*电子邮箱： hongsong@zju.edu.cn 流量检测技术 ---《传感与检测技术》 主讲教师：宋宏* 浙江大学 海洋学院 *电子邮箱： hongsong@zju.edu.cn 办公室：海洋大楼424室 2018-4-27

第13章 流量检测技术 13.1 基本概念 13.2 体积流量检测方法 13.3 质量流量检测方法 13.4 流量校验标准装置和校验方法 1 第13章 流量检测技术 13.1 基本概念 1 13.2 体积流量检测方法 2 13.3 质量流量检测方法 3 13.4 流量校验标准装置和校验方法 4

13.1 基本概念 流量是指在固定的时间间隔内所流过的流体体积或质量。 在工业生产中流体的输运都是通过管道完成的，因此常用在单位时间内流体流过管道某一截面的数量来表示流量的大小。 流量测量的目的是为了正确指导工艺操作、进行成本核算、保证产品的质量和设备的安全。

1、流量的概念和单位 国标对于流体流量的定义：流经管道横截面的流体数量与该量通过该截面所花费的时间之商。 利用微积分的基础知识可以得到流量计算公式为： 平均流量： 质量流量和体积流量的关系：

1、流量的概念和单位 前一页讲的都是瞬时流量的计算方法，在一些经济核算及贸易往来中，还需要知道流体的总量。流体总量指的是在一段时间内流经管道横截面的流体数量的总和：

因为气体是可压缩的，所以它的体积大小与它的状态有关，即气体的体积取决于它的压力P和温度t。在进行气体体积流量测量时，一般都要把体积流量值换算到标准状态下，即一个标准大气压和20℃(p=101.325kPa,t=20℃) 条件下的数值，单位为标准米3/时（Nm3/h）若是在工作状态下的体积流量，就应在体积流量值后加注工作压力p和工作温度t加以说明。 在工业测量中，对于不同的被测介质，尝试用不同的流量单位。气体、液体、蒸汽都有各自常用的单位。在使用中要注意合理选取。

2、 流量计的分类 流量计 体积流量计 容积式流量计 速度式流量计 差压式流量计 质量流量计 直接式 间接式

第13章 流量检测技术 13.1 基本概念 13.2 体积流量检测方法 13.3 质量流量检测方法 13.4 流量校验标准装置和校验方法 1 第13章 流量检测技术 13.1 基本概念 1 13.2 体积流量检测方法 2 13.3 质量流量检测方法 3 13.4 流量校验标准装置和校验方法 4

13.2 体积流量检测方法 椭圆齿轮流量计 节流式差压流量计 电磁流量计 转子流量计 涡街流量计 超声波流量计

13.2.1 椭圆齿轮流量计 容积式流量计是一种由静止容室内壁空间，一个或多个由流体流动使之转动的元件组成计量室的仪表。 利用流体的压力能，推动机械测量元件把流体连续不断地分割成单个已知体积的单元，根据这个标准体积单元被反复地充满和排放的次数来测量流体的总量。一般可做成总量仪表。 椭圆齿轮流量计就是一种典型的容积式流量计。 视频1：椭圆齿轮流量计https://v.qq.com/x/page/r0106t0khbt.html 视频2：椭圆齿轮流量计工作原理动画http://v.youku.com/v_show/id_XMTQ2ODk5OTg4OA.html

13.2.1 椭圆齿轮流量计 椭圆齿轮流量计是一种典型的容积式流量计，下图为其结构和工作原理图。 问题：齿轮的转向如何确定？

两个齿轮转动一周即一个周期内，会有4个半月牙形固定容积的流体从出口排出。 通过椭圆齿轮流量计的流体总量Q可表示为： 容积式流量计的测量精度一般不受流体的温度、压力或密度的影响，可达0.1级，量程比可达到10:1，对仪器安装时的直管段没有特别的要求。 要注意：液体中若含有颗粒物，极易使仪表磨损而增大泄漏量，必要时仪表前应加装流体过滤器

13.2.2 节流式差压流量计 工作原理：当流体经过管道中的阻力件时会产生压力差，压差的大小与流体在管道横截面上的平均流速有固定关系，通过测量压差并知道管道的横截面积，进而就可以得到流量值。 分类：按结构形式可分为节流式差压流量计、弯管流量计、匀速管流量计、转子流量计等

