第四讲流量检测与变送器

教学目的与要求教学目的与要求：了解流量的概念：了解流量的概念,流量检测仪表的流量检测仪表的分类，理解其工作原理分类，理解其工作原理;掌握各种流量计的特点及应掌握各种流量计的特点及应用范围。用范围。教学重点教学重点：节流式流量计、速度式流量计、容积式流量计。：节流式流量计、速度式流量计、容积式流量计。教学难点教学难点：节流式流量计、速度式流量计节流式流量计、速度式流量计瞬时流量瞬时流量、累积流量累积流量。体积流量、质量流量体积流量、质量流量流量测量仪表也称为流量计。它通常由一次仪表和二次仪表组流量测量仪表也称为流量计。它通常由一次仪表和二次仪表组成。一次仪表亦称为传感器，二次仪表称为显示装置或变送器。成。一次仪表亦称为传感器，二次仪表称为显示装置或变送器。流量测量仪表的种类繁多，各适用于不同场合。流量测量仪表的种类繁多，各适用于不同场合。二、差压式流量计二、差压式流量计差压式（也称节流式）流量计是基于流体流差压式（也称节流式）流量计是基于流体流动的节流原理，利用流体流经节流装置时产生的压动的节流原理，利用流体流经节流装置时产生的压力差而实现流量测量。力差而实现流量测量。显示仪表显示仪表Q差压变送器差压变送器节 流 装节 流 装置置节流现象节流现象流体在流过节流装置时，在节流装置前后的流体在流过节流装置时，在节流装置前后的管壁处，流体的静压力产生差异的现象称为管壁处，流体的静压力产生差异的现象称为节流节流现象。现象。节流装置包括节流装置包括节流件节流件和和取压装置取压装置。QP1P2节流件节流件是能使管道中的流体产生局部收缩的是能使管道中的流体产生局部收缩的元件，应用最广泛的是孔板，其次是喷嘴、文丘元件，应用最广泛的是孔板，其次是喷嘴、文丘里管等。里管等。节流原理节流原理 具有一定能量的流体，才可能在管道中流动。具有一定能量的流体，才可能在管道中流动。流动着的流体含有两种能量流动着的流体含有两种能量静压能和动能静压能和动能。静压能表现在流体对管壁的压力，动能表现静压能表现在流体对管壁的压力，动能表现在流体有流动速度。这两种能量在一定条件下可在流体有流动速度。这两种能量在一定条件下可以互相转化。以互相转化。孔板前后流体孔板前后流体对管壁压力对管壁压力孔板前稳定流动孔板前稳定流动段段-截面截面流束未收流束未收缩前压力缩前压力平均流速平均流速v1流束最小处流束最小处-截面截面流束最小流束最小处压力处压力平均流速平均流速v2截面截面处能量处能量=截面截面处能量处能量+损耗损耗但是，根据能量守恒定律，在没有再加能量但是，根据能量守恒定律，在没有再加能量的情况下，流体所具有的静压能和动能，加上克的情况下，流体所具有的静压能和动能，加上克服流动阻力的能量损失，其总和是不变的。即：服流动阻力的能量损失，其总和是不变的。即：gvgvgPgvgP2222222222111 静压能静压能 动能动能 静压能静压能 动能动能 损耗损耗根据伯努力方程可列出：根据伯努力方程可列出：损耗损耗式中：式中：为流体在截面为流体在截面-与与-之间的之间的动能损失系数；动能损失系数；g 为重力加速度；为重力加速度；gvgvgPgvgP2222222222111 1、2 为流体在截面为流体在截面-和和-处的密度。处的密度。如果流体是不可压缩的，那么如果流体是不可压缩的，那么1=2=S1、S2分别为分别为-和和-处的流束截面积。处的流束截面积。21222112()S1()SvPP22211222222PvPvvgggggv1S1=v2S2又因截面又因截面、处体积流量应相等，有处体积流量应相等，有联立求解两式，可得出：联立求解两式，可得出：01SSm S0孔板的开孔面积。孔板的开孔面积。