《自动检测技术》课程授课教案（过程检测与仪表）第4章 流量测量

第4章流量测量$4.1概述4.1.1流量的概念流量定义：指单位时间内流体（气体、液体或固体颗粒等)流经管道或设备某处横截面的数量，又称瞬时流量。体积流量：当流体以体积表示时称为体积流量：AV_dyq, = lim=uAN0 tdt(4-1)质量流量：当流体以质量表示时称为质量流量。AMdMqm= limpuAdtAr>0 At(4-2)V一体积：M一质量；t一时间：A一截面面积；e.一流体的密度；平均流速：[udAq,Ai=AA(4-3)u一流体在流过截面上各点的流速。体积流量和质量流量关系：qm= puA= pqv(4-4)瞬时流量：单位时间内流过管道某一截面的流体数量的大小，即瞬时流量。累积流量：在某一段时间内流过管道的流体流量的总和，即瞬时流量在某一段时间内的累计值。q,dtqmdtQ, =Om=(4-5)计量单位：体积流量的计量单位为米3 /秒(m3 / s)，质量流量的计量单位为千克/秒(kg/s)；累积体积流量的计量单位为米 (m3);累积质量流量的计量单位为千克(kg)。工程上还使用的流量计量单位有：米3 /时（(m3 / h)升/分（L/min)

第 4 章 流量测量 §4.1 概述 4.1.1 流量的概念 流量定义： 指单位时间内流体(气体、液体或固体颗粒等)流 经管道或设备某处横截面的数量，又称瞬 时流量。 体积流量：当流体以体积表示时称为体积流量; uA dt dV t V q t v = =   =  →0 lim （4-1） 质量流量：当流体以质量表示时称为质量流量。 uA dt dM t M q t m = =    =  →0 lim （4-2） V—体积；M—质量；t—时间；A—截面面积；ρ—流体的密度； 平均流速 ： A udA A q u v A  = = （4-3） u—流体在流过截面上各点的流速。 体积流量和质量流量关系： qm = uA = qv （4-4） 瞬时流量：单位时间内流过管道某一截面的流体数量的大小，即瞬时流量。 累积流量：在某一段时间内流过管道的流体流量的总和，即瞬时流量在某一段时间内的累计 值。 Q q dt t v =  v Q q dt t m =  m （4-5） 计量单位 ： 体积流量的计量单位为米 3／秒(m3／s)， 质量流量的计量单位为千克／秒(kg／s)； 累积体积流量的计量单位为米 3 (m3 )； 累积质量流量的计量单位为千克(kg)。 工程上还使用的流量计量单位有： 米 3／时 (m3／h) 升／分(L／min)

吨/小时(t/h)升(L)吨(t)等4.1.2流量计的分类1、流量测量方法大致可以归纳为以下几类：流量测量仪表种类繁多，其测量原理、结构特性、适用范围以及使用方法等各不相同。所以其分类可以按不同原则划分。按测量方法不同，流量仪表可分为速度式、容积式和质量式三类。（1）速度式流量计：以测量流体在管道内的流速作为测量依据来计算流量的仪表。以测量管道内或明渠中流体的平均速度来求得流量。如节流式流量计（差压式孔板流量计、转子流量计）、涡轮流量计、涡街流量计、电磁流量计、超声流量计等。（2）容积式流量计：以单位时间内所排出的流体的固定容积的数目作为测量依据来计算流量的仪表。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。（3）质量流量计：以测量流体流过的质量M为依据的流量计。质量流量计分直接式和间接式两种。例如科里奥利质量流量计。2.流量仪表的主要技术参数（1）流量范围流量范围指流量计可测的最大流量与最小流量的范围。（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的量程。最大流量与最小流量的比值称为量程比，亦称流量计的范围度。（3）允许误差和精度等级流量仪表在规定的正常工作条件下允许的最大误差，称为该流量仪表的允许误差，一般用最大相对误差和引用误差来表示。流量仪表的精度等级是根据允许误差的大小来划分的，精度等级有：0.02、0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5等。（4）压力损失压力损失的大小是流量仪表选型的一个重要技术指标。压力损失小，流体能消耗小，输运流体的动力要求小，测量成本低。反之则能耗大，经济效益相应降低。故希望流量计的压力损失愈小愈好。84.2节流式流量计4.2.1差压式流量计差压式流量计是基于流体流动的节流原理，利用流体流经节流装置时产生的压力差而实现流量测量的。通常是由能将被测流量转换成压差信号的节流装置和能将此压差转换成对应的流量值显示出来的差压计以及显示仪表所组成

