节流式流量计外形
流速和流量测量的基本原理及特点
❖4.流量计及其主要参数 ❖用于测量流量的计量器具称 为流量计。有一次装置和二次 仪表组成。 ❖流量计的主要技术参数有： ❖流量测量范围上限值： A=a×10n ❖其中 a=1.0,1.25,1.6,2.0,2.5,3.2,4 .0,5.1,(6.0),6.3,8.0 ❖差压测量范围上限值
5
容积式计量表
椭圆齿轮 流量计
腰轮流量 计
活塞式 流量计
括板式流 量计
6
❖ 2.流速法 原理：速度型流量计以流体一元流动
的连续方程为理论依据，即当流通截面 确定时，流体的体积流量与截面上的平 均流速成正比。
形式：差压式、转子式、涡轮式、层 流式，电磁式、声波式
特点：使用性能好，精度高；可用于 高温、高压介质的测量，流动状态、Re 对测量的影响大。
13
皮托管
均速管
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❖ 测速管的安装
❖ 1.必须保证测量点位于均匀流段，一般要求测 量点上、下游的直管长度最好大于50倍管内径， 至少也应大于8～12倍。
❖ 2.致负偏差。
❖
3.测速管的外 即d0<d/50。
径
d0
不应
超过
管
内
径
d
的1/50，
❖ 测速管对流体的阻力较小，适用于测量大直径
管道中清洁气体的流速，若流体中含有固体杂
质时，易将测压孔堵塞，故不易采用。此外，
测速管的压差读数较小，常常需要放大或配微
压计。
15
4.3节流式流量计
❖ 4.3.1测量原理与流量方程 ❖ 节流式流量计是利用流体流经节流元件产生的压力差
来实现流量测量的。将节流件垂直安装在管道中，以 一定取压方式测取孔板前后两端的压差，并与压差计 相连，即构成节流式流量计。
七星气体流量计结构
七星气体流量计结构七星气体流量计是非常常用的节流式流量计之一，具有结构简单、制造容易、测量范围宽(量程比可达10：1)、测量精确度较高(误差±5％左右)、示值直观、维护方便、压损小等优点，是现代生活和工业生产中应用非常广泛的计量器具。
组成结构1表体2计量的机械部分及涡轮的叶轮3入口整流部分4能够把压力容器外部的叶轮转动通过机械驱动和磁偶合部分（传动进来）。
5能够纪录被测量的体积量的机械计数器。
6高频接近式传感器—叶轮/参比轮7给涡轮叶轮转动轴润滑的润滑油系统在计量技术水平日益发展、测量精度需求不断提高的今天，计量工作者只有全面了解七星气体流量计的结构原理、流量计算、量值影响因素与修正方法、以及流量计的选型、安装要求，才能选出非常符合需求的计量仪表，实现非常佳测量效果。
作者希望本文给计量工作者带来些许帮助。
七星气体流量计由两部件组成，一是从下向上逐渐扩张的锥形管，二是置于锥形管中，可沿管中心线上下移动、密度比流体稍大的转子。
锥形管由玻璃、塑料或金属材质制成。
玻璃或塑料材质的锥形管上刻有流量刻度，透过锥管可看到透明流体中转子的位置及所对应的刻度值；金属材质锥形管中转子位置通过磁性耦合等方式传递管外，在面板上显示量值。
七星气体流量计转子在锥形管中受三个力：重力、动压力和浮力，三力平衡时，转子重力=动压力+浮力。
当流速变大或变小时，转子将向上或向下移动，流体流动的截面积也发生变化，直至达到平衡时对应的流速，转子在新的位置上稳定。
当测量流体的流量时，流体从锥形管下端流入冲击转子，对它产生一个作用力，力的大小随流量大小而变化；当流量足够大时，所产生作用力将转子托起，使之升高；流体经转子与锥形管壁间的环形断面从上端流出。
当流体对转子的作用力等于转子重量时，转子因受力平衡而停留在某一位置；这个位置与流量有相互对应的关系，据此位置，即可求得流量值。
流量计压差法
节流变压降式流量计制作：齐永健节流变压降式流量计⏹一节流变压降式流量计简介⏹二节流变压降式流量计的工作原理及计算公式⏹三压差流量计的使用⏹节流变压降式流量计简称节流式流量计，是根据安装于管道中流量检测件产生的差压、已知的流体条件和检测件与管道的几何尺寸来测量流量的仪表。
⏹流量计是由一次装置(检测件)和二次装置(差压转换和流量显示仪表)组成。
二次装置为各种机械、电子、机电一体式差压计。
它由节流装置,导压管路及压差计部分组成。
原理结构图如下当流体流经管道内的节流件（孔板）时，流速在节流件处形成局部收缩，导致流速增加。
此时的静压力降低，在节流件前后形成压力差。
差压变送器用于测量此压力差。
