第四章流量檢測及儀表教學(xué)目的及要求：1、掌握流量測量的基本概念和基本原理；2、熟知流量測量的幾類基本手段，并了解這些基本流量檢測儀表的結(jié)構(gòu)、工作原理及應(yīng)用中應(yīng)注意的主要問題；3、掌握流量測量中的一些基本計算方法；4、分析流量測量中一些主要技術(shù)參數(shù)的計算和查表方法。流量測量主要外語詞匯

Flowmeter,Volumeflow,Massflow,Throttletypeflowmeter,orificeplate,differentialpressureflowmeter,PositiveDisplacement(PD)Flowmetersnozzle,venturitube,elbow,pitottubeflowcoefficient,compressiblecoefficient,targetflowmeter,rotameter,rotometer,rotaryflowmeterelectromagneticflowmeter,turbineflowmeterultrasonicflowmeter,vortexflowmeterCoriolisMassFlowmeter,ThermalMassFlowmeter4.1流量基本概念4.2容積式流量計4.3節(jié)流式流量計4.4靶式流量計4.5浮子式流量計4.6電磁流量計4.7其他流量計4.8流量計的選用4.9流量測量實例主要研究內(nèi)容

流量測量是研究物質(zhì)量變的科學(xué)，，凡是需要掌握流體流動的地方都有流量測量的問題。

工業(yè)生產(chǎn)過程是流量測量與儀表應(yīng)用的一大領(lǐng)域，對流體流量進行正確測量和調(diào)節(jié)是保證生產(chǎn)過程安全經(jīng)濟運行、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低物質(zhì)消耗、提高經(jīng)濟效益、實現(xiàn)科學(xué)管理的基礎(chǔ)。在整個過程檢測儀表中，流量儀表的產(chǎn)值約占1/5～1/4。4.1.1流量的定義流量（瞬時流量）：單位時間內(nèi)流過管道某一截面的流體的數(shù)量。

體積流量(Q)：單位時間內(nèi)流過某截面的流體的體積。（工作狀態(tài)下）單位：（m3/s）4.1流量的基本概念

質(zhì)量流量(M)：單位時間內(nèi)流過某截面的流體的質(zhì)量。單位：(kg/s)累積流量（總流量）：某一時段內(nèi)流過的流體的總合。瞬時流量在某一時段的累積量。體積流量(Qn)：折算到標(biāo)準的壓力和溫度下的體積流量。（標(biāo)準狀態(tài)下）流量的國際單位是千克/秒（kg/s）、立方米/秒（m3/s）。此外，常用的還有噸/小時（t/h）、千克/小時（kg/h）、立方米/小時（m3/h）等；總量的國際單位是千克（kg）、立方米（m3）。此外，常用的總量單位還有噸（t）。對于氣體，密度受溫度、壓力變化影響較大，因此在測量氣體流量時，必須同時測量流體的溫度和壓力。為了便于比較，常將在工作狀態(tài)下測得的體積流量換算成標(biāo)準狀態(tài)下（溫度為20℃，壓力為101325Pa）的體積流量，用符號Qn表示，單位符號為Nm3/s。4.1.2流動狀態(tài)與流量測量在流量測量中，測量流速是測定流量的一個常用方法，流體在管道中流動時，在一個截面上的各點流速情況與流體的流動狀態(tài)有密切的關(guān)系，選擇適當(dāng)?shù)牧鲃訝顟B(tài)進行流速測量對于保證測量精度有重要的意義。根據(jù)流體力學(xué)的相關(guān)理論，當(dāng)流體充滿水平管道并水平流動時，流動狀態(tài)可分為層流、紊流。（1）層流流體在管內(nèi)流動，流速很小時，流體分層流動，互不混合，流體質(zhì)點沿著與管軸平行的方向作平滑直線流動。（2）紊流當(dāng)流速增加到很大時，場中有許多小漩渦，從每個質(zhì)點的軌跡看，都是曲折錯綜的，沒有確定的規(guī)律性，但是從整個管道截面來看，流體每個質(zhì)點的運動速度接近一致。這種流動狀態(tài)稱為紊流或湍流。流態(tài)轉(zhuǎn)變時的雷諾數(shù)稱為臨界雷諾數(shù)。一般管道雷諾數(shù)Re<2100為層流狀態(tài)，Re>4000為紊流狀態(tài)，Re=2100~4000時為過渡狀態(tài)。在通過測量流速確定流量的方法中，一般需要流體流動狀態(tài)為紊流，流體的臨界雷諾數(shù)要大于4000。4.1.3流體流動中的能量狀態(tài)轉(zhuǎn)換（1）靜壓能和動壓能靜壓是由于流體分子不規(guī)則運動與物體表面摩擦接觸產(chǎn)生的，靜壓對任何方向均有作用。

流體在管道中流動時，通過任何一個截面，勢必受到截面處的流體靜壓力作用。這就要截面上游流體作一定的功以克服靜壓力的作用，因此越過截面的流體便帶著與這個功相當(dāng)?shù)牧髁窟M入系統(tǒng)。把與這部分功相當(dāng)?shù)哪芰糠Q為靜壓能。

動壓指流體流動時產(chǎn)生的壓力，只要管道內(nèi)流體流動就具有一定的動壓，其作用方向為流體的流動方向。動壓是截面上流體運動具備的能量，故也稱動壓能。

（2）能量轉(zhuǎn)換和伯努利方程理想流體：如果流體在流動過程中的密度不會隨壓力變化而發(fā)生變化。理想流體在水平管道任意截面上的靜壓能和動壓能存在一種守恒關(guān)系，可表示為：

為單位重量流體具有的靜壓能.

