如何测量流量：掌握流量计的分类及使用

任务目标

知识目标

1.掌握流量计的分类。

2.掌握流量计的使用方法。

技能目标

1.掌握转子流量计的读数方法。

2.掌握涡轮流量计的读数方法。

3.掌握自来水表的读数方法。

任务描述

本任务通过对流量计种类的介绍，掌握常见流量计（如转子流量计、涡轮流量计等）的使用。

知识学习

测量流体流量的仪表统称为流量计或流量表。流量计是工业测量中重要的仪表之一。随着工业生产的发展，对流量测量的准确度和范围的要求越来越高，流量测量技术日新月异，为了适应各种用途，各种类型的流量计相继问世。目前投入使用的流量计已超过100种。从不同的角度出发，流量计有不同的分类方法。

1.按测量原理分类

（1）力学原理 属于此类原理的仪表有利用伯努利定理的差压式、转子式流量计；利用动量定理的冲量式、可动管式流量计；利用牛顿第二定律的直接质量式流量计；利用流体动量原理的靶式流量计；利用角动量定理的涡轮式流量计；利用流体振荡原理的旋涡式、涡街式流量计；利用总静压力差的皮托管式以及容积式和堰式、槽式流量计等。

（2）电学原理 利用此类原理的仪表有电磁式、差动电容式、电感式、应变电阻式流量计等。

（3）声学原理 利用声学原理进行流量测量的有超声波式、声学式（冲击波式）流量计等。

（4）热学原理 利用热学原理测量流量的有热量式、直接量热式、间接量热式流量计等。

（5）光学原理 激光式、光电式流量计等是利用此类原理的仪表。

（6）原子物理原理 核磁共振式、核辐射式等是利用此类原理的仪表。

其他测量原理还有标记原理（示踪原理、核磁共振原理）、相关原理等。

2.按流量计结构原理分类

按当前流量计产品的实际情况，根据流量计的结构原理，大致上可归纳为以下几种类型。

（1）容积式流量计 容积式流量计相当于一个标准容积的容器，它接连不断地对流动介质进行度量。流量越大，度量的次数越多，输出的频率越高。容积式流量计的原理比较简单，适于测量高黏度、低雷诺数的流体。根据回转体形状不同，目前生产的产品分：适于测量液体流量的椭圆齿轮流量计、腰轮流量计（罗茨流量计）、旋转活塞流量计和刮板式流量计；适于测量气体流量的伺服式容积流量计、皮膜式流量计和转筒流量计等。

（2）叶轮式流量计 叶轮式流量计的工作原理是将叶轮置于被测流体中，受流体流动的冲击而旋转，以叶轮旋转的快慢来反映流量的大小。典型的叶轮式流量计是家用自来水表和涡轮流量计，其结构可以是机械传动输出式或电脉冲输出式。一般机械传动输出式水表的准确度较低，误差约为±2%，但结构简单、造价低，并已标准化、通用化和系列化。电脉冲信号输出的涡轮流量计的准确度较高，一般误差为±（0.2%～0.5%），如图2-1所示。家用自来水表如图2-2所示，其结构如图2-3所示，读数方法如图2-4所示。

图2-1 智能涡轮流量计

图2-2 家用自来水表

图2-3 家用自来水表结构图

图2-4 自来水表的读数方法

（3）差压式流量计（变压降式流量计） 差压式流量计由一次装置和二次装置组成，一次装置常为流量测量元件，它安装在被测流体的管道中，产生与流量（流速）成比例的压力差，供二次装置进行流量显示。二次装置常为显示仪表，它接收测量元件产生的差压信号，并将其转换为相应的流量进行显示。

差压式流量计的一次装置称为节流装置或动压测定装置（皮托管、均速管等），二次装置常为各种机械式、电子式、组合式差压计配以流量显示仪表。差压式流量计的差压敏感元件多为弹性元件。由于差压和流量呈平方根关系，故流量显示仪表都配有开平方装置，以使流量刻度线性化。多数仪表还设有流量积算装置，以显示累积流量，以便经济核算。这种利用差压测量流量的方法历史悠久，比较成熟，世界各国一般都用在比较重要的场合，约占各种流量测量方式的70%。发电厂中蒸汽、给水、凝结水等的流量测量都采用这种表计。(www.xing528.com)

自来水表正确的读数方法可参考图2-4。×10的十位指针在7和8之间，非常靠近8，它应该读7还是8，取决于×1的个位度盘指针是否到0，我们看到，个位指针是在0和9之间，也就是说还没有进位，所以十位指针应该读7，而不读8。图2-4水表的读数为5979。

（4）变面积式流量计（等压降式流量计） 变面积式流量计中，处于上大下小的锥形流道中的浮子受到自下而上流动的流体的作用力而移动。当此作用力与浮子的“显示重量”（浮子本身的重量减去它所受流体的浮力）平衡时，浮子即静止。浮子静止的高度可作为流量大小的量度。由于流量计的通流截面积随浮子高度不同而异，而浮子稳定不动时上下部分的压力差相等，因此该型流量计称为变面积式流量计或等压降式流量计。变面积式流量计的典型仪表是转子（浮子）流量计。玻璃管转子流量计如图2-5所示。金属管浮子流量计（对称金属管转子流量计）如图2-6所示。玻璃管转子流量计的读数方法如图2-7所示。

