流量检测技术及仪表.ppt

4 流量检测技术及仪表,过程检测技术及仪表,4.1 概述,4.2 节流式流量计,4.3 电磁流量计,4.4 涡街式流量计,4.5 涡轮流量计,4.6 超声波流量计,4.7 光纤流量计,4.8 质量流量计,4.9 靶式流量计,4.10 均速管流量计,4.11 容积式流量计,4.12 弯管流量计,4.13 转子流量计,内容安排：,4.14 相关流量计,4.15 流量标准装置,4.16 流量检测仪表的选用,体积流量qv：单位时间内通过某截面的流体的体积,单位为m3/s。用流体的平均流束V表示,体积流量可写成 qv=vA 质量流量qm：单位时间内通过某截面的流体的质量,用平均流速表示,则为,流 量:单位时间内流过管道某一截面的流体数量，称为瞬 时流量。瞬时流量有体积流量和质量流量。累积流量:在某一段时间间隔内流过管道某一截面的流体量的 总和,即瞬时流量在某一段时间内的累积值,称为 总量。,4.1 概述,流量测量方法：,（1）速度式流量计：通过测量流体在管路内已知截 面流过的流速大小实现流量测量。,管道中流量敏感元件（如孔板、转子、涡轮、靶子、非线性物体等）把流体的流速变换成压差、位移、转速、冲力、频率信号来间接测量流量。如:差压式、转子、涡轮、电磁、旋涡和超声波等流量传感器。,（2）容积式流量计：根据已知容积的容室在单位时间内所 排出流体的次数来测量流体的瞬时流量和总量。有椭 圆齿轮、旋转活塞式和刮板等流量传感器。,（3）质量式流量计：一种是根据质量流量与体积流量的关 系,测出体积流量再乘被测流体密度的间接质量流量传 感器。常用的温度、压力自动补偿的补偿式质量流量 传感器。另一种是直接测量流体质量流量的直接式质量 流量传感器。如热式、惯性力式、动量矩式质量流量传 感器等。,利用管路内的节流装置,将管道中流体的瞬时流量转换成节流装置前后的压力差。,4.2 节流式流量计,节流式流量计又称差压式流量计。,节流式流量计测量系统主要由节流装置、引压导管和差压变送器（或流量变送器或差压计）等组成。,节流装置的作用是把被测流体的流量转换成压差信号,差压计则对压差进行测量并显示测量值。引压导管将节流装置前后产生的差压传送给差压变送器（或流量变送器）。差压变送器能把差压信号转换为与流量对应的标准电信号或气信号,以供显示、记录或控制。,4.2.1 节流装置 节流装置是差压式流量传感器的流量敏感检测元件,安装在流体流动的管道中的阻力元件。常用的节流元件有孔板、喷嘴、文丘里管。工业生产过程中常采用孔板。,孔板,喷嘴,文丘里管,标准孔板是最为简单和典型的标准节流装置。,孔板、喷嘴、文丘里管的结构形式、相对尺寸、技术要求、管道条件和安装要求等均已标准化，故又称标准节流装置。,标准节流装置按照规定的技术要求和试验数据来设计、加工、安装，无需检测和标定，可以直接投产使用，并可保证流量测量的精度。,圆缺孔板,圆缺孔板形状似扇形，它的开孔是一个圆的一部分(圆缺部分)，这个圆的直径是管道直径的98%，如图所示。主要用于脏污介质含有固体微粒的液体和气体的流量测量，圆缺开孔一般位于下方，但对于含气泡的液体，其开孔位于上方。测量时管道应水平安装。,适用范围：管径50mmD350mm(可达500mm)，0.350.75，雷诺数：104ReD106。取压方式采用法兰取压和缩流取压。,偏心孔板,这种孔板的孔是偏心的，它与一个和管道同心的圆相切，这个圆的直径等于管道直径的98%，如图所示。其取压方式也有两种：法兰取压和缩径取压。,适用范围：管径100mmD1000mm，直径比0.460.84，雷诺数105ReD106。