4-4 速度式流量计

第四节 速度式流量计
(2)缺点 只能用于清洁液体和气体，不能测量悬浮颗粒和 气泡超过某一范围的液体，会影响声传播； 准确度不高，在2％左右；流体的声速是温度的函 数，流体的温度变化会引起测量误差；流速沿管道 的分布情况会影响测量结果，需要进行修正。
(1)基本原理 流体流经阻挡体或者是特制的元件时，产生了流动 振荡，通过测定其振荡频率来反映通过的流量。
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(2)卡门涡街 在均匀流动的流体中,垂直地插入一个具有非流线型 截面的柱体,称为漩涡发生体，则在其两侧会产生旋转方 向相反、交替出现的漩涡，并随着流体流动，在下游形成 两列不对称 “卡门涡街”。
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(3)超声波流量计的分类 按测量原理可分为：传播速度差法、多普勒效应法、波 束偏移法、相关法、噪声法； 按探头(换能器)安装方式分：外夹式、插入式(湿式)； 按声道数目划分：单声道、多声道(2~8声道)； 按使用场合分：固定式、便携式。
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2.传播速度差法
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2.速度式流量计类型
(1) 叶轮流量计 (2) 涡街流量计
(3) 电磁流量计
(4) 超声波流量计
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二 叶轮流量计
叶轮式流量计利用置于流体中的叶轮受流体流动的 冲击而旋转，旋转角速度与流体平均流速成比例的关系 ，通过测量叶轮的转速来达到测量流过管道的流体流量 的目的。 叶轮式流量计是目前流量仪表中比较成熟的高精 度仪表，主要品种是涡轮流量计和水表等
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(2)旋翼式水表 单流束水表工作原理 水流从表壳进水口切向冲击叶轮使之旋转，然后通 过齿轮减速机构连续记录叶轮的转数，从而记录流经水 表的累积流量。
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多流束水表工作原理及特性 工作原理与单流束水表基本相同，它通过叶轮盒的 分配作用，将多束水流从叶轮盒的进水口切向冲击叶轮 ，使水流对叶轮的轴向冲击力得到平衡，减少了叶轮支 承部分的磨损，并从结构上减少了水表安装、结垢对水 表误差的影响，总体性能高于单流束水表。
是通过测量超声波脉冲在顺流和逆流传播过程中 的速度之差来得到被测流体的流速。
按具体测量参数的不同，又可分为时差法、相差法和频差法。
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(1)时差法 时差法就是测量超声波脉冲顺流和逆流时传播的时间差。 流体流速
c2 v t 2L
2 Lv t t2 t1 2 c
t1-按顺流方向，超声波到达接收器时间； t2-按逆流方向，超声波到达接收器时间。
(2)缺点 只能测量导电液体，因此对于气体、蒸汽以及含大量 气泡的液体，或者电导率很低的液体不能测量。 由于测量管内衬材料一般不宜在高温下工作，所以目 前一般的电磁流量计还不能用于测量高温介质。
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5.电磁流量计实物图形
(1)外形
转换器 连接电缆 ＋ 传感器 转换器
传感器
一体型电磁流量计（C）
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（a）圆柱体
（b）等边三角形柱体
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(3)测量原理 实验表明，当D／L=0.281时，产生的涡街是稳定的。 且单侧的漩涡脱落的频率f与柱体附近的流体流速成正比 ，与柱体的特征尺寸d成反比，即
vd f St d
式中 St——斯特罗哈尔数，无因次数； d ——柱体的特征尺寸。
2.流量方程
d qv D v D D m f 4 4 St
2 2


m--阻流体处的流通面积Ad与管道的截面面积AD之比； v D --管道截面的平均流速
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3.涡街流量计特点
(1)优点 无可动部件，寿命长；
漩涡的频率只与流速有关，在一定雷诺数范围内，几 乎不受流体性质（压力、温度、粘度和密度等）变化的 影响，故可不需单独标定；
(2)电磁流量计测量原理 导电流体在磁场中 垂直于磁力线方向流过， 在流通管道两侧的电极 上将产生感应电势，感 应电势的大小与流体速 度有关，通过测量此电 势可求得流体流量。
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2.流量方程
(1)感应电动势：
E BDv
(2)流量方程：
1 D qv D 2u E 4 4B
1 2 D E qv D u E 4 4B k