图2-5 玻璃管转子流量计

图2-6 金属管浮子流量计

图2-7 玻璃管转子流量计的读数位置

a）锐边圆柱形转子 b）球形转子

（5）动量式流量计 利用测量流体的动量来反映流量大小的流量计称为动量式流量计。由于流动流体的动量P与流体的密度ρ及流速u的平方成正比，即P∝ρu²，当通流截面确定时，u与容积流量Q成正比，故P∝ρQ²。设比例系数为A，则P=AρQ²。因此，测得P，即可反映流量Q。这种形式的流量计，大多利用检测元件把动量转换为压力、位移或力等，然后测量流量。这种流量计的典型仪表是靶式流量计和转动翼板式流量计。

（6）冲量式流量计 利用冲量定理测量流量的流量计称为冲量式流量计，多用于测量颗粒状固体介质的流量，还可用来测泥浆、结晶型液体和研磨料的流量。流量测量范围从每小时几千克到近万吨。典型的仪表是水平分力式冲量流量计，其测量原理是当被测介质从一定高度h自由下落到有倾斜角的检测板上产生一个冲力，冲力的水平分力与质量流量成正比，故测量这个水平分力即可反映质量流量的大小。根据信号的检测方式不同，该型流量计分为位移检测型和直接测力型。

（7）电磁流量计 电磁流量计是利用导电体在磁场中运动产生感应电动势，而感应电动势又和流量大小成正比的原理而制成的，通过测量电动势来反映管道流量，其测量精度和灵敏度都较高。工业上多用于测量水、矿浆等介质的流量，可测的最大管径达2m，而且压损极小。但不适于测量电导率低的介质，如气体、蒸汽等。电磁流量计造价较高，且信号易受外磁场干扰，影响了在工业管流测量中的广泛应用。为此，产品在不断改进更新，向微机化发展。

（8）超声波流量计 超声波流量计是基于超声波在流动介质中传播的速度等于被测介质的平均流速和声波本身速度的几何和的原理而设计的。它也是通过测流速来反映流量大小的。超声波流量计虽然在20世纪70年代才出现，但由于它可以制成非接触形式，并可与超声波水位计联动进行开口流量测量，对流体又不产生扰动和阻力，所以很受欢迎，是一种很有发展前途的流量计。

图2-8 超声波明渠流量计

超声波流量计按测量原理可分为时差式和多普勒式。利用时差式原理制造的时差式超声波流量计近年来得到广泛的关注和使用，是目前使用最多的一种超声波流量计。利用多普勒效应制造的超声多普勒流量计多用于测量介质有一定的悬浮颗粒或气泡介质的场合，使用有一定的局限性，但却解决了时差式超声波流量计只能测量单一清澈流体的问题，因此被认为是非接触测量双相流的理想仪表。超声波明渠流量计如图2-8所示。

（9）流体振荡式流量计 流体振荡式流量计是利用流体在特定流道条件下流动时将产生振荡，且振荡的频率与流速成比例这一原理设计的。当通流截面一定时，流速与容积流量成正比。因此，测量振荡频率即可测得流量。这种流量计是20世纪70年代开发和发展起来的，兼有无转动部件和脉冲数字输出的优点。目前典型的产品有涡街流量计、旋进旋涡流量计。

（10）质量流量计 由于流体的容积受温度、压力等参数的影响，用容积流量表示流量大小时需给出介质的参数。在介质参数不断变化的情况下，往往难以达到这一要求，从而造成仪表显示值失真。因此，质量流量计得到了广泛的应用和重视。质量流量计分为直接式和间接式两种。直接式质量流量计利用与质量流量直接有关的原理进行测量，目前常用的有量热式、角动量式、振动陀螺式、马格努斯效应式和科里奥利力式等。间接式质量流量计是用密度计与容积流量直接相乘求得质量流量的。

在现代工业生产中，流动介质的温度、压力等运行参数不断提高，在高温、高压的情况下，由于材质和结构等方面的原因，直接式质量流量计的应用遇到困难，而间接式质量流量计由于密度计受湿度和压力适用范围的限制，实际应用也有一定难度。因此，在工业生产中广泛采用的是温度压力补偿式质量流量计。可把它看作一种间接式质量流量计，不是配用密度计，而是利用温度、压力与密度间的关系，将温度、压力信号经函数运算为密度信号，与容积流量相乘而得到质量流量。目前温度、压力补偿式质量流量计虽已实用化，但当被测介质参数变化范围很大或很迅速时，正确地补偿将很困难或不可能，因此进一步研究在实际生产中适用的质量流量计和密度计还是一个课题。

除上述常用结构原理的流量计外，其他各种结构的流量计还有很多，如：适用于明渠测流的各种堰式流量计、槽式流量计；适于大口径测流的插入式流量计；测量层流流量的层流流量计；适于二相流测量的相关法流量计；激光法、核磁共振法流量计和多种示踪法、稀释法流量计。随着科技的发展和实际应用的需要，新型流量计将不断涌现，流量计的类型将更为齐全。常见流量计如图2-9所示。

图2-9 常见流量计

a）涡轮流量计 b）涡轮流量计的结构 c）涡街流量计 d）电磁流量计 e）电磁流量计的原理简图

任务实施

1.老师介绍各种流量计及其结构、特点。

2.学生按照“拼图教学法”分组学习不同流量计测定流量的读数方法。

3.学生按照“拼图教学法”展示讨论结果。

4.对学习结果进行评价。

任务评价

任务评价见表2-2。

表2-2 任务评价