吨／小时(t/h) 升(L) 吨(t)等 4.1.2 流量计的分类 1、流量测量方法大致可以归纳为以下几类： 流量测量仪表种类繁多，其测量原理、结构特性、适用范围以及使用方法等各不相同。 所以其分类可以按不同原则划分。 按测量方法不同，流量仪表可分为速度式、容积式和质量式三类。 （1）速度式流量计：以测量流体在管道内的流速作为测量依据来计算流量的仪表。 以测量管道内或明渠中流体的平均速度来求得流量。如节流式流量计（差压式孔板流 量计、转子流量计）、涡轮流量计、涡街流量计、电磁流量计、超声流量计等。 （2）容积式流量计：以单位时间内所排出的流体的固定容积的数目作为测量依据来计 算流量的仪表。 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。 （3）质量流量计：以测量流体流过的质量 M 为依据的流量计。质量流量计分直接式和 间接式两种。 例如科里奥利质量流量计。 2. 流量仪表的主要技术参数 (1) 流量范围 流量范围指流量计可测的最大流量与最小流量的范围。 (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的量程。最大流量与最小流量的比值称为 量程比，亦称流量计的范围度。 (3) 允许误差和精度等级 流量仪表在规定的正常工作条件下允许的最大误差，称为该流量仪表的允许误差，一般用最 大相对误差和引用误差来表示。流量仪表的精度等级是根据允许误差的大小来划分的，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 压力损失的大小是流量仪表选型的一个重要技术指标。压力损失小，流体能消耗小，输运流 体的动力要求小，测量成本低。反之则能耗大，经济效益相应降低。故希望流量计的压力损 失愈小愈好。 §4.2 节流式流量计 4.2.1 差压式流量计 差压式流量计是基于流体流动的节流原理，利用流体流经节流装置时产生的压力差而实 现流量测量的。 通常是由能将被测流量转换成压差信号的节流装置和能将此压差转换成对应的流量值 显示出来的差压计以及显示仪表所组成

图4-4差压式流量计组成1-节流元件2-引压管路3-三阀组4-差压计流体在有节流装置的管道中流动时，在节流装置前后的管壁处，流体的静压力产生差异的现象称为节流现象。节流装置就是在管道中放置的一个局部收缩元件，应用最广泛的是孔板其次是喷嘴、文丘里管。1.测量原理及流量方程P+P2+元"d?D?42=uP2upr22PiP244(4-13)p1、p2一截面1和2上流体的静压力；u1、u2一截面1和2上流体的平均流速：p1、p2一截面1和2上流体的密度D、d一截面1和2上流束直径；(a)P(b)1(c)图4-5流体流经节流件时压力和流速变化情况求出：(Pi- P2)i-(d'ID)(4-14)

图 4-4 差压式流量计组成 1-节流元件 2-引压管路 3-三阀组 4-差压计 流体在有节流装置的管道中流动时，在节流装置前后的管壁处，流体的静压力产生差异 的现象称为节流现象。 节流装置就是在管道中放置的一个局部收缩元件,应用最广泛的是孔板,其次是喷嘴、文丘 里管。 1.测量原理及流量方程 2 2 2 2 2 2 2 1 1 p1 u p u + = +   '2 2 2 2 1 1 4 4 u D u d     = （4-13） p1、p2—截面 1 和 2 上流体的静压力； u1、u2—截面 1 和 2 上流体的平均流速； ρ1、ρ2—截面 1 和 2 上流体的密度 D 、d'—截面 1 和 2 上流束直径； 图 4-5 流体流经节流件时压力和流速变化情况 求出： ( ) ( ) 1 2 4 2 2 1 / 1 p p d D u − −  =  （4-14）

