第9章流量检测仪表

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取压方式
取压方式(即取压点的位置)不同,流量系数 不同。 目前主要的取压方式有：角接取压、法兰取 压、 D D 取压法
2
雷诺数
表示流体的流动状态，对于给定的流体和流 动条件，它反映了流体的流动速度。
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Re
直径比
只要直径比值一定，则流量系数只是雷诺数的 函数。 管壁粗糙度 对于标准孔板的流量系数，角接取压法是在相 对平均粗糙度K/D≤3．8×10-4的管道中测定的， D D 法兰取压法和 取压法是在 K / D ≤10 × 10 2 4的管道中测定的，其中K是管道内壁绝对平均 粗糙度。
孔板装置及压力、流 速分布图
因而，所测得的压差与流量之间 的关系，与测压点及测压方式的 选择是紧密相关的。
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模型演示
（2）节流基本方程式
流量基本方程式阐明流量与压差之间的定量 关系。它是根据流体力学中的伯努利方程和流体 连续性方程式推导而得的。
qm A0 2 p
qv A0
2

p
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（2）节流基本方程式
qm A0 2 p
可以看出：
qv A0
2

p
流量与压力差Δ P的平方根成正比。 要知道流量与压差的确切关系，关键在于 α 的 取值。
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2.流量方程式的讨论 (1)流量系数а （或流出系数C） 与节流元件形式（m）、取压方式、Re，β ，管 道情况等有关。
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（5）压力损失 p 流体通过节流元件时，一部分能量用来克服摩擦 阻力和消耗在节流件后形成涡流上，而通过节流 元件流体的静压力并不能完全恢复，可按下式估 算： 10 2 p p 2 1 0 说明：β 越小， p 越大
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3.标准节流装置 节流装置包括节流件、取压装置和符合要求 的前、后直管段。
测量液体流量时的取 压点位置
测量液体流量时的连接图 1—节流装置；2—引压导管；3—放空阀；4—平衡 阀；5—差压变送器；6—贮气罐；7—切断阀 38
① 测量液体的流量时，应该使两根导压管内都充 满同样的液体而无气泡，以使两根导压管内的液 体密度相等。
a) 取压点应该位于节流装置的下半部，与水平线夹角α 为0°～45°。 b) 引压导管最好垂直向下，如条件不许可，导压管亦应 下倾一定坡度（至少1∶20～1∶10），使气泡易于排出。 c) 在引压导管的管路中，应有排气的装置。
3
流量又分为体积流量和质量流量

体积流量 质量流量
3 m qv Av vdA s A 单位为


qm Av vdA vA
A
kg s 单位为
关系： qm qv
累积总量Q 累积总质量Qm ，单位kg 累积总体积Qv，单位m3
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体积流量通常要折算到标准压力和温度下的体积流量。 （标准状态下）
流体的密度受流体的工作状态（如温度、压 力）影响。
对于液体，压力变化对密度的影响非常小，
一般可以忽略不计。 温度对密度的影响要大一
些，一般温度每变化 10℃时，液体密度的变化约
在1%以内。所以当温度变化不是很大，测量准确
度要求不是很高的情况下，往往也可以忽略不计。
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(2)可膨胀系数ε 对于不可压缩性流体，则ε =1； 对于可压缩流体，例如各种气体及蒸气通过节流 元件时，由于压力变化必然会引起密度ρ 的改变， 即ρ 1≠ρ 2，这时在公式中应引入体积膨胀系数 ε ，可压缩性流体体积膨胀系数ε 小于1；
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(3)节流件的开孔面积 A0与材料的热膨胀系数λ 管道和孔板的开孔直径一般是在20℃时的值， 当温度发生变化时，其直径也要变化。 孔板： d d 20 1 d t 20 管道： D D20 1 D t 20
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9.1.2流量检测方法
1.体积流量
直接法
qv
（容积法）：直接测出 在单位时间内以标准固定体积对流动介质连续不断地 进行度量，以排出流体固定容积数来计算流量。 椭圆齿轮 精度较高 腰轮 刮板 旋转活塞
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qv Av
间接法（速度法）：
节流式 转子 涡轮 电磁 超声波
测量平均流速
力学 力学 力学 电学 声学 力学 热学 光学
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② 测量气体流量时。
a) 取压点应在节流装置的上半 部。 b) 引压导管最好垂直向上， 至少亦应向上倾斜一定的坡度， 以使引压导管中不滞留液体。 c) 如果差压计必须装在 节流装置之下，则需加装 贮液罐和排放阀，如图所 示。
测量气体流量时的连接图 1—节流装置；2—引压导管； 3—差压变送器；4—贮液罐； 5—排放阀
5
对于气体，密度受温度、压力变化影响较大，如
在常温常压附近，温度每变化 10℃，密度变化约为
3%；压力每变化10kPa，密度约变化3%。 因此在测量气体流量时，必须同时测量流体的温 度和压力。 为了便于比较，常将在工作状态下测得的体积流 量换算成标准状态下（温度为20℃，压力为101 325 Pa）的体积流量，用符号qVN表示，单位符号为 Nm3/s。
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（1）误差产生的原因 被测流体工作状态的变动。 节流装置安装不正确。
孔板入口边缘的磨损。
导压管安装不正确，或有堵塞、渗漏现象
差压计安装或使用不正确
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（2）导压管的安装 导压管要正确地安装，防止堵塞与渗漏，否则会 引起较大的测量误差。对于不同的被测介质，导压管 的安装亦有不同的要求，下面分类讨论。
百度文库
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(4)流体密度ρ 流量方程式中所用的密度是指被测介质在节流元 件前的工作状态（温度、压力）下的值。 当工作时,实际流体密度与设计时不同时，应进 行修正。
qm qm