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3.电磁流量计组成
(1)流量计的组成
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(2)传感器的组成
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4.电磁流量计特点
(1)优点
测量导管内无部件压力损失极小；
流量计的输出电流与体积流量成线性关系，且不受液体温度、压 力、密度、黏度等参数的影响。
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④流量计的外壳、屏蔽线、测量导管都要接。
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五 超声波流量计 1.概述
超声波流量计是近代发展起来的一种新型测量流 量的仪表，是通过检测流体流动对超声束（或超声脉 冲）的作用，以测量流量的仪表。只要能传播声音的 流体均可以用超声波流量计测量；超声波流量计可以 测量高粘度液体、非导电性液体或气体的流量，
温度的选择。被测介质温度不能超过村里材料的容 许使用温度，一般≤200℃。
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(2)安装原则 ①传感器上箭头方向必须与实际流量方向一致
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②它可以水平安装，也可以垂直安装，但要求液体充满 管道，（推荐垂直安装）；
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③对直管段要求不高，前直管段长度5D，后直管段长度 2D以上；
第四诺数Rel 的函数。 经实验验证，Rel在500～150000的范围内，St基本不变。
对于圆柱体，St=0.2；对于等边三角柱体，St=0.16。
结论：当柱体的形状、尺寸决定后，就可以通过测定单侧 旋涡释放频率f来测量流速和流量。
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冶金仪表培训教材四
第四章
流量测量及变送
第四节 速度式流量计 阮为斌
2014.12
第四节 速度式流量计
流体体流过管道中的阻力件时产生的压力差与流量 之间有确定关系，通过测量差压值求得液体流量。 产生差压的装置有多种型式，相应的有各种不同的 差压式流量计，其中使用最广泛的是节流式流量计，其 他型式的差压式流量计还有均速管、弯管、靶式流量计 、转子流量计等等。
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四 电磁流量计 1.工作原理
(1)法拉第电磁感应定律 当一导电体经过一个磁场 时，就会产生感应电动势 ，其 电动势的方向与导体运动和磁 场的方向有关
E BLv
E--导体两端感应电动势； B--磁感应强度； L--导体在磁场范围内的长度； v--导体的运动速度。
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缺点 制造困难，成本高； 不能长期保持校准特性，需要定期校验； 流体物性(粘度和密度)对测量准确性有较大影响； 对被测介质的清洁度要求较高。
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(5)涡轮流量计的安装使用 涡轮流量计一般应水平安装，并保证其前后有一定 的直管段，一般表前是10倍管道直径，表后是5倍管道直 径。为保证被测介质洁净，表前应装过滤装置。如果被 测液体易汽化或含有气体时，要在仪表前装消气器。 涡轮流量计可以测量气体、液体流量，但要求被测介 质洁净，并且不适用于黏度大的液体测量。
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(3)流量方程
2A f qv uA f U s tg
qv－体积流量； u －平均速度； θ－涡轮叶片与流体流向成角度； Us--叶片的相对速度； f --频率；
ξ--流量转换系数；
对于一定的涡轮结构，流量转换系数为常数,因此流过 涡轮的体积流量qv与脉冲频率成正比。
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一 速度式流量计的一般概念 1.速度式流量计测量原理
(1)基本原理 若测得管道截面上流体的平均流速，则体积流量 为平均流速与管道横截面积的乘积。
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(2)测量原理 速度式流量计的测量原理均基于与流体流速有关的 各种物理现象，仪表的输出与流速有确定的关系，即可 知流体的体积流量。
连接电缆
分体型电磁流量计（F）
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(2)内部结构
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6.电磁流量计安装与使用
