流量是化工生产与科学实验中的重要参数，不论是工业生产和科学实验都要进行流量的测量，以核算过程和设备的生产能力，以便对过程或设备做出评价。流量的测量方法和仪器有很多，最简单的流量测量方法是量体积法和称重法，即通过测量流体的总量（体积或质量）和时间间隔，求得流体的平均流量。这种方法不需使用流量测量仪表，但无法测定封闭体系中的流量。目前，常用的测量流量的仪表有节流式流量计、转子流量计、涡轮流量计和湿式流量计。

一、节流式流量计

1.节流式流量计的构造和工作原理

节流式流量计是基于流体经过节流元件时，由于流通面积突然缩小，促使流束产生局部收缩，流速加快，静压力降低，在节流元件前后产生压力差，可以通过测量此压差的大小，再按一定的函数关系来计算出流量值。因此，这种类型的流量计亦被称为差压式流量计。

孔板、喷嘴、文丘里管是常用的节流元件。孔板结构简单，易加工，造价低，但能耗大。喷嘴的能耗小于孔板，但比文丘里管大，比较适合测量腐蚀性大和不洁净流体的流量。文丘里管的能耗最小，基本不存在永久压降，但制造工艺复杂，成本高。

由连续性方程和伯努利方程可以导出通过节流式流量计的流量和压差的关系方程，此方程称为流量基本方程，具体形式如下。

将p1－p2用U形管压差计公式代入，则

式中：ρ′，ρ——指示液与管路流体的密度，kg／m3；

R——U形管压差计的液面差，m；

A0——节流孔的开孔面积，m2；

C0——孔流系数又称流量系数。

上式适用于不可压缩流体，对可压缩流体可在该式右边乘以被测流体的膨胀校正系数ε。流量系数一般要用实验测定，但对标准节流元件有确定的数据可查，不必进行测定。

2.使用节流式流量计时应注意的问题

节流式流量计是目前工业生产中用来测量气体、**和蒸汽流量的最常用的一种流量仪表。使用节流式流量计测量流量时，影响流动形态、速度分布和能量损失的各种因素，都会对流量与压差的关系产生影响，从而导致测量误差。因此使用时必须注意以下问题。

（1）对流体和流动状态的要求

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流体必须是牛顿型流体，而且在物理学和热力学上是均匀的、单相的流体，或者可以认为是单相的流体，如具有高分散程度的胶质溶液。

③流体流经节流件时不发生相变。

④流体的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。

（2）对管道条件的要求

安装节流式流量计对管道条件的要求主要包括以下几点。

①节流元件应安装在水平管道上，孔口的中心线应与管轴线相重合。

②节流元件前后应有足够长的直管段作为稳定段，一般上游直管段的长度为30d～50d，下游直管段的长度大于10d，在稳定段中不能安装各种管件、阀件和测压、测温等测量装置。

③注意节流元件的安装方向，使用孔板时，应使锐孔朝向上游。

二、转子流量计

1.转子流量计的构造和工作原理

转子流量计属于变截面、恒压头的流量计，是通过改变流通面积来指示流量的。转子流量计具有结构简单，读数直观，测量范围大，使用方便，价格便宜等优点，被广泛应用于化工实验和生产中。转子流量计的构造如图3-7所示，它主要由两个部分组成，一个是由下往上逐渐扩大的锥形管（通常用玻璃制成）；另一个是锥形管内可自由运动的转子。

在整个测定过程中，被测流体从玻璃管底部进入，从顶部流出。当流体自下而上流过垂直的锥形管时，转子受到两个力的作用：一个是垂直向上的推动力，它等于流体流经转子与锥管间的环形截面所产生的压力差；另一个是垂直向下的净重力，它等于转子所受的重力减去流体对转子的浮力。当流量加大使压力差大于转子的净重力时，转子就上升；当流量减小使压力差小于转子的净重力时，转子就下沉；当压力差与转子的净重力相等时，转子处于平衡状态，即停留在一定位置上。玻璃管外表面刻有读数，根据转子的停留位置，即可读出被测流体的流量。流过转子流量计的流体体积流量为

图3-7　转子流量计

1—锥形玻璃管；2—刻度；3—突缘填函盖板；4—转子

式中：Vf——转子的体积，m3；

Af——转子最大部分的截面积，m2；

ρf，ρ——转子材质与被测流体密度，kg／m3；

CR——转子流量计的流量系数，可由实验测定或从有关仪表手册中查得；

AR——转子与玻璃管的环形截面积，m2；

Vs——流过转子流量计的体积流量，m3／s。

对于一定的转子流量计，流量系数CR为常数，流量与AR成正比。由于玻璃管呈倒锥形，所以环形面积AR的大小与转子所在位置有关，因而可用转子所处位置的高低来反映流量的大小。

2.转子流量计的刻度换算和测量范围

通常转子流量计出厂前，均用20℃的水或20℃、1.013×105Pa的空气进行标定，并直接将流量值刻于玻璃管上。当被测流体与上述条件不符时，应作刻度换算。在同一刻度下，假定CR不变，并忽略黏度变化的影响，则被测流体与标定流体的流量关系为

式中下标1表示出厂标定时所用流体，下标2表示实际工作流体。对于气体，因为转子材质的密度ρf比任何气体的密度要大得多，所以式3-7可简化为

必须注意：上述换算公式是在假定CR不变的条件下推出的，当使用条件与标定条件相差较大时，则需重新实际标定刻度与流量的关系曲线。

通常Vf，ρf，Af，ρ与CR为定值，由式3-6可知，Vs正比于AR。故转子流量计的最大可测流量与最小可测流量之比为

在实际使用时如流量计不符合具体测量范围的要求，可以更换成车削转子。对同一玻璃管，转子截面积Af越小，环隙面积AR越大，最大可测流量大而Vsmax／Vsmin较小，反之则相反。但Af不能过大，否则流体中的杂质容易将转子卡住。

