量出流体的则是通过测量出流体的 (( 平平均均 )) 流速，结合管道的截面积、流体的密度流速，结合管道的截面积、流体的密度及工作状态等参数计算得出。 及工作状态等参数计算得出。

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3.2 3.2 节 流 式 流 量节 流 式 流 量计计 节流式流量计节流式流量计也称为也称为差压式流量计差压式流量计，它是目前，它是目前工业生产过程中流量测量最成熟、最常用的方法工业生产过程中流量测量最成熟、最常用的方法之一。之一。 如果在管道中安置一个固定的阻力件，它的中如果在管道中安置一个固定的阻力件，它的中间开一个比管道截面小的孔，当流体流过该阻力间开一个比管道截面小的孔，当流体流过该阻力件时，由于流体流束的收缩而使流速加快、静压件时，由于流体流束的收缩而使流速加快、静压力降低，其结果是在阻力件前后产生一个较大的力降低，其结果是在阻力件前后产生一个较大的压差。压差。 压差压差的大小与流体的大小与流体流速流速的大小有关，的大小有关，流速流速愈愈大，大，差压差压也愈大，也愈大，因此只要测出差压就可以推算因此只要测出差压就可以推算出流速，进而可以计算出流体的流量。出流速，进而可以计算出流体的流量。

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(a) 标准孔板 (b) 喷嘴 (c) 文丘里管

把流体流过阻力件使流束收缩造成压力变化的过程把流体流过阻力件使流束收缩造成压力变化的过程称称节流过程节流过程，其中的阻力件称为，其中的阻力件称为节流件节流件。。作为流量检测用的节流件有作为流量检测用的节流件有标准标准的和的和特殊特殊的两种。的两种。

标准节流件包括标准节流件包括标准孔板标准孔板、、标准喷嘴标准喷嘴和和标准文丘里标准文丘里管管。。

相比而言，标准孔板制作最简单，相比而言，标准孔板制作最简单，

使用也最广泛，以下只介绍标准孔板使用也最广泛，以下只介绍标准孔板 ..

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1v 3v2v

1 2 3

———— 节流原理节流原理

流动流体的能量有两种形式：流动流体的能量有两种形式：静压能静压能和和动能动能。流体由于有压力而具有。流体由于有压力而具有

静压能，又由于有流动速度而具有动能，这两种形式的能量在一定条静压能，又由于有流动速度而具有动能，这两种形式的能量在一定条

件下是可以相互转化的。件下是可以相互转化的。

流速1v 2v

3v

静压1p

2p3p

p

maxp

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———— 流量方程流量方程 1v 3v2v

1 2 3

流速1v 2v

3v

静压

1p2p

3pp

maxp

根据流体力学中的伯努利方程，可根据流体力学中的伯努利方程，可以推导得出以推导得出节流式流量计的流量方节流式流量计的流量方程程，也就是，也就是差压和流量之间的定量差压和流量之间的定量关系式：关系式：

0

0

2

2

v

m

q A p

q A p

αα 为流量系数 为流量系数 εε 为可膨胀性系数为可膨胀性系数

AA00 为节流件的开孔面积 为节流件的开孔面积 ρρ 为节流装置前的流体密度为节流装置前的流体密度

ΔPΔP 节流装置前后实际测得的压差节流装置前后实际测得的压差

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———— 节流式流量计的使用特点和要求节流式流量计的使用特点和要求

标准孔板应用广泛，它具有结构简单、安装方便的特标准孔板应用广泛，它具有结构简单、安装方便的特点，点，适用于大流量的测量适用于大流量的测量。。

孔板测量的压损大孔板测量的压损大，当不允许有较大的管道压损时，，当不允许有较大的管道压损时，便不宜采用。在一般场合下，仍采用孔板为多。便不宜采用。在一般场合下，仍采用孔板为多。

