流量检测

Flow measurement

流量测量基本概念

按测量目的分类：

瞬时流量：单位时间内流过管道某一截面的流体的数量
累积流量：瞬时流量在某一时段的累计量

按测量方法和结构分类：

测体积流量
- 容积法（直接法）：排除流体固定容积数。
- 速度法（间接法）：平均流速×面积。差压式、电磁式、涡轮式、旋涡式、超声式
测质量流量：单位时间内通过某截面的流体的质量

差压流量计

基本配置：节流装置，差压信号管路，差压计
节流装置：标准孔板

工作原理：利用节流件前后差压和流速关系，通过差压值获得流体的流速。
(流速增加，静压力降低，节流件前后压差越大。)
流动连续性方程（质量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒方程）为基础，根据流量和差压的关系计算。

\begin{array}{r} q_{v} = F_{0} a \sqrt{\frac{2 g}{ρ} \times Δ p} q_{m} = F_{0} a \sqrt{2 g ρ \times Δ p} q_{m} = q_{v} \times ρ \end{array}

\begin{array}{r} q_{v} = K \sqrt{\frac{Δ p}{ρ}} q_{m} = K \sqrt{Δ p \cdot ρ} \end{array}

$q_{v}$ 体积流量， $q_{m}$ 质量流量
$a$ 流量系数
$F_{0}$ 节流装置流通面积

电磁流量计

测量原理：法拉第电磁感应定律。
要求：磁场均匀分布恒定；被测液体是非磁性的、导电的，电导率均匀各向同性，流速轴对称分布。

\begin{array}{r} e = B D \bar{u} \end{array}

旋涡流量计

利用流体振动原理测量流量。
涡街流量计：使用卡曼涡街原理。

超声流量计

检测流体流动对超声束的作用来检测流量。

容积流量计

椭圆齿轮流量计：每转一周排出流体总量为半月形容积 $v$ 的四倍， $n$ 齿轮转动次数。 $q_{v} = 4 n v$

科里奥利力流量计

测量原理：流体在振动管中产生与质量流量成正比的科里奥利力。
电磁装置使得 U 形管以垂直于 U 形管的平面上下振动，流体在 U 形管内流动，在入口处和出口处的流动方向不同，产生力矩的方向不同，使得 U 形管扭曲，产生扭转角。
流速越快，U 形管扭曲的程度越大，质量流量的大小和扭曲角的大小成正比。

也可测量液体或气体的密度，测量精度高、适应性范围广。

热式质量流量计

测量原理：利用传热原理测量流量，根据流动的流体和热源之间热量交换关系进行测量。
（流体流动，热传导带走热量。如果要保持原设定温度差，需要加热电流供应热量。）

热分布式质量流量计：加热及测温元件都置于流体管道外，与被测流体不直接接触。
浸入式热式质量流量计：气体流过检测件时，温度随气流流速而变。

间接式

不同仪表组合得到物理量，进行数学运算间接得到流体的质量流量
节流式流量计

\begin{array}{r} q_{v} = K \sqrt{\frac{Δ p}{ρ}} \Rightarrow Δ p = K_{1} ρ q_{v}^{2} \end{array}

乘法器，测量压差、密度，将两个量相乘再开根号，得到 $q_{m =} ρ q_{v}$ 质量流量

密度计测 $ρ$ 、体积流量计测出 $q_{v}$ ，乘法器运算得到得到 $q_{m =} ρ q_{v}$ 质量流量
零点检验、示值校验

仪表选用步骤

1. 仪表性能

精确度、重复性、线性度、上下限流量和范围度、压力损失、输出信号特性、响应时间

2. 流体特性

流体：温度、压力、密度，黏度、化学腐蚀与结垢

3. 安装条件

安装方向、流动方向、上下游段管道状况、阀门位置

4. 环境条件方面

环境温度、湿度、大气压、安全性、电气干扰

5. 经济方面

安装费用、运行费、维护费