压力差的大小取决于孔板的直径（d）和管道直径（D）的比值β=（d/D）充满管道的流体，当它流经管道内的节流件时，如下图所示，流速将在节流件处形成局部收缩，因而流速增加，静压力降低，于是在节流件前后便产生了压差。
流体流量愈大，产生的压差愈大，这样可依据压差来衡量流量的大小。
这种测量方法是以流动连续性方程(质量守恒定律)和伯努利方程(能量守恒定律)为基础的。
压差的大小不仅与流量还与其他许多因素有关，例如当节流装置形式或管道内流体的物理性质(密度、粘度)不同时，在同样大小的流量下产生的压差也是不同的。
⏹当流体到达1截面时，流束开始收缩。
由于流束有惯性，流束缩小到最小界面的位置不在节流件处，而在节流件后的2截面处（此位置随流量大小而变），此时的流速最大，压力最低。
⏹在实际测量中压力P1 P2是管道中心处的压力，不易测得，且截面2的位置是变化的，所以用节流件前后的管壁压力差代替。
⏹式中qm--质量流量，kg/s;⏹qv--体积流量，m3/s;⏹C--流出系数；⏹ε--可膨胀性系数；⏹β--直径比，β=d/D;⏹d--工作条件下节流件的孔径，m；⏹D--工作条件下上游管道内径，m；⏹△P--差压，Pa；⏹ρl--上游流体密度，kg/m3。
新版流量计标定实验讲义
实验二 流量计的标定一、实验目的1、了解孔板流量计和文丘里流量计的操作原理和特性，掌握流量计的一般标定方法；2、测定孔板流量计和文丘里流量计的流量系数的C 0和Cv 与管内Re 的关系。
3、通过C 0和Cv 与管内Re 的关系，比较两种流量计。
二、基本原理工厂生产的流量计大都是按标准规范生产的，出厂时一般都在标准技术状况下(101325Pa ，20℃)以水或空气为介质进行标定，给出流量曲线或按规定的流量计算公式给出指定的流量系数，或将流量读数直接刻在显示仪表上。
然而在使用时，所处温度、压强及被测介质的性质与标定状况多数并不相同，因此为了测量准确和方便使用，应在现场进行流量计的标定或校正。
对已校正过的流量计，在长时间使用磨损较大时也需要再次校正。
对于自制的非标准流量计，则必须进行校正，以确定其流量系数C 0或C v 。
本实验通过改变流体流量q 和压差ΔP f ，获得一系列Re 与C 0或C v ，采用半对数坐标绘制出C 0或C v 与Re 的关系曲线进而实现流量计的标定或校正。
1、流体在管内Re 的测定：式中：ρ、μ— 流体在测量温度下的密度和粘度 [Kg/m 3]、[Pa ·s]q — 管内流体体积流量 [m 3/s] 2、孔板流量计和文丘里流量计孔板流量计和文丘里流量计是应用最广的节流式流量计，其结构如图2-1所示。
a 孔板流量计 b 文丘里流量计图2-1 节流式流量计结构孔板流量计是利用动能和静压能相互转换的原理设计的，它是以消耗大量机械能为代价的。
孔板的开孔越小、通过孔口的平均流速u 0越大，孔前后的压差ΔP 也越大，阻力损失也随之增大。
为了减小流体通过孔口后由于突然扩大而引起的大量旋涡能耗，在孔板后开一渐扩形圆角。
因此孔板流量计的安装是有方向的。
若是方向弄反，不光是能耗增大，同时其流量系数也将改变，实际上这样使用没有意义。
以孔板流量计为例，若用f P ∆表示节流前后两截面之间的压差，根据两截面之间的柏努利方程，可知：2222221211u P gZ u P gZ ++=++ρρ，则有：ρf P u u ∆=-22122以孔口速度u 0代替上式中的u 2，并将质量守恒式u 1A 1= u 0A 0代入，得：式中0C 称为孔板的流量系数（201m C C -=），m 为面积比（1A A m =） 故所求孔板流量计的计算公式为：在使用前，必须知道其孔流系数C 0（一般由厂家给出，教课书中只是原理性质，只作参考），一般是由实验标定得到的。
流体流量的测量方法
d
D
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• 流量系数 α与下列因素有关： • 节流件的形式、β值、雷诺数、管道粗糙度及取压方式等 • 对于可压缩流体 流量公式：
qv
a
4
d2
2 p a 2D2
1
4
2 p
1
qm
a
4
d2
21p
a
4
2D2
21p
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• 流量测量的温度压力补偿 • 为什么要进行补偿？
