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![项目3-流量检测原理及仪表[151页]](https://img.taocdn.com/s1/m/523d7e6e7f1922791688e8d8.png)
仪表工流量基础知识一、流量是啥呢？嘿，小伙伴们，仪表工可是个很有趣的职业呢，那流量基础知识是我们必须要掌握的。
流量啊，简单说就是单位时间内通过某个截面的物质的量。
这就好比是你在数一群小蚂蚁搬家，看它们一分钟能搬多少东西走过一个小路口，这个“多少东西”就是流量啦。
那这个物质的量呢，可以是液体，像水在水管里流；也可以是气体，像空气在管道里跑。
二、流量的单位1. 体积流量单位最常见的体积流量单位有立方米每小时（m³/h），这个就很好理解啦，就是每小时流过多少立方米的东西。
还有升每秒（L/s），你想啊，就像水龙头一秒能流出多少升水一样。
比如说你家的水龙头，要是流量是2L/s，那一秒钟就会流出2升的水哦。
2. 质量流量单位质量流量单位有千克每秒（kg/s），这就是每秒流过多少千克的物质。
就像在一些化工生产中，要知道某种原料每秒流入反应釜多少千克，这对控制反应可是非常重要的呢。
三、流量的测量方法1. 差压式流量计这可是个很经典的测量流量的方法哦。
它是利用流体通过节流装置时产生的压力差来测量流量的。
就像你在一个狭窄的通道和一个宽阔的通道中间放一个压力计，流体在狭窄通道流速快，压力就小，在宽阔通道流速慢，压力就大，根据这个压力差就能算出流量啦。
比如说孔板流量计就是差压式流量计的一种，它中间有个小孔，流体流过小孔的时候就会产生压力差。
2. 容积式流量计这种流量计是通过测量单位时间内排出的流体的固定容积的数目来计量流量的。
就像一个个小杯子在接水，数一下一分钟接了多少杯，就能知道流量啦。
像椭圆齿轮流量计就属于容积式流量计，两个椭圆齿轮互相啮合转动，每转一圈就排出一定体积的流体。
四、流量仪表的安装与维护1. 安装位置流量仪表的安装位置可是很有讲究的呢。
要尽量避免有振动的地方，因为振动可能会影响测量的准确性。
而且要保证管道内的流体是满管的，要是有空气在里面，那测量出来的流量可就不准了。
比如说，在安装电磁流量计的时候，如果管道不是满管，电磁感应就会受到干扰，测量出来的数据就会有偏差。
流量测量测量流量的仪表是多种多样的。
在此仅介绍几种根据流体流动时各种机械能相互转换关系而设计的流速计和流量计。
一、测速管（毕托管）1、测速管的测速原理测速装置示意图如上分析：A点流体质点的能量：p A/ρ+1/2u A2(同一水平面，△Z=0不计位能)；驻点B点：B点管口敞口，到达B点的流体质点碰撞到管内的静止流体，流速为零，而动能转化为静压能，即B点的流体质点的能量仅有静压能p B/ρ。
现在A，B两处列柏努利方程式，则:p A/ρ+1/2u A2=p B/ρ毕托管测得的是点速度，利用它可以测得沿截面的速度分布，为测量流量，对于圆管先测管中心的u max，然后根据u max~u的关系图求得u`和V s`；1-18？？？？？？2、测速管的结构由两根弯成直角的同心套管所组成，外管管口封管，但侧面开有一些小孔，用以测得p A，内管口敞开，管口截面直与流动方向，用以测得p B；3、安装1)、必须保证测量点位于均匀流段，为此，要求测量点的上下游至少要有(8~12)d(圆管直径)以上的直管距离；2)、必须保证内管口截面严格垂直于流动方向，否则测量存在误差；3)、测速管径应小于管径d的1/50，即d0/d<1/50;见例7二、孔板流量计在管道内插入一片与管轴垂直并带有通常为圆孔的金属板，孔的中心位于管道的中心线上，如下图所示。