标准喷嘴和标准文丘里管的压力损失较孔板为小，但标准喷嘴和标准文丘里管的压力损失较孔板为小，但结构比较复杂，不易加工。结构比较复杂，不易加工。

标准节流装置仅适用于测量标准节流装置仅适用于测量管道直径大于管道直径大于 50mm50mm ，，雷雷诺数在诺数在 101044 ～～ 101055 以上以上的流体的流体；；

流体应当清洁流体应当清洁，充满全部管道，不发生相变，充满全部管道，不发生相变；；

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———— 节流式流量计的安装节流式流量计的安装 原理总结：原理总结：

节流装置 引压管 差压变送器 显示仪表 / 控制器oIp

vq p

流体在管道中流体在管道中正常流动（正常流动（ vv 、、pp ））

节流件使流体收束，流速节流件使流体收束，流速增大，压力降低增大，压力降低

节 流 件 前 后节 流 件 前 后出 现 “ 压出 现 “ 压差”差”

““ 压压差”与流差”与流量有关量有关

再采用差压变送器，将差压信号转换为统再采用差压变送器，将差压信号转换为统一的标准信号，便于显示及控制 一的标准信号，便于显示及控制

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3.3 3.3 转子流量计 转子流量计 在工业生产中经常遇到小流量的测量，因其流体的流速低，在工业生产中经常遇到小流量的测量，因其流体的流速低，这就要求测量仪表有较高的灵敏度，才能保证一定的精度。这就要求测量仪表有较高的灵敏度，才能保证一定的精度。转子流量计特别适宜于测量管径转子流量计特别适宜于测量管径 50mm50mm 以下管道的流量，测以下管道的流量，测量的流量可小到每小时几升。 量的流量可小到每小时几升。

h

转子流量计主要由两个部分组成转子流量计主要由两个部分组成：：

一是由下往上逐渐扩大的一是由下往上逐渐扩大的锥形管锥形管（通常用透明玻璃制成）（通常用透明玻璃制成）

二是放在锥形管内可自由运动的二是放在锥形管内可自由运动的转转子子。。

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测量原理测量原理：：被测被测流体由流体由锥形管锥形管下端进入下端进入，，流经流经转子与锥形管之间的转子与锥形管之间的环隙环隙，，再再从上端流出从上端流出。。当流体流过的时候，位于锥形管中的转子受到向上的一个力，当流体流过的时候，位于锥形管中的转子受到向上的一个力，使其浮起。当这个力正好等于转子重量减去流体对转子的浮使其浮起。当这个力正好等于转子重量减去流体对转子的浮力，此时转子就停浮在一定的高度上。力，此时转子就停浮在一定的高度上。若流体流量突然由小变大时，作用在转子上的向上的力就加若流体流量突然由小变大时，作用在转子上的向上的力就加大，转子上升，环隙增大，即流通面积增大。随着环隙的增大，转子上升，环隙增大，即流通面积增大。随着环隙的增大，使流体流速变慢，流体作用在转子上的向上力也就变小。大，使流体流速变慢，流体作用在转子上的向上力也就变小。这样，转子在一个新的高度上重新平衡。这样，转子在锥形这样，转子在一个新的高度上重新平衡。这样，转子在锥形管中平衡位置的高低管中平衡位置的高低 hh 与被测介质的流量大小相对应。与被测介质的流量大小相对应。

孔板流量计孔板流量计：：节流面积不变节流面积不变 流量变化流量变化 压差发生变化压差发生变化

转子流量计转子流量计：：压差不变压差不变 流量变化流量变化 节流面积发生变化节流面积发生变化

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———— 转子流量计的转子流量计的特点特点

①① 转子流量计主要适合于检测转子流量计主要适合于检测中小管径、较低雷诺数中小管径、较低雷诺数的的中小流量；中小流量；

② ② 流量计流量计结构简单结构简单，使用方便，工作可靠，仪表前直管，使用方便，工作可靠，仪表前直管段长度要求不高；段长度要求不高；

③ ③ 流量计的基本误差约为仪表量程的流量计的基本误差约为仪表量程的土土 22 ％，量程比可％，量程比可达达 1010 ：： 11

④ ④ 流量计的测量精度易受被测介质密度、粘度、温度、流量计的测量精度易受被测介质密度、粘度、温度、压力、纯净度、安装质量等的影响。压力、纯净度、安装质量等的影响。

