化工常见物理量的测量方法

第三章 化工常见物理量的测量方法

一、 温度的测量

按测温原理的不同，温度大致有以下几种方式：

热膨胀 固体的热膨胀；液体的热膨胀；气体的热膨胀。

电阻变化 导体或半导体受热后电阻发生变化。

热电效应 不同材质导线连接的闭合回路，两接点的温度如果不同，回路内就产生热电势。

热辐射 物体的热辐射随温度的变化而变化。

其它 射流测温、涡流测温、激光测温等。

表3-1 各种温度计的比较

型 式	工作原理	种类	使用温度范围/℃	优点	缺点
接触式	热膨胀	玻璃管温度计	-80 - 500	结构简单，使用方便，测量准确，价格低廉	测量上限和精度受玻璃质量限制，易碎，不能记录和远传
		双金属温度计	-80 - 500	结构简单，机械强度大，价格低廉	精度低，量程和使用范围易有限制
		压力式温度计	-100 - 500	结构简单，不怕震动，具有防爆性，价格低谦	精度低，测温距离较远时，仪表的滞后现象较严重
	热电阻	铂、铜电阻温度计	-200 - 600	测温精度高，便于远距离、仪器测量和自动控制	不能测量高温，由于体积大，测量点温度较困难
		半导体温度计	-50 - 300
	热电偶	铜-康铜温度计	-100 - 300	测温范围广，精度高，便于远距离、集中测量和自动控制	需要进行冷端补偿，在低温段测量时精度低
		铂-铂铑温度计	200 - 1800
非接触式	辐射	辐射式高温计	100 - 2000	感温元件不破坏被测物体的温度场，测温范围广	只能测高温，低温段测量不准，环境条件会影响测量准确度。

（一） 玻璃管温度计

1. 常用玻璃管温度计

特点：玻璃管温度计结构简单、价格便宜、读数方便，而且有较高的精度

种类：实验室用得最多的是水银温度计和有机液体温度计。水银温度计测量范围广、刻度均匀、读数准确，但玻璃管破损后会造成汞污染。有机液体（如乙醇、苯等）温度计着色后读数明显，但由于膨胀系数随温度而变化，故刻度不均匀，读数误差较大。 2. 玻璃管温度计的安装和使用

（1）玻璃管温度计应安装在没有大的振动，不易受碰撞的设备上。特别是有机液体玻璃温度计，如果振动很大，容易使液柱中断。

（2）玻璃管温度计的感温泡中心应处于温度变化最敏感处。

（3）玻璃管温度计要安装在便于读数的场所。不能倒装，也应尽量不要倾斜安装。

（4）为了减少读数误差，应在玻璃管温度计保护管中加入甘油、变压器油等，以排除空气等不良导体。 （5）水银温度计读数时按凸面最高点读数；有机液体玻璃温度计则按凹面最低点读数。

（6）为了准确地测定温度，用玻璃管温度计测定物体温度时，如果指示液柱不是全部插入欲测的物体中，会使测定值不准确，必要时需进行校正。

3. 玻璃管温度计的校正

玻璃管温度计的校正方法有以下两种：

（1）与标准温度计在同一状况下比较

实验室内将被校验的玻璃管温度计与标准温度计插入恒温糟中，待恒温槽的温度稳定后，比较被校验温度计与标准温度计的示值。示值误差的校验应采用升温校验，因为对于有机液体来说它与毛细管壁有附着力，在降温时，液柱下降会有部分液体停留在毛细管壁上，影响读数准确。水银玻璃管温度计在降温时也会因磨擦发生滞后现象。 （2）利用纯质相变点进行校正