另外，取紧挨孔板前后另外，取紧挨孔板前后的管壁压差（的管壁压差（P1-P2）代替）代替（P1-P2），为此引用系数），为此引用系数 加以修正：加以修正：为简化计算，引入两个系数：为简化计算，引入两个系数：截面收缩系数截面收缩系数 孔板口对管道的面积比孔板口对管道的面积比m20SS2121PPPP 2121PPPP 代入代入v2式，得式，得)(2121222PPmv 因体积流量：因体积流量：Q=v2 S0012222S()1QPPm 称流量系数称流量系数 221m20SS01SSm 将将令令0122S()QPP体积流量体积流量 012S2()mQQPP质量流量质量流量 结论：结论：流量与节流件前后压差的平方根成正流量与节流件前后压差的平方根成正比。只要测得差压比。只要测得差压（P1-P2）便可测得流量。便可测得流量。则得到（则得到（不可压缩的流体）不可压缩的流体）流量基本方程式：流量基本方程式：如果流体是可压缩的（如蒸汽），则要对公式如果流体是可压缩的（如蒸汽），则要对公式进行修正。进行修正。故流量系数故流量系数与节流装置的结构形式、取压方与节流装置的结构形式、取压方式、开孔面积与管道截面积之比式、开孔面积与管道截面积之比m、管壁粗糙度、管壁粗糙度、流体流动状态等因素有关；很难准确计算，一般流体流动状态等因素有关；很难准确计算，一般通过实验确定。因此，节流装置都是标准化的，通过实验确定。因此，节流装置都是标准化的，由厂家提供由厂家提供数据。数据。221m因为因为2121PPPP 20SS01SSm 动能动能损失系数损失系数标准节流装置标准节流装置 标准节流装置包括标准节流件和标准取压装置。标准节流装置包括标准节流件和标准取压装置。节流装置标准化的具体内容有：节流装置的结构、节流装置标准化的具体内容有：节流装置的结构、尺寸、公差、光洁度、取压孔位置和使用条件等。尺寸、公差、光洁度、取压孔位置和使用条件等。标准节流件有：标准节流件有：节流装置节流装置导压管导压管孔板孔板喷嘴喷嘴文丘里管文丘里管国家规定标准的取压方式有国家规定标准的取压方式有角接取压角接取压、法兰取压法兰取压和和D DD/2D/2取压取压。aa环隙取压单独钻孔取压夹持环流体角接取压的两个取压口分别位于孔板上下端面与管壁的夹角处角接取压的两个取压口分别位于孔板上下端面与管壁的夹角处取压口可以是取压口可以是环隙取压环隙取压口和口和单独钻孔取压单独钻孔取压口口环隙取压环隙取压利用左右对称的两个环室把孔板夹在中间，利用左右对称的两个环室把孔板夹在中间，通常要求环隙在整个圆周上穿通管道，或者每个夹通常要求环隙在整个圆周上穿通管道，或者每个夹持环应至少有四个开孔与管道内部连通，再利用导持环应至少有四个开孔与管道内部连通，再利用导压管把孔板上下游的压力分别引出压管把孔板上下游的压力分别引出当采用当采用单独钻孔取压单独钻孔取压时，取压口的轴线应尽可能以时，取压口的轴线应尽可能以90与管道轴线相交与管道轴线相交显然，环隙取压由于环室的均压作用，便于测出孔显然，环隙取压由于环室的均压作用，便于测出孔板两端的平稳差压，能得到较好的测量精度，但是板两端的平稳差压，能得到较好的测量精度，但是夹持环的加工制造和安装要求严格。当管径夹持环的加工制造和安装要求严格。当管径D500mm时，一般采用单独钻孔取压。时，一般采用单独钻孔取压。法兰取压装置是由一对带有取压口的法兰组成法兰取压装置是由一对带有取压口的法兰组成取压口轴线距离孔板上、下端面均为取压口轴线距离孔板上、下端面均为25.4mm（1英寸）英寸）l1l2法兰取压法兰取压D DD/2D/2取压装置是设有取压口的管段，上、下游取压口轴线取压装置是设有取压口的管段，上、下游取压口轴线与孔板上游端面的距离分为与孔板上游端面的距离分为D D和和D/2D/2（D D为管道的直径）为管道的直径）l1(D)l2(D/2)DD/2取压取压标准节流装置使用条件标准节流装置使用条件q流体应当清洁，充满圆管并流体应当清洁，充满圆管并连续稳定地流动。连续稳定地流动。q流体的雷诺数在流体的雷诺数在104105以以上，不发生相变。上，不发生相变。