為單位重量流體具有的動壓能.4.1.4流量檢測方法主要方法及流量計分類體積流量：直接測量法；間接測量法直接測量：按流量的定義測量，即容積法。間接測量：用與流體的流動速度有關(guān)的物理現(xiàn)象測量。1）節(jié)流式檢測方法：利用節(jié)流件前后的差壓與流速之間的關(guān)系，通過差壓值獲得流體的流速；

2）變面積式檢測方法：它是基于力平衡原理，通過在錐形管內(nèi)的轉(zhuǎn)子把流體的流速轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子的位移，相應(yīng)的流量檢測儀表稱為轉(zhuǎn)子流量計；3）電磁式檢測方法：導(dǎo)電流體在磁場中運動產(chǎn)生感應(yīng)電勢，感應(yīng)電勢的大小正比于流體的平均流速；

4）旋渦式檢測方法：流體在流動中遇到一定形狀的物體會在其周圍產(chǎn)生有規(guī)則的旋渦，旋渦釋放的頻率正比于流速。

用來檢測管內(nèi)流速的方法或儀器主要有：

5）渦輪式檢測方法：流體對置于管內(nèi)渦輪的作用力，使渦輪轉(zhuǎn)動，其轉(zhuǎn)動速度在一定流速范圍內(nèi)與管內(nèi)流體的流速成正比；

6）聲學(xué)式檢測方法：根據(jù)聲波在流體中傳播速度的變化可獲得流體的流速；

7）熱學(xué)式檢測方法：利用加熱體被流體的冷卻程度與流速的關(guān)系來檢測流速，基于此方法的流量儀表主要有熱線風(fēng)速儀等。質(zhì)量流量：直接法；推導(dǎo)法直接法：檢測元件能直接反映出質(zhì)量流量。推導(dǎo)法：同時檢測出流體的體積流量和密度，通過相關(guān)計算推導(dǎo)出質(zhì)量流量。表4-1流量計的分類類別儀表名稱體積流量計容積式流量計橢圓齒輪流量計、腰輪流量計、皮膜式流量計差壓式流量計節(jié)流式流量計、均速管流量計、彎管流量計、靶式流量計，浮子式流量計等速度式流量計渦輪流量計、渦街流量計、電磁流量計、超聲波流量計等質(zhì)量流量計推導(dǎo)式質(zhì)量流量計體積流量經(jīng)密度補償或溫度、壓力補償求得質(zhì)量流量等直接式質(zhì)量流量計科里奧利流量計、熱式流量計、沖量式流量計等4.1.5流量計的測量特性（1）流量方程式流量與流量計輸出信號之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達式。（2）流量計的儀表系數(shù)與流出系數(shù)

儀表系數(shù)K：單位流體流過流量計時流量計發(fā)出的脈沖數(shù)，為頻率型流量計流量特性的主要參數(shù)，定義為：流出系數(shù)C：實際流量與理想流量的比值：儀表系數(shù)和流出系數(shù)均為實驗數(shù)據(jù)，由對儀表進行標(biāo)定后確定。在測定儀表系數(shù)或流出系數(shù)時，流體應(yīng)滿足以下條件：牛頓流體；充滿管道的單相流；充分發(fā)展的湍流速度分布，無旋渦，軸對稱分布；穩(wěn)定流動。（3）流量范圍及量程比流量計的流量范圍指可測最大流量和最小流量所限定的范圍。

量程比：最大流量與最小流量的比值，表達為某數(shù)與1的比值。

（4）測量準確度和誤差流量計的準確度用誤差表示。流量計在出廠時均需要進行標(biāo)定，儀表所標(biāo)出的準確度為基本誤差。在現(xiàn)場使用中由于偏離標(biāo)定條件會帶來附加誤差，所以流量計的實際測量準確度為基本誤差與附加誤差的合成，這種合成的估算很復(fù)雜，可以參照有關(guān)規(guī)定計算。（5）壓力損失安裝在流通管道中的流量計實際上是一個阻力件，在流體通過流量計時將產(chǎn)生壓力損失，這會帶來一定的能源消耗。

壓力損失通常用流量計的進、出口之間的靜壓差來表示，它隨流量的不同而不同。各種流量計的壓力損失大小是儀表選型的一個重要指標(biāo)。