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3.4 3.4 涡轮流量计 涡轮流量计

基本工作原理 基本工作原理

流体冲击涡轮叶片，使涡轮旋转，涡流体冲击涡轮叶片，使涡轮旋转，涡轮的轮的旋转速度旋转速度随随流量流量 的变化而变化，的变化而变化，通过涡轮外的通过涡轮外的 磁电转换装置磁电转换装置 可将涡轮可将涡轮的的旋转旋转转换成转换成电脉冲电脉冲

S

N

流量方程 流量方程 vq

ω

qv

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3.53.5 电磁流量计 电磁流量计

基本工作原理 基本工作原理 导体切割磁力线，会产生电动势 导体切割磁力线，会产生电动势

适用场合 适用场合 可以可以检测具有一定电导率的酸、碱、盐溶液，检测具有一定电导率的酸、碱、盐溶液，腐蚀性液体以及含有固体颗粒的的液体测量腐蚀性液体以及含有固体颗粒的的液体测量，，但不能检测气体、蒸汽和非导电液体的流量但不能检测气体、蒸汽和非导电液体的流量。 。

流量公式 流量公式 当导电的流体在磁场中以垂直方向流动而切割磁当导电的流体在磁场中以垂直方向流动而切割磁力线时，就会在管道两边的电极上产生感应电势，力线时，就会在管道两边的电极上产生感应电势，感应电势的大小与磁场的强度、流体的速度和流感应电势的大小与磁场的强度、流体的速度和流体垂直切割磁力线的有效长度成正比： 体垂直切割磁力线的有效长度成正比：

xE KBDv2

4v

Dq v

4v x

Dq E

BK

式中：式中： EExx 为感应电势；为感应电势； KK为比例系数；为比例系数； BB 为磁场强度；为磁场强度； DD 为管道直径；为管道直径； vv 为垂直于磁力线的流体流动为垂直于磁力线的流体流动

速度。 速度。 在管道直径在管道直径 DD 已经确定，磁场强度已经确定，磁场强度 BB 维持不变时，流体的维持不变时，流体的体积流量体积流量与与磁感应电势磁感应电势成线性关系。利用上成线性关系。利用上述原理制成的流量检测仪表称为电磁流量计。 述原理制成的流量检测仪表称为电磁流量计。

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———— 电磁流量计的电磁流量计的特点特点

测量导管内无可动或突出于管道内部的部件，因而测量导管内无可动或突出于管道内部的部件，因而压力损失极小压力损失极小；；

只要是只要是导电的导电的，被测流体可以是含有颗粒、悬浮物等，也可以是酸、，被测流体可以是含有颗粒、悬浮物等，也可以是酸、碱、盐等腐蚀性物质；碱、盐等腐蚀性物质；

流量计的输出电流与体积流量成流量计的输出电流与体积流量成线性关系线性关系，并且不受液体的温度、压，并且不受液体的温度、压力、密度、粘度等参数的影响；力、密度、粘度等参数的影响；

电磁流量计的电磁流量计的量程比量程比一般为一般为 10:110:1 ，精度较高的量程比可达，精度较高的量程比可达 100:1100:1 ；测；测量量口径范围大口径范围大，可以从，可以从 lmmlmm 到到 2m2m 以上，特别适用于以上，特别适用于 lmlm 以上口径的以上口径的水流量测量；水流量测量；测量精度一般测量精度一般优于优于 0.50.5 级级；；