q管道必须是直的圆形截面，管道必须是直的圆形截面，直径大于直径大于50mm。q为保证流体在节流装置前后为保证流体在节流装置前后为稳定的流动状态，在节流装置为稳定的流动状态，在节流装置的上、下游必须配置一定长度的的上、下游必须配置一定长度的直管段。直管段。节流装置节流装置导压管导压管差压计差压计 差压式流量计适合于大于大于50mm50mm的管道，且要求前后有一段一定长度的直管段直管段。差压式流量计的安装被测流体工作状态的变动。节流装置安装不正确节流装置安装不正确。孔板入口边缘的磨损。导压管安装不正确导压管安装不正确，或有堵塞、渗漏现象差压计安装或使用不正确差压计安装或使用不正确 在现场实际应用时，往往具有比较大的测量误差，有的甚至高达1020。导压管要正确地安装，防止堵塞与渗漏，否则会引起较大的测量误差。对于不同的被测介质不同的被测介质(液体、气体）液体、气体），导压管的安装亦有不同的要求，下面分类讨论。a)取压点应该位于节流装置的下半部，与水平线夹角为045。b)引压导管最好垂直向下，如条件不许可，导压管亦应下倾一定坡度（至少120110），使气泡易于排出。c)在引压导管的管路中，应有排气的装置。l测量液体的流量时，应该使两根导压管内都充满同样的测量液体的流量时，应该使两根导压管内都充满同样的液体而无气泡，以使两根导压管内的液体密度相等。液体而无气泡，以使两根导压管内的液体密度相等。测量液体流量时的连接图1节流装置；2引压导管；3放空阀；4平衡阀；5差压变送器；6贮气罐；7切断阀l 测量气体流量时，上述的这些基本原则仍然适用。测量气体流量时，上述的这些基本原则仍然适用。a)取压点应在节流装置的上半部。b)引压导管最好垂直向上，至少亦应向上倾斜一定的坡度，以使引压导管中不滞留液体。c)如果差压计必须装在节流装置之下，则需加装贮液罐贮液罐和排放阀。1节流装置；2引压导管；3差压变送器；4贮液罐；5排放阀 测量蒸汽流量的连接图1节流装置；2凝液罐；3引压导管；4排放阀；5差压变送器；6平衡阀l测量蒸汽的流量时，要测量蒸汽的流量时，要实现上述的基本原则，实现上述的基本原则，必须解决必须解决蒸汽冷凝液蒸汽冷凝液的的液位问题，以消除冷凝液位问题，以消除冷凝液液位的高低对测量精液液位的高低对测量精度的影响。度的影响。由引压导管接至差压计或变送器前，必须安装切断阀1、2和平衡阀3，构成三阀组。测量腐蚀性（或因易凝固不适宜直接进入差压计）的介质流量时，必须采取隔离措施。隔离罐的两种形式1，2切断阀；3平衡阀三、三、转子流量计转子流量计在工业生产中经常遇到小流量的测量，因流在工业生产中经常遇到小流量的测量，因流体的流速低，要求测量仪表有较高的灵敏度，才能体的流速低，要求测量仪表有较高的灵敏度，才能保证一定的精度。保证一定的精度。差压式流量计对管径小于差压式流量计对管径小于50mm、低雷诺数的流体的测、低雷诺数的流体的测量精度是不高的。而转子流量量精度是不高的。而转子流量计 则 特 别 适 宜 于 测 量 管 径计 则 特 别 适 宜 于 测 量 管 径50mm以下管道的流量，测量以下管道的流量，测量的流量可小到每小时几升。的流量可小到每小时几升。工作原理工作原理故：故：转子流量计是以定压降、变节转子流量计是以定压降、变节流面积法测量流量的。流面积法测量流量的。由于锥形管由下往上逐渐扩大，所以由于锥形管由下往上逐渐扩大，所以S0是转子是转子浮起的高度的函数。浮起的高度的函数。h根据转子浮起的高度根据转子浮起的高度h就可以得就可以得出被测介质的流量大小。出被测介质的流量大小。Q=kgVS)2(z-fhf1、锥形管是玻璃、锥形管是玻璃的，直接目视转子的，直接目视转子的位置。的位置。2、在转子内安装、在转子内安装磁铁，锥形管外安磁铁，锥形管外安装磁环随转子上下装磁环随转子上下移动，触发显示。移动，触发显示。