3.1概述3.2渦輪流量計(jì)3.3電磁流量計(jì)

3.4超聲波流量計(jì)

3.5其它流量計(jì)第3章流量測(cè)量3.1概述1.流量的定義

流量是單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)過(guò)流通道某一截面的流體數(shù)量（體積或者質(zhì)量），亦稱為瞬時(shí)流量，簡(jiǎn)稱為流量。質(zhì)量流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過(guò)過(guò)流通道某一截面的流體質(zhì)量，用QM表示，單位kg/s。

體積流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過(guò)過(guò)流通道某一截面的流體體積,用Qv表示，常用無(wú)角標(biāo)Q表示，單位m3/s。

質(zhì)量流量與體積流量的關(guān)系為2.流量的測(cè)量方法及流量計(jì)分類

測(cè)量方法：依據(jù)流體運(yùn)動(dòng)參數(shù)（如流速、動(dòng)量）所造成的物理效應(yīng)。

流量計(jì)分類：容積法、速度法、質(zhì)量法。

（1）容積法：通過(guò)測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)過(guò)流量?jī)x表排出流體固定容積的數(shù)目來(lái)實(shí)現(xiàn)。若單位時(shí)間內(nèi)排出流體的固定容積V的數(shù)目為N，則液體的體積流量Q=NV。

常見(jiàn)的有：橢圓齒輪流量計(jì)濕式氣體流量計(jì)、腰輪流量計(jì)刮板式流量計(jì)。

（a）橢圓齒輪流量計(jì)1-外殼;2-橢圓形轉(zhuǎn)子;3-計(jì)量室（b）濕式氣體流量（c）腰輪流量計(jì)1-腰輪;2-定位齒輪；3-計(jì)量室;4-腰輪（d）刮板式流量計(jì)

1-凸輪;2-殼體;3-刮板；4-滾子;5-轉(zhuǎn)子;6-擋板（2）質(zhì)量法

通過(guò)直接或間接的方法測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)流道截面的流體質(zhì)量數(shù)。這類流量計(jì)以測(cè)量與流體質(zhì)量流量有關(guān)參數(shù)的物理效應(yīng)為基礎(chǔ)，分為：

直接式推導(dǎo)式溫度壓力補(bǔ)償式（a）雙渦輪質(zhì)量流量計(jì)

1-前渦輪;2-彈簧;3-后渦輪;4-磁電檢測(cè)裝置（b）推導(dǎo)式質(zhì)量流量計(jì)

速度式流量計(jì)與密度計(jì)組合的質(zhì)量流量計(jì)

可看成是一種推導(dǎo)式質(zhì)量流量計(jì)，只是它不用密度計(jì)，而是利用溫度、壓力和密度之間的關(guān)系，將溫度、壓力的測(cè)量值轉(zhuǎn)化為密度，再與體積流量進(jìn)行運(yùn)算而得到質(zhì)量流量。由于連續(xù)測(cè)量溫度、壓力比連續(xù)測(cè)量密度容易，因此，目前工業(yè)上所用的推導(dǎo)式質(zhì)量流量計(jì)大多屬于溫度壓力補(bǔ)償式。（c）溫度壓力補(bǔ)償式質(zhì)量流量計(jì)3.速度法

當(dāng)被測(cè)流體通過(guò)裝在管道內(nèi)的渦輪葉片時(shí)，渦輪受流體的作用而旋轉(zhuǎn)，將流量轉(zhuǎn)換成渦輪的轉(zhuǎn)速，在量程范圍內(nèi)渦輪的轉(zhuǎn)速與流量成正比。所得的渦輪轉(zhuǎn)速先由磁電轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)，然后再經(jīng)前置放大器放大由顯示儀表顯示和計(jì)數(shù)。根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)脈沖數(shù)或累計(jì)的脈沖數(shù)來(lái)反映出瞬時(shí)流量或累計(jì)流量，其系統(tǒng)框圖如圖所示。1.工作原理3.2渦輪流量計(jì)渦輪流量計(jì)是由渦輪流量變送器和顯示儀表組成.

