化工仪表及自动化第三章2
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三、转子流量计
1.工作原理 以压降不变，利用节流面积的变化来测量流量的大小，
即转子流量计采用的是恒压降、变节流面积的流量测量方 法。
图3-27 转子流量计的工作原理图
22
第三节 流量检测及仪表
转子流量计中转子的平衡条件是
V t f g p1 p2 A
由式（3-25）可得
其中d／D应在0.2～0.8之间；最小 孔径应不小于12.5mm；直孔部分的厚 度 h ＝ （ 0.005 ～ 0.02 ） D ； 总 厚 度 H ＜
0.05D；锥面的斜角α＝30°～45°等
等，需要时可参阅设计手册。
9
第三节 流量检测及仪表
我国规定
标准节流装置取压方法 分为
角接取压法 法兰取压法
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
15
第三节 流量检测及仪表
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。
图3-21 测量液体流量 时的取压点位置
0.800
1.80
1.427
0.792
1.85
1.453
0.785
1.90
1.477
0.778
1.95
1.504
0.771
2.00
1.529
0.764
30
第三节 流量检测及仪表
举例
例4 现用一只以水标定的转子流量计来测量苯的流 量，已知转子材料为不锈钢，ρt＝7.9g/cm3，苯的密 度为ρf＝0.83g/cm3。试问流量计读数为3.6L/s时，苯 的实际流量是多少？
第三节 流量检测及仪表
一、概述
介质流量是控制生产过程达到优质高产和安全生产以 及进行经济核算所必需的一个重要参数。
定义
流量大小：单位时间内流过管道某一截面的流体 数量的大小，即瞬时流量。
总量：在某一段时间内流过管道的流体流量的总 和，即瞬时流量在某一段时间内的累计值。
1
第三节 流量检测及仪表
所以，在现场使用时，为了加工和安装方便， 有时不用环室而用单独钻孔取压，特别是对大口 径管道。
11
第三节 流量检测及仪表
标准孔板
标准喷嘴和标 准文丘里管
优点
应用广泛，结 构简单，安装 方便，适用于 大流量的测量
压力损失较孔 板小
缺点
流体经过孔板后压力损 失大，当工艺管道上不 允许有较大的压力损失 时，便不宜采用。
质量流量M
体积流量Q
M Q 或 Q M
如以 t 表示时间，则流量和总量之间的关系是
t
Q总
Qdt ,
0
t
M总
Mdt
0
流量计：测量流体流量的仪表。
计量表：测量流体总量的仪表。
2
第三节 流量检测及仪表
1.速度式流量计
以测量流体在管道内的流速作为测量依据 来计算流量的仪表。
分 2.容积式流量计
图3-22 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
16
第三节 流量检测及仪表
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。
0.60
0.754 1.256 1.15 1.084
0.943
0.65 0.787 1.211 1.20 1.111
0.927
0.70 0.819 1.170 1.25 1.139
0.911
0.75
0.851 1.134 1.30 1.165
0.897
0.80
0.882 1.102 1.35 1.193
化工仪表及自动化
第三章 检测仪表与传感器
内容提要
流量检测及仪表
概述 差压式流量计 转子流量计 椭圆齿轮流量计 涡轮流量计 电磁流量计 漩涡流量计 质量流量计
内容提要
物位检测及仪表
概述 差压式液位变速器 电容式物位传感器 核辐射物位计 称重式液罐计量仪
5
第三节 流量检测及仪表
图3-18 孔板装置及 压力、流速分布图
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。因此是在孔板前 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。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。
0.884
0.85
0.912 1.073 1.40 1.220
0.872
0.90
0.944 1.046 1.45 1.245
0.859
ρt KQ KM
1.50
1.272
0.847
1.55
1.297
0.837
1.60
0.323
0.827
1.65
1.351
0.818
1.70
1.376
0.809
1.75
1.401
（3-36）
当采用耐酸不锈钢作为转子材料时，ρt＝7.9g/cm3，水 的密度ρw＝1g/cm3，代入（3-34）与式（3-36）得
KQ
6.9 f 7.9 f
（3-37）
KM
6.9
7.9 f f
（3-38）
29
第三节 流量检测及仪表
当介质密度ρf变化时，密度修正系数KQ、KM的数值见下表。
Q1
0 1
7
第三节 流量检测及仪表
2.标准节流装置 国内外把最常用的节流装置、孔板、喷嘴、文丘里
