流量测量原理和分类

流量测量原理和分类流量测量的原理和分类作者：国电中自文章来源：本站原创点击数：870 更新时间：2008-5-19 15:02:08流量测量的原理和分类1.流量测量原理可分为哪几类？答：流量测量按照测量原理可分为以下几类：⑴差压式流量计。

包括电容式变送器、力平衡式变送器、压敏电阻式变送器、双波纹管式变送器。

⑵椭圆齿轮流量计。

⑶漩涡流量计。

⑷超声波流量计。

⑸靶式流量计。

⑹电磁流量计。

⑺涡轮流量计。

⑻均速管流量计。

（阿纽巴流量计）2.电容式流量变送器的工作原理是什么？（其代表为1151型、罗斯蒙特的3051型）答：电容式变送器的敏感元件为电容，当有差压输入时，连在膜片上的电容与膜片一起产生微小位移，改变了电容的电容量。

通过检测电路和转换放大电路，转换成二线制输出的4～20mA直流信号。

3.力平衡式流量变送器的工作原理是什么？答：被测差压通过弹性敏感元件转换成作用力，使平衡杠杆产生偏转，杠杆的偏转由检测放大器转换成4～20mA的直流电流输出，电流输入处于永久磁场内的反馈动圈中，使之产生与作用力相平衡的电磁反馈力，当作用力与反馈力达到平衡时，杠杆系统就停止偏转，此时的电流即为变送器输出电流，它与被测流量成正比。

4.压敏电阻式流量变送器的工作原理是什么？（其代表为ST-3000智能变送器）答：当被测差压作用到传感器上，其阻值即发生变化。

阻值变化通过电桥转换成电信号，再经过模/数（A/D）变换器送入微处理器。

同时，环境温度和静压通过另外两个辅助传感器转换为电信号，再经模/数（A/D）变换器送入微处理器。

经微处理器运算处理后送至（D /A）变换器输出4～20mA的DC模拟信号或4～20mA的DC数字信号。

5.双波纹管流量计的工作原理是什么？答：双波纹管流量计是根据差压与位移成正比的原理工作的，当正负压室产生差压后，处于正压室中的波纹管被压缩，填充工作液通过阻尼环与中心基座之间的环隙和阻尼旁路流向处于负压室中的波纹管，从而破坏了系统平衡。

连接轴按水平方向从左向右移动，使量程弹簧产生相应的拉伸，直到量程弹簧的变形力与差压值所产生的测量力平衡为止。

此时，系统在新的位置上达到平衡，由连接轴产生的位移量，通过扭力管转换成输出转角，因其转角与差压成正比，故可用转角大小表示差压高低，用特定刻度盘就可以显示其流量。

6.椭圆齿轮流量计的工作原理是什么？答：椭圆齿轮流量计是根据被测介质的能量来推动椭圆齿轮旋转，从而以齿轮的旋转排出介质的多少来测量流量的。

7.漩涡（涡街）流量计的工作原理是什么？答：漩涡流量计是一种新型流量仪表，它由传感器及与其配套的显示仪表两部分组成。

传感器包括旋涡发生体、感测器及信号处理系统三部分。

旋涡发生体是核心，它是一非线形柱状物体（圆柱或三角柱等），垂直插在流体中，当流速大于一定值时，在柱状物体下游两侧将产生两排旋转方向相反、交替出现的漩流，这两排平行的涡流成为卡门涡街。

一般情况下，柱状物后面产生的涡街是不稳定的，只有当涡街的距离H和旋涡间隔L之比为0.281时才稳定，此时旋涡的分离频率正比于流量值，旋涡频率由感测器检出，经放大、滤波整形等处理后，得到代表涡街的数字脉冲并送至配套的仪表，显示出瞬时流量或累计流量。

8.电磁流量计的工作原理是什么？答：电磁流量变送器是由电磁流量传感器与电磁流量转换器组合而成的，电磁流量变送器测量流量的依据是法拉第电磁感应定律，它是在非限性管道中测量导电流体的平均流速，在工作管道的两侧有一对电磁铁，当励磁绕组通入交流电后，产生一个与工作管道相垂直的交变磁场，当导电液在管道内流动时并切割了磁力线，因此液体中产生了与流体平均速度成正比的电动势，这个电动势由装于导管壁上的一对电极输出，转换器将传感器检测得到的电压信号放大，并转换成4～20mA的直流标准信号输出。