qv qv

式中在右上角加“′”的符号表示实际工作状态 下的密度和流量，无上标“′”的表示设计值或 显示值。
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涡街
热线风速 激光多普勒
2.质量流量
直接式：检测元件的输出直接反映质量流量。
科里奥利质量流量计
间接式：用两个检测元件分别测出两个相应的
参数，通过运算间接获取质量流量。 如：通过测量体积流量和密度来间接测量质 量流量。
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9.2节流式流量计



节流式（也称差压式）流量计是基于流体流动的 节流原理，当流体流经节流元件（阻力件）时， 在节流元件两端产生差压，该差压的大小与流量 （流速）成正比。 节流过程：流体流过阻力件流束的收缩造成压力 变化的过程，称为节流过程。 节流件：阻力件称为节流件；由此构成的流量计 称为节流式流量计。
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•作为流量测量的节流元件有标准节流元件和特 殊节流元件，其中标准节流元件有标准孔板、 标准喷嘴、标准文丘里管。
高压 低压
(a )
(b )
喉部 入口 部 渐缩 部 分 分 (c)
渐扩 部分
标准节流元件 (a) 孔板； (b) 喷嘴； (c) 文丘里管
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其中孔板最简单又最为典型，加工制造方便， 在工业生产过程中常被采用。 标准节流装置按照规定的技术要求和试验数 据来设计、加工、安装，无需检测和标定，可以 直接投产使用，并可保证流量测量的精度。
标准节流件——孔板 标准取压装置
直管段
孔板流量计
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（1）标准节流元件——孔板
标准孔板是一块具有与管道同心 圆形开孔的圆板，迎流一侧是有锐 利直角入口边缘的圆筒形孔，顺流 的出口呈扩散的锥形。 结构简单，加工方便，价格便宜。 压力损失较大，测量精度较低， 只适用于洁净流体介质，测量大 管径高温高压介质时，孔板易变 形。
的输出电流就与流量成线性关系。显示仪表则显示
流量的大小。
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1-节流元件 2-引压管路 3-三组阀门 4-差压计
节流式流量计组成与实物图
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举例9-1

一台节流式流量计，满量程为10kg/s,当流 量为满刻度的65%和30%时，试求流量值 在标尺上的相应位置（距离标尺起始点）， 设标尺的总长度为100mm。
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举例

一台节流式流量计，用于测量水蒸气流量，设计 时的水蒸气密度为ρ＝8.93kg/m3。但实际使用时被 测介质的压力下降，使实际密度减小为8.12kg/m3。 试求当流量计读数为8.5kg/s时，实际流量为多少？ 由于密度变化使流量计指示值产生的相对误差为 多少？。
qm qm