管等标准化，并称为“标准节流装置”。 标准化的具体内容包括节流装置的结构、尺寸、加
工要求、取压方法、使用条件等。
8
第三节 流量检测及仪表
举例
如左图，标准孔板对尺寸和公差、粗糙 度等都有详细规定。
图3-19 孔板断面 示意图
（1）液体流量测量时的修正
Q0 h
2gV t w
wA
（3-31）
27
第三节 流量检测及仪表
如果被测介质的黏度与水的黏度相差不大，可近似认为
Φ是常数，则有
Qf h
2gV t f f A
（3-32）
整理后得
Q0
t
t
w f
f w
f A
23
第三节 流量检测及仪表
2.电远传式转子流量计
它可以将反映流量大小的转子高度h转换为电信号，适
合于远传，进行显示或记录。 LZD系列电远传式转子流量计主要由流量变送及电动显
示两部分组成。 （1）流量变送部分
图3-28 差动变压器结构
24
第三节 流量检测及仪表
转换原理
若将转子流量计的转子 与差动变压器的铁芯连接起 来，使转子随流量变化的运 动带动铁芯一起运动，那么， 就可以将流量的大小转换成 输出感应电势的大小。
类
以单位时间内所排出的流体的固定容积的 数目作为测量依据来计算流量的仪表。
3.质量流量计
以测量流体流过的质量M为依据的流量计。 质量流量计分直接式和间接式两种。
3
第三节 流量检测及仪表
二、差压式流量计
差压式（也称节流式）流量计是基于流体流动的节 流原理，利用流体流经节流装置时产生的压力差而实现 流量测量的。
18
第三节 流量检测及仪表
图3-23 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
图3-24 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
19
第三节 流量检测及仪表
差压计或差压变送器安装或使用不正确也会引起测量误差。 由引压导管接至差压计或变送器前，必须安装切断阀
Qf
KQQf
（3-33）
KQ
t w f
t f w
（3-34）
28
第三节 流量检测及仪表
同理可导得质量流量的修正公式为
Q0
t
f w
w f w
M f
KM M f
（3-35）
KM
t w t f f w
举例
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。
图3-20 环式取压结构 1—管道法兰；2—环室；3—孔板；4—夹紧环
10
第三节 流量检测及仪表
环室取压法能得到较好的测量精度，但是加 工制造和安装要求严格，如果由于加工和现场安 装条件的限制，达不到预定的要求时，其测量精 度仍难保证。
V
p p1 p2
t f
A
g
（3-25） （3-26）
根据转子浮起的高度就可以判断被测介质的流量大小
M h 2 f p 或 将式（3-26）代入上两式，得
Q h 2 p f
M h 2gV t f f A
或 Q h 2gV t f
25
第三节 流量检测及仪表
（2）电动显示部分
图3-29 LTD系列电远传转子流量计
26ห้องสมุดไป่ตู้
第三节 流量检测及仪表
3.转子流量计的指示值修正
转子流量计的流量标尺上的刻度值，对用于测量液体 来讲是代表20℃时水的流量值，对用于测量气体来讲则是 代表20℃，0.10133MPa压力下空气的流量值。所以，在 实际使用时，要根据具体体情况进行修正。
13
第三节 流量检测及仪表
3.差压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。
14
第三节 流量检测及仪表
误差产生的原因
6
第三节 流量检测及仪表
（2）节流基本方程式
流量基本方程式是阐明流量与压差之间定量关系的基 本流量公式。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。
Q F0
2 p
1
可以看出
M F0 21p
要知道流量与压差的确切关系，关键在于α的取值。 流量与压力差ΔP的平方根成正比。
17
第三节 流量检测及仪表
② 测量气体流量时，上述的这些基本原则仍然适用。 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3-23所示。
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3-24所示。
解 由式（3-37）计算或由表3-2可查得
KQ 0.9 将此值代入式（3-33），得
Qf
1 KQ
Q0
1 3.6 4L / s 0.9
即苯的实际流量为4L/s。
31
第三节 流量检测及仪表
（2）气体流量测定时的修正
对被测介质的密度、工作压力和温度均需进行修正。
当已知仪表显示刻度Q0，要计算实际的工作介质流量 时，可按下式修正。
表3-2 密度修正系数表
ρt KQ KM ρt KQ KM
0.40
0.670 1.516 0.95 0.971
1.022
0.45
0.646 1.435 1.00 1.000
1.000
0.50
0.683 1.365 1.05 1.028
0.979
0.55
0.719 1.307 1.10 1.056
0.960