转子位置信号的引出：转子位置信号的引出：123、在转子内安装磁铁，、在转子内安装磁铁，锥形管外安装双霍尔磁锥形管外安装双霍尔磁场传感器，测出磁场的场传感器，测出磁场的水平分量和垂直分量，水平分量和垂直分量，可确定转子位置。可确定转子位置。4、在转子上方安装一导、在转子上方安装一导磁棒，使差动变压器输磁棒，使差动变压器输出随转子位置变化。出随转子位置变化。从流量公式可知，流量值与被测流体密度有关。从流量公式可知，流量值与被测流体密度有关。为了便于成批生产，生产厂是在工业标准状态下为了便于成批生产，生产厂是在工业标准状态下（20，0.10133MPa），用水或空气进行标度。），用水或空气进行标度。q对液体测量，仪表示值对液体测量，仪表示值代表代表20时水的流量值。时水的流量值。q对气体测量，则是代表对气体测量，则是代表20，0.10133MPa压力压力 下空下空气的流量值。气的流量值。实际使用时，须对指示实际使用时，须对指示值进行修正。值进行修正。液体流量测量时的修正液体流量测量时的修正 如果某转子流量计的转子高度为如果某转子流量计的转子高度为h h，如果介质为，如果介质为2020的的水，则流量水，则流量q qv0v0与与h h的关系满足：的关系满足：02()twvwVgqhA式中：式中：q qv0v0为用水标定时的流量刻度为用水标定时的流量刻度 w w为水的密度为水的密度 如果介质不是如果介质不是2020的的水，则流量水，则流量q qvfvf与与h h的关系满足：的关系满足：2()tfvffVgqhAq qvfvf和和f f分别为被测介质的实际流量和密度分别为被测介质的实际流量和密度 如果被测介质的粘度和水的粘度相差不大，可以近似认为如果被测介质的粘度和水的粘度相差不大，可以近似认为是常数，则有是常数，则有 0()()tfwvfvftwqq刻度流量刻度流量实际流量实际流量修正系数修正系数0()()tfwvfvftwqq(7.90.83)*1*3.60.83*(7.9 1)vfq4(/)L s0()*()tfwfvmvffvtwqqq 四、四、靶式流量计靶式流量计使用悬在管道中央的靶作为节流元件，流体使用悬在管道中央的靶作为节流元件，流体作用于靶上的推力与流速有定值关系。推力作用于靶上的推力与流速有定值关系。推力F 经杠经杠杆引出，由力平衡变送器测出。杆引出，由力平衡变送器测出。理论分析及实验证明，理论分析及实验证明，流体作用于靶上的推力流体作用于靶上的推力F 与与流体流速流体流速 v 的平方成正比的平方成正比2kS2dFvg式中式中:k靶的推力系数；靶的推力系数；Sd 靶的受力面积；靶的受力面积；流体比重；流体比重；g 重力加速度；重力加速度；v 靶与管璧间环形间隙靶与管璧间环形间隙中流体平均流速中流体平均流速 00022SSSk SSddgFgFQv式中，式中，1k流量系数流量系数v和差压式流量计相似，流量和力是开方关系。和差压式流量计相似，流量和力是开方关系。v可用于较小的雷诺数状态，特别是于高粘度的可用于较小的雷诺数状态，特别是于高粘度的流体，如重油、沥青等的流量测量。流体，如重油、沥青等的流量测量。v精度为精度为23%。则则而通过管道的体积流量而通过管道的体积流量 Q=S0vS0Sd“一碗一碗一碗一碗”计量计量4vqVn椭圆齿轮流量计椭圆齿轮流量计椭圆齿轮流量计是利用两个相互啮合的椭圆椭圆齿轮流量计是利用两个相互啮合的椭圆形齿轮在流体的推动下，连续转动来测流量的。形齿轮在流体的推动下，连续转动来测流量的。当流体要流过椭圆齿轮时，进口侧压力当流体要流过椭圆齿轮时，进口侧压力p1大于大于出口侧压力出口侧压力p2，在此压力差的作用下，产生作用力，在此压力差的作用下，产生作用力矩使椭圆齿轮转动。矩使椭圆齿轮转动。图（图（a）位置时，由于）位置时，由于p1 p2，所产生的合力矩，所产生的合力矩使使A轮顺时针方向转动。轮顺时针方向转动。A带动带动B转动。转动。