关于流体流量测量

关于流体流量测量一、流量测量的意义流量测量是研究物质量变的科学，质和量的互变规律是事物联系与发展的基本规律，因此，其测量对象已不限于传统意义上的管道流体，凡是需要掌握流体流动的地方都有流量测量的问题。

工业生产过程是流量测量与仪表应用的一大领域，流量．．一起统称为．．与温度．．和物位．．、压力过程控制中的四大参数，人们通过这些参数对生产过程进行监视与控制。

对流体流量进行正却测量和调节是保证生产过程安全经济运行、提高产品质量、降低物质消耗、提高经济效益、实现科学管理的基础。

在整个过程检测仪表中，流量仪表的产值约占1/5～1/4。

在能源计量中，使用了大量的流量计，例如石油工业，从石油开采、储运、炼制直到贸易销售，任何一个环节都离不开流量计。

在天然气工业蓬勃发展的现在，天然气的计量引起了人们的特别关注，因为在天然气的采集、处理、储存、运输和分配过程中，需要数以百万计的流量计，其中有些流量计涉及到的结算金额数字巨大，对测量准确度和可靠性要求特别高。

除此之外，在煤气、成品油、液化石油气、蒸汽、压缩空气、氧气、氮气、水的计量中，也要使用大量的流量计，其中很大一部分用于贸易结算，计量准确度需满足国家的有关标准，这对流量测量提出了很高的要求。

能源计量用流量计往往跟企业的效益有直接的联系，是进行贸易结算的依据，进行能源的科学管理、提高经济效益的重要手段。

在环境保护领域，流量测量仪表也扮演着重要角色。

人们为了控制大气污染，必须对污染大气的烟气以及其他温室气体排放量进行监测；废液和污水的排放，使地表水源和地下水源受到污染，人们必须对废液和污水进行处理，对排放量进行控制。

于是数以百万计的烟气排放点和污水排放口都成了流量测量对象。

废气和污水流量的测量具有较高的难度。

其中烟气的难度在于脏污，含尘，有腐蚀性，流速范围宽广，流通截面不规则，直管段长度难以保证；而污水的难度在于介质脏污、压头低、口径大、流通截面特殊和非满管。

在科学试验领域，种类繁多的流量计提供了大量的实验数据。

这一领域中使用的流量计特殊性更多，其中流体的高温、高压、高黏度以及变组分、脉动流和微小流量等都是经常要面对的测量对象。

除了上述的应用领域之外，流量计在现代农业、水利建设、生物工程、管道输送、航天航空、军事领域等也都有广泛的应用。

流量测量是一门迅速发展的技术，为了满足各行各业、各种工况的各种流体的流量测量需要，仪表研究机构研究开发了各种原理的流量计，制造厂每年都有新型流量计供应市场。

过去难以解决的流量测量问题，如今有的获得了解决。

尤其是近30年以来，微电子技术、计算机技术和通信技术进入流量测量仪表，使流量仪表出现一次飞跃，仪表的功能更加丰富，可靠性得到显著提高，测量精确度获得大幅度的提升，于是0.1级科氏力质量流量计、精确度优于±0.3%R的电磁流量计等相继问世。

据统计，目前市场上能买到的流量计种类已达百种以上，各种不同类型的流量计相互竞争，并以各自特有的优势占据着一定的市场份额。

直至今日，凡是被人们应用的类型，都是因为它们在某些方面有相对优势，而在竞争中取胜的后起之秀也并非十全十美，不能期望用一种流量计覆盖所有的应用领域。

然而，尽管流量测量技术和仪表的类型的测量方法、开发新型仪表的动力。

流量测量是一门复杂、多样的技术，这不仅由于测量精确度的要求越来越高，而且测量对象复杂多样。

如流体种类有气体、液体、混相流体，流体工况有从高温到极低温的温度范围，从高压到低压的压力范围，既有低黏度的液体，也有黏度非常高的液体，而流量范围更是悬殊，微小流量只有每小时数毫升，而大流量可能每秒就达数万立方米。

