流体流量的测量方法
第四章 流量测量
仪表常数ζ的意义为单位体积流量输出的脉冲数。从理论上说，在一定条件（流 体性质、状态、变送器结构、流量一定）下，ζ是一个常数。当上述条件变化时， ζ值也随之变化。这是因为上述条件都将能影响到式中的参数C。在前述qV ～n关 系推导的前提条件中，流体的粘滞阻力将会影响流通截面A0上的流速分布，这种 影响也表现为C的变化。从理论上研究各种因素对C的影响较为复杂，对于涡轮流 量计，反映C值变化的是仪表常数ζ，它是根据实际情况标定的，而且在使用的 范围内按实际标定出的ζ值是常值。下图是仪表常数ζ随Re变化的特性曲线。
二、金属管转子流量计 金属管转子流量计的锥形管是用金属材料制成的，对于流量的检测原理与玻 璃管转子流量计是相同的。很显然，测量时不能直接从锥形管内直接测出浮 子的位臵，因此都是把浮子的位移再进行传递变换。传递变换后的位移信号 可以直接用于就地指示，也可以将该位移进一步进行电气信号的转换。金属 管转子流量计有就地指示型和电气信号远传型，由于浮子的位移必须经过传 递机构进行转换，所以浮子的位移与流量一般是非线性关系，这主要是位移 传递机构所致。
第二节 涡轮流量计
一、涡轮流量计的组成及测量原理 涡轮流量计由两部分组成：变送器和指示积算器。变送器完成将被测流量转 换成一定频率的脉冲信号输出，指示积算器接受变送器输出的脉冲信号，将其 转换、放大、运算、逻辑计数，显示瞬时流量和累积总量。 涡轮流量计实质上为一零功率输出的涡轮机，其变送器主要由涡轮、导流 器、磁电转换器组成，结构如图4-2所示。壳体和导流器由不导磁材料制成。导 流器的作用是支承叶轮并导直流体的流动，以减少流体自旋及涡漩的干扰。
考虑到锥度很小的锥形管中通流面积A0与浮子在管中的高度H近似成正比，即 A0 ≈CH 式中 C——与圆锥管锥度有关的比例系数。因此可得体积流量与浮子高度的关系 式：
流体力学中的流体流量测量
流体力学中的流体流量测量流体力学是研究流体运动的科学，它在许多领域有广泛的应用，包括工程、物理、地球科学等。
在流体力学中，流体的流量测量是一个重要的研究方向。
本文将介绍流体流量测量的原理、方法和一些常见的流量测量仪器。
一、流量测量原理流体的流量是指流体在单位时间内通过给定截面的体积。
流体流量的测量原理基于质量守恒和动量守恒定律。
根据质量守恒定律，流体在径向截面上的入口流量等于出口流量。
而根据动量守恒定律，流体在截面上的流量可以通过测量速度和截面积得到。
二、流量测量方法1. 压力差法压力差法是一种常用的流量测量方法。
它通过在管道的不同截面处测量压力差，利用伯努利方程来计算流量。
常见的压力差测量方法包括孔板法、流量喇叭法和毛细管法等。
2. 流速法流速法是另一种常见的流量测量方法。
它通过测量流体在管道中的平均流速，结合管道的截面积来计算流量。
常用的流速测量方法包括绕流体测量仪、多孔介质法和超声波法等。
3. 涡街流量计涡街流量计是一种基于涡街效应原理的流量测量仪器。
当流体通过涡街流量计时，涡街产生的涡街频率与流体的流速成正比。
通过测量涡街频率，可以准确地计算出流体的流量。
4. 电磁流量计电磁流量计是一种常用的流量测量仪器，它利用流体导电性对磁场的影响来测量流速。
当流体通过电磁流量计时，会产生感应电动势，根据感应电动势的大小可以计算出流体的流量。
三、流量测量仪器1. 质量流量计质量流量计是一种直接测量流体质量流量的仪器。
它通过测量流体在单位时间内通过管道的质量来计算流量。
常见的质量流量计包括热式质量流量计和涡轮质量流量计等。
2. 体积流量计体积流量计是一种间接测量流体体积流量的仪器。
它通过测量流体在单位时间内通过管道的体积来计算流量。
常见的体积流量计包括涡轮流量计、液体燃气流量计和涡街流量计等。
3. 超声波流量计超声波流量计利用超声波在流体中传播的特性来测量流速。
它通过在管道中发射超声波并接收回波，根据回波时间和频率来计算流速和流量。
流量测量
项目4 流量测量
体积流量基本方程式
qv aF0 2
p aF0
2
( p1 p2 )
质量流量基本方程式
qm aF0 2 p aF0 2 ( p1 p2 )