转至（转至（b）位置，）位置，A轮与轮与B轮均为主动轮。轮均为主动轮。转至（转至（c）位置，合力矩使）位置，合力矩使B轮带动轮带动A轮转动。轮转动。A、B轮转动时，连续将半月形容积内的流体轮转动时，连续将半月形容积内的流体排出。排出。此图表示椭圆齿轮转动了此图表示椭圆齿轮转动了1/4周的情况，其排周的情况，其排出的流体为一个半月形容积出的流体为一个半月形容积V0。所以，椭圆齿轮。所以，椭圆齿轮每转一周所排出的被测介质量为半月形容积的每转一周所排出的被测介质量为半月形容积的4倍。倍。故通过椭圆齿轮流量计的体积流量故通过椭圆齿轮流量计的体积流量Q为：为：Q=4nV0 n齿轮转速齿轮转速 如果累计齿轮转速，则得到体积总量。如果累计齿轮转速，则得到体积总量。V0q特点特点由于椭圆齿轮流量计是基于容积式原理测量的，由于椭圆齿轮流量计是基于容积式原理测量的，与流体的粘度、密度、雷诺数等参数无关。因此，与流体的粘度、密度、雷诺数等参数无关。因此，安装时不需要有直管段，对流体的流动状态无要求，安装时不需要有直管段，对流体的流动状态无要求，特别适用于高粘度介质的流量测量。测量精度高，特别适用于高粘度介质的流量测量。测量精度高，最高可达最高可达0.1%。椭圆齿轮流量计的使用温度不能过椭圆齿轮流量计的使用温度不能过高，否则可能使齿轮膨胀卡死。另高，否则可能使齿轮膨胀卡死。另外被测流体中不能含有固体颗粒外被测流体中不能含有固体颗粒，否则会引起齿轮磨损以至损坏。否则会引起齿轮磨损以至损坏。1 1、涡轮流量计、涡轮流量计在测量管道内，安装一个可以自由转动的涡轮，在测量管道内，安装一个可以自由转动的涡轮，当流体通过时，流体的动能使涡轮旋转。流体的流当流体通过时，流体的动能使涡轮旋转。流体的流速越大，涡轮转速也就越高。速越大，涡轮转速也就越高。因此，测出涡轮的转速或因此，测出涡轮的转速或转数，就可确定流过管道的流转数，就可确定流过管道的流体流量或总量。日常生活中使体流量或总量。日常生活中使用的某些自来水表、油量计等，用的某些自来水表、油量计等，都是利用这种原理制成的，都都是利用这种原理制成的，都属于速度式仪表。属于速度式仪表。六、速度式流量计六、速度式流量计涡轮上的螺旋形叶片用高导涡轮上的螺旋形叶片用高导磁系数的不锈钢材料制成。磁系数的不锈钢材料制成。导流器用导流器用以稳定流以稳定流体的流向体的流向外壳由非外壳由非导磁的不导磁的不锈钢制成锈钢制成涡轮流量计的工作过程涡轮流量计的工作过程 当流体通过涡轮叶片与管道之间的间隙时，叶当流体通过涡轮叶片与管道之间的间隙时，叶片前后的压差力推动叶片旋转。高导磁性的涡轮叶片前后的压差力推动叶片旋转。高导磁性的涡轮叶片就周期性地扫过磁钢底部，片就周期性地扫过磁钢底部，使磁路的磁阻发生周期性的变使磁路的磁阻发生周期性的变化，线圈中的磁通量也跟着发化，线圈中的磁通量也跟着发生周期性的变化，线圈中便感生周期性的变化，线圈中便感应出脉冲电信号。其频率与涡应出脉冲电信号。其频率与涡轮的转速成正比，即与流量成轮的转速成正比，即与流量成正比。正比。NS输出脉冲频率输出脉冲频率 f 与被测流量与被测流量 Q 之间的关系：之间的关系：f=NQ N仪表常数仪表常数NS插入式插入式q特点特点涡轮转速不用轴输出，没有齿涡轮转速不用轴输出，没有齿轮传动误差和密封问题，因而涡轮轮传动误差和密封问题，因而涡轮流量计测量精度高（可达流量计测量精度高（可达0.2级），级），耐高压（静压可达耐高压（静压可达50MPa）。）。输出信号为频率信号，不易受输出信号为频率信号，不易受干扰，便于远传干扰，便于远传。要求流体清洁，安装时，应加要求流体清洁，安装时，应加装过滤器，且前后要有一定的直管装过滤器，且前后要有一定的直管段。段。2、电磁流量计电磁流量计在流量测量中，当被测介质是具有导电性的液在流量测量中，当被测介质是具有导电性的液体介质时，可以应用电磁感应的方法来测量流量。