,4.2.2 节流原理与流量方程式,4.2.2.1 节流原理,流体在装有节流装置的管道中流动时，会在节流装置前后的管壁处产生静压力差，这种现象称为节流原理。,用节流元件测量流量时,流体流过节流装置前后产生压力差p(p=p1-p2),流过的流量越大,节流装置前后的压差也越大,流量与压差之间存在一定关系。通过检测节流装置前后管壁处的静压差p就能得知流体的流量大小。,节流现象及流体流经节流装置时压力和流速分布图,4.2.2.2 流量方程式 假设节流件上游入口前的流速为V10,密度为1,静压为p10,流过节流件时的流速、密度和静压分别为V20、2和p20,对于不可压缩理想流体,能量方程为:,流体的连续方程为:A1V1=A2V2,联立求解得到流量与压差之间的流量方程式为:体积流量方程：质量流量方程：,对于可压缩流体,压力变化必然会引起密度的改变,在公式中应引入流束膨胀系数,公式应变为:,如果 以 表示,*实用流量方程,如果式中流量Q 以m3/h 表示；A1=dt2/4,其中dt为在流体工作温度下节流件开孔直径，以mm表示，压差P仍以Pa表示，流体工作密度仍以kg/m3表示，则得流量实用方程为：,4.2.3 取压方式,不同的节流装置应采用不同的取压方式。,标准孔板的取压方式有角接取压、法兰取压和径距取压（D-D/2取压），其中角接取压又分环室取压和单独钻孔取压。,环室取压,单独钻孔取压,法兰取压,标准孔板的几种取压方式,法兰取压,环室取压,单独钻孔取压,1-1角接取压；2-2法兰取压；3-3径距取压；4-4缩流取压；5-5管接取压,由节流装置、差压引压导管及差压计（或差压变送器）等组成。,4.2.4 节流式流量测量系统,节流装置是将被测流体的流量值变换成差压信号p，由压力信号管路输送到差压变送器(或差压计)。被测流量与差压p成平方根关系，是非线性的，为了得到线性刻度，可加开方运算电路或加开方器。流量变送器带有开方运算，变送器的输出电流就与流量成线性关系。显示仪表显示流量的大小。,标准孔板及其安装方法,4.2.5 节流式流量计的应用问题,节流装置前后必须有足够长的直管段，一般节流件 前为1020D，节流件后为5D（D为管道内径）。,节流装置的几何尺寸必须符合设计要求。,节流装置的开孔必须与管道的轴线同心，且节流装置前后 长度为2D的管道内不得有任何凸出物如测温装置等）。,孔板安装方向必须正确，即流体从圆柱形一侧流入，从圆 锥形一侧流出。如果装反，则显示值比实际值偏小。,导压管路应尽量短，其走向必须符合有关规范要求，必要时必须安装集气器、排气阀或排污阀等。,被测介质应充满管道，流速应尽量平稳，且通过节流装置 时不发生相变。,被测介质在节流装置前后应始终保持单向流体,使用中要保证导压管路畅通，并不得泄漏，要根据待测介 质定期进行排气或排污。,测量如人工煤气等易引起节流装置几何尺寸变化甚至堵塞 的介质流量时，必须进行定期清刷。,根据法拉弟电磁感应定律测量导电性液体的流量。,4.3 电磁流量计,4.3.1 基本原理,当有一定电导率的流体在管道中流动时就切割磁力线。在导体（流动介质）的两端也会产生感应电动势,其大小与磁感应强度、管径大小、流体流速大小有关。即,体积流量qv与流体的流速v关系为,可得:,两电极间的感应电动势Ex与流量qV成线性关系,通过测量感应电动势Ex来间接测量被测流体的流量qV值。,常用的电磁流量转换器能把传感器的输出感应电动势信号放大并转换成标准电流信号（0-10 mA或4-20 mA）或一定频率的脉冲信号,配合单元组合仪表或计算机对流量进行显示、记录、运算、报警和控制等。