流量计基础知识

液、 150～ 气 1000
导
电 液
6～2000
体
±0.5 ～1
±0.5 ～1.5
需直管段
直管段要求不 高，无压损
计
超声波流量计 液 ＞10
±1
需直管段，无 压损
热式质量流量计 气
±1
质 量
直 接 式
直接检测与 质量流量成 比例的量来 质量流量
冲量式质量流量 计
固 体 粉 料
流
科氏质量流量计
液、 气
③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
目前广泛采用的是角接取压法，其次是法兰取
压法。角接取压法比较简便，容易实现环室取压， 测量精度较高。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。
a. 标准孔板 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。
标准孔板
b. 标准喷嘴 标准喷嘴是一种以管道轴线为中心线的旋转对
(4)压力损失
压力损失的大小是流量仪表选型的一个重要技 术指标。压力损失小，流体能消耗小，输运流体 的动力要求小，测量成本低。反之则能耗大，经 济效益相应降低。故希望流量计的压力损失愈小 愈好。
(5)流出系数（流量系数）
流出系数为实际流量和理论流量的比值。 C=实际流量/理论流量
(6)流量计的特性曲线
流量测量技术
➢1 流量测量的基础知识 ➢2 流量测量仪表 ➢3 流量标准装置
1 流量测量的基础知识
➢ 1.1流体的物理性质与管流基础知识 ➢1.2流量和流量计 ➢1.3 流量测量方法与流量仪表的分类
8.1.1流体的物理性质与管流基础知识
物质状态： 固体、液体、气体、（蒸汽）。
流体分类： 单相流、双相流、多相流。 均相流、非均相流、脉动流、气穴。
需直管段，压 损小
垂直安装
需直管段，
±0.5～ 需直管段，无
5
压损
±0.2～ 0.5
无直管段要求，
需装过滤器， 压损中等
±0.2
无直管段要求， 压损小
涡轮流量计
液、 气
4～600
±0.1 ～0.5
需直管段，装 过滤器
体 积
速
流 通过测量管 度 道截面上流
流 量 体平均流速
量
式 来测量流量 计
涡街流量计 电磁流量计
1. 流体的密度 单位体积的流体所具有的质量称为流体密度，
用数 学表达式表示为：
M
M 流体质量；
V
流体的密度；
V 流体体积。
流体密度是温度和压力的函数，单位是(kg/m3)。
2. 流体粘度
流体运动过程中阻滞剪切变形的粘滞力与流体 的速度梯度和接触面积成正比，并与流体粘性有关， 其数学表达式为：
流量计的量程。最大流量与最小流量的比值称为 量程比，亦称流量计的范围度。
(3)精确度和重复性（ISO5168) JJF 1001—1998《通 用计量术语及定义》
精确度是仪表给出接近被测量真值的示值能力。 重复性是仪表重复测量给出相同示值的能力。
流量仪表在规定的正常工作条件下允许的最大误 差，称为该流量仪表的允许误差，一般用最大相 对误差和引用误差来表示。 相对误差：测量的绝对误差与相应测量值之比 引用误差：测量的绝对误差与满量程值之比 系统误差：测量点平均值与真值的偏差（零漂） 精密度误差：测量点相对平均值的分散程度 读数精度：某测量点误差/该点流量值 满量程精度：满量程流量点误差/满量程流量值 全量程精度：最大相对误差
大气压力：大气相对绝对零以上的压力。
标准大气压（atm）：1atm=101.325kPa（海平面） 表压力：压力表原件与大气压力之差。KPa(G) 差压：两个压力之差。KPa(D)、刻度差压。
温度（T）
温度：（T）表征物体冷热程度的度量。 摄氏温标(℃) ： 在标准大气压下，以水的冰点为0 度，水的沸点为100度，中间分为100等分的温标。 华氏温标(℉)：在标准大气压下，冰的熔点为32℉， 水的沸点为212℉，中间分为180等分的温标。 热力学温标（K）：将-273.15℃作为零度的温标。 绝对零度：压强等于零时的温度。-273.15℃