图 流体流经孔板时压力和流速变化情况
项目4 流量测量
2. 标准节流装置 标准节流装置是由标准节流件、标准取压 装置和上、下游侧阻力件，以及它们之间的直 管段所组成。
1-上游直管段；2-导压管；3-孔板；4-下游直管段；5、7-连接法兰；6-取压环室
图4.1 全套节流装置
项目4 流量测量
（1）标准节流件 流量测量节流装置国家标准GB/T2624—1993主要 规定了标准孔板、标准喷嘴、长径喷嘴和文丘里管等。
图4.2 标准孔板
项目4 流量测量
图4.3 标准喷嘴
项目4 流量测量
（2）取压方式 取压方式是指取压口位置和取压口结构。 标准孔板通常采用两种取压方式，标准喷嘴 仅采用角接取压方式。 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。 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。
项目4 流量测量
知识链接
任务1 差压式流量计测流量
4.1.1 流量及其测量方法 1．流量 液体和气体统称为流体。流量是指单位 时间内流过管道横截面的流体的体积或质量。 前者称为体积流量，后者称为质量流量。 设流体的密度为 ，质量流量与体积 流量之间的关系为 qm q m qv 或 q v （4.1）
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
现代测流方法
现代测流方法河流流量测量是水文工作者的重要任务之一。
传统的河流流量方法包括人工船测，桥测，缆道测量，和涉水测量等。
其基本原理是在测流断面上布设多条垂线。
在每条垂线处测量水深并用流速仪测量一至几个点的流速仪从而得到线平均流速。
进而得到断面面积和断面平均流速。
流量则由断面面积和断面平均流速的乘积得到。
流量测验(flow measurement；discharge measurement)，江河、渠道流量的实地测量。
流量测验有流速面积法、建筑物法、稀释法等多类方法。
可因地因时制宜和经济合理地选择使用。
江河、渠道的流量常随时间而变化，通常不直接用实测流量来反映变化过程，而是用实测流量和相应水位资料建立水位流量关系，然后用连续观测的水位资料转换成流量资料。
流量测验的次数及其在水位上时间上的分布，以能满足确定水位流量关系的需要为度。
下面，就着重介绍一下现代测流的几种方法。
流速面积法流速面积法这是使用最广泛的方法。
其基本原理是：通过横断面上单元面积的流量是该面积与水流速度(流速)的乘积。
分别测量各个部分的流速和面积即可求得流量。
此类方法要设置垂直于流向的横断面，进行断面测量。
一般要在断面上布设许多测深垂线，在垂线上测量水深，并测定垂线与岸上断面起点桩间的距离，即起点距。
施测水深可以用测深杆、测深锤、铅鱼或回声测深仪。
后者是用位于水面下的换能器发射超声波，声波遇到河床后反射回来，由仪器接受，按照声波的往返走行时间和巳知的声波在水中的传播速度来确定水深。
起点距则可通过缆索、视距、仪器交会等方法确定。
两相邻垂线起点距之差即部分宽，乘以部分平均水深，即为部分面积，其总和即断面面积，根据断面测量的资料，可以绘出以起点距为横坐标、河床高程为纵坐标的断面图。
对于断面稳定不变的河流，实测流量时不必每次都实测断面，可借用巳有的断面图，用水位计算垂线水深和面积。
流速仪法流速仪法是最基本的方法。
常规的作法是在部分或全部测深垂线上用流速仪测定流速，用部分平均流速与部分面积之乘积作为部分流量，部分流量的总和即为断面流量。
流量测量的测量方法
流量测量的测量方法流量测量是指测量液体、气体或固体通过管道、通道或其他设备的流动速度和量的过程。
在工程和科学领域中，流量测量是非常重要的，它能够帮助我们了解和控制流体的流动。
以下是一些常用的流量测量方法。
1.浮子流量计浮子流量计是一种机械式的流量计，通过测量浮子在流体中的位置来确定流量。
当流体通过管道时，浮子会随着流动而上下浮动，浮子的位置可以通过透明管道上的刻度来读取。
根据浮子的位置，我们可以推断出流体的流量。
浮子流量计适用于低流速和低粘度的流体。
2.涡轮流量计涡轮流量计是一种机械和电子相结合的流量计，适用于中等到高流速的流体测量。
