3.2容积式流量计


容积式流量计又称排量流量计(positive displacement flowmeter), 简称PD流量计或PDF, 在流量仪表中是精 度最高的一类。它利用机械测量元件把流体连续不断 地分割成单个已知的体积部分, 根据计量室逐次、重复 地充满和排放该体积部分流体的次数来测量流量体积 总量。PD流量计一般不具有时间基准, 为得到瞬时流量 值需要另外附加测量时间的装置。 一、容积式流量计的分类 1. 椭圆齿轮流量计 2. 腰轮流量计(又称罗茨流量计) 3. 活塞式式流量计 活塞受被测介质推动在气缸中往 复运动, 每往复一次送出一定量介质, 主要用于测量较 低粘度的油类, 可以测量很小的流量。
(二)励磁方式
1．直流励磁 直流励磁方式用直流电产生磁场或采用永久磁铁， 它能产生一个恒定的均匀磁场．这种直流励磁变 送器的最大优点是受交流电磁场干扰影响很小， 因而可以忽略液体中的自感现象的影响．但是， 使用直流磁场易使通过测量管道的电解质液体被 极化.直流励磁一般只用于测量非电解质液体，如 液态金属等．

2．交流励磁 目前，工业上使用的电磁流量计，大都采用工频 (50Hz)电源交流励磁方式，即它的磁场是由正弦交变 电流产生的，所以产生的磁场也是一个交变磁场．交 变磁场变送器的主要优点是消除了电极表面的极化于 扰．另外，由于磁场是交变的，所以输出信号也是交 变信号，放大和转换低电平的交流信号要比直流信号 容易得多．用交流磁场会带来一系列的电磁干扰问 题．例如正交干扰．同相干扰等.


②为了保证变送器测量管内充满被测介质，变迭器最好 垂直安装，流向自下而上．尤其是对于液固两相流，必 须垂直安装．若现场只允许水平安装，则必须保证两电 极在同一水平面 ③变送器两端应装阀门和旁路．


④电磁流量变送器的电极所测出的几毫伏交流电势， 是以变送器内液体电位为基础的．为了使液体电位稳 定并位变送器与流体保持等电位，以保证稳定地进行 测量，变送器外壳与金属管两端应有良好的接地，转 换器外壳也应接地．接地电阻不能大于10 ，不能与 其它电器设备的接地线共用。如果不能保证变送器外 壳与金属管道良好接触，应用金属导线将它们连接起 来．再可靠接地． ⑤为了避免干扰信号，变送器和转换器之间的信号必 须用屏蔽导线传输．不允许把信号电缆和电源线平行 放在同一电缆钢管内．信号电缆长度一般不得超过30 m．
使用标准节流装置时，流体的性质和状态必须满足下 列条件： ①流体必须充满管道和节流装置，并连续地流经管道 ②流体必须是牛顿流体，即在物理上和热力学上是均 匀的、单相的，在气体中有不大于2％(质量成分)均匀 分散的固体微粒，或液体中有不大于5％(体积成分)均 匀分散的气泡，也可认为是单相流体．但其密度应取 平均密度． ③流体流经节流件时不发生相交． ④流体流量不随时间变化或变化非常缓慢． ⑤流体在流经节流件以前，流束是平行于管道轴线的 无旋流。 标准节流装置不适用于脉动流和临界流的流量测量。

qv＝ V ＝
由上式可见，体积流量qv与感应电动势e和测量 管内径D成线性关系，与磁场的磁感应强度B成 反比，与其它物理参数无关．这就是电磁流量计 的测量原理．

须使测量条件满足下列假定： ①磁场是均匀分布的恒定磁场； ②被测流体的流速轴对称分布； ③被测液体是非磁性的； ④被测液体的电导率均匀且各向同性。
第三章 流量测量




一、流量的定义 所谓“流量”是在单位时间内流体通过管道某截面流体 的体积或质量, 前者称为体积流量, 后者称为质量流量. 累积流量是指在某一段时间内流量管道流体的总和。 习惯上把测量流量的仪表叫流量计, 而把测量累积流量 的仪表称为计量表。 流量测量单位是导出单位, 常用m3/s、m3/h（体积流 量）和kg/s、kg/h（质量流量）等表示。 而累积流量 单位常用m3和kg等表示。 二、流量测量仪表的分类 流量计按用途可分为计量表与流量计两大类。在实 际工程计量中最常用的是根据所应用的原理来分类, 大 体可分为容积式流量计、速度式流量计、差压式流量计、 流体阻力式流量计、测速式流量计和流体振动式流量计。

在测量管上与中心距离相等的两点上，作用的科氏力 大小相等，方向相反。 此科氏力作用在测量管上，就产生了如图5所示的 结果，即在中间点上产生一对力，引起测量管轻微的 扭曲或变形。而实际上在振荡运动时是两根S管同时所 受的振荡，其运动方向相反，受力相等，

随着振荡运动的进行，测量管被周期性地分开、靠拢， 科氏力也周期性地作用在两根测量管上，通过安装在测 量管上的位移创按其A、B，测出由科氏力引起的测量管 相对位置的变化，通常转化为测两点的相位差，如图7 所示。这个相位差的大小与质量流量成正比


