流速和流量的测量方法简介

流量（流速）是化工生产中流体输送以及相关机械能计算的重要物理量，本节将对几种常用测量仪器的原理、构造及应用等进行介绍。

一、测速管

测速管又称皮托管，可用于测量管内流体的点速度，其结构如图2-19所示。水平放置在管道中的部分是由内管和外管构成的同心套管结构，内管端部开口，正对流体流动方向，并与下端的U 形管的左边相通；外管的端部完全封闭，在近管端处的管壁上开小孔，外管与U 形管的右边相通。点1处流体所具有的静压能和动能在进入内管后（点2）完全转化为静压能，流体通过外管壁上的小孔进入外管，由于测速管严格平行于流体流动方向安装，外管内流体的静压能与测压点处流体静压能相等。当测速管U 形压差计的指示液处于稳定状态时，即可根据指示液的读数采用伯努利方程推出测速点处的流体流速公式。

式中 ρ0——U 形压差计指示剂的密度，kg/m3；

ρ——被测量流体的密度，kg/m3；

R——为U 形压差计指示剂读数，m。

图2-19 测速管结构

二、孔板流量计

孔板流量计是一个带有圆孔的金属板，安装在管道中时要求圆孔的中心线与管道的中心线一致，如图2-20所示。

流体由安装点的上游截面2-1′流过孔口时，由于流体惯性作用流道在下游截面2-2′处减至最小，然后流体再逐渐扩展至整个管道截面。流体流动截面最小处称为缩脉。流体流经孔板前后由于流道的改变引起静压能的变化，截面处的压力变化通过U 形压差计的读数进行指示，经换算得出管内流体的流量。

在截面2-1′和缩脉2-2′之间列伯努利方程，忽略阻力损失

根据连续性方程

图2-20 孔板流量计结构

将上式代入式（2-43a）整理得

式（2-43b）中缩脉2-2′处流体的截面积难以确定，一般用孔口的截面积来代替，由于两截面之间面积的实际差、流体经过孔板时产生的阻力损失以及U 形压差计的测压位置与所选截面的差异，引入校正系数C，即

ρ0——U 形压差计指示剂的密度，kg/m3；

ρ——被测量流体的密度，kg/m3；

R——为U 形压差计指示剂读数，m。

孔板流量计结构简单、易于制造且安装方便，但安装时孔板前后要各有一段稳定段，上游至少为管径的10倍，下游至少为管径的5倍。流体通过孔板时的阻力损失较大是孔板流量计的主要缺点。

图2-21 标准孔板流量计系数

三、转子流量计

如图2-22所示，转子流量计由一个内截面从下向上逐渐增大的锥形玻璃管以及自由浮动的转子构成。转子流量计须垂直安装在流道上，流体由下端进入，从上端流出。在测量过程中当转子处于静止状态时，说明转子由于受到来自转子下端面与上端面产生的压力与转子重力和浮力的差值相等而处于平衡状态。当管内流体的流量增大时，流体通过转子与玻璃管之间环隙的流速增加，转子受到的下端面和上端面的压力差随之增加，转子受力不平衡而上浮，在转子上浮过程中环隙逐渐增大导致转子两端面的压力差减小；当转子在垂直方向上的受力再次平衡时，转子就静止在玻璃管的某一高度，流体的流量通过玻璃管上的刻度即可读出。

图2-22 转子流量计(www.xing528.com)

转子在一定的流量下处于平衡状态，则其受到垂直向上的压力与重力和浮力之差相等，受力方程为

式中 Δp——转子下端面和上端面的压力差，Pa；

Af——转子最大直径处的截面积，m2；

Vf——转子体积，m3；

ρf——转子的密度，kg/m3；

ρ——流体的密度，kg/m3。

当转子处于某一平衡位置时，转子所受到的压力差恒定而且转子与玻璃管间的环隙面积也不变，因此转子流量计的测量原理与孔板流量计基本相同，可仿照孔板流量计的流量公式写出转子流量计算式。

式中 qV——体积流量，m3/s；

CR——转子流量计的系数，无因次，与Re 及转子形状有关，由实验测定；AR 为环隙的截面积，m2。

转子流量计必须垂直安装，而且应安装在支路以利于检修。转子流量计在出厂时是用293K水或293K、101.3kPa的空气进行标定的，当被测量流体与标定条件不相符时，应对其刻度值加以校正。