流量测量方法

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根据测量原理，将流量测量方法分为几大类，下面分别说明其测量方法、特性等，并介绍几种常用的流量计。
1．差压式流量计
流体流动的伯努利方程就是流体运动的能量方程，其含义是：在流体运动过程中，不同性质的机械能可以相互转换，但总的机械能守恒，差压式流量计正是利用了压能与动能的转换和守恒原理而测量流量的。
（1）节流式流量计
充满圆管的单相连续流体，流经管内节流件时，由于节流件的流通截面比管道截面小，流束形成局部收缩，在压头作用下，流体加速，动能增加，静压下降，在节流前后形成压力差（简称压差）?p，?p=p1-p2。设流体是理想流体和不可压缩的，在两截面之间，按伯努利方程和连续方程就可导出不可压缩实际流体的流量方程：
式中 C——流出系数，据节流流束的收缩特性，取压孔的位置和速度分布而确定；
A1，A2——分别为所取两个断面的截面积，m2；
m——截面比A2/A1；
?p——两截面间压差。
（2）浮子流量计
浮子流量计是由一根自下向上的垂直锥形管和一个沿着锥管轴上下移动的浮子所组成，如图4.10-1所示。被测流体自下而上经过锥管和浮子形成的环隙时，浮子上下端产生差压形成浮子上升的力，当浮子所受上升力大于浸在流体中浮子重量时，浮子便上升，环隙面积随之增大，该处流体流速下降，浮子上下端差压降低，作用于浮子的上升力亦随着减小，直到上升力等于浸在流体中浮子重量时，浮子便稳定在某一高度。浮子在锥管中高度和通过的流量有对应关系。

1.锥形管 2.浮子 3.流通环隙

图4.10-1浮子流量计原理示意图

2．容积式流量计

典型的容积式流量计（椭圆齿轮式）的工作原理如图4.10-2所示。两个椭圆形齿轮具有相互滚动进行接触旋转的形状，当流体流过流量计时，作用在流量计进出口之间的压力差使两个齿轮产生旋转，并将流体由入口排向出口。在一次循环过程中，流量计排出四个由齿轮与壳壁围成的初月形空腔的流体体积，该体积称为流量计的“循环体积”。设流量计“循环体积”为υ，一定时间内转子转动次数为N，则在该时间内流过流量计的流体体积为：

V=Nυ（4.10-16）

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图4.10-2椭圆齿轮流量计工作示意图

3．速度式流量计
已测量流体流速来得到流量的流量计统称为速度式流量计。它的种类很多，近年来发展也很快，下面分别介绍之。
（1）涡轮流量计
如图4.10-3所示，被测流体流入传感器，经过导流体冲击叶轮。由于叶轮的叶片与流体流向之间有一倾角，流体冲力使叶轮产生转动力矩，克服阻力矩后叶轮开始旋转，当两力矩平衡时叶轮便恒速旋转。在一定条件下转速与流量成正比，因此测出叶轮转速就可求得流量。
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图4.10-3涡轮流量传感器原理图

（1）涡街流量计当非流线型组流体垂直插入流体中，随着流体流动，阻流体就产生漩涡分离，此漩涡形成了有规矩的排列，称此排列为涡街。据卡门研究，大多数排列情况或多或少地有些不稳定，只有排列成两排内旋且互相交错的漩涡列，涡列宽度h与漩涡间距ι之比为0.2806时，涡列才是稳定的，称为卡门涡街。产生卡门涡街的阻流体叫漩涡发生体。

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图4.10-4涡街流量计原理图

根据卡门涡街原理。漩涡频率f与流速间有下列关系：
[自控实践] 流量测量方法及流量计资料分享" /> 式中：υ1——漩涡发生体两侧的流速，m/s；d——漩涡发生体特征宽度，m；
      sf——斯特劳哈尔数，在一定雷诺数范围内为一常数。
管内瞬时体积流量qv则为：
[自控实践] 流量测量方法及流量计资料分享" /> 式中：D——管道内径，m；υ——管内平均流速，m/s；m——漩涡发生体两侧流通面积与管道截面积之比。
上式经变换得到：
[自控实践] 流量测量方法及流量计资料分享" /> 式中：Kv——涡街流量计的仪表系数，（m3）-1。
（2）电磁流量计
电磁流量计的测量原理是法拉第电磁感应定律，导体在磁场中切割磁力线运动时在其两端产生感应电动势。导电性液体在垂直于磁场的非磁性测量管内流动，与它们垂直的方向上产生于体积流量成比例的感应电动势，电动势的方向按“弗来明右手规则”，其值为：

E=KBDυ

式中：E——感应电动势，V；
K——系数；
B——磁感应强度，T；
D——测量管内径，m；
υ——平均流速，m/s。
设液体的体积流量为qv（m3/s）；则：
式中：为仪表常数