流量传感器及其应用

① 被测流体应充满圆管并连续地流动。 ② 管道内的流束（流动状态）是稳定的，测量时流体流量不随时间变 化或变化非常缓慢。 ③ 流体必须是牛顿流体，在物理学和热力学上是单相的、均匀的，或 者可认为是单相的，且流体流经节流件时不发生相变。 ④ 流体在进入节流件之前，其流束必须与管道轴线平行，不得有旋转 流。 ⑤ 标准节流装置不适用于脉动流和临界流的流量测量。
qv还可以用下
qv vA
使用体积流量时，必须同时给出流体的压力和温度。
累计流量是指一段时间内流体的总流量，即瞬时流量对时间的累积。 总流量的单位常用m3或kg表示。
第10章 流量传感器及其应用
2．流量检测中常用的物理量
（1）密度 ：表示单位体积中物质的量，其数学表达式为
M
V 对于液体，在常温常压下，压力变化对其容积影响甚微，所以工程 上通常将液体视为不可压缩流体，即可不考虑压力变化对液体密度的影 响，而只考虑温度对其密度的影响。对于气体，温度、压力对单位质量 气体的体积影响很大，因此在表示气体密度时，必须指明气体的工作状 态（温度和压力）。 （2）黏度：是表征流体流动时内摩擦黏滞力大小的物理量，有动力 黏度和运动黏度。
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10.4.2 涡轮流量传感器
涡轮流量传感器是以动量矩守恒原理为基础，利用置于流体中的涡 轮的旋转速度与流体速度成比例的关系来反映通过管道的体积流量的。 1．测量原理与结构
（1）测量原理。 在一定的流体介质黏度和一定的流量范围内，涡轮的旋转角速度与
通过涡轮的流体流量成正比，通过测量涡轮的旋转角速度可以确定流体 的体积流量。
括两个波纹管、量程弹簧、扭力管及外壳等部分。
1-节流装置；2、4-导压管；3-阀；5-扭管；6-中心基座；7-量程弹 簧；8-低压波纹管；9-低压外壳； 10-填充液；11-摆杆；12-推板
；13-阻尼阀；14-高压波纹管；15-高压外壳；16-连接轴
图10.9 双波纹管差压计结构原理图
第10章 流量传感器及其应用
单独钻孔取压是在孔板的夹紧环上打孔，流体上下游压力分别从前后 两个夹紧环取出。
②法兰取压。标准孔板被夹持在两块特制的法兰中间，其间加两片垫 片，上、下游侧取压孔的轴线距孔板前、后端面分别为（25.4±0.8）mm。 （2）标准喷嘴的取压方式。标准喷嘴仅采用角接取压方式。
3．标准节流装置的使用条件与管道条件 （1）使用条件。
1—节流装置；2—导压阀；3—排污阀； 4—差压计；5—三阀组；6—排气阀
图10.12 测量液体时差压流量传感器安装示意图
第10章 流量传感器及其应用
（2）气体流量的测量。
1—节流装置；2—导压阀； 3—三阀组；4—差压计
1—导压阀；2—节流装置；3—三阀组； 4—差压计；5—排放阀
图10.13 测量气体时差压流量传感器安装示意图
② 管道内表面上不能有凸出物和明显的粗糙不平现象，至少在节流件 上游10D 和下游4D 的范围内应清洁、无积垢和其他杂质，并满足有关粗 糙度的规定。
③ 节流件前后应有足够长的直管段，在不同局部阻力情况下所需要的 最小直管段长度。
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10.3.3 差压计
1．双波纹管差压计 双波纹管差压计是由测量部分和显示部分构成的基地式仪表，主要包
2．涡轮流量传感器的特点 3．涡轮流量传感器的安装
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10.4.3 超声波流量传感器
超声波流量传感器是一种非接触式流量测量仪表，它是利用超声波 在流体顺流方向与逆流方向中传播速度的差异来测量流量的。按照测量 原理的不同，超声波流量测量可分为传播时间法、多普勒效应法、声束 偏移法等。下面以应用较多的传播时间法为例加以介绍。
1．工作原理 转子流量传感器又称浮子流
量传感器或变面积流量传感器。 它由两个部分组成：一个是由下 往上逐渐扩大的锥形圆管；另一 个是放置在锥形管内随被测介质 流量大小变化而上下自由浮动的 转子（又称浮子）。
（5）压缩系数：当作用在流体上的压力增加时，流体所占有的体积将 会缩小。压缩系数是指当流体温度不变，所受压力变化时其体积的变化率。
10.1.2 流量测量方法
1．容积法 2．节流差压法 3．速度法 4．流体阻力法 5．流体振动法 6．质量流量测量法
第10章 流量传感器及其应用
10.2 容积式流量传感器
速度式流量传感器是通过测量管道截面流体的平均流速来进行流量 测量的。
10.4.1 电磁流量传感器
电磁流量传感器是根据法拉第电磁感应定律工作的，主要用于测量 导电液体的体积流量，应用领域涉及工业、农业、医学等多个领域，在 市场上的占有率仅次于差压式流量传感器。
1．测量原理与结构
电磁流量传感器由变送器和转换器两部分组成，被测流体的流量经 变送器后变换成相应的感应电动势，再由转换器将感应电动势转换成标 准的直流电信号，送至调节器或指示器进行控制或显示。
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10.3 差压式流量传感器