1-整流板;2-軸承;3-渦輪;4-殼體;5-磁電轉(zhuǎn)換裝置

6-前置放大器;7-累積流量計(jì)算器;8-瞬時(shí)流量指示儀表2渦輪流量計(jì)結(jié)構(gòu)渦輪流量計(jì)系統(tǒng)框圖磁電轉(zhuǎn)換裝置與前置放大器制成一體，在這里除了顯示儀表外，系統(tǒng)的其余部分稱為渦輪流量變送器。3.流量方程

當(dāng)通過(guò)渦輪的流量不變時(shí)，即渦輪做勻角速度旋轉(zhuǎn)。通過(guò)渦輪的流量方程為令得

盡管通徑相同的渦輪流量計(jì)的設(shè)計(jì)尺寸相同，但實(shí)際加工出來(lái)的渦輪幾何參數(shù)卻不會(huì)完全一樣，因而每臺(tái)渦輪流量計(jì)的儀表常數(shù)也不完全一樣，它通常是制造廠在常溫下用清潔的水標(biāo)定出來(lái)的。儀表常數(shù)3.流量方程4.安裝要求

(1)渦輪流量變送器要水平安裝，變送器上的流向標(biāo)志應(yīng)與流體的流動(dòng)方向一致。

(2)為了減少流體自旋的影響，變送器的前后要裝有與它口徑相同直管段或整流器，上游直管段長(zhǎng)L1≥12，下游直管段長(zhǎng)L2≥5，這里是流量計(jì)的公稱通徑。

(3)變送器與前后直管段要同軸安裝，密封墊不允許突入管內(nèi)。

(4)如果被測(cè)介質(zhì)中含有雜質(zhì)，則在直管段前還應(yīng)裝過(guò)濾器，以避免變送器的軸承和葉片損壞。如介質(zhì)中混有游離氣體，則還應(yīng)裝消聲器。

(5)變送器的輸出信號(hào)要用屏蔽電纜，并保證良好接地。

3.3電磁流量計(jì)

電磁流量計(jì)是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律制成的一種導(dǎo)電液體體積流量?jī)x表可以測(cè)量各種腐蝕性介質(zhì)：酸、堿、鹽以及帶有懸浮顆粒的漿液。被測(cè)介質(zhì)在測(cè)量管內(nèi)流動(dòng)，由于沒(méi)有阻滯部件，所以沒(méi)有壓力損失。由于只能測(cè)量導(dǎo)電液體，因此對(duì)于氣體、蒸汽以及含大量氣泡的液體，或者導(dǎo)電率低的液體不能測(cè)量。由于測(cè)量管內(nèi)襯材料一般不宜高溫下工作，所以目前的電磁流量計(jì)還不能測(cè)量高溫介質(zhì)。1.工作原理

它由電磁流量變送器和電磁流量轉(zhuǎn)換器組成。

電磁流量變送器安裝在流體傳輸管道上，用來(lái)將導(dǎo)電液體的流速（流量）線性地變換成感應(yīng)電勢(shì)信號(hào)。

電磁流量轉(zhuǎn)換器向變送器提供工作磁場(chǎng)的勵(lì)磁電流，并接受感應(yīng)電勢(shì)信號(hào)，將感應(yīng)電勢(shì)信號(hào)進(jìn)行放大、處理并轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的、標(biāo)準(zhǔn)的電流信號(hào)、電壓信號(hào)、頻率信號(hào)以及數(shù)字通訊信號(hào)。2.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介電磁流量計(jì)測(cè)量系統(tǒng)組成圖

1-測(cè)量管;2-外殼;3-電極;4-磁軛;5-馬鞍形磁激線圈;6-內(nèi)襯電磁流量計(jì)結(jié)構(gòu)

測(cè)量管處于磁場(chǎng)中，是一兩端有法蘭的直管，導(dǎo)電液體從測(cè)量管內(nèi)流過(guò)。測(cè)量管必須承受流體介質(zhì)的工作壓力，同時(shí)還擔(dān)負(fù)著對(duì)測(cè)量電極的靜電屏蔽的任務(wù)。因此，一般測(cè)量管材質(zhì)都采用耐酸鋼管，耐熱耐酸不銹鋼（1Cr18Ni9Ti）

絕緣襯里的目的是防止感應(yīng)信號(hào)電壓被金屬管短路，可見(jiàn)絕緣襯里在電磁流量計(jì)應(yīng)用中的作用十分重要。襯里材料有聚氯乙烯、橡膠、聚氨酯橡膠、工業(yè)陶瓷等

電極是電磁流量計(jì)拾取流量信號(hào)的部件。在測(cè)量過(guò)程中，只有它和接地環(huán)（或稱接液環(huán)）、接地電極與被測(cè)介質(zhì)接觸。電極材料必須使用非導(dǎo)磁材料。電磁流量計(jì)結(jié)構(gòu)3.