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节流式流量计的特点
结构简单，工作可靠 管径D＝50～1000mm 量程比3：1 几乎能测各种工况下的介质，
标准孔板
但不能有脏污物，流体的雷诺数要大于某个临 界值。
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5.节流式流量计的测量误差
在现场实际应用时，往往具有比较大的测 量误差，有的甚至高达10％～20％。
注意
不仅需要合理的选型、准确的设计、计算和 加工制造，更要注意正确的安装、维护和符合使用 条件等，才能保证差压式流量计有足够的实际测量 精度。
第9章流量检测仪表
1
基本要求



了解流量检测的重要意义 掌握流量的基本概念及表示方法 掌握流量的测量方法和原理：节流式流量计、转 子流量计、涡街流量计、电磁流量计、靶式流量 计、容积式流量计、质量流量计、涡轮流量计、 超声波流量计
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1. 定 义
9.1流量检测基础知识 流量：是指单位时间内流动介质流经管道 （或通道，统称流道）中某截面的数量， 也称瞬时流量。 累积流量：在某一段时间内流过的流体总 和，即瞬时流量在某一段时间内的累积值， 称为累积流量。
A f
2 gVf f Af
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qv A0 v A0
A0—环状流通面积；Af—浮子面积（最大） ζ—阻力系数
浮子受力分析：
qv A0 v A0 2 gVf f Af
df
A0

4
[( D0 2h tan ) 2 d 2 f ]
A0 hD0 tan
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③ 测量蒸汽的流 量时，要实现上述的 基本原则，必须解决 蒸汽冷凝液的等液位 问题，以消除冷凝液 液位的高低对测量精 度的影响。常见的接 法见图所示。
测量蒸汽流量的连接图 1—节流装置；2—凝液罐；3—引压导管； 4—排放阀；5—差压变送器；6—平衡阀
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④测量腐蚀性（或因 易凝固不适宜直接进 入差压计）的介质流 量时，必须采取隔离 措施。常用的两种隔 离罐形式如图所示。
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1—管道法兰；2—环室；3—孔板；4—夹紧环
标准孔板采用角接取压法和法兰取压法，标准喷嘴 为角接取压法。 29
4.节流式流量计
1 q p2 p3 2 p
4 3 5 6
1 —节流装置；2 —压力信号管路；3 —差压变送器；4 —电流信号传输线；5 — 开方器；6 —显示仪表
节流（差压）式流量检测系统结构示意图
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1.检测原理（主要讨论标准孔板的原理）
（1） 孔 板 装 置 及 压 力、 流 速 分 布 图
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测量原理 流体流过节流装置前后产生压力差 Δp(Δp=p1-p2)，且流过的流量越大，节流装置前后 的压差也越大，流量与压差之间存在一定关系，这 就是差压式流量传感器测量原理。
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注意 要准确测量出截面Ⅰ、Ⅱ处的压 力有困难，因为产生最低静压力 p2′的截面Ⅱ的位置随着流速的 不同会改变。 因此，在孔板前后的管壁上选择 两个固定的取压点，来测量流体 在节流装置前后的压力变化。
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节流装置是将被测流体的流量值变换成差压信
号Δ p ，节流装置输出的差压信号由压力信号管路
输送到差压变送器（或差压计）。由流量基本方程
式可以看出，被测流量与差压Δ p 成平方根关系，
对于直接配用差压计显示流量时，流量标尺是非线
性的，为了得到线性刻度，可加开方运算电路或加
开方器。如差压流量变送器带有开方运算，变送器
隔离罐的两种形式
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9.3转子流量计
又称恒压降变面积流量计，适用 于中小流量。 1.检测原理 流体在锥形管中自下而上流动， 其中的浮子（转子）将稳定在 某一个位置。
模型演示
df
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浮子受力分析：
V f f g V f g A f
2 gV f f
v 2
2
df
v


标准孔板
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（2）节流装置的取压方式 根据节流装置取压口位置可将取压方式分为 理论取压、角接取压、法兰取压、径距取压与损失 取压五种:
节流装置的取压方式
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目前广泛采用的是角接取压法，其次是法兰取压法。 法兰取压法结构较简单，容易装配，计算也方便，但精度 较角接取压法低些。 角接取压法比较简便，容易实现环室取压，测量精度较高。