电磁流量计反应迅速，电磁流量计反应迅速，可以测量脉动流量可以测量脉动流量；；

主要缺点：主要缺点：

被测流体必须是导电的，不能小于水的电导率被测流体必须是导电的，不能小于水的电导率

不能测量气体、蒸汽和石油制品等的流量不能测量气体、蒸汽和石油制品等的流量

由于衬里材料的限制，一般使用温度为由于衬里材料的限制，一般使用温度为 00 ～～ 200℃200℃ ；；

因电极嵌装在测量导管上的，使工作压力限制因电极嵌装在测量导管上的，使工作压力限制 ((一般≤一般≤ 0.25MPa0.25MPa））

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———— 电磁流量计的电磁流量计的安装安装

可以水平安装，也可以垂直安装，但要求液体充满管道；可以水平安装，也可以垂直安装，但要求液体充满管道；

直管段要求：前直管段要求：前 10D10D ，后，后 5D5D 以上；以上；

远离磁场；远离磁场；

变送器前后管道有时带有较大的杂散电流，一般要把变送器前后变送器前后管道有时带有较大的杂散电流，一般要把变送器前后 11 ～～ 1.5m1.5m 出和变出和变送器外壳连接在一起，共同接地。送器外壳连接在一起，共同接地。

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3.6 3.6 漩涡流量计 漩涡流量计

基本工作原理 基本工作原理 把一个漩涡发生体（非流线型对称物体）垂直插在管道中，当流体绕把一个漩涡发生体（非流线型对称物体）垂直插在管道中，当流体绕过漩涡发生体时会在其左右两侧后方交替产生旋转方向相反的漩涡，过漩涡发生体时会在其左右两侧后方交替产生旋转方向相反的漩涡，形成涡列，该漩涡列就称为形成涡列，该漩涡列就称为卡门涡街卡门涡街

只有当两列漩涡的间距只有当两列漩涡的间距 hh与同列中相邻漩涡的间距与同列中相邻漩涡的间距 ll满足为满足为 hh／／ ll＝＝0.2810.281 条件时，卡门涡列才是稳定的。且单列漩涡产生的频率条件时，卡门涡列才是稳定的。且单列漩涡产生的频率 ff 与流与流体流速体流速 vv 成正比，与柱体的特征尺寸成正比，与柱体的特征尺寸 dd （漩涡发生体的迎面最大宽（漩涡发生体的迎面最大宽度）成反比，即：度）成反比，即：

流量方程 流量方程

d

vStf

StSt 称为称为斯特劳哈尔数斯特劳哈尔数（无因（无因次数），次数）， StSt主要与漩涡发生主要与漩涡发生体的形状和雷诺数有关。在体的形状和雷诺数有关。在雷诺数为雷诺数为 50005000 ～～ 150000150000的范围内，的范围内， StSt基本上为一常基本上为一常数。数。 漩涡频率的检测方法：热敏检测法、电容

检测法、压力检测法、超声检测法等

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特点和要求 特点和要求

涡街流量计输出信号（频率）不受流体物性和组分变化的影响，在涡街流量计输出信号（频率）不受流体物性和组分变化的影响，在一定的雷诺数范围内，几乎不受流体的温度、压力、密度、粘度等一定的雷诺数范围内，几乎不受流体的温度、压力、密度、粘度等变化的影响，故用水或空气标定的漩涡流量计可用于其他液体和气变化的影响，故用水或空气标定的漩涡流量计可用于其他液体和气体的流量测量而不需标定；体的流量测量而不需标定；

管道内无可动部件，使用寿命长，压力损失小；测量精度高（约为管道内无可动部件，使用寿命长，压力损失小；测量精度高（约为士士 0.50.5％～％～ 11％），量程比％），量程比 20:120:1 ；；

尤其适用于大口径管道的流量测量。但是流量计安装时要求有足够尤其适用于大口径管道的流量测量。但是流量计安装时要求有足够的直管段长度，上游和下游的直管段分别要求不少于的直管段长度，上游和下游的直管段分别要求不少于 2OD2OD 和和 5D5D ，，漩涡发生体的轴线应与管路轴线垂直。漩涡发生体的轴线应与管路轴线垂直。