4. 刮板式流量计 在它的偏心转子上安装有刮板, 在 转子旋转时由刮板与外壳间构成固定容积将介质送出 流量计,再根据转子的转数确定总量。 二、测量原理 容积式流量计从原理上讲是一台从流体中吸收少 量能量的水力发动机, 这个能量用来克服流量检测元件 和附件转动的摩擦力, 同时在仪表流入与流出两端形成 压力降。 典型的容积式流量计( 椭圆齿轮流量计)的工作原 理如图1所示。两个椭圆齿轮具有相互滚动进行接触旋 转的特殊形状。P1和P2分别表示入口压力和出口压力, 显然P1>P2, 图1(a)下方齿轮在两侧压力差的作用下, 产生逆时针方向旋转,为主动轮;上方齿轮因两侧压力相 等, 不产生旋转力矩, 是从动轮, 由下方齿轮带动, 顺时 针方向旋转。在图1(b)位置时, 两个齿轮均在差压作用 下产生旋转力矩, 继续旋转。选装到图1(c)位置时, 上
3.1差压式流量计


差压式流量测量方法，是根据伯努利方程提供的基本原 理，通过测量流体差压信号来反映流体流量的测量方法。 差压式流量计是由将被测流体的流量转换成压差信号的 节流装置、压力信号传输管道和用来测量差压的差压计 组成。 标准孔板、喷嘴、文丘利喷嘴、文丘利管

标准孔板可采用角接取压、法兰取压 标准喷嘴采用角接取压

当流体质点有进口流入图示振动方向的测量管时，流 体质点的垂直流动速度为+Vy，同样在流体质点流向 出口时，其垂直流动速度为-Vy。由此可以推出，流体 质点在通过振动的测量管时，垂直方向的速度是一个 从零逐渐加大，直到中间最大，再逐渐减小到零的过 程。由力学原理可知，速度的变化是由加速度引起的， 而加速度是力作用于其上的结果。根据这个原理，称 这个垂直速度变化为科氏加速度Ac，因此作用于流体 质量M上的科氏力为Fc＝Mac。在测量管上与中心距离 相等的两点上，作用的科氏力大小相等，方向相反。


优点 :
①能避免交流磁场的正交电磁干扰； ②消除由分布电容引起的工频干扰； ③抑制交流磁场在管壁和流体内部引起的电涡 流； ④排除直流励磁的极化现象．

电磁流量计的安装

①变送器应安装在室内干燥通风处．避免安装在环境温 度过高的地方，不应受强烈振动，尽量避开具有强烈磁 场的设备，如大电机，变压器等．避免安装在有腐蚀性 气体的场合．安装地点便于检修．这是保证变送器正常 运行的环境条件．
电磁流量计故障类型


运行中产生故障的第一类为仪表本身故障，即 仪表结构件或元器件损坏引起的故障；第二类 为外界原因引起的故障，如安装不妥流动畸变， 沉积和结垢等。 按故障外界源头分析来自三个方面：①管道系 统和安装等方面引起的；②环境方面引起的； ③流体方面引起的。其中第一个方面主要在调 试期表现出来；而后两个方面则在调试期和运 行期均会出现。

3．低频方波励磁 直流励磁方式和交流励滋方式各有优缺点，为了充分 发挥它们的优点，尽量避免它们的缺点，70年代以 来，人们开始采用低频方波励磁方式．它的励磁电流 波形如图3—19所示，其频率通常为工频的1／4－l／ 10．

图3－19 方波励磁电流波形 方波信号又是一个交变的信号，所以它能克服直流励滋易产 生的极化现象．


S形测量管质量流量计
如图3所示，这种流量计的测量系统由两根平行的S形 测量管、驱动器和传感器组成。管的两端固定，管的 中心部位装有驱动器，使管子振动。在测量管对称位 置上装有传感器，在这两点上测量振动管之间的相对 位移。质量流量与这两点测得的振荡频率的相位差成 正比。
图4 无流动时位移传感器的输出
差压式流量计工作原理及流量基本公式
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适用于可压缩流体及 不可压缩流体

“相”可指不同的热力学集态（如固、液、 气等不同物态），也可指同一集态下不 同的物理性质或力学状态（如同一地点 不同尺寸和速度或不同材料密度的颗粒 或气泡等）。多相流的流场需用两组或 两组以上流体力学和热力学参量（如速 度、压强、温度、质量和组分浓度等） 来描述。只需用两组参量描述的混合物 流动称两相流动，常见的有气-液流动、 气-固流动和液-固流动。


⑥转换器安装地点应避免交、直流强磁场和振 动，环境温度为—20一50℃，不含有腐蚀性气 体，相对湿度不大于80％． ⑦为了避免流速分相对测量的影响，流量调节 阀应设置在变送器下游．对于小口径的变送器 来说，因为从电极中心到流量计进口端的距离 已相当于好几倍直径D的长度，所以对上游直 管可以不做规定．但对口径较大的流量计，一 般上游应有5D以上的直管段，下游一般不做直 管段要求．
转子流量计
转子流量计具有结构简单、使用方 便、价格便宜、量程比大、刻度均匀、直 观性好等特点，可测量各种液体和气体的 体积流量，并将所测得的流量信号就地显 示或变成标准的电信号或气信号远距离传 送。
转子流量计主要由转子（浮子）、 锥形管及支撑连接部分组成。
质量流量计


柯氏质量流量计的原理，实质是利用一个弹性体的共 振特性：流体流动和无流体流动的振动（在共振区附 近）的金属管元件，测定其动态响应特性，求出此谐 振系统的相位差（时间差）与质量流量之间的关系。 流体在其内以速度V从A流向B，将此管置于以角速度ω 旋转的系统中。设旋转轴为X，与管的交点为O，由于 管内流体质点在轴向以速度V、在径向以角速度ω运动， 此时流体质点受到一个切向科氏力Fc。这个力作用在 测量管上，在O点两边方向相反，大小相同， 因 此，直接或间接测量在旋转管道中流动的流体所产生 的科氏力就可以测得质量流量。这就是科里奥利质量 流量计的基本原理。