①用水和冰的混合液校正0℃

②用水和水蒸汽校正100℃

（二） 热电偶温度计

1. 热电偶测温原理

热电偶是根据热电效应制成的一种测温元件。它结构简单，坚固耐用，使用方便，精度高，测量范围宽，便于远距离、多点、集中测量和自动控制，是应用很广泛的一种温度计。如果取两根不同材料的金属导线A和B，将其两端焊在一起，这样就组成了一个闭合回路。因为两种不同金属的自由电子密度不同，当两种金属接触时在两种金属的交界处，就会因电子密度不同而产生电子扩散，扩散结果在两金属接触面两侧形成静电场即接触电势差。这种接触电势差仅与两金属的材料和接触点的温度有关，温度愈高，金属中自由电子就越活跃，致使接触处所产生的电场强度增加，接触面电动势也相应增高。由此可制成热电偶测温计。 2. 常用热电偶的特性

几种常用的热电偶的特性数据见表3-2。使用者可以根据表中列出的数据，选择合适的二次仪表，确定热电偶的使用温度范围。

表3-2 常用热电偶特性表

热电偶名称	型号	分度号	100℃的热电势/mV	最高使用温度/℃
				长期	短期
铂铑10*-铂 镍铬-考铜 镍铬-镍硅 铜-康铜	WRLB WREA WRN WRCK	LB-3 EA-2 EU-2 CK	0.643 6.95 4.095 4.29	1300 600 900 200	1600 800 1200 300

注：*10指含量为10%。

3. 热电偶的校验

（1）对新焊好的热电偶需校对电势-温度是否符合标准，检查有无复制性，或进行单个标定。

（2）对所用热电偶定期进行校验，测出校正曲线，以便对高温氧化产生的误差进行校正。

（三） 热电阻温度计

１.概述

热电阻温度计是一种用途极广的测温仪器。

它具有测量精度高，性能稳定，灵敏度高，信号可以远距离传送和记录等特点。

热电阻温度计包括金属丝电阻温度计

和热敏电阻温度计两种。

电阻温度计的性质如表3-3所示。

表3-3 电阻温度计的使用温度

种类	使用温度范围/℃	温度系数/℃-1
铂电阻温度计 镍电阻温度计 铜电阻温度计 热敏电阻温度计	-260-630 150以下 150以下 350以下	+0.0039 +0.0062 +0.0043 -0.03 －　-0.06

 

（三） 金属丝电阻温度计

1. 工作原理

热电阻温度计是利用金属导体的电阻值随温度变化而改变的特性来进行温度测量的。纯金属及多数合金的电阻率随温度升高而增加，即具有正的温度系数。在一定温度范围内，电阻-温度关系是线性的。温度的变化，可导致金属导体电阻的变化。这样，只要测出电阻值的变化，就可达到测量温度的目的。

图3-1为热电阻的作用原理，感温元件1是以直径为0.03~0.07mm的纯铂丝2绕在有锯齿的云母骨架3上，再用两根直径约为0.5~1.4mm的银导线作为引出线4引出，与显示仪表5连接。当感温元件上铂丝的温度变化时，感温元件的电阻值随温度而变化，并呈一定的函数关系。将变化的电阻值作为信号输入具有平衡或不平衡电桥回路的显示仪表以及调节器和其它仪表等，即能测量或调节被测量介质的温度。

　　　　　　　　　

图3-1 热电阻的作用原理

1.感温元件 2.铂丝 3.骨架 4.引出线 5.显示仪表

热电阻实物图

 

由于感温元件占有一定的空间，所以不能像热电偶那样，用它来测量“点”的温度，当要求测量任何空间内或表面部分的平均温度时，热电阻用起来非常方便。

热电阻温度计的缺点是不能测定高温，因流过电流大时，会发生自热现象而影响准确度。

2. 金属热电阻温度计基本参数

金属热电阻温度计的基本参数如表3-4所示。

表3-4 热电阻的基本参数

名 称	代 号	分度号	温度测量范围 /℃	0℃时的电阻值 R0及其允差/W	电阻比及其允差
铂热电阻	WZB		-200 - 650		1.3910± 0.0010
铜热电阻	WZG		-50 - 150		1.428± 0.002
镍热电阻	WZN		-60 - 180		1.617± 0.007