这种装置称为孔板流量计。
1、测量原理在孔板流量计上游的管截面1~1`处流速为u1,压强为p1的流体通过孔板时，圆流道突然缩小，使流速突然增加，压强降低，流体流过孔板后，由于惯性作用，流道截面并不立即扩大到整个管道截面，而是继续收缩，直到2~2`处，流体的流道截面收缩到最小，这个最小流道截面称为缩脉，流速为u2，压强为p2；随后流道截面逐渐扩大，流速逐渐减小，并恢复到截面1~1`处的数值。
现在1~1`与2~2`间列柏努利方程式其中p1-p2为最大压差，但这个式子不能给出流量与压力差的定量关系。
流量测量方法及流量仪表选型
1.流量测量方法
流量测量方法大致可以归纳为以下几类：
(1)利用伯努利方程原理，通过测量流体差压信号来反映流量差压式流量测量法；
(2)通过直接测量流体流速来出流量速度式流量测量法；
(3)利用标准小容积来连续测量流量容积式测量；
(4)以测量流体质量流量为目质量流量测量法。
2.流量仪表的分类
3.流量仪表主要技术参数
(1)流量范围
流量范围指流量计可测最大流量与最小流量范围。
(2)量程和量程比
流量范围内最大流量与最小流量值之差称为流量计量程。
最大流量与最小流量比值称为量程比，亦称流量计范围度。
(3)允许误差和精度等级
流量仪表规定正常工作条件下允许最大误差，称为该流量仪表允许误差，一般用最大相对误差和引用误差来表示。
流量仪表精度等级是允许误差大小来划分，其精度等级有：0.02、0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5等。
(4)压力损失
压力损失大小是流量仪表选型一个重要技术指标。
压力损失小，流体能消耗小，输运流体动力要求小，测量成本低。
反之则能耗大，经济效益相应降低。
故希望流量计压力损失愈小愈好。
流量测量方法和仪表漫谈（三）
重庆工业自动化仪表研究所孙淮清
⑤电磁流量计
电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律制成的一种测量导电性液体的仪表。
当导电流体在磁场中做切割磁力线方向运动时，会感应产生一个其方向与磁场方向及流体流动方向相垂直的感应电动势，其值与磁感应强度及流体运动速度成正比。
电磁流量计由传感器和转换器两部分组成，也可做成整体式（一体式）。
电磁流量计有许多应用特点：结构简单，无活动部件和阻流件，其压损与管道等同，不会发生管道堵塞、磨损等；适用于脏污流体如污水、泥浆、矿浆、纸浆、化学纤维浆等介质；结构适宜清洗消毒，因此，特别适用于食品和制药工业。
电磁流量计是高准确度的流量计，达±0.2%~±0.5%，但是电磁流量计不适用于气体、蒸汽及含有大量气泡的液体，不能测量石油、石油制品和不导电的有机溶剂等液体，应该说是其不足之处。
电磁流量计在各类流量计中在产品数量上其增速是最大的，尤其是世界性水危机的出现，电磁流量计在供排水产业中扮演着至关重要的角色。
⑥涡街流量计
涡街流量计是在流体中安放一根非流线型旋涡发生体（阻流体），流体在发生体两侧交替地分离释放出两串规则的交错排列的漩涡。
在一定的雷诺数范围内，漩涡的分离频率正比于管道的平均流速，可采用各种型式检测器检出漩涡频率，由此推算出管道内流量。
涡街流量计按检出方式可分为应力式、应变式、电容式、热敏式、振动体式、光电式及超声式等，涡街流量计的特点为：输出为脉冲频率。
其频率与被测流体的体积流量成正比，它不受流体物性及工作状态的影响；无可动部件，可靠性高；结构简单牢固，安装方便，维护费用低，应用范围广泛，可适用于液体、气体和蒸汽；准确度为中上水平；范围度宽可达10：1。