流量方程

當(dāng)導(dǎo)電液體以速度流過(guò)管道時(shí)，便切割磁力線，在電極上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其方向由右手定則判斷，其大小為被測(cè)介質(zhì)的體積流量Q為如果交流磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為

則被測(cè)體積流量為

由上式可知，當(dāng)流量計(jì)管徑和磁場(chǎng)強(qiáng)度一定時(shí)，體積流量與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)成正比。3.

流量方程

電磁流量計(jì)的工作原理是流動(dòng)的流體切割磁力線而感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，通過(guò)測(cè)電動(dòng)勢(shì)的方法來(lái)測(cè)流體流量，因此產(chǎn)生磁力線的磁場(chǎng)至關(guān)重要。磁場(chǎng)強(qiáng)度不但要強(qiáng)，而且還要恒定、均勻，通常用三種勵(lì)磁方式產(chǎn)生磁場(chǎng)：直流勵(lì)磁、交流勵(lì)磁低頻方波勵(lì)磁。

4.勵(lì)磁方式（1）直流勵(lì)磁

優(yōu)點(diǎn)是交流電磁場(chǎng)干擾影響很小，因而可以忽略液體中的自感現(xiàn)象的影響。

缺點(diǎn)使用直流磁場(chǎng)易使通過(guò)測(cè)量管道的電解質(zhì)液體被極化，即電解質(zhì)在電場(chǎng)中被電解，產(chǎn)生正負(fù)離子。在電場(chǎng)力的作用下，負(fù)離子跑向正極，正離子跑向負(fù)極，如圖3.11所示。這樣，將導(dǎo)致正負(fù)電極分別被相反極性的離子所包圍，嚴(yán)重影響儀表的正常工作。所以，直流勵(lì)磁一般只用于測(cè)量非電解質(zhì)液體，如液態(tài)金屬等。4.勵(lì)磁方式（2）交流勵(lì)磁

目前，工業(yè)上使用的電磁流量計(jì)，大都采用工頻(50Hz)電源交流勵(lì)磁方式，即它的磁場(chǎng)是由正弦交變電流產(chǎn)生的，所以產(chǎn)生的磁場(chǎng)也是一個(gè)交變磁場(chǎng)。交變磁場(chǎng)變送器的主要優(yōu)點(diǎn)是消除了電極表面的極化干擾。另外，由于磁場(chǎng)是交變的，所以輸出信號(hào)也是交變信號(hào)，放大和轉(zhuǎn)換低電平的交流信號(hào)要比直流信號(hào)容易得多。但是，交變的磁通會(huì)產(chǎn)生干擾電動(dòng)勢(shì)，它和信號(hào)電勢(shì)頻率相同，相位差900，故叫它正交干擾或900干擾。嚴(yán)重時(shí)，干擾電動(dòng)勢(shì)信號(hào)電勢(shì)造成儀表無(wú)法工作。4.勵(lì)磁方式（3）低頻方波勵(lì)磁

20世紀(jì)70年代人們開(kāi)始采用低頻方波勵(lì)磁方式，它的勵(lì)磁電流波形如圖所示。其頻率通常為工頻的1/2～1/4。從圖可見(jiàn)，在半個(gè)周期內(nèi)，磁場(chǎng)是恒穩(wěn)的直流磁場(chǎng)，它具有直流勵(lì)磁的特點(diǎn)，受電磁干擾影響很小。從整個(gè)時(shí)間過(guò)程看，方波信號(hào)又是一個(gè)交變的信號(hào)，所以它能克服直流勵(lì)滋易產(chǎn)生的極化現(xiàn)象。因此，低頻方波勵(lì)磁是一種比較好的勵(lì)磁方式，目前已在電磁流量計(jì)上廣泛的應(yīng)用。4.勵(lì)磁方式5.安裝要求