(四）热敏电阻温度计

热敏电阻体是在锰、镍、钴、铁、锌、钛、镁等金属的氧化物中分别加入其它化合物制成的。热敏电阻和金属导体的热电阻不同，它是属于半导体，具有负电阻温度系数，其电阻值是随温度的升高而减小，随温度的降低而增大，虽然温度升高粒子的无规则运动加剧，引起自由电子迁移率略为下降，然而自由电子的数目随温度的升高而增加得更快，所以温度升高其电阻值下降。

二、 流体压强的测量

按仪表的工作原理可分为液柱式压强计、弹性式压强计和电测式压强计。

按所测的压强范围分为压强计、气压计、微压计、真空计、压差计等。

按仪表的精度等级分为标准压强计（精度等级在0.5级以上）、工程用压强计（精度等级在0.5级以下）。

按显示方式分为指示式、自动记录式、远传式、信号式等。

下面简要介绍实验室中常用的液柱式压强计和弹簧管压强计。

（一） 液柱式压强计

液柱式压强计是根据液柱高度来确定被测压强的压强计。

特点：结构简单，精度较高，既可用于测量流体的压强，又可用于测量流体的压差。

常用的工作液：水银、水、酒精。当被测压强或压强差很小，且流体是水时，还可用甲苯、氯苯、四氯化碳等作为指示液。

液柱式压强计的基本形式有U形压强计、倒U形压强计、单管式压强计、斜管式压强计、微差压强计等。

（1） U形压强计

U形压强计的结构如图3-2所示。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图3-2 U形压强计的结构

如果被测介质是液体，平衡时压强差为：

式中： 为工作液体的密度，kg/cm3；

　　　　为被测流体的密度，kg/cm3。

（２） 倒U形管压差计

将U形管压差计倒置，如图3-3所示，称为倒U形压强计。

这种压强计的优点是不需要另加指示液而以待测流体指示，倒U形管的上部为空气。

这种压强计一般用于测量液体小压差的场合。

　

图3-3 倒U形压强计的结构

U形管和倒U形管实物图

（３） 单管式压强计

单管式压强计是U形管压强计的一种变形，如图3-4所示。

单管式压强计是将U形管压强计的一根管用一只杯代替，由于杯的截面远大于玻璃管的截面（一般二者比值要等于或大于200），所以在其两端作用不同的压强时，细管一边的液柱从平衡位置升高，杯形一边下降。根据等体积原理，＞＞，故可忽略不计。因此，在读数时只要读液柱一边的高度即可。

（４） 倾斜式压强计

倾斜式压强计是将U形压强计或单管式压强计的玻璃管与水平方向作角度的倾斜。它可用来测量微小的压强和负压。倾斜式压强计结构如图3-5所示。

图3-5 倾斜式压强计的结构

式中：:斜管中液柱长度，m；

　　　　:斜管的倾斜角度，° ；

　　　　　:分别为斜管和大容器的内截面积，m2。

（５） 微差压强计

图3-6 微差压强计

由流体静强学方程可知:

当压强差很小时，为了扩大读数，减小相对读数误差，可以通过减小（）来实现。（）愈小，则读数愈大，故当所用的两种液体其密度接近时，可以得到读数很大的值，这在测微小压差时特别适用。

工业上常用的A-B指示液为石蜡油-工业酒精；

实验室常用苄醇-氯化钙溶液（氯化钙溶液的密度可以用不同的浓度来调节）。

3.2.1.6 液柱式压强计使用注意事项

液柱式压强计虽然构造简单、使用方便、测量准确度高，但耐压程度差、测量范围小、容易破碎，其示值与工作液体密度有关，因此在使用中必须注意以下几点： （1）若取压点不在同一水平面，用液柱式压强计测量压强差时，必须考虑取压点的位能。如图3-7 设取压点1、2相对与某基准面的垂直距离分别为z1、z2，被测流体和工作指示液的密度分别为和，则有

 