通常是由能将被测流量转换成压差信号的节流装置 和能将此压差转换成对应的流量值显示出来的差压计以 及显示仪表所组成。
4
第三节 流量检测及仪表
1.节流现象与流量基本方程式 （1）节流现象 流体在有节流装置的管道中流动时，在节流装置前 后的管壁处，流体的静压力产生差异的现象称为节流现 象。 节流装置包括节流件和取压装置。
结构比较复杂，不易加 工
12
第三节 流量检测及仪表
标准节流装置仅适用于测量管道直径大于50mm， 雷诺数在104～105以上的流体，而且流体应当清洁， 充满全部管道，不发生相变。
节流装置将管道中流体流量的大小转换为相应的 差压大小，但这个差压信号还必须由导压管引出，并 传递到相应的差压计，以便显示出流量的数值。
1、2和平衡阀3，构成三阀组，如图3-25所示。 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3-26所示。
20
第三节 流量检测及仪表
图3-25 差压计阀组安装示意图 1，2—切断阀；3—平衡阀
图3-26 隔离罐的两种形式
21
第三节 流量检测及仪表
1.工作原理 以压降不变，利用节流面积的变化来测量流量的大小，
即转子流量计采用的是恒压降、变节流面积的流量测量方 法。
图3-27 转子流量计的工作原理图
22
第三节 流量检测及仪表
转子流量计中转子的平衡条件是
V t f g p1 p2 A
由式（3-25）可得
其中d／D应在0.2～0.8之间；最小 孔径应不小于12.5mm；直孔部分的厚 度 h ＝ （ 0.005 ～ 0.02 ） D ； 总 厚 度 H ＜
0.05D；锥面的斜角α＝30°～45°等
等，需要时可参阅设计手册。
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第三节 流量检测及仪表
我国规定
标准节流装置取压方法 分为
角接取压法 法兰取压法
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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第三节 流量检测及仪表
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。
图3-21 测量液体流量 时的取压点位置
0.800
1.80
1.427
0.792
1.85
1.453
0.785
1.90
1.477
0.778
1.95
1.504
0.771
2.00
1.529
0.764
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第三节 流量检测及仪表
举例
例4 现用一只以水标定的转子流量计来测量苯的流 量，已知转子材料为不锈钢，ρt＝7.9g/cm3，苯的密 度为ρf＝0.83g/cm3。试问流量计读数为3.6L/s时，苯 的实际流量是多少？
第三节 流量检测及仪表
一、概述
介质流量是控制生产过程达到优质高产和安全生产以 及进行经济核算所必需的一个重要参数。
定义
流量大小：单位时间内流过管道某一截面的流体 数量的大小，即瞬时流量。
总量：在某一段时间内流过管道的流体流量的总 和，即瞬时流量在某一段时间内的累计值。
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第三节 流量检测及仪表
所以，在现场使用时，为了加工和安装方便， 有时不用环室而用单独钻孔取压，特别是对大口 径管道。
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第三节 流量检测及仪表
标准孔板
标准喷嘴和标 准文丘里管
优点
应用广泛，结 构简单，安装 方便，适用于 大流量的测量
压力损失较孔 板小
缺点
流体经过孔板后压力损 失大，当工艺管道上不 允许有较大的压力损失 时，便不宜采用。
质量流量M
体积流量Q
M Q 或 Q M
如以 t 表示时间，则流量和总量之间的关系是
t
Q总
Qdt ,
0
t
M总
Mdt
0
流量计：测量流体流量的仪表。
计量表：测量流体总量的仪表。
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第三节 流量检测及仪表
1.速度式流量计
以测量流体在管道内的流速作为测量依据 来计算流量的仪表。
分 2.容积式流量计
图3-22 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
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第三节 流量检测及仪表
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。
0.60
0.754 1.256 1.15 1.084
0.943
0.65 0.787 1.211 1.20 1.111
0.927
0.70 0.819 1.170 1.25 1.139
0.911
0.75
0.851 1.134 1.30 1.165
0.897
0.80
0.882 1.102 1.35 1.193