(1)选用原则 被测流体必须是导电液体。不能测气体、蒸汽、石 油制品、甘油、酒精及纯净水等； 量程的选择：常用流量最好超过满量程的50％。常 用流速为2～4m/s最合适；
压力的选择：使用压力必须低于电磁流量计额定工 作压力，一般不超过 16×105Pa；
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(6)涡轮流量计的实物图形
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2.水表
(1)概述 水表是记录流经封闭满管道中水流量的一种仪表，主要 用于计量用户累计用水量。 水表按工作原理可分为流速式水表、容积式水表和活塞 式水表，目前建筑给水系统中广泛采用的是流速式水表 。 水表具有结构简单、量程宽、使用方便、成本低廉等特 点。 流速式水表按其内部叶轮构造不同可分为旋翼式水表和 螺翼式水表两种。
第四节 速度式流量计
第四节 速度式流量计
(3)螺翼式水表 螺翼式水表的叶轮轮轴与水流方向平行，水流阻力 较小，计量范围较大，适用于计量大流量(大口径)管道 的水流总量，特别适合于供水主管道和大型厂矿用水量 的需要。
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螺翼式水表
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三 涡街流量计 1.工作原理
测量精度高，误差约为1级，重复性约±0.5级，不存 在零点漂移的问题； 压力损式小，流量测量范围宽。
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(2)缺点 干扰引起的流量振荡时影响较大。
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4.涡街流量计实物图形
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5.涡街流量计安装使用
涡街流量计可以水平安装，也可以垂直安装。在垂 直安装时，流体必须自下而上通过，使流体充满管道。 在仪表上、下游要求一定的直管段，下游长度为5D，上 游长度根据阻力件形式而定，约15D～40D，且上游不应 设流量调节阀。 气、液均可以使用，可用于大口径管道的气液测量
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(4)涡轮流量计的特点 优点 测量精度高； 复现性好； 测量范围度宽； 压力损失较小； 耐高压，适用的温度范围宽； 对流量变化反应迅速，动态响应好； 输出为脉冲信号，抗干扰能力强，信号便于远传及 与计算机相连； 结构紧凑轻巧，安装维护方便，流通能力大。
第四节 速度式流量计
第四节 速度式流量计
(1)基本原理 当超声波在流体中 传播时，会载带流体流 速的信息。超声波在流 体中的传播速度会随被 测流体流速而变化。因 此，根据对接收到的超 声波信号进行分析计算 ，可以检测到流体的流 速，进而可以得到流量 值。
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(2)超声波流量计的组成功能 ① 组成： 超声波流量计由超声波换能器、测量电路及流 量显示和积算三部分组成。 ②功能 超声波发射换能器将电能转换为超声波振动，并将 其发射到被测流体中，超声波接收换能器接收到的超 声波信号； 测量电路放大并转换为代表流量的电信号； 显示积算仪进行显示和积算。
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(2)体积流量方程
qv vA

4
D 2v
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3.超声波流量计特点
(1)优点 对介质适应性强；能用于任何液体，特别是具有高粘 度、强腐蚀性、非导电性、放射性流体的流量测量； 价格不会随管道口径变化，特别适合大口径管道的液 体流量测量； 测量准确度几乎不受被测流体参数影响； 可安装在管道外壁上，实现不接触测量；仪表的安装 及检修均可不影响生产管线运行。
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1.涡轮流量计
(1)结构 涡轮流量计的结构主要由壳体、导流器、支承轴承、 涡轮和磁电转换器组成。
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(2)工作原理 涡轮流量计是基于流体动量矩守恒原理工作的。当流体 通过管道时，冲击涡轮叶片，对涡轮产生驱动力矩，使 涡轮克服摩擦力矩和流体阻力矩而产生旋转。 在一定的流量范围内，对一定的流体介质粘度，涡轮的 转速与流体的平均流速成正比
反映迅速，测量精度高于0.5 级。 量程比大，（一般为10∶1，精度较高的量程比可达100∶1）。 测量口径范围很大，可以从1mm～2m 以上， 可以测量各种腐蚀性介质：酸、碱、盐溶液以及带有悬浮颗粒的 浆液。
流量计无机械惯性，反应灵敏，而且线性较好，可以直接进行等 分刻度。
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