(1)變送器可垂直、水平安裝，但應(yīng)保證液體充滿測(cè)量導(dǎo)管的條件，以防止由于測(cè)量導(dǎo)管內(nèi)沒(méi)有液體而指針不在零位造成的錯(cuò)覺(jué)。最好垂直安裝，使液體自下而上流經(jīng)儀表，如不能垂直安裝時(shí)，也可水平安裝，但要使兩電極處于同一水平面上。當(dāng)被測(cè)介質(zhì)中固體顆粒多時(shí)，應(yīng)垂直安裝，使襯里不受磨損（水平安裝會(huì)造成局部磨損）。

(2)電磁流量計(jì)信號(hào)較弱，滿量程時(shí)僅2.5～8mV，流量很小時(shí)，僅幾個(gè)微伏，外界略有干擾就會(huì)影響測(cè)量精度。因此，變送器外殼、屏蔽線、測(cè)量導(dǎo)管以及變送器兩端管道都要接地，并要單獨(dú)設(shè)置接地點(diǎn)，絕不能連接在電機(jī)、電器等公用地線或上下水管道上。轉(zhuǎn)換器部分已通過(guò)電纜線接地，故勿再行接地，以免因地電位不同而引入干擾。

(4)信號(hào)電纜要用說(shuō)明書中規(guī)定的屏蔽電纜，不得用其它電纜代用。信號(hào)線和勵(lì)磁線要分開(kāi)敷設(shè)，并避免兩者并排，尤其要注意遠(yuǎn)離動(dòng)力電纜。信號(hào)線越短越好，轉(zhuǎn)換器應(yīng)盡量接近變送器。

(5)變送器和轉(zhuǎn)換器必須使用同一電源，否則由于檢測(cè)信號(hào)和反饋信號(hào)相差負(fù)1200相位，致使儀表不能正常工作。

(6)為了保證變送器內(nèi)液流穩(wěn)定，變送器前后都裝有與它口徑相同的一段直管段。一般進(jìn)口直管段長(zhǎng)L1≥5，出口直管段長(zhǎng)L2≥

(2～3)，這里是流量計(jì)的公稱通徑。

(3)變送器安裝地要遠(yuǎn)離一切磁源（如大功率電機(jī)、變壓器等），不能有振動(dòng).5.安裝要求3.4超聲波流量計(jì)3.4超聲波流量計(jì)超聲波流量計(jì)是一種利用超聲波脈沖來(lái)測(cè)量流體流量的儀表，如果在現(xiàn)場(chǎng)配以溫度、壓力儀表，經(jīng)過(guò)密度補(bǔ)償，還可以求得質(zhì)量流量。

超聲波流量計(jì)主要由安裝在測(cè)量管道上的換能器（或由換能器和測(cè)量管道組成的超聲波傳感器）和轉(zhuǎn)換器組成，換能器和轉(zhuǎn)換器之間由專門信號(hào)電纜連接，如圖所示。1.工作原理2.超聲波流量計(jì)系統(tǒng)組成

超聲波流量計(jì)根據(jù)其測(cè)量原理分為傳播速度差法和多普勒頻移法，其中傳播速度差法又可分為時(shí)差法、相位差法和頻差法。但是，目前最常用的測(cè)量方法主要有時(shí)差法和多普勒頻移法兩種。

傳播速度差法又按照換能器的布置方式的不同，分為：Z法(透過(guò)法)、V法(反射法)、X法(交叉法)，見(jiàn)圖。3.分類4.時(shí)差法超聲波流量計(jì)

超聲波在流體中的傳播速度，順流方向和逆流方向是不一樣的，其傳播的時(shí)間差和流體的流速成正比。所以，只要測(cè)出了超聲波在兩個(gè)方向上傳播的時(shí)間差，可知道流體的流速，再乘上管道面積，便可得流體的流量。

4.時(shí)差法超聲波流量計(jì)

上式表明，只要測(cè)出了時(shí)間差Δt，便可算出流速v（1）流速方程

傳播速度法所測(cè)量和計(jì)算的流速是聲道上的線平均流速，而計(jì)算流量所需是流道橫截面的面平均流速，二者的數(shù)值是不同的，其差異取決于流速分布狀況。因此，必須用一定的方法對(duì)流速分布進(jìn)行補(bǔ)償。此外，對(duì)于換能器夾裝在測(cè)量管外壁的夾裝式，還必須對(duì)折射角受溫度變化進(jìn)行補(bǔ)償，才能精確地測(cè)得流量。體積流量為4.時(shí)差法超聲波流量計(jì)（2）流量方程5.