体积流量：1(pi-p2)q,=A/1-(d'/D)* 4(4-15)质量流量：112 /2p(pr- p2)qm= pu,A/1-(d'ID)t 4(4-16)以实际采用的某种取压方式所得到的压差△p来代替(pl-p2)的值;同时引入流出系数C(或流量系数）对上式进行修正：22cc元元d2-Apα:=CEp=α-q,4J1- β4 4pVp/1- β4(4-17)c元元d212pp=α2pApqm24/1- β4 4Vi- β4(4-18)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进行修正采用节流件前的流体密度β，由此流量公式可更一般的表示为：2"d?2p-△p=qm=04Vp4(4-19)流量基本方程式是阐明流量与压差之间定量关系的基本流量公式。它是根据流体力学中的伯努利方程和流体连续性方程式推导而得的。可以看出：要知道流量与压差的确切关系，关键在于的取值。流量与压力差△P的平方根成正比。2.节流装置国内外把最常用的节流装置、孔板、喷嘴、文丘里管等标准化，并称为标准节流装置”。采用标准节流装置进行设计计算时都有统一标准的规定、要求和计算所需要的通用化实验数据资料。（1）标准节流装置的适用条件a.流体必须是牛顿流体，在物理学和热力学上是均匀的、单相的，或者板厚度压可认为是单相的流体。b.流体必须充满管道和节流装置且连续流动，流经节流件前流动应达到充分紊流，流束平行于管道轴线且无旋转，流经节流件时不发生相变。人科角户c.流动是稳定的或随时间缓变的。节流孔厚度e（2）标准节流元件的结构形式轴线①标准孔板d标准孔板是一块具有与管道同心圆形开孔的圆板，迎流一侧是有锐利直流动方向角入口边缘的圆筒形孔，顺流的出口呈扩散的锥形。结构简单，加工方便，价格便宜

体积流量： ( ) ( ) 1 2 2 4 2 2 2 4 1 / 1 d p p d D qv u A  − −  = =   （4-15） 质量流量： ( ) ( ) 1 2 2 4 2 2 2 4 1 / 1 d p p d D qm u A  − −  = =    （4-16） 以实际采用的某种取压方式所得到的压差Δp 来代替(p1-p2)的值;同时引入流出系数 C（或流 量系数α ）对上式进行修正： d p d p C qv  =  − =       2 4 2 1 4 2 2 4 CE C = − = 4 1   （4-17） d p d p C qm  =  − =       2 4 2 1 4 2 2 4 4 1 1 −  E = （4-18） 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： qv = d p    2 4 2 q d p m =    2 4 2 （4-19） 流量基本方程式是阐明流量与压差之间定量关系的基本流量公式。它是根据流体力学中 的伯努利方程和流体连续性方程式推导而得的。 可以看出：要知道流量与压差的确切关系，关键在于α的取值。 流量与压力差ΔP 的平方根成正比。 2.节流装置 国内外把最常用的节流装置、孔板、喷嘴、文丘里管等标准化，并称为“标准节流装置”。 采用标准节流装置进行设计计算时都有统一标准的规定、要求和计算所需要的通用化实 验数据资料。 (1)标准节流装置的适用条件 a.流体必须是牛顿流体，在物理学和热力学上是均匀的、单相的，或者 可认为是单相的流体 。 b.流体必须充满管道和节流装置且连续流动，流经节流件前流动应达到 充分紊流，流束平行于管道轴线且无旋转，流经节流件时不发生相变。 c.流动是稳定的或随时间缓变的。 (2)标准节流元件的结构形式 ①标准孔板 标准孔板是一块具有与管道同心圆形开孔的圆板，迎流一侧是有锐利直 角入口边缘的圆筒形孔，顺流的出口呈扩散的锥形。 结构简单，加工方便，价格便宜