体介质时，可以应用电磁感应的方法来测量流量。工作原理工作原理在管道两侧安放磁铁，流动的液体当作切割磁在管道两侧安放磁铁，流动的液体当作切割磁力线的导体，产生的感应电动势与流体的流速成正力线的导体，产生的感应电动势与流体的流速成正比关系。当磁感应强度比关系。当磁感应强度B不变、管道直径一定时，流不变、管道直径一定时，流体切割磁力线而产生的感应电势体切割磁力线而产生的感应电势E的大小仅与流体的的大小仅与流体的流流 v 速有关。速有关。式中：式中：Ex 感应电势；感应电势；B 磁感应强度；磁感应强度；D 管道直径；管道直径；v 流体速度。流体速度。当当BD一定时，一定时，感应电势感应电势E与流速与流速v成正比。成正比。v=BDE 感应电势的方向由右手定则判断，其大小为：感应电势的方向由右手定则判断，其大小为：E=BDv体积流量体积流量Q与流速与流速v的关系为：的关系为：214QD v将将 v=BDE代入可得：代入可得：式中式中称为仪表常数称为仪表常数感应电势感应电势E与被测流与被测流量量Q成正比关系。成正比关系。221DEkE44BQD v2Dk4BQvD变送器结构变送器结构 变送器由测量管和转变送器由测量管和转换器两部分组成。换器两部分组成。测量管两侧分别绕有测量管两侧分别绕有马鞍形的励磁线圈。马鞍形的励磁线圈。为了避免直流磁场产为了避免直流磁场产生的直流感应电势使电极生的直流感应电势使电极周围导电液体电解，导致周围导电液体电解，导致电极表面极化，而减小感电极表面极化，而减小感应电势，一般采用交流励应电势，一般采用交流励磁。磁。为了避免磁力线被测量管的管壁短路，并使测量为了避免磁力线被测量管的管壁短路，并使测量导管在磁场中尽可能地降低涡流损耗，测量导管应由导管在磁场中尽可能地降低涡流损耗，测量导管应由非导磁的高阻材料制成，如不锈钢。但内壁必须涂一非导磁的高阻材料制成，如不锈钢。但内壁必须涂一层绝缘衬里，如环氧树脂。以防止感应电势被短路。层绝缘衬里，如环氧树脂。以防止感应电势被短路。优点：优点：测量导管内无任何阻碍物，因而被测流体的压测量导管内无任何阻碍物，因而被测流体的压力损失很小。力损失很小。可以测量各种导电液体的流量，如酸、碱、盐可以测量各种导电液体的流量，如酸、碱、盐溶液，流体可以含有固体颗粒、悬浮物或纤维等。溶液，流体可以含有固体颗粒、悬浮物或纤维等。输出信号与流量之间的关系不受流体的物理性输出信号与流量之间的关系不受流体的物理性质（例温度、压力、粘度等）变化和流动状态的影质（例温度、压力、粘度等）变化和流动状态的影响。响。测量响应速度快，可用来测量脉动流量。测量响应速度快，可用来测量脉动流量。由于感应电势数由于感应电势数值很小，后级采用高值很小，后级采用高放大倍数的放大器，放大倍数的放大器，很容易受外界电磁场很容易受外界电磁场干扰的影响。干扰的影响。缺点缺点只能用来测量导电液体的流量，要求导电率只能用来测量导电液体的流量，要求导电率不小于水的导电率。不能测量气体、蒸汽及石油不小于水的导电率。不能测量气体、蒸汽及石油制品等的流量。制品等的流量。3、旋涡式流量计旋涡式流量计利用流体遇到阻碍物后产生的旋涡来测量流利用流体遇到阻碍物后产生的旋涡来测量流量。可以用来测量管道中的液体、气体和蒸汽的量。可以用来测量管道中的液体、气体和蒸汽的流量。旋涡式流量计有两类：旋进型旋涡流量计流量。旋涡式流量计有两类：旋进型旋涡流量计和卡曼型旋涡流量计（常称涡街流量计）。和卡曼型旋涡流量计（常称涡街流量计）。旋进型旋进型卡曼型卡曼型涡街流量计测量原理涡街流量计测量原理在测量管道中垂直插入一个非流线形的柱状在测量管道中垂直插入一个非流线形的柱状物（圆柱或三角柱）作为阻流体。当流体受到阻物（圆柱或三角柱）作为阻流体。当流体受到阻碍物阻挡时，会在阻碍物的下游处产生两列平行、碍物阻挡时，会在阻碍物的下游处产生两列平行、且上下交替出现的旋涡。因为这些旋涡有如街道且上下交替出现的旋涡。