在十大类流量计中涡街流量计是最年轻的一类流量计，在20世纪80年代发展曾引起一阵热潮，全国生产厂家达数十家，当时曾誉为“数字孔板”可能有朝一日将代替标准孔板，经过一段实践，逐渐认识到它有其局限性，代替孔板并不可取，涡街流量计已跻身通用流量计之列，是一类经济实惠的流量计，存在的问题将在实际应用中逐步解决。
⑦超声流量计
超声流量计是通过检测流体流动对超声束（或超声脉冲）的作用以测量流量的仪表。
根据对信号检测的原理，可分为传播时间法、多普勒法、波束偏移法、相关法、噪声法等。
超声流量计与电磁流量计一样，仪表流通通道未设置任何阻流件，均属无阻碍流量计，为无附加压损的流量计。
超声流量计适用于大口径应用，其造价基本上与管径无关，与电磁流量计相比适用的介质种类较多（可用于非导电性介质）因此在使用上两者可相互补充。
仪表受流场干扰及噪声影响较严重，对现场影响量应采取适宜的措施才能保证正常工作，气体超声流量计近十余年迅速发展，已成为天然气流量计量的主力仪表之一。
在供排水行业，超声流量计是主要流量计之一，其占比仅次于电磁流量计。
⑧科氏质量流量计
科里奥利质量流量计是利用流体在直线运动的同时处于一旋转系中，产生与质量流量成正比的科里奥利力原理制成的直接式质量流量计。
仪表有很高的测量准确度，测量管振幅小，可视作非活动件，测量管内无阻碍物和活动件，对流速分布不敏感，无上下游直管段要求。
可测介质比较广泛，如各种液体（高粘度，含有固形物浆液，含有微量气体液体）和中高压气体等。
可作多参数测量，如同期测量密度，溶液中溶质的浓度等。
流量计存在零点漂移缺点，对外界振动干扰较为敏感，不适用于中大口径（如DN200以上），仪表压损大，价格昂贵等。
⑨热式质量流量计
热式质量流量计有两类：利用流动流体传递热量改变测量管壁温度分布的热传导分布效应的热分布式流量计（亦称量热式质量流量计）和利用热消散（冷却）效应的金式定律的热式质
量流量计。
热分布式流量计可测量低流速（气体0.02m/s~2m/s）微小流量，流量计无活动部件，无分流管的热分布式仪表，无阻流件，压力损失很小，带分流管的热分布式的虽在测量管中置有阻流件，但压力损失亦不大。
热分布式用于H2、N2、O2、CO、NO等接近理想气体的双原子气体，不必用这些气体专门标定，直接用空气标定即可。
如用于Ar、He等单原子气体，仪表系数需乘以1.4。
金氏律热量流量计可测量低中偏高速（气体2m/s~60m/s），插入式更适合于大管径。
金氏律热量流量计特点为无可动部件，压力损失极小，性能相对可靠，与推导式质量流量计相比，无需温压补偿，仪表结构简单，价格可相对低廉些等。
仪表响应较慢，气体组分如变化大，测量值亦会产生一定的误差，一般仪表用于气体，对于液体使用有局限性。
⑩插入式流量计
通常流量计按工作原理分类，而插入式流量计则是一类以结构形式划分的流量计，插入式流量计包括工作原理各异的各种流量计，这样的分类是由于它们在使用中有一些共同的特点，正是这些特点促使此类流量计近年有较大的发展。
从整个流量计发展趋势看，它有强大的生命力，今后会在流量计中占有一席之地。
插入式流量计发展历史悠久，但是长期以来人们都把它视为一类测量准确度低的辅助性流量计，是通用流量计的一类补充工具。
在工业过程中常见参数（压力、温度、物位等）中，检测件较多为插入式，这在安装维修工作中带来较大便利，而流量计，一般是采用法兰式管锥螺纹连接，只有在管道内流体断流时才允许拆卸维修，对于工作于严峻恶劣条件下的流量计是一个极不利的结构形式。