压力损失较大，测量精度较低，只适用于洁净流体介质，测量大管径高温高压介质时，孔板易变形。图4-6孔板示意图②标准喷嘴标准喷嘴是一种以管道轴线为中心线的旋转对称体，主要由入口圆弧收缩部分与出口圆筒形喉部组成，有ISA1932喷嘴和长径喷嘴两种型式。D/220.60流动方向流动方向B(a)高比值0.25≤β≤0.8(b)低比值0.2≤β≤0.5图4-7ISA1932喷嘴(p-a)9/PLXD/20.6do.6d流动方向流动方向2BZ1(a）高比值0.25≤β≤0.8(b)低比值0.2≤β≤0.5图4-8长径喷嘴③文丘里管文丘里管有两种标准型式：经典文丘里管与文丘里喷嘴。文丘里管压力损失最低，有较高的测量精度，对流体中的悬浮物不敏感，可用于污脏流体介质的流量测量，在大管径流量测量方面应用的较多。但尺寸大、笨重，加工困难，成本高，一般用在有特殊要求的场合。32234554JUNuuI儿JL1流动方向M1-1-理论取压2-2-角接取压；3-3-法兰取压：4-4-径距取压；5-5-搞失取压图4-9文丘里管（3）节流装置的取压方式根据节流装置取压口位置可将取压方式分为理论取压、角接取压、法兰取压、径距取压与损失取压等五种：

压力损失较大，测量精度较低，只适用于洁净流体介质，测量大管径高温高压介质时，孔板 易变形。 图 4-6 孔板示意图 ②标准喷嘴 标准喷嘴是一种以管道轴线为中心线的旋转对称体，主要由入口圆弧收缩部分与出口圆筒形 喉部组成，有 ISAl932 喷嘴和长径喷嘴两种型式。 图 4-7 ISA1932 喷嘴 图 4-8 长径喷嘴 ③文丘里管 文丘里管有两种标准型式：经典文丘里管与文丘里喷嘴。文丘里管压力损失最低，有较高的 测量精度，对流体中的悬浮物不敏感，可用于污脏流体介质的流量测量，在大管径流量测量 方面应用的较多。但尺寸大、笨重，加工困难，成本高，一般用在有特殊要求的场合。 图 4-9 文丘里管 (3)节流装置的取压方式 根据节流装置取压口位置可将取压方式分为理论取压、角接取压、法兰取压、径距取压与损 失取压等五种:

A环室取压环全流动方向流动方向i25.425.4Rs孔板单独钻孔取压管道小≤3'法兰角接取压装置法兰取压装置图4-10取压装置目前广泛采用的是角接取压法，其次是法兰取压法。角接取压法比较简便，容易实现环室取压，测量精度较高。法兰取压法结构较简单，容易装配，计算也方便，但精度较角接取压法低些。（4）节流装置的选用①在加工制造和安装方面，以孔板为最简单，喷嘴次之，文丘里管最复杂。造价高低也与此相对应。实际上在一般场合下以采用孔板为最多，②当要求压力损失较小时，可采用喷嘴、文丘里管等。③在测量某些易使节流装置腐蚀、沾污、磨损、变形的介质流量时，采用喷嘴较采用孔板为好。④在流量值与压差值都相同的条件下，使用喷嘴有较高的测量精度而且所需的直管长度也较短。③如被测介质是高温、高压的，则可选用孔板和喷嘴。文丘里管只适用于低压的流体介质。（5）节流装置的安装使用①必须保证节流装置的开孔和管道的轴线同心，并使节流装置端面与管道的轴线垂直。②在节流装置前后长度为两倍于管径(2D)的一段管道内壁上，不应有凸出物和明显的粗糙或不平现象。③任何局部阻力（如弯管、三通管、闸阀等）均会引起流速在截面上重新分布，引起流量系数变化。所以在节流装置的上、下游必须配置一定长度的直管。④标准节流装置（孔板、喷嘴）一般都用于直径D≥50mm的管道中。③被测介质应充满全部管道并且连续流动。③管道内的流束（流动状态)应该是稳定的。?被测介质在通过节流装置时应不发生相变。3.差压计差压计与节流装置配套组成节流式流量计。差压计经导压管与节流装置连接，接受被测流体流过节流装置时所产生的差压信号，并根据生产的要求，以不同信号形式把差压信号传递给显示仪表，从而实现对流量参数的显示、记录和自动控制。差压计的种类很多，凡可测量差压的仪表均可作为节流式流量计中的差压计使用。目前工业生产中大多数采用差压变送器。它们可将测得的差压信号转换为0.02-0.1MPa的气压信号和4-20mA的直流电流信号。4.2.2皮托管和均速管流量计