因为这些旋涡有如街道旁的路灯，故有旁的路灯，故有“涡街涡街”之称，又因此现象首先之称，又因此现象首先被卡曼（被卡曼（Karman）发现，也称作）发现，也称作“卡曼涡街卡曼涡街”。实验表明，当两列旋涡的间距实验表明，当两列旋涡的间距h和同列相邻两和同列相邻两个旋涡之间的距离个旋涡之间的距离 l 之比能满足之比能满足hl0.218时，所时，所产生的涡街是稳定的。满足如下关系：产生的涡街是稳定的。满足如下关系：dvSft=f 单侧旋涡发生频率单侧旋涡发生频率St 斯特劳哈尔系数斯特劳哈尔系数v 流体平均流速流体平均流速d 圆柱体直径圆柱体直径 式中：式中：v公式表明，公式表明，St 为常数时，单侧旋涡的发生频为常数时，单侧旋涡的发生频率率 f 与流体平均流速与流体平均流速v成正比。成正比。v测得测得 f 便可算出体积流量便可算出体积流量QQ=A1v=A1Stfd A1管道中旋涡发管道中旋涡发生体处流通截面积。生体处流通截面积。A1 A1q旋涡流量计的特点是精旋涡流量计的特点是精确度高、测量范围宽、没有运确度高、测量范围宽、没有运动部件、压力损失小。动部件、压力损失小。旋涡频率的检测旋涡频率的检测 旋涡频率的检测方法很多。如：热敏检测法旋涡频率的检测方法很多。如：热敏检测法、超声波检测法、电容检测法、应力检测法等。超声波检测法、电容检测法、应力检测法等。这些方法都是利用旋涡的局部压力、密度、流这些方法都是利用旋涡的局部压力、密度、流速等的变化作用于敏感元件，产生电信号，再经放速等的变化作用于敏感元件，产生电信号，再经放大整形，得到脉冲信号输出。例大整形，得到脉冲信号输出。例1：热敏检测法热敏检测法如图所示，圆柱形内腔的中心位置上安装一个如图所示，圆柱形内腔的中心位置上安装一个铂电阻，通以电流时产生热量，使内腔温度高于腔铂电阻，通以电流时产生热量，使内腔温度高于腔外。外。当流体产生旋涡时，产生旋涡的一侧流体流速当流体产生旋涡时，产生旋涡的一侧流体流速低，静压高，使一部分流体由导压孔进入内腔，向低，静压高，使一部分流体由导压孔进入内腔，向未产生旋涡的一侧流出，带走一部分热量，铂丝温未产生旋涡的一侧流出，带走一部分热量，铂丝温度降低，电阻减小。每产生一个旋涡，铂电阻就变度降低，电阻减小。每产生一个旋涡，铂电阻就变小一次。小一次。测量出铂电阻变化测量出铂电阻变化的频率就测定了的频率就测定了旋旋涡频涡频率，也就测得了流量。率，也就测得了流量。铂丝阻值的变化频率，采铂丝阻值的变化频率，采用一个不平衡电桥进行转换，用一个不平衡电桥进行转换，经放大和整形，再变换成直流经放大和整形，再变换成直流电流信号输出，供显示，累积电流信号输出，供显示，累积流量或进行自动控制。流量或进行自动控制。铂电阻丝铂电阻丝电桥输出信号频率电桥输出信号频率fv=2f例例2：超声波检测法超声波检测法如图所示，如图所示，A为发射换能为发射换能器，发射出超声波。器，发射出超声波。B为接收为接收换能器，接收换能器，接收A发射的超声波。发射的超声波。由于旋涡的旋转方向、压力和流体密度的周期由于旋涡的旋转方向、压力和流体密度的周期变化，导致了对超声波的折射、反射和吸收等效应，变化，导致了对超声波的折射、反射和吸收等效应，而形成了对超声波束的调制作用，这时而形成了对超声波束的调制作用，这时B所接收到的所接收到的不再是一个等幅波信号，其幅度变化的次数与旋涡不再是一个等幅波信号，其幅度变化的次数与旋涡个数一致，从而测得流速的大小。个数一致，从而测得流速的大小。4、超声波流量计、超声波流量计 超声波流量测量属于非接触式测量。它通过发射超声波流量测量属于非接触式测量。它通过发射超声波，穿过流动的流体，被接收后，经过信号处理超声波，穿过流动的流体，被接收后，经过信号处理反映出流体的流速。根据流速便能算出流量。反映出流体的流速。根据流速便能算出流量。超声波的测量有多种不同的方式。如：传播时间超声波的测量有多种不同的方式。