而脉动流、多相流更增加了流量测量的复杂性。

另一方面，这种复杂性和多样性促进了人们对流量测量仪表的应用研究。

二、基本概念在热力发电厂中，流体（水、蒸汽、油等）的流量直接反映设备的负荷高低、工作状况和效率等运行情况。

因此连续监视流体的流量对热力设备的安全、经济运行及能源管理有着重要的意义。

流体流量就是单位时间内流过某一截面的流体的量，称为瞬时流量。

在某一段时间间隔内流过某一截面流体的量成为流过的总量。

显然，流过的总量可以用在该段时间内瞬时流量对时间的积分得到，所以总量常称为积分流量或累计流量。

若流体量以质量表示时，称为质量流量，一般用q m表示；流体量以体积表示时，称为体积流量，一般用q v表示。

用数学表达式可以表示为：q v=ΔV/Δt=uAq m=Δm/Δt=ρuA式中，q v是体积流量（m3/s）；q m是质量流量（kg/s）；V是流体体积（m3）；m是流体质量（kg）；t是时间（s）；ρ是流体密度（kg/m3）；u是管内平均流速（m/s）；A是管道横截面积（m2）。

因此可以得出质量流量与体积流量之间的关系为q m=ρq v其中ρ随工质状况而变。

因此给出体积流量q v的同时，必须指明被测流体的密度。

在测量气体流量时，为了便于比较，常将测得的体积流量q v换算成标准状态下的体积流量q vn，成为标准体积流量（Nm3/s）。

它们之间的关系为q vn=（ρ/ρn）*q v式中：ρn为标准状态（温度为20℃和压力为101325Pa绝对压力）下的被测气体密度。

对于一定的被测气体，ρn是定值，所以已知标准体积流量，也就确定了其质量流量q m。

三、测量方法按不同的测量原理，流量仪表可分为容积式、速度式和质量式三类，速度式测量方法中又以差压流量测量方法使用最为广泛，故单独列为一类。

容积式流量计是利用机械测量元件把流体连续不断地分隔成单位体积并进行累加而计量出流体总量的仪表。

如腰轮流量计、椭圆齿轮流量计、刮板流量计、活塞流量计等。

速度式流量计是以测量管道内或明渠中流体的平均速度来求得流量的仪表。

如涡轮流量计、涡街流量计、电磁流量计、超声流量计等。

差压式流量计是利用伯努利方程原理来测量流量的流量仪表。

它以输出差压信号来反映流量的大小。

如节流式流量计、均速管流量计、楔形流量计、弯管流量计等。

浮子流量计作为一种特例也可归于差压式流量计一类。

质量流量计的输出信号不受流体压力、温度等参数改变引起的流体密度变化的影响。

可以分为直接式、推导式、温度压力补偿式三种。

根据不同的物理原理还可以作更详细的分类。

如应用力学原理的流量计有根据伯努利方程工作的差压式流量计、浮子流量计；应用动量定理的可动管式流量计、冲量流量计；应用牛顿第二定律的直接式质量流量计；应用流体阻力原理的靶式流量计；应用角动量定理的叶轮式流量计；应用流体振荡原理的涡街流量计、旋进旋涡流量计；应用动压原理的毕托管、均速管流量计；应用分割流体体积原理的容积式流量计等；应用热学原理的流量计有热传导式、热分布式、热线式等流量计；应用声学原理的流量计有超声流量计、声学式流量计等；应用电学原理的流量计有电磁流量计、电容式、电感式、电阻式等流量计；应用光学原理的流量计有激光式、光电式等流量计；应用原子物理原理的有核磁共振流量计等。

四、测量系统组成流量测量系统一般由传感器、信号传输、信号转换装置和流量显示及计算装置四部分组成。

传感器感受流量Q的变化，Q可以是质量流量qm或体积流量qV，其输出为与流量有关的某个物理量，如差压、速度等。

信号转换装置将输出量转变成相应的电信号，然后由显示积算装置直接显示瞬时流量或对瞬时流量积分得到累积流量。

这里提醒调试时注意量程设定问题：差压量程？流量量程？五、伯努利原理伯努利原理的定义丹尼尔·伯努利在1726年首先提出的原理的内容是：在水流或气流里，如果速度小，压力就大，如果速度大，压力就小。