角接取压装置 法兰取压装置 图 4-10 取压装置 目前广泛采用的是角接取压法，其次是法兰取压法。角接取压法比较简便，容易实现环室取 压，测量精度较高。法兰取压法结构较简单，容易装配，计算也方便，但精度较角接取压法 低些。 (4)节流装置的选用 ①在加工制造和安装方面,以孔板为最简单,喷嘴次之,文丘里管最复杂。造价高低也与此 相对应。实际上,在一般场合下,以采用孔板为最多。 ②当要求压力损失较小时,可采用喷嘴、文丘里管等。 ③在测量某些易使节流装置腐蚀、沾污、磨损、变形的介质流量时,采用喷嘴较采用孔板 为好。 ④在流量值与压差值都相同的条件下,使用喷嘴有较高的测量精度,而且所需的直管长度 也较短。 ⑤如被测介质是高温、高压的,则可选用孔板和喷嘴。文丘里管只适用于低压的流体介质。 (5)节流装置的安装使用 ① 必须保证节流装置的开孔和管道的轴线同心,并使节流装置端面与管道的轴线垂直。 ② 在节流装置前后长度为两倍于管径(2D)的一段管道内壁上,不应有凸出物和明显的粗 糙或不平现象。 ③ 任何局部阻力 (如弯管、三通管、闸阀等)均会引起流速在截面上重新分布,引起流量 系数变化。所以在节流装置的上、下游必须配置一定长度的直管。 ④ 标准节流装置 (孔板、喷嘴) ,一般都用于直径 D≥50mm 的管道中。 ⑤ 被测介质应充满全部管道并且连续流动。 ⑥ 管道内的流束 (流动状态)应该是稳定的。 ⑦ 被测介质在通过节流装置时应不发生相变。 3.差压计 差压计与节流装置配套组成节流式流量计。差压计经导压管与节流装置连接，接受被测流体 流过节流装置时所产生的差压信号，并根据生产的要求，以不同信号形式把差压信号传递给 显示仪表，从而实现对流量参数的显示、记录和自动控制。 差压计的种类很多，凡可测量差压的仪表均可作为节流式流量计中的差压计使用。目前工业 生产中大多数采用差压变送器。它们可将测得的差压信号转换为 0.02-0.1 MPa 的气压信号 和 4-20mA 的直流电流信号。 4.2.2 皮托管和均速管流量计