9.靶式流量计的工作原理是什么？答：靶式流量计是一种节流变压降式流量计，它的工作原理为：在管道中同心地设置一圆形靶作为节流件，靶与管壁之间形成环行通流截面，流体在靶前后所形成的压差对靶形成一个推力，推力的大小与流体的动能（或流速大小）及靶面积的大小成正比。

作用于靶上的推力通过杠杆系统转变为力矩送到力平衡变送器，由其转变为电流信号之后输出，以达到测量流量的目的。

10.简述靶式流量计工作过程。

答：在管道中装设一个“靶板”，靶板是一个圆钢片或圆钢球。

当流体从管道中流过时，对靶作用一个冲击力，使靶产生位移带动主杠杆移动，通过支点传递给副杠杆带动反馈线圈位移，使位移检测铝片产生位移，经位移检测放大器将检测铝片的位移转换成4～20mA的直流电流信号。

11.超声波流量计的工作原理是什么？答：超声波流量计的工作原理是：在流体中超声波向上游和下游的传播速度由于叠加了流体的流速而不相同，因此，可以根据超声波向上游、下游传播速度之差测得流体流速。

测定流体流速的方法很多，主要有时间法、相位法或频率差法等方法。

具体的测量方法如下：在管壁的斜对面固定两个超声波振子TR1、TR2，兼作为超声波的发送和接收元件。

由一侧的振子产生的超声波脉冲穿过管壁-流体-管壁，被另一侧的振子接收，并转换成电脉冲，经放大后再用此电脉冲来激发对面的发送振子，形成所谓的单环自激振荡。

振荡周期由超声波在流体中的顺流传播速度决定，周期的倒数即为单环振荡频率f1。

一定时间间隔以后，经切换电路使发送振子切换成接收振子，而接收振子切换成发送振子，单换振荡频率f2取决于超声波在逆流中的传播速度。

由于f2和f1的差值Δf与管径方向的流体平均流速成线性关系，循环交替的测出f2和f1，通过运算电路可算得流量。

12.涡轮流量计的工作原理是什么？答：涡轮流量计主要由涡轮、转速转换器（永久磁铁和感应线圈）等部分组成。

当被测流体通过流量计时，冲击涡轮叶片，使涡轮旋转。

周期性地改变检测线圈磁电回路的磁阻。

由于通过线圈的磁通量发生周期性变化，使检测线圈产生与流量成正比的脉冲信号，经放大器放大后，送入显示仪表其瞬时流量。

13.均速管流量计（阿纽巴流量计）的工作原理是什么？答：均速管流量计的工作原理为：通过管道某一截面的连续流体，其体积流量与在此截面上测得的动压的平方根成正比。

14.说明流量测量的意义。

答：在火力发电厂热力过程中，需要连续监视水、汽、煤的油等的流量或总量，其目的是多方面的。

例如，为了进行经济核算需测量原煤或燃油量；为了控制燃烧，测量燃料和空气量是不可少的；而给水流量和蒸汽流量则是进行汽包水位三冲量调节不可缺少的。

另外检测锅炉每小时的蒸发量及给水泵在额定压力下的给水流量，能判断该设备是否在最经济和安全的状况下运行。

15.流量测量仪表有哪几种？答：⑴差压式流量计；⑵速度式流量计；⑶体积式流量计；⑷恒压式流量计；⑸动压式流量计；⑹电磁流量计；⑺靶式流量计。

16.已知节流件的计算公式为M=0.01251αoεγReβ2D2√h20ρ，说明式中每个符号的意义。

答：M=0.01251αoεγReβ2D2√h20ρ式中M—质量流量，㎏/h；αo—流量系数；γRe—管道粗糙度修正系数；β—节流件和管道的直径比；D—管道内径，mmh20—节流件前后的差压，用20℃时的毫米水柱或毫米汞柱高度表示。