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• 缺点
1）要求流体的清洁度高，不能夹杂物或固体颗粒； 2）不适于测量粘度过大的液体的流量。
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4．安装 第40页/共63页
二、涡街流量计
• 测量原理 在流体中放置一个有对称形状的非流线型阻流体（漩涡发生体）
时，从阻流体下游两侧就会交替产生两列有规则的漩涡（卡门涡街）。 在一定的流量范围内漩涡分离的频率与管道内的平均流速成正
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四、超声波流量计
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四、超声波流量计
• 传播时间法： （时差法、相差法、频差法）
根据流体的流速不同，从而超声波传播的速度不同来测量流速的。
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四、超声波流量计
• 多普勒法 利用流体中固体微粒或气泡对超声波的散射所产生的多普勒频移
压力
压力
信号
信号
流量信号
压
ΔP
G
节
流
装 置
P1、P2
力
信
号 管P1、P2源自差 压 计I流 量 显 示
路
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一、节流变压降式流量计
• 流量公式推导： • 设流经水平管道的流体为不可压缩性流体，并忽略流动阻力损失，对截面1、2
2-15种流量计及各种压力、温度、流量、液位、控制原理动态图!
8、涡轮流量计
工作原理：流体流经传感器壳体，由于叶轮的叶片与流向有一定的角度，流体的冲力使叶片 具有转动力矩，克服摩擦力矩和流体阻力之后叶片旋转，在力矩平衡后转速稳定，在一定的 条件下，转速与流速成正比，由于叶片有导磁性，它处于信号检测器（由永久磁钢和线圈组 成）的磁场中，旋转的叶片切割磁力线，周期性的改变着线圈的磁通量，从而使线圈两端感 应出电脉冲信号，此信号经过放大器的放大整形，形成有一定幅度的连续的矩形脉冲波，可 远传至显示仪表，显示出流体的瞬时流量和累计量。在一定的流量范围内，脉冲频率f与流 经传感器的流体的瞬时流量Q成正比。 工作特点：它具有精度高，重复性好，结构简单，运动部件少，耐高压，测量范围宽，体积 小，重量轻，压力损失小，维修方便等优点，用于封闭管道中测量低粘度气体。
2、电磁流量计
工作原理：基于法拉第电磁感应定律。在电磁流量计中，测量管内的导电介质相当于法拉第试验中的 导电金属杆，上下两端的两个电磁线圈产生恒定磁常当有导电介质流过时，则会产生感应电压。管道 内部的两个电极测量产生的感应电压。测量管道通过不导电的内衬（橡胶，特氟隆等）实现与流体和 测量电极的电磁隔离。 工作特点： ①具有双向测量系统； ② 传感器所需的直管段较短，长度为5倍的管道直径; ③ 压力损失小; ④测量不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的影响⑤主要应用于污水处理方面。
01温度仪表
1.薄膜热电偶的结构
2.固体膨胀式温度计
3.热电偶补偿导线的外形图
4.热电偶温度计
5.热电阻的结构
02 压力仪表原理
1.弹簧管式压力仪表
2.电接点式压力仪表
3.电容式压力传感器
4.膜盒式压力传感器
5.压力式温度计
6.应变式压力传感器
流量测量
2 2
2 2
平均流速
阻力系数
u2 =
1
2
4
ξ + c2 − c1 (d ′ / D )
ρ
( p1 − p2 )
则 实际流量公式：
qv = u2 A2 =
1
π
′ / D )4 4 ξ + c2 − c1 (d
d′
2
2
ρ
( p1 − p2 )
由于d’很难实测， 由于实际取压位 置与1、2面不一 节流件d易测， 致，故用实测差 压 Δp 替 p1 − p2 用d代替d’，令
5.2.3节流装置的类型与结构 节流装置的组成和类型 1）节流装置的组成和类型 组成：节流件、取压装置、测量管段； 标准化：孔板、喷嘴、文丘里管、文丘里喷 类型：
嘴、长径喷嘴； 非标准化：1/4圆喷嘴、锥形喷嘴、道尔管、 偏心孔板、圆缺孔板 。