Re uL uL
Re —雷诺数（无量纲数）；
u —流动横截面的平均流速，（m/s）； —动力粘度，（N·S/m2）；
L —特征长度，（m）； —流体的密度，(kg/m3)；
—运动粘度，（m2/S）。
5. 管流类型
(1) 单相流和多相流
管道中只有一种均匀状态的流体流动称为单相 流；两种以上不同相流体同时在管道中流动称为多 相流。
F A du
dy
上式称为牛顿粘性定律。 F 粘滞力； A 接触面积；
du / dy 流体垂直于速度方向的速度梯度；
表征流体粘性的比例系数。
流体的动力粘度与流体密度的比值称为运动粘
度，即
动力粘度的单位为牛顿·秒/米2（N·S/m2），即
帕斯卡秒（Pa·S）；运动粘度的单位为（m2/S）。
3. 流体的压缩系数和膨胀系数
管路截面上，流速也因其流经的位置不同而不同。越 接近管壁，由于管壁与流体的粘滞作用，流速越低； 管中心部分的流速最快。流体流动状态不同将呈现不 同的流速分布。
V=Q/S V---介质流速；Q---介质流量；S---管道截面积。
Π=3.14利方程 (1)连续性方程 (2) 伯努利方程
量
计
间 同时测体积 体积流量经密度
接 式
流量和流体
密度来计算 质量流量
补偿 温度、压力补偿
液、 气
±0.2 ～2
±0.15
±0.5
3. 流量仪表的主要技术参数
(1)流量范围 指流量计可测的最大流量与最小流量的范围。
刻度流量、最大（小）流量、正常流量。
(2)量程和量程比 流量范围内最大流量与最小流量值之差称为
(4) 层流（Re≤2000）与紊流（Re≥4000） 管内流体有两种流动状态：层流和紊流。层
流中流体沿轴向作分层平行流动，各流层质点没 有垂直于主流方向的横向运动，互不混杂，有规 则的流线。紊流状态管内流体不仅有轴向运动， 而且还有剧烈的无规则的横向运动 。
6. 流速分布与平均流速
流体有粘性，当它在管内流动时，即使是在同一
(2) 可压缩和不可压缩流体的流动 流体可分为可压缩流体和不可压缩流体， 所
以流体的流动也可分为可压缩流体流动和不 可压 缩流体流动两种。
(3) 稳定流和不稳定流 当流体流动时，若其各处的速度和压力仅和
流体质点所处的位置有关，而与时间无关，则流 体的这种流动称为稳定流；若其各处的速度和压 力不仅和流体质点所处的位置有关，而且与时间 出有关，则流体的这种流动称为不稳定流 。
（根据实验数据作出流出系数对雷诺数的曲线）
2 流量测量仪表
2.1 差压式流量计 2.2 容积式流量计 2.3 速度式流量计 2.4 质量流量计
8.2.1 差压式流量计
差压式流量计基于流体在通过设置于流通管 道上的流动阻力件时产生的压力差与流体流量之 间的确定关系，通过测量差压值求得流体流量。 1. 节流式流量计
差压式流量计原理基于伯努利方程 和流体的连续性。
8.1.2流量和流量计
流量定义： 指单位时间内流体(气体、液体或固体颗粒等)流
经管道或设备某处横截面的数量，又称瞬时流量。 体积流量：当流体以体积表示时称为体积流量。
质量流量：当流体以质量表示时称为质量流量。
计量单位 ： 体积流量的计量单位为米3／秒(m3／s)， 质量流量的计量单位为千克／秒(kg／s)； 累积体积流量的计量单位为米3 (m3)； 累积质量流量的计量单位为千克(kg)。
工程上还使用的流量计量单位有： 米3／时 (m3／h) 升／分(L／min) 吨／小时(t/h) 升(L)
吨(t)等
8.1.3 流量测量方法与流量仪表的分类
1. 流量测量方法
流量测量方法大致可以归纳为以下几类： (1)利用伯努利方程原理，通过测量流体差压信号来 反映流量的差压式流量测量法； (2)通过直接测量流体流速来得出流量的速度式流量 测量法； (3)利用标准小容积来连续测量流量的容积式测量； (4)以测量流体质量流量为目的的质量流量测量法。
2、差压式流量计原理基于伯努利方程和流体的连 续性。
QV
CF 2D2 1 4 4
2P