电磁流量传感器只能测量导电介质的流体流量。,电磁流量传感器产生的感应电动势信号是很微小的,须通过电磁流量转换器来显示流量。,几点说明：,4.3.2 电磁流量测量系统,由传感器和转换器两部分组成，再加上流量显示、记录或累积仪即可构成电磁流量计测量系统。,传感器安装在工艺管道上，其作用是将流经管道的液体流量线性地变换成感应电动势，并将此信号传送到转换器；转换器是将传感器送来的感应电动势进行处理后变成统一的标准信号420mA DC输出；显示、记录或累积仪接收转换器送来的420mA DC信号,实现对被测流休流量的指示、记录或积算。,4.3.3 电磁流量计的应用问题,4.3.3.1 待测液体常见问题及解决办法,含有气泡,非满管,电导率剧变,电导率太低,流速问题,4.3.3.2 选型及安装应考虑的问题,空间电磁波干扰问题,待测液体非对称流动,电极及衬里材料选择问题,励磁稳定性问题,混合相流体流量测量问题,电极与励磁线圈对称性问题,传感器接地,连接电缆问题,安装点振动问题,4.4 涡街式流量计,两种：应用自然振荡的卡曼漩涡列原理，称为卡 曼涡街流量传感器（或涡街流量传感器）。应用强迫振荡的漩涡漩进原理，称为漩进 漩涡流量传感器。,该漩涡列称为卡曼涡列（也称为涡街）。,对于圆柱体，当两列漩涡的间距h与同列中相邻漩涡的间距L满足h/L=0.281条件时，卡曼涡列才是稳定的。,每一列漩涡产生的频率f与流速v、圆柱体直径d的关系为,利用流体振荡原理工作。,4.4.1 测量原理,在管道中垂直于流体流动方向插入一根非流线形的阻流体（也叫漩涡发生体），阻流体的下游两侧会交替出现漩涡。,St与雷诺数的关系,当雷诺数在500150000范围内时，斯特罗哈尔系数Sr基本上是一个常数，可以认为频率f只受流速v和漩涡发生体的特征尺寸d的影响。,当测得漩涡的频率后，就可得到流体的流速v，进而求得流体的体积流量qv。,4.4.2 漩涡频率的测量,可采用热、电、声等多种方法，如：热敏检测法、应力检测法、电容检测法、超声检测法等，这些方法是利用敏感元件把漩涡处的压力、流速及密度等的周期性变化转换为周期性的电信号，然后经放大整形等处理后得到方波脉冲，最后由二次仪表显示、记录或累积。,圆柱体漩涡检测方法：根据漩涡发生处流体的流速与压力会周期性变化的特征工作的。通过测量铂电阻丝的电阻阻值变化频率即可求得被测流量的大小。电阻阻值变化可用电桥来测量。,把铂热电阻丝用电流加热到比流体温度高出 某个温度，流体通过铂热电阻丝时，带走它 的热量，从而改变它的电阻值；此电阻值的变化与发出漩涡的频率相对应，便可检测出与流速成比例的频率。,三角柱体漩涡检测方法：埋在三角柱正面的两只热敏电阻（负温度系数）与其它两只固定电阻构成一个电桥，电桥通以恒定电流使热敏电阻的温度升高。每产生一个漩涡，与漩涡在同一侧的热敏电阻的阻值就减小一次，上、下两侧漩涡交替有规律出现，上、下两个热敏电阻的阻值交替变化。电桥的输出电压变化频率就为双侧漩涡频率，通过测量电桥的输出电压的变化频率，即可求得被测流量的大小。,埋在三角柱正面的两只热敏电阻与其它两只固定电阻构成一个电桥，电桥通以恒定电流使热敏电阻的温度升高。由于产生漩涡处的流速较大，使热敏电阻的温度降低，阻值改变，电桥输出信号。随着漩涡交替产生，电桥输出一系列与漩涡发生频率相对应的电压脉冲。,4.4.3 漩涡流量计测量系统,由传感器、转换器及显示/记录仪等组成。传感器主要包括漩涡发生体和漩涡检测器，用于把待测流量转换成相应的频率信号；转换器是将传感器输出的频率信号进行放大及整形等处理，最后输出420mA DC标准信号；显示/记录仪接收转换器的输出信号，显示/记录待测流量的大小。