图3-7 取压点不在同一水平面的压强测量

（2）被测压强不能超过仪表测量范围。有时因被测对象突然增压或操作不注意造成压强增大，会使工作液被冲走。若是水银工作液被冲走，既带来损失，还可能造成汞中毒的危险。在工作中要特别注意。 （3）被测介质不能与工作液混合或起化学反应。当被测介质要与水或水银混合或发生反应时，则应更换其它工作液或采取加隔离液的方法。

（4）液柱压强计安装位置应避开过热、过冷及有震动的地方。因为过热工作液易蒸发，过冷工作液可能冻结，震动太大会把玻璃管震破，造成测量误差，或根本无法指示。一般，冬天常在水中加入少许甘油或者采用酒精、甘油、水的混合物作为工作液以防冻结。

（5）由于液体的毛细现象，在读取压强值时，视线应在液柱面上，观察水时应看凹面处，观察水银时应看凸面处。

（6）在使用过程中保持测量管和刻度标尺的清晰，定期更换工作液。经常检查仪表本身和连接管间是否有泄漏现象。

（二）弹性压强计

弹性压强计是利用各种形式的弹性元件作为敏感元件来感受压强，并以弹性元件受压后变形产生的反作用强与被测压强平衡，此时弹性元件的变形就是压强的函数，这样就可以用测量弹性元件的变形（位移）的方法来测得压强的大小。

弹性压强计中常用的弹性元件有弹簧管、膜片、膜盒、皱纹管等，其中弹簧管压强计的测量范围宽，应用最广泛。

1. 弹簧管压强计的工作原理

弹簧管压强计主要由弹簧管、齿轮传动机构、示数装置（指针和分度盘）以及外壳等几个部分组成，其结构如图3-8所示。

图3-8 弹簧压强计（a）及其传动部分（b）

1.指针 2.弹簧管 3.接头 4.拉杆 5.扇形齿轮 6.壳体 7.基座 8.齿轮 9.铰链 10.游丝

弹簧压强计实物图

 

弹簧管2是一根弯成圆弧形的横截面为椭圆形的空心管子。椭圆的长轴与通过指针1的轴芯的中心线相平行，弹簧管的自由端是封闭的，它借助于拉杆4和扇形齿轮5以铰链的方式相连，扇形齿轮5和小齿轮8啮合，在小齿轮轴心上装着指针，为了消除扇形齿轮和小齿轮之间的间隙活动，在小齿轮的转轴上装置了螺旋形的游丝10。

弹簧管的另一端焊在仪表的壳体上，并与管接头相通，管接头是用来把压强计与需要测量压强的空间连接起来，介质由所测空间通过细管进入弹簧管的内腔中。在介质压力的作用下，弹簧管由于内部压力的作用，其断面极力倾向变为圆形，迫使弹簧管的自由端产生移动，这一移动距离即管端位移量借助拉杆4，带动齿轮传动机构5和8，使固定在齿轮8上的指针1相对于分度盘旋转，指针旋转角的大小正比于弹簧管自由端的位移量，亦即正比于所测压强的大小，因此可借助指针在分度盘上的位置指示出待测压强值。

用于测量正压的弹簧管压强计，称为压力表；用于测量负压的，称为真空表。 2. 弹簧管压强计使用安装中的注意事项

为了保证弹簧管压强计正确指示和长期使用，一个重要的因素是仪表的安装与维护，在使用时应注意以下几点：

（1）在选用弹簧管压强计时，要注意被测工质的物性和量程。测量爆炸、腐蚀、有毒气体的压强时，应使用特殊的仪表。氧气压力表严禁接触油类，以免爆炸。仪表应工作在正常允许的压强范围内，操作压强比较稳定时，操作指示值一般不应超过量程的三分之二，在压强波动时，应在其量程的二分之一处。