涡轮流量计利用装在管道内部的旋转涡轮来测量流体的流速。
每当流体通过时，涡轮就会旋转，旋转速度与流体的速度成正比。
通过测量涡轮的旋转速度，我们可以计算出流体的流量。
3.电磁流量计电磁流量计是一种非侵入式的流量计，适用于液体和导电性较好的流体的测量。
电磁流量计利用在管道外部产生的磁场和流体内部导电材料的运动来测量流体的流速。
当流体通过导电管时，电磁流量计会在管道外部产生一个磁场，并测量磁场的变化来计算流体的流速。
4.超声波流量计超声波流量计是一种无损的流量计，适用于多种流体的测量。
超声波流量计利用超声波的传播速度差来测量流体的流速。
它通过发射超声波脉冲并测量来回传播的时间来计算流体的流速。
由于超声波流量计不需要与流体接触，因此适用于腐蚀性和高温流体的测量。
5.差压流量计差压流量计是一种基于流体流动导致的压力差来测量流速的流量计。
差压流量计通常由一个流量测量装置和一个压力传感器组成。
流量测量装置可以是孔板、喷嘴或流体动力学计。
当流体通过流量测量装置时，它会产生一个压力差，通过测量压力差，我们可以计算出流体的流速。
这些是常用的流量测量方法，每种方法都有其适用范围和优缺点。
在选择流量测量方法时，需要考虑流体的性质、流程条件、精度要求、可靠性和经济性等因素。
流量测量的准确性对于工业自动化、流程控制和效能改善至关重要。
流量测量方法有哪些
流量测量方法有哪些流量测量方法是指通过一定的手段和设备对液体、气体或其他介质的流动进行测量的方法。
不同的流体具有不同的性质和流动方式，所以需要采用不同的方法来进行测量。
下面将介绍一些常见的流量测量方法。
一、差压法差压法是最常用的流量测量方法之一，它通过测量流体通过管道时产生的压差来计算流量。
常用的差压流量计有孔板流量计、叶片流量计、喂板流量计等。
这些流量计通过在管道中设置特定形状的装置，使流体通过时产生一定的压降，从而可以计算出流量。
二、旋涡法旋涡法是一种基于旋涡频率与流体流速成正比关系的流量测量方法。
它通过在流体中放置一个特殊形状的体积体，当流体通过时会在体积体后面形成一个旋涡，旋涡的频率与流体速度成正比。
常见的旋涡流量计有旋片流量计和涡街流量计。
三、电磁感应法电磁感应法是一种利用涡流效应测量电导率介质中流体流量的方法。
它通过在管道外围绕一线圈产生一个强磁场，当流体通过时，会产生涡流，涡流的变化会引起感应线圈中的电压或电流发生变化，从而测量流量。
四、超声波法超声波法是利用超声波在流体中传播速度与流速成正比的原理进行流量测量的方法。
它通常使用超声波传感器对流体中的超声波进行发射和接收，根据超声波传播的时间差来计算流速和流量。
五、质量法质量法是一种直接测量流体质量流量的方法。
常见的质量流量计有热式质量流量计和冷式质量流量计。
热式质量流量计利用加热电极和测温电极之间的温差来测量质量流量；冷式质量流量计则通过测量流体中液体蒸发所吸收的能量来计算质量流量。
六、容积法容积法是一种通过测量流体占据的容积来计算流量的方法。
常见的容积流量计有活塞流量计、涡轮流量计以及齿轮流量计等。
这些流量计通过测量流体通过时装置内的容积变化来计算流量。
七、气体法气体法是一种通过测量由流体流动产生的声音或气体流动产生的压力差来计算流量的方法。
常见的气体流量计有气体钟、气体质量流量计等。
这些流量计通过测量流体的声音频率或压力差来计算流量。
名词解释流体的流量
名词解释流体的流量流体的流量是物流学中的一个重要概念，它主要用于描述某个系统中流体通过的速度和数量。
在工程、医学、物理学等领域的研究和应用中，准确度高和数据量大的流量测量是必不可少的。
本文将从流量的定义、测量方法、流体动力学、应用领域和未来发展方向等方面进行探讨。
一、流量的定义流量通常用来描述物质在某个时空单位中通过的速度和数量。
在液体流体中，它可以表示为单位时间内通过某一横截面的液体体积。
在气体流体中，流量则表示单位时间内通过某一截面的气体质量或体积。
流量的单位通常使用立方米/秒或升/秒等。
二、流量的测量方法1. 速度测量法：也称为速度积分法，通过测量流体的速度和截面积，计算出单位时间内通过的体积或质量。