,4.4.4.2 安装问题,4.4.4 应用问题,4.4.4.1 仪表选型问题,4.5 涡轮流量计,涡轮流量传感器类似于叶轮式水表，是一种速度式流量计。,涡轮流量计,测量时,当流体通过涡轮叶片与管道间的间隙时,流体对叶片前后产生压差推动叶片,使涡轮旋转,在涡轮旋转的同时,高导磁性的涡轮叶片周期性地改变磁电系统的磁阻值,使通过线圈的磁通量发生周期性的变化,在线圈两端产生感应电势,经过放大和整形,可得到足以可测出频率的方波脉冲,将脉冲送入计数器就可求得累积总量。,优点,安装方便。测量精度高，可耐高压。反应快，可测脉动流量。输出信号为电频率信号，便于远传，不受干扰。,缺点,一般需要加过滤器。安装时，前后要有一定的直管段。,F1发射的超声波先到达 T1,4.6 超声波流量计,非接触式流量测量仪表，利用超声波在流体中的传播特性来测量流体流量的。,斜插式安装,4.6.1 超声波流量计的特点,优点：非接触测量,结果不受被测流体粘度、电导率及腐蚀性等因素的影响，可测各种气体和液体的流量，适应范围广。,可测大口径管道内的流体流量，甚至包括河流流量。输出信号与流量呈线性关系。,流体中的气泡或杂音会对测量结果产生较大影响。,缺点：结构比较复杂，成本较高。,超声波在流体中的传播速度会随流体温度变化而变化，对测量结果产生较大影响，必要时应予以补正。,4.6.2.1 时差法,超声波在流体中传播时，在静止流体和流动流体中的传播速度是不同的，利用这一特点可以求出流体的速度，再根据管道流体的截面积，便可知道流体的流量。,如果在流体中设置两个超声波传感器，它们既可以发射超声波又可以接收超声波，一个装在上游，一个装在下游，其距离为L，如下图所示。,4.6.2 超声波流量计测量原理,有时差法、相差法、频差法、多普勒频移法及声速偏移法等。,如设顺流方向的传播时间为t1，逆流方向的传播时间为t2，流体静止时的超声波传播速度为c，流体流动速度为v，则有,超声波传播时间差为,一般来说，流体的流速远小于超声波在流体中的传播速度，即cv,则从上式便可得到流体的流速，即,此时超声波的传输时间将由右式确定,在实际应用中,超声波传感器安装在管道的外部,从管道的外面透过管壁发射和接收超声波不会给管路内流动的流体带来影响，如下图。,4.6.2.2 相差法,让超声波发生器发射连续超声脉冲或周期较长的脉冲序列，则在顺流和逆流两种情况下所接收到的信号之间会产生一定的相位差。,为超声波的角频率,由于、及L为已知量，这样，测出即可求得v，也就可计算出流量的大小。,4.6.2.3 频差法,由时差法中的有关公式，可求出顺流和逆流时接收器接收到的超声波频率之差f 为,只要测得f，即可求出流速v，进而求得流量大小。,4.6.3 应用问题,待测流体中不能含有过多的杂质和气泡，且粘度不能太大；待测流体必须充满整个管道；必须对超声波速度进行精确的温度补偿；对不同管道、不同流速及不同粘度的介质进行雷诺数补偿。,4.7 光纤流量计,将一根多模光纤垂直地装入管道，当液体或气体流经与其垂直的光纤时，光纤受到流体涡流的作用而振动，振动的频率与流速有关。测出频率就可知流速。,光纤流量计结构示意图,当流体运动受到一个垂直于流动方向的非流线体阻碍时，根据流体力学原理，在某些条件下，在非流线体的下游两侧产生有规则的漩涡，其漩涡的频率 f与流体的流速可表示为,v流体流速；,d流体中物体的横向尺寸大小；,Sr斯特劳哈尔（Strouhal）系数，它是一个常数，仅与雷诺数有关。