（2）工业用压力表应在环境温度为-40~+60℃、相对温度不大于80％的条件下使用。

（3）在振动情况下使用仪表时要装减震装置。测量结晶或粘度较大的介质时，要加装隔离器。

（4）仪表必须垂直安装，仪表安装处与测定点间的距离应尽量短，以免指示迟缓。无泄漏现象。

（5）仪表的测定点与仪表的安装处应处于同一水平位置，否则将产生附加高度误差。必要时需加修正值。

（6）仪表必须定期校验。

(三）流体压强测量要点

1. 压强计的选用

（1）要了解被测体系的压强大小、变化范围及对测量精度的要求，选择适当量程及精度的测压仪表。

（2）要了解被测体系的物性、状态及周围的环境情况，如：被测体系是否具有腐蚀性、粘度大小、温度高低和清洁程度以及周围环境的温度、湿度、震动情况，是否存在有腐蚀性气体等，要根据具体情况选择适当的测压仪表。 （3）如果压强信息需要远传，则需选择可远距离传输和记录的测压仪表。

2. 测压点的选择

测压点应尽量选在受流体流动干扰最小的地方。

如果在管线上测压，测压点应选在离上游的管件、阀门或其它障碍物40~50倍管内径的距离，使紊乱的流线经该段后在近壁处的流线与管壁面平行，避免动能对测量的影响。

若由于条件所限不能保证40~50倍管内径的距离，可通过设置整流板或整流管消除动能的影响。

3. 取压孔的大小与位置

静压强的测量误差与取压孔处流体的流动状态、孔的尺寸、孔的几何形状、孔轴的方向、孔的深度及开孔处壁面的粗糙度等有关。

取压孔尺寸：孔的尺寸愈大，流线弯曲愈央中，测量误差也愈大。理论上，孔的尺寸愈小愈好，但孔口太小，不仅加工困难，而且也容易被堵塞。孔太小，也使测压的动态性能变差。取压孔孔径一般为0.5~1mm，精度要求较低时，孔径可到1.5~2.5mm，孔深与孔径之比大于等于3，孔的轴线要垂直于壁面，孔的边缘不能有毛刺，孔周围的管道壁面要光滑。

测压环：由于通过取压孔测压是以壁上的测量值表示该断面处的静压，为了消除管道断面上各点的静压差及不均匀流动引起的附加误差，可在取压断面上安装测压环，使各个测压孔相互贯通。测压环的形式见图3-9。若管道尺寸不太大，且精度要求不高时，可用单个测压孔代替测压环。

图3-9 测压环

取压孔的方位：

当被测介质为液体时，为了防止气体和固体颗粒进入导压管，水平或侧斜管道中取压口应开在管道下半平面，且与垂线的夹角为。

当被测介质为气体时，为了防止液体和粉尘进入导压管，取压口应开在管道上半平面，且与垂线的夹角为45°。

当被测介质为蒸汽时，取压口一般开在管道的侧面。

4. 引压导管的安装与使用

为了不引起二次环流，引压导管的管径应细些，但细而长的引压导管，阻尼作用很大，会使测量的灵敏度下降。因此，引压导管的长度应尽可能缩短。

对于所测压强波动较大的场合，为了使读数稳定，往往需要利用引压导管的阻尼作用，此时可关小引压导管上的测压阀或将引压导管制成盘形管。

为了避免反应迟缓，引压导管的最大长度不得超过50m。

若被测介质为液体，在引压导管内不能有气体存在；若被测介质为气体，在引压导管内不能有液体存在，否则会造成测量误差。如图3-10所示，当被测介质为液体，在引压导管内有气体存在时，有:

图3-10 导管内第二相的影响

压力表所感受的压力比被测压力p大。因此，在测量压力时，要采取有效的措施排除第二相，避免对压力测量精度产生不良影响。

5. 压力表的安装

当被测介质为液体时，若测量系统两点的压强差，压强计应尽量安装在取压口的下方，使取压口至压强计之间的引压导管方向都向下，这样，气体就较难进入引压导管。如果测压仪表不得不装在取压口上方，则从取压口引出的引压导管应先向下敷设1米，然后再转弯向上接测压仪表。目的是形成液封，阻止气体进入导压管。