3.转子流量计的安装与使用

玻璃转子流量计在安装使用前，应先检查其技术参数，如测量范围、精确度等级、额定工作压力、温度等参数是否符合使用要求。在安装和使用时主要应注意以下问题。

（1）转子流量计必须垂直安装，不允许有明显的倾斜（倾角要小于2°），否则会带来测量误差。

（2）为了检修方便，在转子流量计上游应设置调节阀，且调节或控制流量不宜采用电磁阀等速开阀门，否则，迅速开启阀门，转子就会被冲到顶部，因骤然受阻失去平衡而将玻璃管撞破或将玻璃转子撞碎。

（3）转子对沾污比较敏感。如果黏附有污垢，转子的质量、环形通道的截面积会发生变化，甚至还可能出现转子不能上下垂直浮动的情况，从而引起测量误差。

（4）被测流体温度高于70℃时，应在流量计外侧安装保护套，以防玻璃管因溅有冷水而骤冷破裂。国产LZB系列的转子流量计的最高工作温度有120℃和160℃两种。

（5）管路中如有倒流，特别是有水锥作用时，为防止损坏流量计，应在其下游阀门之后安装单向逆止阀。

（6）流量计使用时，应先缓慢开启上游阀门至全开，然后用流量计下游的调节阀调节流量。流量计停止工作时，应先缓慢关闭流量计上游阀门，然后关闭下游的流量调节阀；流量计必须待浮子稳定后方能读取示值。使用时应避免被测流体的温度、压力急剧变化。流量计的锥管、浮子如有沾污或损伤应及时清洗、更换。

三、涡轮流量计

1.涡轮流量计的结构和工作原理

涡轮流量计是以动量守恒原理为基础设计的流量测量仪表。涡轮流量计由涡轮流量变送器和显示仪表组成。涡轮流量变送器包括涡轮、导流器、磁电感应转换器、外壳及前置放大器等部分，如图3-8所示。涡轮是用高导磁系数的不锈钢材料制成，叶轮芯上装有螺旋形叶片，流体作用于叶片使之旋转。导流器用以稳定流体的流向和支撑叶轮。电磁感应转换器由线圈和磁铁组成，用以将叶轮的转速转换成相应的电信号。涡轮流量计的外壳由非导磁不锈钢制成，用以固定和保护内部零件，并与流体管道连接。前置放大器用以放大电磁感应转换器输出的微弱电信号，进行远距离传送。

图3-8　涡轮流量计结构图

1—涡轮；2—导流器；3—磁电感应转换器；4—外壳；5—前置放大器

当流体通过安装有涡轮的管路时，流体的动能冲击涡轮发生旋转，流体的流速越高，动能越大，涡轮转速也就越高。在一定的流量范围和流体黏度下，涡轮的转速和流速成正比。当涡轮转动时，涡轮叶片切割置于该变送器壳体上的检测线圈所产生的磁力线，使检测线圈磁电路上的磁阻周期性变化，线圈中的磁通量也跟着发生周期性变化。检测线圈产生脉冲信号，即脉冲数，其值与涡轮的转速成正比，即与流量成正比。这个电信号经前置放大器放大后，对信号进行放大、整形，产生与流速成正比的脉冲信号，送入单位换算与流量计算电路，得到并显示累积流量值；同时亦将脉冲信号送入频率电流转换电路，将脉冲信号转换成模拟电流量，进而指示瞬时流量值。

2.涡轮流量计的安装和使用

涡轮流量计的特点是能远距离传送，准度高（可达0.2～0.5级），压力损失小，量程宽（最大流量与最小流量之比为10∶1），反应快，耐高压，体积小，其应用越来越广泛。要想充分发挥涡轮流量计的特点，在流量计的安装使用上必须注意以下问题。

（1）涡轮流量计出厂时是在水平安装情况下标定的，因此为了保证涡轮流量计的测量精度，涡轮变送器必须水平安装，否则会引起变送器的仪表常数发生变化。

（2）流速分布不均和管内二次流的存在是影响涡轮流量计测量准确度的重要因素。所以，涡轮流量计对上、下游直管段有一定要求。对于工业测量，一般要求上游20d，下游5d的直管长度。为消除二次流动，最好在上游端加装整流器。若上游端能保证有20d左右的直管段，并加装整流器，可使流量计的测量准确度达到标定时的准确度等级。

（3）为了确保变送器叶轮正常工作，流体必须洁净，切勿使污物、铁屑等进入变送器。因此在使用涡轮流量计时，一般应加装过滤器，网目大小一般为100孔／cm2，以保持被测介质的洁净，减少磨损，并防止涡轮被卡住。

（4）涡轮流量计的一般工作点最好在仪表测量范围上限数值的50％以上，保证流量稍有波动时，工作点不至于移至特性曲线下限以外的区域。

（5）被测流体的流动方向须与变送器所标箭头方向一致。

（6）为保证通过流量计的**是单相的，即不能让空气或蒸汽进入流量计，在流量计上游必要时应装消气器。对于易汽化的**，在流量计的下游必须保证一定背压。该背压的大小可取最大流量下流量传感器压降的2倍加上最高温度下被测**蒸汽压的1.2倍。

（7）当涡轮流量计的管道需要清洗时，必须开旁路，清洗**不能通过流量计；管道系统启动时必须先开旁路，以防止流速突然增加，引起涡轮转速过大而损坏；涡轮流量计的轴承应定期更换，一般可根据小流量时的特性变化来观察其轴承的磨损情况。