,4.8 质量流量计,质量流量：在单位时间内流经管道某一横截面的流体质量。质量流量计：用来测量质量流量的仪表。,在工业生产中，物料平衡和经济核算等通常都需要质量流量。对于液体而言，可以将已测得的体积流量乘以密度换算成质量流量。对于气体，则须经上述换算和温压补正后方可得到比较准确的质量流量，通常称为推导式（外补偿式）质量流量计，可分为温度压力补偿式和密度补偿式两种。,另一种测量质量流量的方法是使用直接式（内补偿式）质量流量计，可直接测得单位时间内被测介质的质量。直接式质量流量计又可分为科里奥利式、热式和冲量式等、,4.8.1 直接式质量流量计4.8.1.1科里奥利质量流量计 利用流体在直线运动的同时，处于一个旋转系中，产生与质量流量成正比的科里奥利力而制成的一种直接式质量流量计。,质点具有两个分量的加速度及相应的加速度力：法向加速度：即向心加速度ar，其量值为2r，方向朝向P轴。切向加速度：科里奥利加速度at，其量值为2v，方向与ar垂直。由于复合运动，在质点的at方向上作用着科里奥利力为2vm，而管道对质点作用着一个反向力，其值为-2vm。,当密度为的流体以恒定速度v在管道内流动时，任何一段长度为x的管道都受到一个大小为Fc 的切向科里奥利力，即 Fc=2vAx A为管道的流通内截面积。因为质量流量qm=vA，所以 Fc=2qmx,直接或间接测量在旋转管道中流动流体所产生的科里奥利力就可以测得质量流量。,流量计的测量管道是两根两端固定平行的U形管，在两个固定点的中间位置由驱动器施加产生振动的激励能量，在管内流动的流体产生科里奥利力，使测量管两侧产生方向相反的挠曲。位于U形管的两个直管管端的两个检测器用光学或电磁学方法检测挠曲量以求得质量流量。,科里奥利质量流量传感器,1支承管；2检测管；3电磁检测器；4电磁激励器；5壳体,U形管型式,形管型式,两种科里奥利质量流量计结构示意图,4.8.1.2 热式质量流量计,基于流体中热传递和热转移与流体质量流量的关系。,其工作机理是利用外热源对被测流体加热，测量因流体流动造成的温度场变化，从而测得流体的质量流量。,被测流体的质量流量可表示为,（P为加热功率；cp为比定压热容；T为加热器前后温差）,若采用恒定功率法，测量温差T就可以求得质量流量；若采用恒定温差法，则测出热量的输入功率P就可以求得质量流量,非接触式对称结构的热式质量流量计,1镍管；2加热线圈；3测温线圈,4调零电阻；5电流表,当流体流动时则形成变化的温度场，两只测温铂电阻值的变化使电桥产生不平衡电压，测得此信号可知温差T，即可求得流体的质量流量。,适用于微小流量测量。当需要测量较大流量时，要采用分流方法，仅测一小部分流量，再求得全流量。,4.8.1.3 冲量式质量流量计,用于测量自由落下的固体粉料的质量流量。,由冲量传感器及显示仪表组成。冲量传感器感受被测介质的冲力，经转换、放大等处理后输出与质量流量成比例的标准信号。,1冲板；2冲板轴；3物料；4输送机,转换装置检测冲板轴的位移量，经转换放大后输出与流量相对应的信号。,适用于各种固体粉料介质的流量测量，从粉末到块状物以及浆状物料。,流量计的选择主要考虑被测介质的大小、重量和正常工作流量等条件。,正常流量应在流量计最大流量的3080之间。,改变流量计的量程弹簧可以调整流量测量范围。,安装冲量式质量流量计时，要求物料必须保证自由落下，不得有外加力作用于被测物体上。,冲板安装角度、进料口与冲板间角度及高度有一定要求，并与量程选择有一定关系，选用前应进行计算。,由多个传感器组合而成的质量流量测量系统，根据传感器的输出信号间接推导出流体的质量流量。