差压式流量传感器又叫节流式流量传感器，它是利用流体流经节流 装置时产生压力差的原理来实现流量测量的，它的使用量大概占全部流 量仪表的60%～70%。
差压式流量传感器主要由节流装置和差压计（或差压变送器）组成。
10.3.1 测量原理与流量方程
1．测量原理 当连续流动的流体遇到安装在管道中的节流装置时，由于流体流通
1-导流体；2-轴承；3-涡轮；4-壳体；5-信号放大器
图10.18 涡轮流量传感器
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2rA f
qv
ztg
f
K
式中，K 为涡轮流量传感器的仪表系数，与传感器的结构有关。在涡 轮流量传感器的使用范围内，仪表系数K 应为一常数，其数值由实验标
定得到。
（2）结构。涡轮流量传感器主要由涡轮及轴承、导流体、磁电转换装 置、外壳和信号放大器等部分组成。
（1）测量原理。
E BDv
D2 D
qv v
4
E KE 4B
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图10.15 电磁流量传感器测量原理
图10.16电磁流量传感器结构示意图
（2）结构。电磁流量传感器主要由测量管、励磁系统、电极、衬里、 外壳及转换器等组成。
2．电磁流量传感器的特点 3．电磁流量传感器的选用与安装
10.2.1 椭圆齿轮流量传感器
传感器的活动壁是一对互相啮合的椭圆齿轮，它们在被测流体压差 的推动下产生旋转运动。
两个齿轮交替或同时受差压作用并保持不断地旋转，被测介质以初 月形空腔为单位一次又一次地经过椭圆齿轮被排至出口。显然，椭圆齿
轮每转动一周，排出4个初月形体积的流量，所以体积流qv量 为 qv 4nV0
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图10.4流体流经孔板时压力和流速变化情况
2．流量方程 体积流量基本方程式
qv aF0
2
p
aF0
2
(
p1
p2
)
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质量流量基本方程式
qm aF0 2p aF0 2( p1 p2 )
两式中各参数的意义和单位规定如下：
qv 为体积流量，m3/s；qm 为质量流量，kg/s。
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（2）管道条件。 ① 安装节流装置的管道应该是直的圆形管道，管道直度用目测法测量。
上下游直管段的圆度按流量测量节流装置的国家标准规定进行检验，管 道的圆度要求是在节流件上游至少2D（实际测量）长度范围内，管道应 是圆的。在离节流件上游端面至少2D 范围内的下游直管段上，管道内径 与节流件上游的管道平均直径D 相比，其偏差应在±3%之内。
① 角接取压。孔板上、下游侧取压孔位于上、下游孔板前后端面处， 取压口轴线与孔板各相应端面之间的间距等于取压口直径的一半或取压 口环隙宽度的一半。
角接取压又分为环室取压和夹紧环（单独钻孔）取压两种。
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环室取压的前后两个环室在节流件两边，环室夹在法兰之间，法兰和 环室、环室与节流件之间放有垫片并夹紧。
二者之间的关系为：v =h/。 （3）雷诺数Re：是表征流体情况的特征数。其计算公式为
Re D D hv
式中，D 为管径；v 为流速；为流体密度；h为动力黏度；u 为运动
黏度。
第10章 流量传感器及其应用
（4）温度体积膨胀系数：当流体的温度升高时，流体所占有的体积将 会增加。温度体积膨胀系数是指流体温度每变化1℃时其体积的相对变化 率。
11-非磁性材料的密封套管；12-保护用挡板阀；13-保护用密封环
图10.10 膜片式差压计结构原理图
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10.3.4 差压式流量传感器的安装
1．节流装置的安装 2．引压导管的安装 3．差压计的安装 4．安装示例 （1）液体流量的测量。
1—节流装置；2—导压阀；3—三阀组； 4—差压计；5—排放阀
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10.1 概述
10.1.1 基本概念
1．流量
流量是指单位时间内流过管道横截面的流体的数量，也称为瞬时流 量。流量又有体积流量和质量流量之分。
设流体的密度为 ，质量流量与体积流量之间的关系为：
qm qv 或
qv
qm
当流体通过管道横截面各处的流速相等时，体积流量 式计算：
2．膜片式差压计 膜片式差压计由差压变送器和显示仪表两部分组成，如图10.10所示。
差压变送器主要由差压测量室（高压和低压室）、三通阀和差动变压器构 成；显示仪表可装在远离生产现场的控制室内，进行流量的指示和记录等。高压室；5-低压室； 6-膜片； 7-非磁性杆；8铁芯； 9、10-差动变压器的初级和次级线圈；
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（3）蒸气流量的测量。
1—节流装置；2—导压阀；3—冷凝器； 4—三阀组；5—差压计；6—排放阀