插入式流量计结构形式的这一改变深受用户的青睐，是近年获得较为迅速发展的重要原因。
插入式流量计的优点为：价格低廉、重量轻、压损小、易于安装和维护，特别是对大口径这些特点更为突出，因此目前在大口径中使用量增长迅速。
插入式流量计受管道内流速分布影响严重，仪表准确度难以提高与此有关，因此今后应着力在此方面探索改进。
3.按测量体积流量和质量流量分类
按流量计检测信号为体积流量或质量流量可分为体积流量计和质量流量计。
（1）体积流量计
体积流量计的输出信号反映体积流量，有以下几类通用产品：电磁流量计、涡轮流量计、涡街流量计、超声流量计，容积式流量计和浮子流量计等。
这些流量计的输出信号与管道中流体的平均流速或体积流量成一定关系，是反映真实体积流量的流量计，在物料平衡或能源计量中必须测量质量流量，因此流量计需配备监测密度（或压力、温度）的仪表。
（2）质量流量计
质量流量计可分为两大类：直接式质量流量计和间接式（或称推导式）质量流量计。
①直接式质量流量计。
流量计检测件的输出信号直接反映流体的质量流量。
流量计发展历史悠久，种类繁多，但作为商品仅在近年才出现，它就是科里奥利质量流量计和热式质量流量计，其它种类大都在科研实验室或国防部门应用，没有在市面出售。
②间接式质量流量计。
间接式质量流量计的检测件输出信号并不直接反映质量流量的变化，而是通过检测件与密度计组合或者两种检测件的组合而求得质量流量值。
它有以下几种形式。
a.动能（ρqv2）检测件和密度计（ρ）的组合方式。
差压式流量计的检测件是动能（ρqv2）检测件，它们与密度计（ρ）组合起来通过运算器计算即可求得质量流量。
压力温度修正（ρ）的形式是此类流量计应用最广泛的一种类型，其计算式为：
qm=■=■=ρqv
b.体积流量计和密度计的组合方式。
体积流量计（qv）和密度计（ρ）的组合可求得质量流
量。
通过压力温度推算密度是常用的方法。
c.动能（ρqv2）检测件和体积流量计（qv）的组合方式。
由差压式流量计检测件（ρqv2）和任何一种体积流量计（qv）的组合可求得质量流量，其计算式为：qm=■=ρqv
五、流量仪表的选用
流量仪表的选型对仪表能否成功使用往往起着关键作用，由于被测对象情况复杂以及流量计品种繁杂，产品性能及质量难以掌握，要做到知己知彼是很困难的，没有一种十全十美的流量计，各类流量计都有优缺点，选型的目的就是在众多品种中扬长避短，选出最适合自己的流量计，它就是您的理想流量计。
一般选型可从五个方面进行考虑，这五个方面为仪表性能方面、流体特性方面、安装条件方面、环境条件方面和经济因素方面。
五个方面的详细因素列举如下：
1.仪表性能方面。
准确度、重复性、线性度、范围度、流量范围、工作状态范围、信号输出特性、响应时间、压力损失等。
2.流体特性方面。
流体种类、温度、压力、密度、粘度、化学腐蚀、机械磨蚀、结垢、脏污、堵塞，混相、相变、电导率、声速、导热系数、比热容、等熵指数等。
3.安装条件方面。
管道布置空间、管道布置方向、流动方向、阻流件类型、检测件上下游侧直管段长度、管道口径、维修空间、流动调整器、电源、接地、辅助设备（过滤器、消气器），安装人员专业水平，脉动情况等。
4.环境条件方面。
环境温度、湿度、电磁干扰、管道振动，防爆、易燃、安全要求等。
5.经济因素方面。
仪表购置费、安装费、运行费、校验费、维修费、仪表使用期、备品备件等。
仪表选型步骤大致如下：
①依据流体种类及以上五个方面考虑初选仪表类型（2～3种）；②对初选类型进行资料及价格（商务）的收集，为深入分析比较准备条件；③采用淘汰法逐步集中到1～2种类型，对五个方面反复比较分析，最终确定目标。
（全文完）。