当被测介质为气体时，为防止液体和粉尘进入引压导管，压强计宜安装在取压口的上方。若测压仪表必须装在取压口下方，应在引压导管管路的最低点装设沉降器和排污阀，以便排出液体和粉尘。

6. 其它注意事项

若取压点与测压仪表不在同一水平面上，会使测量结果产生误差，应予以校正。如图3-11所示，若测压仪表比取压点低h米，则测量值会比被测值p大，被测值压强p应按下式计算：

图3-11 取压点与测压仪表不在同一水平面时的压强测量

取压口至测量仪表间，一般应安装切断阀门，以备检修仪表时用。

当被测介质为液体时，若液体有泄露，会给测量带来误差，因此在引压导管、管件、流量计安装时要注意密封性。测量真空度时，若管路中有漏气处，也会使测量产生误差。实验时应引起足够的重视。 3.3 流体流量的测量

测量流量的方法和仪器很多，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。目前测量流量的仪表常用的有差压式流量计、转子流量计、涡轮流量计和湿式流量计。

（四）差压式流量计

差压式流量计是基于流体经过节流元件（局部阻力）时所产生的压强降实现流量测量。 常用的节流元件如孔板、喷嘴、文丘里管等均已标准化。

节流元件也可按照实验中的实际需要进行设计。

(1)孔板流量计、喷嘴流量计及文丘里流量计

孔板流量计和喷嘴流量计都是基于流体的动能和势能相互转化的原理设计的。用于孔板流量计和喷嘴流量计的节流元件分别为孔板、喷嘴和文丘里管。

1. 节流元件

①标准孔板

标准孔板的形状如图3-12所示。它是一带有圆孔的板，圆孔与管道同心，直角入口边缘非常锐利。

图3-12 标准孔板的结构

孔板流量计实物图 标准孔板的重要的尺寸参数是开孔直径，对制成的孔板，应至少取四个大致相等的角度测得直径的平均值。任一孔径的单测值与平均值之差不得大于0.05%。孔径应大于或等于12.5mm，孔径比 (Ｄ为管道直径)为0.2　－　0.8。

孔板开孔上游侧的直角入口边缘，应锐利无毛刺和划痕。若直角入口边缘形成圆弧，其圆弧半径应小于或等于0.0004。孔板进口圆筒的厚度e和孔板厚度E不能过大，以免影响精度。

②标准喷嘴

标准喷嘴的结构如图3-13所示。其轮廓外形由进口端面A、收缩部分第一圆弧曲面与第二圆弧曲面、圆筒形喉部和出口边缘保护糟H所组成。圆筒形喉部e的直径即为节流件的开孔直径，其长度为0.3。标准喷嘴加工比较困难，一般均由专业厂制造，实验室所用的在市场上购买。

标准喷嘴适用的管道直径为50~1000mm，孔径比b 为0.32 - 0.8，雷诺数为2×E4~2×E6。

图3-13 标准喷嘴的结构

③文丘里管

文丘里管是由入口圆筒段A、圆锥形收缩段B、圆筒形喉部C和圆锥形扩散段E所组成。文丘里管的几何形状如图3-14所示。文丘里管第一收缩段锥度为21° ± 1° ，扩散段为7° ~15° ，文丘里的比值为0.4 - 0.7。

图3-14 文丘里管的几何形状

文丘里流量计实物图

标准孔板的进口圆筒部分应与管道同心安装。孔板必须与管道轴线垂直，其偏差不得超过± 1° 。孔板材料一般用不锈钢、铜或硬铝。

2. 安装和使用

节流元件要求安装在直管稳定段，即上游有30D~50D的直管段，下游有不少于5D的直管段。孔口的中心线应与管轴线相重合。对于标准孔板或是已确定了流量系数的孔板，孔口的钝角方向应与流向相同，否则会引起较大的测量误差。