2. 压力差法：利用流体在管道或装置中流动时产生的压力差，通过测量压力差和管道截面面积，计算流体的流量。
3. 质量法：通过测量物质或流体通过前后质量差，计算出单位时间内通过的质量。
4. 质量控制法：通过测量一定时间内流体中的悬浮物质的质量，来计算流体的流量。
三、流体动力学流体动力学研究流体在各种条件下的运动规律和流动特性。
流体的流量在流体动力学中是一个重要的研究对象之一。
流体的流量受到多种因素的影响，例如流速、管道直径、压力差、黏度等。
深入研究流体动力学可以帮助工程师和科学家更好地理解和控制流体的流量。
四、应用领域流量的测量和控制在众多领域中都是必不可少的。
在工业生产中，流量测量在石油、化工、食品加工等领域起到重要作用。
在医学领域，流量测量则用于呼吸治疗、血液循环监测等。
此外，流量控制也在环境保护、水资源管理和交通运输等领域发挥着积极作用。
不同领域的流量测量方法和设备也各不相同，需要根据具体情况进行选择和应用。
五、未来发展方向随着科学技术的不断进步，流量测量技术也在不断发展。
无线传感技术、纳米技术和生物传感技术等新技术被应用于流量测量领域，提高了测量的灵敏度和精确度。
同时，智能化流量计和大数据分析技术的发展也为流体流量的测量和控制提供了更多的可能性。
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• 特点
1）精度较高（0.5%）； 2）测量范围宽,量程比大（qmax/qmin=6～10）； 3）惯性小，响应快（1～50ms）； 4）耐高压，压力损失小； 5）安装检修方便，耐腐蚀，适用流体多；
• 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。
第四章 流量测量
第一节 概述
一、基本概念
流量（瞬时流量）
质量流量
体积流量
累积流量
第一节 概述
二、流量测量的主要方法和分类
差压式：节流变压降式：孔板 喷嘴 节流变截面：浮子 靶式 动压管式：毕托管 均速管） 速度式：涡轮式 涡街式 电磁式 超声波式 容积式：椭圆齿轮式 腰轮式 刮板式 质量式：科氏力
三、电磁流量计
• 测量原理
导电的流体介质在磁场中作垂直 方向流动而切割磁力线时，会在管道 两边的电极上产生感应电动势
E BDv
2 D qv D v E 4 4B
2
三、电磁流量计
• 组成 变送器——将流速（流量）信号转变为感
应电动势；
转换器——将变送器送来的电压信号放
一、节流变压降式流量计
• 流量公式：
qv a
4
d
2
2
p a
4
d
2
2
2
p
d D
• 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：
2 2 2 2 2 qv a d p a D p 4 1 4 1
• 缺点：
1）只能用于清洁液体和气体，不能测量悬浮颗粒和气泡 超过某一范围的液体，会影响声传播； 2）准确度不高，在2％左右；流体的声速是温度的函数， 流体的温度变化会引起测量误差；流速沿管道的分布情 况会影响测量结果，需要进行修正。
第四节 容积式流量测量
测量原理： 让被测流体充满具有一定容积 的空间，然后再把这部分流体从出 口排出，根据单位时间内排出的流 体体积可直接确定体积流量
第二节 差压式流量测量
一、节流变压降式流量计 二、标准节流装置 三、其他差压式流量计
一、节流变压降式流量计
• 节流测量原理：
对于一定形状和尺寸的阻力件，一 定的测压位置和前后直管段，在一定的 流体参数情况下，阻力件前后的差压与 体积流量之间有一定的函数关系
1：节流装置 2：压力信号传输管 3：差压仪表
p1 v p2 v 2 2
2 1 2 2
• 根据流体的连续性方程，有
4
D v1
2
4
d v2
'2
流体流经截面2的体积流量为：
qv
4
d v
'2
2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
• 得体积流量：
1 2 2 qv d ( p1 p2 ) ' d 4 4 1 ( ) D
存在的问题：
四、超声波流量计