如：传播时间法、旋涡法、多普勒效应法等。法、旋涡法、多普勒效应法等。传播时间法传播时间法 根据声波在流体中的传播速度顺流时会增大、根据声波在流体中的传播速度顺流时会增大、逆流时会减小的原理测流速。检测方法有：逆流时会减小的原理测流速。检测方法有：时差法时差法测超声波在顺流、逆流时的传播时间差测超声波在顺流、逆流时的传播时间差 相位差法相位差法测超声脉冲在顺流、逆流时的相位差测超声脉冲在顺流、逆流时的相位差 频差法频差法测超声脉冲在顺流、逆流时的重复频率测超声脉冲在顺流、逆流时的重复频率v v 因频差法可以不受声速变化影响，使用较多。因频差法可以不受声速变化影响，使用较多。v v频差法原理频差法原理 根据超声脉冲在顺流、逆流时的重复频率差测量根据超声脉冲在顺流、逆流时的重复频率差测量流速。顺流发射的一组换能器和逆流发射的一组换能流速。顺流发射的一组换能器和逆流发射的一组换能器各自组成发射器各自组成发射接收的闭路循环系统。测量时由发接收的闭路循环系统。测量时由发射换能器发射一个脉冲，经过流体传播，被接收换能射换能器发射一个脉冲，经过流体传播，被接收换能器接收放大后，再送至发射换能器发射第二个脉冲。器接收放大后，再送至发射换能器发射第二个脉冲。如此循环，两组发射如此循环，两组发射接收的循环频率分别为接收的循环频率分别为1cLvf2c-Lvf v v 可见，只要测出一定时间内两组闭路循环系统可见，只要测出一定时间内两组闭路循环系统的脉冲循环频率之差，就可测得流速。而流速乘以的脉冲循环频率之差，就可测得流速。而流速乘以管道截面积则得流量。管道截面积则得流量。2fLv Lvf2两组频率差值为两组频率差值为则流速则流速特点：特点：v超声波流量计属非接触式测量，不会影响被超声波流量计属非接触式测量，不会影响被测流体的流动状况。测量液体流量精度可达测流体的流动状况。测量液体流量精度可达0.2级，级，测量气体流量精度可达测量气体流量精度可达0.5级。量程范围可达级。量程范围可达201。v要求流体清洁，以要求流体清洁，以避免对超声波束的干扰。避免对超声波束的干扰。测量管前后要有足够长测量管前后要有足够长的直管段，以保证流速的直管段，以保证流速均匀。均匀。质量流量计大致分为两大类：直接式 即直接检测与质量流量成比例的量，检测元件直接反映出质量流量。推导式 即用体积流量计和密度计组合的仪表来测量质量流量，同时检测出体积流量和流体密度，通过运算得出与质量流量有关的输出信号。图2-29 科里奥利力分析图科氏力流量计测量原理科氏力流量计的测量原理是基于流体在振动管中流动时，将产生与质量流量成正比的科里奥利力。图2-30 科里奥利质量流量传感器 A驱动线圈 B检测探头 能够直接测量质量流量，不受流体物性（密度、黏度等）的影响，测量精度高；测量值不受管道内流场影响，没有上、下游直管段长度的要求；可测各种非牛顿流体以及黏滞和含微粒的浆液。它的阻力损失较大；零点不稳定；管路振动会影响测量精度。1）检测Q2 的流量计和密度计的组合方式。2）检测 Q 的流量计和密度计的组合方式。3）检测Q2 的流量计和检测Q 的流量计的组合方式。QKxyQKxy（1）测量体积流量Q的仪表与密度计配合 涡轮流量计与密度计配合（2）测量Q2的仪表与密度计配合差压流量计与密度计配合（3）测量Q2的仪表与测量Q的仪表配合差压流量计与涡轮流量计配合QKQQKyx2图2-31 Q2 检测器与密度计组合的质量流量计原理图图2-32 Q Q 检测器 和密度计组合的质量流量计原理图图2-33 Q2 检测器和 Q 检测器组合的质量流量计原理小结小结流量测量流量测量质量流量质量流量体积流量体积流量 总量总量 差压式流量计差压式流量计转子流量计转子流量计电磁流量计电磁流量计涡轮流量计涡轮流量计涡街流量计涡街流量计椭圆齿轮流量计椭圆齿轮流量计靶式流量计靶式流量计超声波流量计超声波流量计作业：1-7