2）标准节流装置的一般技术要求 管道：圆管—圆度有要求，管径有限制，节流 件前后应有一定长度的直管段，管内上游 10D，下游5D内，要求光滑，没有凹坑、毛刺 以及沉积物。 流体性质：单相、均质的牛顿流体（动力粘度 η=常数）而且流经节流件时，不能发生相变或 析出杂质。 流动状态：
d ′2 2 ρ ( p1 − p2 )
问题：一元流动得出的理论流量公式不是总体流量！
动能修正系数 设流体为牛顿流体且无旋转流，则总百努力方程和连续性方程：
u1 ρ1
u p2 u u + c1 = + c2 +ξ 2 ρ2 2 2 ρ1 π 2 π 2
D = u2 ρ 2 d ′ 4 4
p1
2 1
• 截面积或者直径，为实际温度下的数值。 • 流束膨胀系数ε= f（β,x, P2/P1或△P/P1）与节流件形式有 关，有经验公式。 X为等熵指数与介质有关。 • 流出系数 c ：是在一定的β和△P下，实测的流量值与理 论计算的流量值之比。由于实测时总有损失情况，所以 c<1；喷嘴、文丘里管等对流动扰动较小，所以 c≈1(>0.95)；孔板则对流动扰动比较大，所以c≈0.6。 c=f (β,Re)和节流件形式有关，有经验公式。
流量计分类、原理、维护
电动靶式流量计
二.安装
• 1.仪表安装在环境温度低于60摄氏度,不直接受雨 淋和日晒的地方。
• 2.仪表前后应加装截止阀和旁通阀, 以便检测仪表 零位, 拆卸检修及发生故障时,不影响工艺流程。
• 3.仪表可以水平和垂直安装.但当流体中含有颗粒 状物质时,须水平安装。垂直安装时,流体的流动方 向应由下而上。
•
(2)标准孔板:法兰取压
•
(3)ISA1932喷嘴:角接取压
(1)标准孔板:角接取压
• 角接取压: 这种取压方式的具体结构形式有两
种—环室取压和单独钻孔取压。
• 注意:钻孔的最远边缘和节流装置端面的距离应
不超过0.03D。钻孔径应不超过0.03D,但不小于 4mm, 又不大于15 mm。(D为管道内径)
• 1.涡轮流量计变送器与仪表连接使用,通常 采用数字式积算频率仪表作二次显示仪表, 以测出流量的瞬时值和累积值。
• 2.变送器的比例常数C在一般情况下,除受介 质粘度的影响外, 几乎只与几何参数有关。 实际使用时,若与厂家标定时条件不符,为保 证足够测量精度,需实际重新标定。
4.涡轮流量计的使用及维护
• 3.由于变送器在工作时叶轮要高速旋转,即使润滑 情况良好,也仍有磨擦产生。这样,在使用过一定的 时间之后,因磨擦而致使涡轮变送器不能正常工作, 就应更换轴或轴承,并经重新标定后方能使用。
• 4.发现故障,及时诊断处理。
第四节 靶式流量计
• 一.靶式流量计原理 • (1)气动靶式流量计原理 • (2)电动靶式流量计原理 • 二.安装 • 三.使用维护
(1)气动靶式流量计原理
• 检测部分中的圆形靶就受到由流体动能转换成的 冲击力。该力与流体的流量呈比例。这一冲击力 传给主杠杆,则主杠杆绕密封膜片的中心作顺时针 方向转动。在主杠杆的顶端的顶针也随着移动,致 使档板靠近喷嘴,造成背压增加,促使放大器的输出 压力上升, 而反馈波纹管在放大器输出压力的作用 下产生一个推力,该力使主杠杆作逆时针方向转动, 至测量力距和反溃力距相等时,主杠杆就稳定在某 一平衡位置上。这时,放大器就有一个固定的气信 号输出.该输出信号同圆形靶上所感受的冲击力成 比例,也就是说与流体的流量成比例。
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一、压力的基本概念 压力的国际单位为“帕斯卡”，简称 “帕”（Pa）。
除此之外，工程界长期使用许多不同的 压力计量单位。如“工程大气压”、“标准 大气压”、“毫米汞柱”，气象学中还用 “巴”（bar）和“托”为压力单位。这些 单位在一些进口仪表说明书上可能还会见到。
2018/10/5 1
流通面积比管道狭窄的孔板或者文丘里喷嘴，
使流体经过该节流装置时，流束局部收缩，流 速提高，压强减小。 节流式流量计的缺点是流体通过节流装置 后，会产生不可逆的压力损失。另外，当流体
的温度t 、压力p1变化时，流体的密度将随之改
变。所以必须进行温度、压力修正。
2018/10/5 13
节流装置 （取压管及
2018/10/5
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三、利用电容差压变送器
测量液体的液位
施加在高压侧腔体内 的压力与液位成正比：