ρ－工作状态下流体的密度，㎏/m3ε－流速膨胀系数，对于液体，ε=1。

17.简述节流变压降流量计的测量原理，并写出体积流量基本计算公式。

答：在流体管道内，加一个孔径较小的节流件，当流体通过节流件时，产生局部收缩，部分内能转化为动能，收缩截面出口流体的平均流速增加，静压力减小，在节流件前后产生静压差，流体的速度愈大，这个静压差也愈大，两者的关系一一对应，测出节流件的压差，就可间接地测出流体的流量。

Q m=0.01251a0g Reεβ2D2(h20/ρ)1/2式中，Qm—流体的质量流量；αo—流量系数；γRe—管道粗糙度修正系数；ε—膨胀系数；β—节流件的直径比；D—管道直径；h20—温度为20℃时，节流件前后的差压；ρ—流体密度。

18.简述涡轮流量计的工作过程。

答：当被测流体通过变送器时，冲击涡轮叶片，使涡轮转动，在一定的流量范围内、一定的流体黏度下，涡轮上的导磁不锈钢制成的螺旋形叶片轮流接近处于管壁上的检测线圈，周期性地改变检测线圈磁电回路的磁阻，使通过线圈的磁通量发生周期性变化，进而使检测线圈发生与流量成正比的脉冲信号。

此信号经前置放大器放大后，可远距离传送至显示仪表。

19.电磁流量计具有哪些特点？答：（1）变送器内径与管道内径相同，内部没有阻力元件及活动部件，没有压力损失，因而测量范围广，在0～100m/s流速范围内均可应用。

（2）可测腐蚀性液体，并且耐磨损。

（3）变送器输出的电信号与被测流体温的流速成正比，显示仪表不需采取线性化措施。

体积测量误差小。

（4）变送器对环流不敏感，因而对流量计前面的直管段要求较短。

（5）反映灵敏，能测定正反向的流体流量。

（6）可测管道口径范围大，管道直径在0.5～2.4m范围内均适用。

（7）仪表输出0～10mA或4～20mA直流电流信号。

（8）测量流体的体积流量时，不受流体的温度、压力等参数的影响。

20.给水流量信号如何进行补偿？答：由于温度对水的密度的影响较大，所以给水流量通常采用温度补偿。

21.风量信号如何进行补偿？答：由于温度对空气的密度影响较大，所以采用温度信号校正。

22.流量测量的分类和工作原理是什么？答：流量测量的分类和工作原理如表1-1所示。

23.流量测量的分类和工作原理种类典型产品工作原理主要特点差压式流量计双波纹管差压计1.流体通过节流装置比较成熟，应用广泛，仪表膜片式差压计差压变送器（配二次仪表）电子开方器比例积算器ST-3000型变送器电容式变送器时，其流量与节流装置前后的差压有一定的关系。

2.对压差变送器输出进行开方运算，使输出和流量成线性比例关系。

3.对瞬时流量进行积算，求累计流量。

出厂时不用标定速度式流量计叶轮式流量计（水表）叶轮或涡轮被流体冲转，其转速与流体的流速成正比简单、可靠涡轮流量计精确度高，测量范围大，灵敏，耐压高，信号能远传，但寿命短体积式流量计椭圆齿轮流量计罗茨流量计椭圆型齿轮或转子被流体冲转，每转一周便有定量的流体通过精确灵敏，但结构复杂，成本高恒压降式流量计转子流量计冲塞式流量计转子或冲塞上下压降一定，它们被流体冲起的高度与流量大小成正比例简单、廉价、灵敏动压式流量计毕托管（动压测定管）流体的动压力与它的流速的平方成比例简单，但不太准确电磁流量计电磁流量计导电性液体在磁场中运动，产生感适用于测量导电液体的流量应电动势，其值和流量成正比靶式流量计靶式流量计流体流动时，对靶产生作用力，使靶产生微小的位移，反映流量的大小适用于测量高黏度、低雷诺数流体的流量超声波流量计超声波流量计利用超声波在流体中传播声速与接收声速的差错、流体的平均流速成正比的关系进行测量流量的适用于任何液体。