Qv—体积流量，单位m3/h或Nm3/h CF—流出系数 β---直径比（AK为等效直径比） ε---气体膨胀系数 D---管道内径，单位m ρ---气体设计密度，单位kg/m3 △P---计算差压，单位Kpa
绝对温度：从绝对零度算起的温度。开尔文（K）
K=273.15+ ℃ 计算其体密度时，使用绝对温度。
标准状态
参照标准：ISO5024(1976) 压力 ： 101.325kPa 温度： 0℃，20℃，273.15K,293.15K
国际单位制（SI）
质量：kg(千克） 体积：m³（立方米） 力：N（牛顿） 长度：M（米） 时间：S（秒）
在一定的温度下，流体体积随压力增大而缩小 的特性，称为流体的压缩性；在一定压力下，流体 的体积随温度升高而增大的特性，称为流体的膨胀 性。
压缩系数： 当流体温度不变而所受压力变化时，其体积
的相对变化率： k 1 V V P
k —流体的体积压缩系数，（1／Pa）； V —流体的原体积，(m3)；
1-节流元件 2-引压管路 3-三阀组 4-差压计
节流式流量计组成与实物图
结构原理
1、在流体的流动管道上装有一个节流装置，其内 装有一个节流件，其孔径比管道内径小，在节流件 前流体稳定的向前流动，流体流过节流件时由于孔 径变小，截面积收缩，使稳定流动状态被打乱，因 而流速将发生变化，速度加快，流体的静压随之降 低，于是在节流件前后产生压力降落，即差压。差 压的大小和流体流量有确定的数值关系，即流量大 时，差压就大，流量小时，差压就小。流量与差压 的平方根成正比。
牛顿流体： 流体的剪切力与速度梯度之比（粘度）为常数。 所有气体、大多数液体、均匀混合气体为牛顿流体 非牛顿流体： 流体的剪切力与速度梯度之比随剪应力而变化。
压力（P）
压力（压强）： 垂直作用于物体单位面积上的力。 牛顿/平方米（N/㎡）、帕斯卡（Pa）
绝对压力：从绝对零算起的压力。KPa(A) 计算其体密度时，使用绝对静压。
（2）节流装置
①标准节流装置的适用条件 a. 流体必须是牛顿流体，在物理学和热力学上是均
匀的、单相的，或者可认为是单相的流体 。
b. 流体必须充满管道和节流装置且连续流动，流经 节流件前流动应达到充分紊流，流束平行于管道轴 线且无旋转，流经节流件时不发生相变。
c. 流动是稳定的或随时间缓变的 。
②标准节流元件的结构形式
称体，主要由入口圆弧收缩部分与出口圆筒形喉部 组成，有ISAl932喷嘴和长径喷嘴两种型式。
ISA1932喷嘴
长径喷嘴
c. 文丘里管
文丘里管有两种标准型式：经典文丘里管与文丘 里喷嘴。文丘里管压力损失最低，有较高的测量精度， 对流体中的悬浮物不敏感，可用于污脏流体介质的流 量测量，在大管径流量测量方面应用的较多。但尺寸 大、笨重，加工困难，成本高，一般用在有特殊要求 的场合。
2. 流量仪表的分类
类 别 工作原理
仪表名称
可测流 适用管径 测量精 安装要求、特
体种类
mm
度％
点
孔板
节
流
喷嘴
式
流体流过通管
道中的阻力件
差流 时产生的压力
压量 差与流量之间
式计 有确定关系，
体
通过测量差压
积
值求得流量
文丘里管 均速管 转子流量计
流
靶式流量计
量
计
弯管流量计
液、气、 蒸汽
液、气、 蒸汽
液、气 液、气、
蒸汽
液、气
椭园齿轮流量计
容流 直接对仪表排
积量 出的定量流体 式计 计数确定流量
腰轮流量计 刮板流量计
液 液、气
液
50～1000 50～500 100～1200 25～9000 4～150 15～200
10～400
±1～2
±1 ±2 ±1～4
需直管段，压 损大
需直管段，压 损中等
需直管段，压 损小
P —流体压力增量，(Pa)；
V —流体体积变化量，(m3)；
膨胀系数： 在一定的压力下，流体温度变化时其体积的
相对变化率，即 ：
ε 1 V V T
ε—流体的体积膨胀系数(1／℃)；
V —流体的原体积，(m3)；
V —流体体积变化量，(m3)；
T —流体温度变化量(℃)。
4. 雷诺数
雷诺数是流体流动的惯性力与粘滞力之比，表示为：