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。
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来确 定流体速度
便携式
一体式标准管段式
手持式
• 特点
1）可安装在管道外壁上，实现不接触测量； 2）能用于任何液体，特别是具有高粘度、强腐蚀性、非 导电性、放射性流体的流量测量； 3）价格不会随管道口径变化，特别适合大口径管道的液 体流量测量。
1－上游侧第二个局部阻力件；2－上游侧第一个局部阻力件 3－节流件；4－下游侧第一个局部阻力件
二、标准节流装置
1．标准节流件
• 标准孔板 • 标准喷嘴
• 标准孔板
d>=12.5mm
0.2 0.75
E=0.02~0.05D e=0.005~0.02D
50mm D 1000 mm
4st
mdf kf
三角柱漩涡流量计框图
• 特点：
1）精确度比较高（1%～2%） 2）测量范围宽（量程比10：1或20：1） 3）无可动部件，可靠性高，压损小 4）结构简单牢固，安装维护方便费用较低； 5）适用流体种类多，可适用液体、气体、蒸 气和部分混相流体的流量测量。 • 安装：对直管段要求高
2．取压方式和取压装置
• 取压方式 • 标准取压装置 1) 角接取压装置 2) 法兰取压装置
二、标准节流装置
3．节流件前后的直管段
由局部阻力件形式、节流件类型以及 直径比决定。
三、其他差压式流量计
• 皮托管
• 均速管 • 浮子（转子）流量计（恒压降 变截面流量计、变面积流量测 量、面积流量测量）
q m a
4
d
2
2 1 p a
4
D
2
2
2 1 p
• 流量测量的温度压力补偿
• 为什么要进行补偿？
二、标准节流装置
• 流体和管道条件:
只适用于测量圆形截面管道中的单相、 均质流体的流量，流体流经节流件前应 达到充分紊流，流速为亚音速。
二、标准节流装置
• 组 成：标准节流件＋取压装置＋直管段
一、节流变压降式流量计
• 测量系统组成：
压力 信号
流量信号
G
节 流 装 置
P1、P2
压 力 信 号 管 路
压力 信号
ΔP
P1、P2
差 压 计
I
流 量 显 示
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写出下 列伯努利方程：
大，并且线性地转换成标准电信号输出。
• 特点： 1）无机械惯性，反应灵敏，可测瞬时脉动流量； 2）无可动部件，也无插入管道的阻力件，故压力损失小； 3）可测量具有一定电导率的酸、碱、盐溶液，脏污介质、 腐蚀性介质以及含有固体颗粒（泥浆、矿浆等）悬浊性液 固两相流的液体流量； 4）测量范围宽。 • 缺点： 1）被测流体必须是导电的，不能测量气体、蒸汽和石油制 品等含有大量气体和电导率很低的液体流量； 2）由于测量管内衬里材料和电气绝缘材料的限制，不能用 于测量高温介质的流量； 3）易受外界电磁干扰的影响。
4．安装
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比，与 阻流体的宽度成反比。
st f v md
qv
4
D2 v
D 2
思考题：
1、常用的流量测量方法有哪些？ 2、节流式流量计由哪几部分组成， 其测量原理是什么？ 3、标准节流装置 4、常用的标准节流件和取压方式？
思考题：
5、涡轮流量计的组成部分？特点？ 使用注意事项？ 6、涡街、电磁、超声波流量计的工 作原理和特点？
第三节 速度式流量测量
一、涡轮流量计 二、涡街（漩涡）流量计 三、电磁流量计 四、超声波流量计
一、涡轮流量计
• 测量原理与结构 利用置于流体中的涡轮的旋转 角速度与流体速度成比例的关系， 通过测量涡轮的转速来反映通过管 道的体积流量
vtg r
qv Av
Ztg f qv kq v 2rA
0.2 0.75
• 标准喷嘴
圆弧形的收缩部分和 圆筒形的喉部组成
• 标准孔板和标准喷嘴性能比较 ：
1）标准孔板比标准喷嘴加工方便、安装 容易、省料、造价低； 2）测量高温高压蒸汽或具有腐蚀性流体 时，喷嘴较孔板合适； 3）孔板测量误差较喷嘴大，压力损失也 比标准喷嘴大。
二、标准节流装置