1、节流装置 节流装置按其标准化程度，可分为标准节流装置和非标准节流装置两类。 国际标准所规定的标准节流装置种类有： 标准孔板 标准喷嘴 文丘里管

2、差压计 用来检测节流装置产生的差压值，并转换成标准的电流输出信号（4~20mA）进行远传的差压计被称为差压变送器。 差压信号与流量值并不为线性关系，只有将差压信号开平方后才能正比于流量值。 增加有开方运送功能的差压变送器称为差压流量变送器

3、理论流量公式 在水平管道中流动的单位质量流体，具有位能、动压能和静压能，动压能和静压能可以相互转换，但是总量不变。 对截面I,II处沿管中心的流体有以下能量守恒关系： 被测流体恒温、不可压缩，即

流出系数C

根据前面的推导我们知道： 这是针对不可压缩的理想流体所得到的流量公式，如果考虑流体的可压缩性。压力发生改变时会引起密度的变化，故需要引入可膨胀性系数ε： 这就是差压流量计的理论流量公式，其中当被测流体为液体时ε=1，气体ε<1

4、实际流量公式 前面我们已经推导了理论流量公式。 由此可得出实际流量公式

5、标准节流元件的结构形式和技术要求 孔板 ISA1932喷嘴（标准喷嘴） 长径喷嘴 文丘里喷嘴 经典文丘里管（文丘里管）

6、流量测量节流装置的温度补偿问题 由于流量测量节流装置在设计时是根据用户使用时的常用压力和常用温度数值下的密度值来进行设计计算，并得到流量值的。这成为设计状况下的流量值。但在孔板实际运行时往往会偏离设计状况，这就导致测量误差加大，这是不允许的。 所以在运行参数变化大、测量精度要求高时需要进行温度补偿，它的实质是密度补偿。

7、非标准节流元件 常用非标准节流元件有1/4圆孔板、偏心孔板、锥形入口孔板、双重孔板等。它们主要用于特殊介质或特殊工况条件下的流量测量。

请看视频：差压流量仪表 http://v.youku.com/v_show/id_XMjg4NDg3OTMy.html

13.2.3 电磁流量计 电磁流量计属于流体速度式流量计，它是根据法拉第的电磁感应定律进行流量测量的。 首先由电源向安装于管道外的励磁线圈提供电流并产生磁场，该磁场作用于管内导电的流体介质形成感应电势。 然后从安装于管道直径上相对称的 两个电极上，获取与被测流体流速 成正比的电信号。 最后经过处理即可得到管中介质 的流量值。

1、电磁流量计的测量原理 根据电磁感应定律，当导体在磁场中做切割磁感线运动时，在导体中会产生感应电势。得到感应电动势Ex： k：系数 B：磁感应强度 D：管道内径 V：流体的平均速度

在管道直径D确定，并保持磁感应强度B不变时，被测体积流量与感应电势呈线性关系。若在管道两侧各插入一根电极，就可引出感应电势，测量此电势的大小，就可以求得体积流量。

2、电磁流量计的形状和结构 电磁流量计主要由磁路系统、测量导管、电极、外壳、衬里和转换器等部分组成。

请看视频：电磁流量计 http://v.youku.com/v_show/id_XMzMyOTkwNzQ4.html

13.2.4 转子流量计 转子流量计又称为浮子流量计，属于差压式流量测量方法的一种。 它是基于阿基米德定理的浮力与重力平衡原理设计。 工作原理是恒定差压、变流通截面积的流量计。 其转子处于一个垂直放置的锥形管中，锥形管上部直径大而下部小，流体从管的下部流入而从上部流出。

流量公式 流量系数

流量和显示高度的关系 转子流量计的实用流量公式：

刻度换算 转子流量计刻度换算的本质是对流体介质的密度进行换算，以便达到正确的流量值。

13.2.5 涡街流量计 涡街流量计也称为旋涡流量计。 它属于速度式流量计的一种。 它的工作原理是在流体中安放一根 非流线型阻流体，流动的流体在 阻流体的两侧会交替产生两列规则 的漩涡，在一定的流速范围内，每 列漩涡产生的频率正比于流体速度， 可通过测此频率值来推算流量值。

1、涡街流量计的工作原理 教材p323 2、涡街流量计的流量实用公式 教材p325 3、涡街流量计的结构： 漩涡发生体 频率检测器 信号处理电路

13.2.6 超声波流量计 超声波的两个特性： （1）定向性（2）能在气体、液体和固体介质中传播 超声波流量计属于速度式流量计的一种，可用于对气体、液体和蒸汽的体积流量进行测量。测量方法包括： 多普勒效应法 时差测量法