1.皮托管皮托管是一根弯成直角的双层空心复合管，带有多个取压孔，能同时测量流体总压和静压。777Bd5静压孔压孔静压导出管对准柄ZZA一总压感应点B一静压感应点总压导出管皮托管结构皮托管测量原理图4-11皮托管皮托管的工作原理可分析如下：皮托管头部迎流方向开有一个小孔A，称为总压孔，在距头部一定距离处开有若干垂直于流体流向的静压孔B，各孔所测静压在均压室均压后输出。设流动为不可压缩无粘性流体的稳定流动，驻点处流体的伯努利方程为P+0=P+2p(4-20)pl一驻点处流体总压P、u一分别为驻点处流体静压和流速p一流体密度。由此可以得该点的流速为：1ApO(4-21)考虑到实际测量情况与理论上的差别，引入皮托管系数（数值由实验确定）对上式进行修正：2Apu=α(4-22)对于可压缩流体，考虑到压缩性的影响，实际流速计算公式为：u= α(1-N(4-23)（1-ε）为流体可压缩性修正系数，对不可压缩流体ε=0。2.均速管流量计压管Z

1.皮托管 皮托管是一根弯成直角的双层空心复合管，带有多个取压孔，能同时测量流体总压和静压。 皮托管结构 皮托管测量原理 图 4-11 皮托管 皮托管的工作原理可分析如下： 皮托管头部迎流方向开有一个小孔 A，称为总压孔，在距头部一定距离处开有若干垂直于流 体流向的静压孔 B，各孔所测静压在均压室均压后输出。 设流动为不可压缩无粘性流体的稳定流动，驻点处流体的伯努利方程为 2 0 2 p1 p u + = +   （4-20） p1 —驻点处流体总压 p、u—分别为驻点处流体静压和流速 ρ —流体密度。 由此可以得该点的流速为： u = (p − p) = p   2 2 1 （4-21） 考虑到实际测量情况与理论上的差别，引入皮托管系数α(数值由实验确定)对上式进行修 正： u = p   2 （4-22） 对于可压缩流体，考虑到压缩性的影响，实际流速计算公式为： u = ( − ) p    2 1 （4-23） （1-ε）为流体可压缩性修正系数，对不可压缩流体ε=0。 2.均速管流量计

图4-12均速管原理均速管测量流速的原理与皮托管相同，体积流量可由下式确定：2q,=αA/=4pVp(4-24)4.2.3转子流量计转子流量计又称为浮子流量计，或面积流量计浮子流量计在测量过程中，始终保持节流件（浮子）前后的压降不变，而是通过改变流通面积来改变流量的仪表，所以被称为恒压降流量计。浮子流量计按其制造材料的不同，可分为玻璃浮子流量计和金属管浮子流量计两大类。玻璃浮子流量计结构简单、浮子位置清晰可见、刻度直观、成本低廉，一般只用于常温、常压下透明介质的流量测量。这种流量计只能就地指示，不能远传流量信号，多用于工业原料的配比计量金属管浮子流量计由于采用金属锥管，流量计工作时无法直接看到浮子的位置，需要用间接的方法给出浮子位置。因此，按其传输信号的方式不同金属管浮子流量计又可分为远传型和就地指示型两种。这种流量计多用于高温、高压介质，不透明及腐蚀性介质的流量测量除了能用于工业原料配比计量外，还能输出标准信号与记录仪和显示器配套使用计量累积流量。1.结构原理浮子流量计结构主要由一个向上扩张的锥形管和一个置于锥管中可以上下自由移动的浮子组成，如图4-13所示。流量计的两端用法兰连接或螺纹连接的方式垂直地安装在测量管路上，使流体自下而上地流过流量计，推动浮子在稳定工况下，浮子悬浮的高度h与通过流量计的体积流量之间有一定的比例关系。所以，可以根据浮子的位置直接读出通过流量计的流量值，或通过远传信号方式将流量信号（即浮子的位置信号）远传给二次仪表显示和记录。为了使浮子在锥形管中移动时不致碰到管壁，通常采用如下两种方法。一种方法是在浮子上开几条斜的槽沟，流体流经浮子时，作用在斜槽上的力使浮子绕流束中心旋转以保持浮子工作时居中和稳定。另一种方法是在浮子中心加一导向杆或使用带棱筋的玻璃锥管起导向作用，使浮子只能在锥形管中心线上下运动，保持浮子稳定性。F+F浮子、S句