组合方式主要有以下几种：,4.8.2 间接式质量流量计,(1)差压式流量传感器与密度传感器组合方式,(2)体积流量传感器与密度流量传感器组合方式 Klqvk2=Kqm,(3)差压式流量传感器与体积式流量传感器组合方式,4.9 靶式流量计,是一种流体阻力式流量计。,4一变送器；5一测量导管,1一靶；2一密封膜片；3一靶杆；,在管道中心迎着流速方向安装一个圆盘形的靶，流体经过时，靶要受到流体的作用力，该力可分为三部分：,流体对靶的直接冲击力，即流体的动压力。,靶对流体的节流作用，在靶前后两侧产生的静 压力差。,流体对靶的黏滞摩擦力。,靶式流量计的流量基本方程式,在被测流体的密度，管道直径D，靶径d和流量系数Ka已知的情况下，只要测出靶上受到的作用力F，便可以求出流过管道的流体流量qv。,对靶受力的测量方法有多种，如力平衡式、压电式等。,可以测量液体、气体和蒸汽的流量，测量低雷诺数流体流量(例如大黏度、小流量等)和含有固体颗粒的浆液(泥浆、纸浆、砂浆、矿浆等)。,当流量很大时，流体对靶的黏滞摩擦力可以忽略不计。流体作用在靶上的力主要取决于前二项，如果以动能形式来表示该作用力，则可写成如下形式：,FKAd v22,4.10 均速管流量计,均速管可以测取管道截面几个等面积圆环的速度平均值，即平均动压头。,将平均总压头和静压头接到差压计或差压变送器，测出二者之压差便是平均动压头，根据平均动压头可求出流体的流量。,均速管流量探头主要有阿牛巴(Annubar)、威力巴(Vrabar)、威尔巴（Wellbar）、德尔塔巴(Deltaflow)、托巴（Torbar）、双D巴等几种。结构简单，插入式探头，测量气体、蒸汽和液体的流量，管道内径:从十几毫米到几米，测量准确度通常为13。均速管尚未标准化，应经过标定后才能使用。,常见的阿牛巴流量计,一、阿牛巴流量计,测量原理：,质量流量方程式：,体积流量方程式：,二、威尔巴(Wellbar)流量计,威尔流量计采用截面形状如子弹头形的探头,威尔巴流量计作为一种差压式流量测量仪表，流体流过的流量与差压的平方根成比例关系，与节流式流量计类似。,4.11 容积式流量计,根据排出体积进行流量累计的仪表。利用运动元件的往复次数或转速与流体的连续排出量成比例的关系对被测流体进行连续的检测。,可以计量各种液体和气体的累积流量。,可以精确测量体积量。,家用煤气表到大容积的石油和天然气计量仪表。,根据转子的形状分为：椭圆齿轮流量计（液体型）腰轮流量计（气体型和液体）刮板式流量计（液体型）,设：V0计量室的容积；n转子的旋转次数，则有,排出的流体总量,两个椭圆齿轮A、B在进出口流体压力差的作用下，交替地相互驱动，并各自绕轴作非匀角速度的转动。,在转动过程中连续不断地将充满在齿轮与壳体之间的固定容积内的流体一份一份地排出。齿轮的转数可以通过机械的或其他的方式测出从而可以得知流体总流量。,4.11.1 几种容积式流量计,4.11.1.1 椭圆齿轮流量计,测量本体由一对相互啮合的椭圆齿轮和仪表壳体构成。,4.11.1.2 腰轮流量计(罗茨流量计),工作原理与椭圆齿轮流量计相同，它们的结构也相似，只是其测量转子是两个不带齿的腰形轮。,腰形轮形状可保证在转动过程中两轮外缘保持良好的面接触，以依次排出定量流体，而两个腰轮的驱动是由套在壳体外的与腰轮同轴上的啮合齿轮来完成的。,微小/小流量流量计,椭圆齿轮流量计用于高粘度介质,涡轮流量计用于低粘度介质,椭圆齿轮流量计,4.11.1.3 皮膜式家用煤气表,在刚性容器中由柔性皮膜分隔而成I和 II、III和IV四个计量室。,可以左右运动的滑阀在煤气进出口差压的作用下作往复运动。