p = g h
差压变送器
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电容差压变送器用于测量 液体的液位
投入式水位计
2018/10/5
8
四、流量的基本概念
体积流量qV=Av，单位为m3/h或L/s； 质量流量qm=Av，单位为t /h或kg/s。
压力单位转换对照表
2018/10/5
2
二、电容式差压变送器
电子 线路 位置
低压侧 进气口
高压侧 进气口
内部不锈钢膜片的位置
2018/10/5 3
各种电容式差 压变送器外形
2018/10/5
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各种电容式压力变送器外形（续）
（参考丹东长 隆 自控有限公 司 资料）
法兰
2018/10/5 5
各种电容式压力变送器外形（续）
或文丘里喷嘴 文丘里喷嘴的压力损失较小。
流体入口
狭窄部位
2018/10/5 17
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
文丘里喷嘴原理示意图
文丘里喷嘴结构图
前取压口
后取压口
文丘里喷嘴在 管道中的位置
2018/10/5 18
导压管的配置
节流装置输出的压力差是从节流装置的
前后取压孔取出的。从取压孔到差压变送
器的导压管的配置也应按照规定的标准安
例：设测得流速v =10m/s ，圆管道 的直径r =1m，则截面积A=0.79m2 ， 流量qV= 7.9m3 /s 。
2018/10/5 9
五、节流式流量计及电容差压变送器在 流量测量中的应用
测量流量的方法很多，有流速法、容积法、
质量法、水槽法等。流速法中，又有叶轮式、涡 轮式、卡门涡流式（又称涡街式）、热线式、多 普勒式、超声式、电磁式、差压节流式等。按照 国家标准制造的标准节流装置的流量系数计算公
内部的节流 孔板） 前取压管 流体通过节 流孔板时， 流速加快， 后取压管处 的压力减小。
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后取压管
节流孔板
2018/10/5
节流装置外形
后取压管
节流孔板
2018/10/5
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流体流经节流孔板时，
压力和流速的变化情况 流速变快， 节流孔板 压力变小
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节流装置的另一种形式——文丘里管
气体或液体管道 及涡流发生锥体
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本章作业：
P 53：3、4
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休息一下
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式是相当完备的，所以它是一种可靠性和标准化
较高的流量传感器，所以在工业中大量使用差压 式流量计。
2018/10/5 10
叶轮式风流速、 流量计
（参考北京北方大河仪器仪表
有限公司资料）
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流体出口
玻璃转子
流量计
转子
2018/10/5
流体入口
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差压节流式流量计
所谓节流装置，就是在管道中段设置一个
装。如果被测流体是气体，导压管应从节
流装置的上方引出，以免混杂在气体中的
液滴堵住取压管；如果被测流体是液体，
导压管应从节流装置的下方引出，以免混 杂在液体中的气体影响取压。
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导压管配置图
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节流式流量计外形
2018/10/5
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上海肯特智能有限公司卡门涡街流量计演示