图 4-12 均速管原理 均速管测量流速的原理与皮托管相同，体积流量可由下式确定： qv = A p   2 （4-24） 4.2.3 转子流量计 转子流量计又称为浮子流量计，或面积流量计浮子流量计在测量过程中，始终保持节流 件（浮子）前后的压降不变，而是通过改变流通面积来改变流量的仪表，所以被称为恒压降 流量计。 浮子流量计按其制造材料的不同，可分为玻璃浮子流量计和金属管浮子流量计两大类。 玻璃浮子流量计结构简单、浮子位置清晰可见、刻度直观、成本低廉，一般只用于常温、常 压下透明介质的流量测量。这种流量计只能就地指示，不能远传流量信号，多用于工业原料 的配比计量金属管浮子流量计由于采用金属锥管，流量计工作时无法直接看到浮子的位置， 需要用间接的方法给出浮子位置。因此，按其传输信号的方式不同金属管浮子流量计又可分 为远传型和就地指示型两种。这种流量计多用于高温、高压介质，不透明及腐蚀性介质的流 量测量除了能用于工业原料配比计量外，还能输出标准信号与记录仪和显示器配套使用计量 累积流量。 1．结构原理 浮子流量计结构主要由一个向上扩张的锥形管和一个置于锥管中可以上下自由移动的 浮子组成，如图 4-13 所示。流量计的两端用法兰连接或螺纹连接的方式垂直地安装在测量 管路上，使流体自下而上地流过流量计，推动浮子在稳定工况下，浮子悬浮的高度 h 与通过 流量计的体积流量之间有一定的比例关系。所以，可以根据浮子的位置直接读出通过流量计 的流量值，或通过远传信号方式将流量信号（即浮子的位置信号）远传给二次仪表显示和记 录。 为了使浮子在锥形管中移动时不致碰到管壁，通常采用如下两种方法。一种方法是在浮 子上开几条斜的槽沟，流体流经浮子时，作用在斜槽上的力使浮子绕流束中心旋转以保持浮 子工作时居中和稳定。另一种方法是在浮子中心加一导向杆或使用带棱筋的玻璃锥管起导向 作用，使浮子只能在锥形管中心线上下运动，保持浮子稳定性

图4-13浮子流量计基本结构图4-14浮子流量计测量原理2.流量方程浮子流量计垂直地安装在测量管路中，当流体沿流量计的锥管自下而上地通过而使浮子稳定地悬浮在某一高度时（见图4-14），浮子主要受如下三个力的作用而处于平衡状态。流体流经浮子时，由于节流作用，使浮子上下游产生差压△p，该差压的大小和流体在浮子与锥形管壁间环形通道中的流速平方成正比，即1pu(4-25)Ap=C2所以，迎面差压阻力为1F=CTou's,(4-26)浮子受到的浮力F,为F, =Vfy(4-27)浮子自重WW=V,Y(4-28)式中A,——浮子迎流面积，m2——流体介质重度，N/m3;p——流体介质密度，kg/m3：u——流体速度，m/s;C—阻力系数；V,—浮子体积，m’Y——浮子重度，N/m3。显然，当浮子在流体中处于平衡时，有W=F+F(4-29)

图 4-13 浮子流量计基本结构 图 4-14 浮子流量计测量原理 2．流量方程 浮子流量计垂直地安装在测量管路中，当流体沿流量计的锥管自下而上地通过而使浮子 稳定地悬浮在某一高度时（见图 4-14），浮子主要受如下三个力的作用而处于平衡状态。 流体流经浮子时，由于节流作用，使浮子上下游产生差压 p ，该差压的大小和流体在 浮子与锥形管壁间环形通道中的流速平方成正比，即 2 2 1 p = C u （4-25） 所以，迎面差压阻力为 F C u Af 2 1 2 1 =  （4-26） 浮子受到的浮力 F2 为  F2 = Vf （4-27） 浮子自重 W W Vf f =  （4-28） 式中 Af ——浮子迎流面积，m2 ；  ——流体介质重度，N/m3；  ——流体介质密度，kg/m3； u ——流体速度，m/s； C——阻力系数； Vf ——浮子体积，m3； f  ——浮子重度，N/m3。 显然，当浮子在流体中处于平衡时，有 W = F1 + F2 （4-29）