煤气由入口进入，通过滑阀的换向依次进入气室I、或、，并排向出口。皮膜往复一次将流过一定体积的煤气，通过传动机构和计数装置能测得往复次数，从而可知煤气总量。,此仪表结构简单，使用维护方便，价格低廉，精确度可达 2，是家庭专用煤气仪表。,4.11.2 容积式流量计的安装与使用,流量计的安装地点应满足技术性能规定的条件，仪表在安装前必须进行检定。,使用注意事项：(1)选择这种流量计时，不能简单地按连接管道的直径大小去确定仪表规 格；应注意实际应用时的测量范围，保持在所选仪表的量程范围以内。(2)为了避免液体中的固体颗粒进入流量计而磨损运动部件，流量计前应 装配筛网过滤器，并注意定期清洗和更换过滤网。(3)如被测液体含有气体或可能析出气体时，在流量计前方应装气液分 离器，以免气体进入流量计形成气泡而影响测量准确度。(4)在精密测量中应考虑被测介质的温度变化对流量测量的影响，当黏度、温度参数超过规定范围时，应对流量值进行修正。过去都采用人工 修正，现在已有温度与压力自动补偿并自动显示记录的容积流量计。(5)在使用过程中，被测流体应充满管道。,4.12 弯管流量计,当流体通过管道弯头时，受到角加速的作用而产生的离心力会在弯头的外半径侧与内半径侧形成差压，此差压的平方根与流体流量成正比，这就是弯管流量计的测量原理。,弯管流量计的流量方程式,D为弯头内径；为流体密度；P为差压值；k是为弯管流量系数,4.13 转子流量计,利用节流原理测量流体流量的，它的差压值基本保持不变，通过节流面积的变化反映流量的大小，故又称恒压降变截面流量计，也称作浮子流量计。,4.13.1 结构及测量原理,主体由一根自下向上扩大的垂直锥形管和一只可以沿锥形管轴向上下自由移动的浮子组成。,当流体流过环隙面时，因节流作用而在浮子上下端面产生差压，形成作用于浮子的上升力。当此上升力与浮子在流体中的重量相等时，浮子就稳定在一个平衡位置上，平衡位置的高度与所通过的流量有对应的关系，这个高度就代表流量值的大小。,根据浮子在锥形管中的受力平衡条件可以写出如下流量关系式:,流量qv与浮子高度h之间的关系近似线性。,转子流量计有两大类：,直读式转子流量计主要由玻璃锥形管、浮子和支撑结构组成由浮子位置高度读出流量值。,远传式转子流量计可采用金属锥形管，其测量转换机构将浮子的位移转换为电信号输出。,1-浮子；2-锥形管；,3-连动杆；4-铁心；,5-差动线圈,其转换机构为差动变压器组件，用于测量浮子的位移。,流体流量变化引起浮子的移动，浮子同时带动差动变压器中的铁芯作上、下运动，差动变压器的输出电压将随之改变，通过信号放大等处理后输出的电信号，表示出相应流量的大小。,远传式转子流量计,4.13.2 转子流量计的使用和安装,4.13.2.1 转子流量计的刻度换算,在实际测量时，如果被测介质不是水或空气，则流量计的指示值与实际流量值之间存在差别，因此要对其进行刻度换算修正。,当已知被测介质的密度和流量测量范围等参数后，可以根据公式选择合适量程的浮子流量计。,4.13.2.2 转子流量计的选型,当要求精确度不优于1.5%，量程比不大于10:1时，可选用转子流量计。,中小流量、微小流量，可采用玻璃转子流量计。,对于易汽化、易凝结、有毒、易燃、易爆，物质，可选用普通型金属管转子流量计。,4.13.2.3 转子流量计的安装,在安装使用前必须核对所需测量范围、工作压力和介质温度是否与选用流量计的规格相符。,当被测介质易结晶、汽化或高粘度时，可选用带夹套金属 管转子流量计，对于有腐蚀性介质的流量测量，可采用 防腐型金属管转子流量计。