化工仪表及自动化
第三章 检测仪表与传感器
内容提要
流量检测及仪表
概述 差压式流量计 转子流量计 椭圆齿轮流量计 涡轮流量计 电磁流量计 漩涡流量计 质量流量计
内容提要
物位检测及仪表
概述 差压式液位变速器 电容式物位传感器 核辐射物位计 称重式液罐计量仪
5
第三节 流量检测及仪表
图3-18 孔板装置及 压力、流速分布图
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。因此是在孔板前 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。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。
0.884
0.85
0.912 1.073 1.40 1.220
0.872
0.90
0.944 1.046 1.45 1.245
0.859
ρt KQ KM
1.50
1.272
0.847
1.55
1.297
0.837
1.60
0.323
0.827
1.65
1.351
0.818
1.70
1.376
0.809
1.75
1.401
（3-36）
当采用耐酸不锈钢作为转子材料时，ρt＝7.9g/cm3，水 的密度ρw＝1g/cm3，代入（3-34）与式（3-36）得
KQ
6.9 f 7.9 f
（3-37）
KM
6.9
7.9 f f
（3-38）
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第三节 流量检测及仪表
当介质密度ρf变化时，密度修正系数KQ、KM的数值见下表。
Q1
0 1
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第三节 流量检测及仪表
2.标准节流装置 国内外把最常用的节流装置、孔板、喷嘴、文丘里
管等标准化，并称为“标准节流装置”。 标准化的具体内容包括节流装置的结构、尺寸、加
工要求、取压方法、使用条件等。
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第三节 流量检测及仪表
举例
如左图，标准孔板对尺寸和公差、粗糙 度等都有详细规定。
图3-19 孔板断面 示意图
（1）液体流量测量时的修正
Q0 h
2gV t w
wA
（3-31）
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第三节 流量检测及仪表
如果被测介质的黏度与水的黏度相差不大，可近似认为
Φ是常数，则有
Qf h
2gV t f f A
（3-32）
整理后得
Q0
t
t
w f
f w
f A
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第三节 流量检测及仪表
2.电远传式转子流量计
它可以将反映流量大小的转子高度h转换为电信号，适
合于远传，进行显示或记录。 LZD系列电远传式转子流量计主要由流量变送及电动显
示两部分组成。 （1）流量变送部分
图3-28 差动变压器结构
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第三节 流量检测及仪表
转换原理
若将转子流量计的转子 与差动变压器的铁芯连接起 来，使转子随流量变化的运 动带动铁芯一起运动，那么， 就可以将流量的大小转换成 输出感应电势的大小。
类
以单位时间内所排出的流体的固定容积的 数目作为测量依据来计算流量的仪表。
3.质量流量计
以测量流体流过的质量M为依据的流量计。 质量流量计分直接式和间接式两种。
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第三节 流量检测及仪表
二、差压式流量计
差压式（也称节流式）流量计是基于流体流动的节 流原理，利用流体流经节流装置时产生的压力差而实现 流量测量的。
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第三节 流量检测及仪表
图3-23 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
图3-24 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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第三节 流量检测及仪表
差压计或差压变送器安装或使用不正确也会引起测量误差。 由引压导管接至差压计或变送器前，必须安装切断阀
Qf
KQQf
（3-33）
KQ
t w f
t f w
（3-34）
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第三节 流量检测及仪表
同理可导得质量流量的修正公式为
Q0
t
f w
w f w
M f
KM M f
（3-35）
KM
t w t f f w
举例
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。