即Cpu'A(4-30)V,(rp-)所以2V,(-)1u=(4-31)VCVAp由式（4-31）可看出，不管浮子停留在什么位置，流体流过环形面积的平均流速u是一个常数。由q，=Au可知，在u为常数情况下，体积流量q，与流通面积A成正比。环形流通面积A由浮子和锥形管尺寸确定，即A=(D2 - D)(4-32)4式中D——浮子所在处锥管内径，m；D,—浮子最大直径，m。设锥管的锥角为β，零刻度处锥管内径为D，，则在浮子高度h处D=D, +2htan@(4-33)所以A = (D+ D,)(D- D,)= "(2D, + 2htan p)(2htan g)(4-34)44如果锥管的锥角β很小，使得2D，>>2htanβ，则可将(2htanp)2一项忽略不计。这样流通面积A可以近似地表示为A=D,htanp(4-35)所以体积流量为2gV,(p, -p)(4-36)q,=αD,htanp,pA,式中，α=/1/C，为浮子流量计的流量系数。84.3容积式流量计容积式流量计的工作过程是：流体不断地充满具有一定容积的某“计量空间”，然后再连续地将这部分流体送到出口流出，再一次测量中，将这些“计量空间”被流体充满的次数不断累加，乘上“计量空间”的体积，就可以得到通过流量计的流量总量。所以，容积式流量计是采用容积累加的方法获得流体总量的流量测量仪表。容积式流量计具有对上游流动状态变化不敏感，测量准确度高，可用于高黏度液体，并直接得到流体累计量等特点。在各工业部门，尤其在石油化工、贸易和轻工、食品等部门中

即 Vf f C u Af 2 2 1 ( −  ) =  （4-30） 所以    f f f A V C u 1 2 ( − ) = （4-31） 由式（4-31）可看出，不管浮子停留在什么位置，流体流过环形面积的平均流速 u 是一 个常数。由 qv = Au 可知，在 u 为常数情况下，体积流量 v q 与流通面积 A 成正比。 环形流通面积 A 由浮子和锥形管尺寸确定，即 ( ) 4 2 2 A = D − Df  （4-32） 式中 D——浮子所在处锥管内径，m； D f ——浮子最大直径，m。 设锥管的锥角为  ，零刻度处锥管内径为 D f ，则在浮子高度 h 处 D = Df + 2h tan （4-33） 所以 (2 2 tan )(2 tan ) 4 ( )( ) 4     A = D + Df D − Df = Df + h h （4-34） 如果锥管的锥角  很小，使得 2Df  2h tan ，则可将 2 (2h tan) 一项忽略不计。 这样流通面积 A 可以近似地表示为 A = Df h tan （4-35） 所以体积流量为 f f f v f A gV q D h      2 ( ) tan − = （4-36） 式中，  = 1 C ，为浮子流量计的流量系数。 §4.3 容积式流量计 容积式流量计的工作过程是：流体不断地充满具有一定容积的某“计量空间”，然后再 连续地将这部分流体送到出口流出，再一次测量中，将这些“计量空间”被流体充满的次数 不断累加，乘上“计量空间”的体积，就可以得到通过流量计的流量总量。所以，容积式流 量计是采用容积累加的方法获得流体总量的流量测量仪表。 容积式流量计具有对上游流动状态变化不敏感，测量准确度高，可用于高黏度液体，并 直接得到流体累计量等特点。在各工业部门，尤其在石油化工、贸易和轻工、食品等部门中