超声波流量计的分类： 从结构上，可分为具有单声道或多声道的一体式超声波流量计，可通过法兰把仪表安装在管道中； 另一种是把超声波的发射、接收探头直接焊在或夹持在管道的外边，称为分体式超声波流量计。 特点：测量精度高、线性好，管道中无须加阻挡体。 压力损失小，可识别流体流动方向，测量结 果不受被测流体的温度、压力、黏度及电导 率等的影响

超声波流量计 时差法测量原理 时间信号的检测 发送器和接收器的原理 流速的分布和多声道测量

第13章 流量检测技术 13.1 基本概念 13.2 体积流量检测方法 13.3 质量流量检测方法 13.4 流量校验标准装置和校验方法 1 第13章 流量检测技术 13.1 基本概念 1 13.2 体积流量检测方法 2 13.3 质量流量检测方法 3 13.4 流量校验标准装置和校验方法 4

质量流量检测方法 质量流量计的检测方法是通过一定的检测装置，使它的输出直接反映质量流量的大小。 质量流量计可以分为直接式质量流量计和推导式质量 流量计两类 左图为 yy98热式质量流量计

13.3.1 测量方法分类 1、直接式质量流量计主要基于以下工作原理： （1）振动加速度法 （2）热学法 （3）差压法 （4）动量法 2、推导式质量流量计主要有以下三种组合方式： （1）节流式差压流量计与容积流量计组合 （2）速度式流量计与密度计组合 （3）节流式差压流量计与密度计组合

13.3.2 科里奥利式质量流量计 科里奥利力（柯氏力）： 柯氏力对旋转体系中进行直线运动的质点由于惯性相对于旋转体系产生的直线运动的偏移的一种描述。柯氏力来自于物体运动所具有的惯性。

柯氏力质量流量计的原理 柯氏力质量流量计由两部分组成，一是流体传感器即测量管（振动管），有U形、环形、螺旋形等几种形状。 另一部分是电子转换器，对测量管的振动信号进行采集、转换和处理，输出质量流量信号。 40e型柯氏力质量流量计

柯氏力质量流量计的结构 按测量管形状分类有弯曲形和直形两种。 按测量管段数分类有单管型和双管型两种。 按双管型测量管的连接方式分类可分为并联型和串联型两种。 按测量管流动方向和工艺管道流动方向布置方式分类可分为平行和垂直两种方式。

第13章 流量检测技术 13.1 基本概念 13.2 体积流量检测方法 13.3 质量流量检测方法 13.4 流量校验标准装置和校验方法 1 第13章 流量检测技术 13.1 基本概念 1 13.2 体积流量检测方法 2 13.3 质量流量检测方法 3 13.4 流量校验标准装置和校验方法 4

13.4 流量校验标准装置和校验方法 1、检验方法： 直接测量校验法； 检测测量校验法； 综合测量校验法。

流量校验的作用： 进行仪表特性试验，研究仪表在实验室条件下和现场条件下静态和动态特性、确定仪表精度等级、量程范围、适应的工作状态以及仪表的稳定性及可靠性等技术指标。 对仪表在现场使用中，由于介质性质及流动特性不同而引起的技术指标的变化进行研究，找出修正方法。 作为流量单位量值统一与传递的标准设备，使各个部门的量值保持精确与统一。

流量校验标准装置按试验介质种类可分为水标准装置、油标准装置和气体标准装置几种。 （1）水流量校验标准装置：

流量校验标准装置按试验介质种类可分为水标准装置、油标准装置和气体标准装置几种。 （2）油流量标准体积管：

流量校验标准装置按试验介质种类可分为水标准装置、油标准装置和气体标准装置几种。 （3）钟罩式气体流量标准装置：

练习思考题 1、国家规定的标准节流装置有哪几种？什么是标准孔板？其使用条件是什么？ 2、试写出节流式差压流量计的基本流量公式，公式中各符号的含义是什么？其中流出系数C和哪些因素有关？它是一个常量还是变量？ 3、电磁流量计中的磁场产生方法有哪几种？它们各自有什么优缺点？ 4、科里奥利式质量流量计由哪几部分组成？它们各起什么作用？