多普勒頻移法超聲波流量計(jì)

多普勒頻移法超聲波流量計(jì)測(cè)量流量的一個(gè)必要條件是被測(cè)流體介質(zhì)應(yīng)是有一定數(shù)量能反射聲波的固體顆粒或氣泡等兩相介質(zhì)，這個(gè)工作條件實(shí)際上也是它的一大優(yōu)點(diǎn)，即這種流量測(cè)量方法適宜對(duì)兩相流的測(cè)量，這是其它流量計(jì)難以解決的問(wèn)題。發(fā)射換能器發(fā)射出的超聲波信號(hào)，則會(huì)被隨流體運(yùn)動(dòng)的固體顆?；驓馀莸壬⑸潴w散射，散射出來(lái)的聲波信號(hào)的頻率和發(fā)射聲波信號(hào)的頻率是不一樣的，即會(huì)產(chǎn)生多普勒頻移，頻移量與流體流速成正比。（1）流速方程

發(fā)射換能器A向流體發(fā)出頻率為f1的連續(xù)超聲波，經(jīng)照射域內(nèi)液體中懸浮顆粒或氣泡等散射體的散射，散射的超聲波產(chǎn)生多普勒頻移，接收換能器B收到頻率為f2的超聲波，其頻率差為Δf，管道流速為

實(shí)際上，多普勒照射域內(nèi)的散射物速度是參差不一的，它們和流體的平均速度也是有別的。此外，散射體的稀密程度、分布狀況以及顆粒或氣泡的大小都會(huì)隨機(jī)變化，所以多普勒頻移法流量計(jì)測(cè)得的流體流量誤差較大。由于所測(cè)得的流速是各散射體的速度，散射體的速度與管道液體的流速數(shù)值并不一致，所以流量為2.流量方程6.

安裝要求(2)對(duì)于干濕安裝（指換能器不直接與介質(zhì)接觸）的超聲波流量計(jì)，要知道確切的管道外徑、壁厚、材質(zhì)及襯里情況，管道內(nèi)壁不應(yīng)銹蝕、結(jié)垢、凹凸不平。(1)傳播速度差法超聲波流量計(jì)的被測(cè)流體應(yīng)清潔、滿管、單相，所含懸浮顆粒、氣泡不能超過(guò)儀表的允許值。而多普勒頻移法超聲波流量計(jì)則相反，流體應(yīng)有一定數(shù)量的顆?；驓馀莸纳⑸Ⅲw，否則聲波無(wú)法散射，儀表會(huì)沒(méi)有信號(hào)。但若贓污太重，也會(huì)使聲波無(wú)法透過(guò)。6.

安裝要求(3)換能器安裝時(shí)，管道外表面應(yīng)去保溫層，去漆，磨平銹跡，涂勻耦合劑，不能有空隙，以免聲波在固、氣界面上發(fā)生折射，無(wú)法傳到被測(cè)流體。(4)換能器前后應(yīng)有足夠長(zhǎng)的直管段，以確保流體所需的流速分布，具體要求按使用說(shuō)明書的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。(5)換能器安裝在傾斜或水平管道時(shí)，不要裝在上部和底部，以免管道內(nèi)的氣體或雜質(zhì)進(jìn)入測(cè)量聲道。應(yīng)盡可能使換能器處于和水平呈45°角的范圍內(nèi)。(6)換能器的安裝要使超聲波傳播途徑通過(guò)管道中心

3.5其他流量計(jì)1.孔板流量計(jì)孔板流量計(jì)的節(jié)流元件為中央開(kāi)有圓孔的金屬板，圓孔中心位于管路中心線上，孔口內(nèi)徑的倒角為45°角，稱為銳孔，金屬板稱為孔板。將孔板垂直安裝在管道中，孔板前后兩端的測(cè)壓孔與壓差計(jì)相連，構(gòu)成了孔板流量計(jì).（1）節(jié)流元件（2）流量方程當(dāng)流體以一定流量流過(guò)小孔時(shí)，就產(chǎn)生一定的壓力