,仪表应垂直安装在管道上，流体必须自下而上通过流量计，不应有明显的倾斜。,流量计前后应有截断阀，并安装旁通管道。,仪表投入时前后阀门要缓慢开启，投入运行后，关闭旁路阀。,流量计的最佳测量范围为测量上限的1323刻度内。,当被测介质的物性参数（密度、黏度）和状态参数(温度、压力)与流量计标定介质不同时，必须对流量计的流量指示值进行修正。,4.14.2相关流量计的基本原理,相关测量技术的数学基础主要是随机过程理论。基本思想是通过对流动噪声信号的分析，将流速测量转化为时间间隔的测量。,4.14 相关流量计,4.14.1相关流量测量技术简介,在沿流动管道相距为已知距离L的两个截面处，分别安装有结构相同的传感器，即上游传感器和下游传感器。,流体内部的随机流动噪声会对传感器所发出的能量束或它们形成的能量场产生随机调制作用。传感器的输出会随着这些调制作用产生相应的变化，因此上、下游传感器的输出x(t)和y(t)就是与被测流体流动状况有关的流动噪声信号。,在理想情况下，流体的流动在上、下游传感器之间没有发生变化，即两传感器的输出是相同的，只是在时间上相差了0，即,这样，x(t)和y(t)的互相关函数Rxy()在0处取得最大值。,在理想流动状态下，也就是管道横截面上各点处流体的速度都相等时，被测流体的体积平均流速vcp可以用相关速度vc来表示，即,因此，被测流体的体积流量Q可表示为,A为管道的横截面积。,流体的传播速度（称为相关速度）可按下式计算：,4.14.3相关流量测量系统的构成,包括流动噪声信号检测系统和相关测量系统。由测量管段、传感器以及信号放大、解调和滤波等环节构成。,上、下游传感器的敏感元件所检测到的随机噪声信号Sx(t)和Sy(t)，在分别通过放大、解调和滤波等环节后，包含在其中的随机流动噪声信号x(t)和y(t)被提取出来，并馈入相关流量测量系统作进一步处理。,4.14.3.1 流动噪声信号检测系统,4.14.3.2 相关测量系统,实现相关测量。通过比较上、下游流动噪声信号x(t)和y(t)的相似性，确定流动噪声信号在上、下游传感器所在横截面之间的平均传递时间。,4.15 流量标准装置,4.15.1 液体流量标准装置,4.15.1.1 标准客积法,1水池；2水泵,3高位水槽；4溢流管,5稳压容器；6活动管接头,7切换机构；8切换挡板；,9标准容积计量槽；10液位标尺；,11游标；12被校流量计,4.15.1.2 标准质量法,用秤量一定时间内流入容器内的流体总量的方法来求出被测液体的流量。,4.15.1.3 标准流量计法,采用高精度流量计作为标准仪表，对其他工作用流量计进行校正。,4.15.1.4 标准体积管校正法,对较大流量进行标定，有较高的精度，广泛应用于石油工业标定液体总量仪表。,单球式标准体积管原理示意图,1-被校验流量计；2-交换器,3-球；4-终止检测器,5-起始检测器；6-体积管,7-校验容积；8-计数器,4.15.2 气体流量标准装置,有用标准气体流量计的校正法、用标准气体容积的校正法和用液体标准流量计的置换法等。,1一钟罩；2一导轨和支架；,3一平衡锤；4一补偿锤,钟罩式气体流量校正装置,在对流量计进行校正时，由送风机把气体送入系统，使钟罩浮起，当流过的气体量达到预定要求时，把三通阀转向放空位置停止进气。,4.16 流量检测仪表的选用,应考虑被测流体的性质和状态（如液体、气体、蒸汽、粉末、导电性、温度、压力、黏度、重度、腐蚀性、多相流及脉动流等）、使用环境条件、工艺允许压力损失及最大、最小额定流量等因素。,仪表类型选择,仪表量程选择,仪表精度等级选择,