这个原理也有一定的限制，但是在这里我们不谈它。

可以使用普通管子里的水流来作个模拟。

在恒定直径的管子中流动的水对管壁施加一致的压力；但是如果管子的一段直径增加或者降低，在那点水的压力是肯定要变化的。

假设管子收缩，那么就会压缩这个区域里的水流。

假设在一样的时间流过收缩部分管子的水量和管子收缩前是一样的，那么这个点的水流速度必定增加。

因此，如果管子的一部分收缩，它不仅增加流速，还降低了所在点的压力。

流线型的固体(机翼)在管子中同一点也会得到类似的结果。

这个一样的原理是空速测试和机翼产生升力能力分析的基础。

伯努利定理的实践应用是文氏管。

文氏管的入口比喉部直径大，出口部分的直径也和入口一样大。

在喉部，气流速度增加，压力降低；在出口处气流速度降低，压力增加。

伯努利原理的应用：船吸现象火车安全线问题飞机机翼升力汽车后面灰尘 射水泵抽真空 足球香蕉球 乒乓弧圈球 泰坦尼克号六、理论推导公式的推导根据：流体的连续性方程与伯努利方程 1、连续性方程 任取一管段，设截面Ⅰ、截面Ⅱ处的面积、流体密度和截面上流体的平均流速分别为A 1、ρ1、u 1和A 2、ρ2、u 2。

222111Au A u ρρ= 22221144d u D u ′=πρπρ2、伯努利方程当理想流体在重力作用下在管内定常流动时，对于管道中任意两个截面Ⅰ和Ⅱ有如下关系式（伯努利方程）：2222222111u p gZ u p gZ ++=++ρρ忽略重力影响，一般测量装置前后水平走向 2222222111u p u p +=+ρρ根据两方程联立得到 ()()21422/11p p D d u −′−=ρ体积流量 ()()21242224/11p p d D d A u q v −′′−==ρπ质量流量()()21242224/11p p d D d A u q m −′′−==ρπρ以实际采用的某种取压方式所得到的压差Δp来代替（p 1-p 2）的值；同时引入流出系数C （或流量系数α）及速度渐近系数E对上式进行修正：p d p d C q v Δ=Δ−=ρπαρπβ24241224p d p d C q m Δ=Δ−=ρπαρπβ24241224CEC =−=41βα411β−=E对于可压缩流体，考虑到节流过程中流体密度的变化而引入流束膨胀系数ε进行修正采用节流件前的流体密度ρ，由此流量公式可更一般的表示为：p d q v Δ=ρπαε242p d q m Δ=ρπαε242七、实际应用在现场调试的流量测量中，原则上以测量装置厂家提供公式及算法等为依据，我方公式及算法为参考。

1、风量的测量（一般以体积流量为主） 最简单的算法，不考虑温度、压力等影响p k Q Δ=D*SQRT(SWITCH(A,0,A<B)) A:流量差压 B:小信号切除值 C:D:系数（根据计算书代入上式可求得）如考虑温度压力补偿，则注意区分温度压力在公式中的位置 对于体积流量PT p k Q v )*(Δ=D*SQRT(MAX(SWITCH(A,0,A<B)*C,0)) A:流量差压 B:小信号切除值 C:绝对温度除以绝对压力D:系数（根据计算书代入上式可求得）对于质量流量及标准体积流量T P p k Q m )*(Δ=TP p k Q vn )*(Δ=D*SQRT(MAX(SWITCH(A,0,A<B)*C,0)) A:流量差压 B:小信号切除值 C:绝对压力除以绝对温度D:系数（根据计算书代入上式可求得）注意其中温度一般取热力学温度，单位开尔文，即T=t+273.15；压力取绝对压力，即测量表压加上当地的大气压。