图3-20 环式取压结构 1—管道法兰；2—环室；3—孔板；4—夹紧环
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第三节 流量检测及仪表
环室取压法能得到较好的测量精度，但是加 工制造和安装要求严格，如果由于加工和现场安 装条件的限制，达不到预定的要求时，其测量精 度仍难保证。
V
p p1 p2
t f
A
g
（3-25） （3-26）
根据转子浮起的高度就可以判断被测介质的流量大小
M h 2 f p 或 将式（3-26）代入上两式，得
Q h 2 p f
M h 2gV t f f A
或 Q h 2gV t f
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第三节 流量检测及仪表
（2）电动显示部分
图3-29 LTD系列电远传转子流量计
26ห้องสมุดไป่ตู้
第三节 流量检测及仪表
3.转子流量计的指示值修正
转子流量计的流量标尺上的刻度值，对用于测量液体 来讲是代表20℃时水的流量值，对用于测量气体来讲则是 代表20℃，0.10133MPa压力下空气的流量值。所以，在 实际使用时，要根据具体体情况进行修正。
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第三节 流量检测及仪表
3.差压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。
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第三节 流量检测及仪表
误差产生的原因
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第三节 流量检测及仪表
（2）节流基本方程式
流量基本方程式是阐明流量与压差之间定量关系的基 本流量公式。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。
Q F0
2 p
1
可以看出
M F0 21p
要知道流量与压差的确切关系，关键在于α的取值。 流量与压力差ΔP的平方根成正比。
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第三节 流量检测及仪表
② 测量气体流量时，上述的这些基本原则仍然适用。 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3-23所示。
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3-24所示。
解 由式（3-37）计算或由表3-2可查得
KQ 0.9 将此值代入式（3-33），得
Qf
1 KQ
Q0
1 3.6 4L / s 0.9
即苯的实际流量为4L/s。
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第三节 流量检测及仪表
（2）气体流量测定时的修正
对被测介质的密度、工作压力和温度均需进行修正。
当已知仪表显示刻度Q0，要计算实际的工作介质流量 时，可按下式修正。
表3-2 密度修正系数表
ρt KQ KM ρt KQ KM
0.40
0.670 1.516 0.95 0.971
1.022
0.45
0.646 1.435 1.00 1.000
1.000
0.50
0.683 1.365 1.05 1.028
0.979
0.55
0.719 1.307 1.10 1.056
0.960
通常是由能将被测流量转换成压差信号的节流装置 和能将此压差转换成对应的流量值显示出来的差压计以 及显示仪表所组成。
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第三节 流量检测及仪表
1.节流现象与流量基本方程式 （1）节流现象 流体在有节流装置的管道中流动时，在节流装置前 后的管壁处，流体的静压力产生差异的现象称为节流现 象。 节流装置包括节流件和取压装置。
结构比较复杂，不易加 工
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第三节 流量检测及仪表
标准节流装置仅适用于测量管道直径大于50mm， 雷诺数在104～105以上的流体，而且流体应当清洁， 充满全部管道，不发生相变。
节流装置将管道中流体流量的大小转换为相应的 差压大小，但这个差压信号还必须由导压管引出，并 传递到相应的差压计，以便显示出流量的数值。
1、2和平衡阀3，构成三阀组，如图3-25所示。 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3-26所示。
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第三节 流量检测及仪表
图3-25 差压计阀组安装示意图 1，2—切断阀；3—平衡阀
图3-26 隔离罐的两种形式
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