第8章流量测量技术

8.2 流量测量仪表
8.2.1 差压式流量计 8.2.2 容积式流量计 8.2.3 速度式流量计 8.2.4 质量流量计
8.2 流量测量仪表
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。 差压式流量计主要有以下几种： 1.节流式流量计 2.皮托管和均速管流量计 3.转子流量计 4.靶式流量计 5.弯管流量计
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。
导
电 液
6～2000
体
±0.1～ 需直管段，装过
0.5
滤器
±0.5～ 1
需直管段
±0.5～ 直管段要求不高，
1.5
无压损
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
固
质 量 流
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
体 粉
料
液
科氏质量流量计 、
量
气
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
文丘里管
差流 时产生的压力 压量 差与流量之间
均速管
体
式计
有确定关系， 通过测量差压
积
值求得流量
流
转子流量计 靶式流量计
量
计
弯管流量计
液、气、 蒸汽
液、气、 蒸汽
第8章 流量测量技术
在工农业生产和科学研究试验中，流量 都是一个很重要的参数。例如，在石油化工 生产过程自动检测和控制中，为了有效地操 作、控制和监测，需要检测各种流体的流量。 此外，对物料总量的计量还是能源管理和经 济核算的重要依据。流量检测仪表是发展生 产、节约能源、提高经济效益和管理水平的 重要工具。本章介绍流量测量的基本知识和 常用的流量检测仪表。
雷诺数是流体流动的惯性力与粘滞力之比，表
示为：
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）；
雷诺数是判别流体状态的准则，在紊流时流体流速分布更是与 雷诺数有关，因此在流量测量中，雷诺数是很重要的一个参数。
（m2/S）。
3. 流体的压缩系数和膨胀系数
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)；
8.1.2 流体的物理性质与管流基础知识 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
V
M 流体质量；V流体体积；
流体的密度。
流体密度是温度和压力的函数。
单位是千克／米3 (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：
5. 管流类型
通常把流体充满管道截面的流动叫管流。 管流分为下述几种类型：
(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，如只有单纯气态或液态流体在管道中 的流动；两种以上不同相流体同时在管道中流 动称为多相流。
(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，
1. 节流式流量计 节流式流量计组成
1-节流元件 2-引压管路 3-三阀组 4-差压计
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 。
1 u1 A1 = 2 u2 A2
连续性方程示意图
(2) 伯努利方程
当理想流体在重力作用下在管内定常流动时， 对于管道中任意两个截面Ⅰ和Ⅱ有如下关系式（伯 努利方程）：
gZ1
p1

u12 2

gZ2

p2

u22 2
g —重力加速度 Z1, Z2 —截面Ⅰ和Ⅱ相对基准线的高度； p1, p2 —截面Ⅰ和Ⅱ上流体的静压力； u1, u2 —截面Ⅰ和Ⅱ上流体的平均流速。
计
间 接 式
同时测体积 流量和流体 密度来计算 质量流量
体积流量经密度补偿 液 、
温度、压力补偿 气
±0.2～ 2
±0.15
±0.5
3. 流量仪表的主要技术参数（4组）
(1)流量范围 流量范围指流量计可测的最大流量与最小流量
的范围。
(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。
(4) 层流与紊流 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。
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
7. 流 体 流 动 的 连 续 性 方 程 和 伯 努 利 方 程 (1)连续性方程
任取一管段，设截面Ⅰ、截面Ⅱ处的面积、流体
密A2度、和2 截、u面2 上，流根体据的质平量均守流恒速定分律别，为单A位1、时间1 内、u经1 过和
截面I流入管段的流体质量必等于通过截II流出的流 体质量。即有连续性方程：
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ຫໍສະໝຸດ 相对变化率，即 1 V
V T
—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
伯努利方程示意图
而实际流体具有粘性，在流动过程中要克服流
体与管壁以及流体内部的相互摩擦阻力而作功， 这将使流体的一部分机械能转化为热能而耗散。 因此，实际流体的伯努利方程可写为：
gZ1
p1

u12 2
gZ2

p2

u22 2
hwg
hwg —截面Ⅰ和Ⅱ之间单位质量实际流体流动 产生的能量损失。
速分布为：
ux

umax1
rx
1/ n

R
n—随流体雷诺数不同而变化的系数
圆管内的流速分布
通过测流速求流量的流量计一般是检测出平均
流速然后求得流量。对于层流，平均流速是管中心
最大流速的0.5倍( u 0.5umax)；紊流时的平均流速与 n值有关：
u

n
2n 2
12n
8.1 流量测量的基础知识 8.2 流量测量仪表 8.3 流量标准装置
8.1 流量测量的基础知识 8.1.1流量和流量计 8.1.2 流体的物理性质与管流基础知识
8.1.3 流量测量方法与流量仪表的分类
8.1 流量测量的基础知识 8.1.1流量和流量计 流量定义：(瞬时流量、累积流量)
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。
(3)允许误差和精度等级 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。
流量仪表的精度等级是根据允许误差的大小 来划分的，其精度等级有：0.02、0.05、0.1、 0.2、0.5、1.0、1.5、2.5等。
(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。