孔板流量计结构简单，使用方便，可用于高温、高压场合，但流体流经孔板时的能量损耗较大。若不允许能量损耗过大的场合，应采用文丘里流量计。

(2) 测速管

测速管又名毕托管，是用来测量导管中流体的点速度的。

它的构造如图3-15(a)所示，图3-15(b)为局部放大图。

　　（a） 　　　　　　　　　　　　（b）

图3-15毕托管的构造简图

1-静压力导压管 2-总压力导压管

毕托管流量计实物图

测速管的特点是装置简单，对于流体的压头损失很小，它只能测定点速度，可用来测定流体的速度分布曲线。在工业上测速管主要用于测量大直径导管中气体的流速。因气体的密度很小，若在一般流速下，压强计上所能显示的读数往往很小，为减小读数的误差，通常须配以倾斜液柱压强计或其它微差压强计。若微差压强计仍达不到要求时，则须进行点速测量。由于测速管的测压小孔容易被堵塞，所以，测速管不适用于对含有固体粒子的流体的测量。

测速管安装使用时要注意，探头一定要对准来流，任何角度的偏差都会给测量带来误差。测速点应位于均匀流段，因此上下游均应至能产生涡流的弯头、大小头和阀门等管件的距离大于50倍的导管直径，以保证流体在导管中的流动稳定。

（三） 转子流量计

（１） 转子流量计的测量原理

转子流量计的原理图如图3-16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，锥度为　－　）；另一个是锥形管内的可自由运动的转子。

 

图3-16 转子流量计的工作原理

转子流量计实物图

若用代表转子与锥形管间环隙的截面积，用代表校正因素，流过转子流量计的流体的体积流量为：

 

质量流量为：

对于一定的转子流量计，为常数。

（２）转子流量计的流量换算

测量液体的转子流量计，制造厂是在常温下用水标定的，若使用时被测介质不是水而是其它液体，则由于密度不同必须对流量计的刻度进行修正或重新标定。对一般介质，当温度和压力改变时，流体的粘度变化不大（一般不超过0.01Pa× s），故可通过下式对流体的体积流量进行修正：

 

式中：：被测介质实际流量，m3/s；

　　　：用水标定时的刻度流量，m3/s；

　　　：转子材料的密度，kg/m3；

　　　：被测流体的密度，kg/m3；

：标定条件下（20℃）水的密度，kg/m3。

测量气体的转子流量计，制造厂是在工业标准状态下，即压力=1.013×105Pa、温度=293K，用空气标定出厂的。对于非空气介质和在不同于上述标准状态下使用时，可按下式进行修正：

式中：：分别为工作状态下介质的体积流量、密度、绝对压力和绝对温度；

：分别为在标准状态下（1.013×105Pa,293K）空气的体积流量、密度、绝对压力和绝对温度。

（３） 转子流量计量程的改变

当购买来的流量计不能满足实验测量范围时，可用以下方法改变量程。

１.改变转子的密度

当改变转子材料的密度时，会引起量程的改变，如增加转子密度，就可以增大量程，即同一高度的转子位置所对应的被测介质的流量将增大。所以选择不同材料的同形转子，就可以达到改变转子流量计量程的目的：

2.改变转子直径或车削转子

转子密度，转子的体积，环隙截面积都与流量有关，而其中环隙面积与转子的最大截面积有关：

式中：范围；

　　　　　　　　　玻璃管与转子之间上下环隙面积之比。

(3) 转子流量计量程的安装与使用

转子流量计在安装和使用时应注意以下问题：

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。

3 转子对粘污比较敏感。如果粘副有污垢则转子的质量、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 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。 （5）被测流体温度若高于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系列转子流量计的最高工作温度有120℃和160℃两种。

(四）涡轮流量计

涡轮流量计是以动量矩守恒原理为基础设计的流量测量仪表。

涡轮流量计的优点：①测量精度高，其精度可以达到0.5级以上，在狭小范围内甚至可达0.1%，故可作为校验1.5~2.5级普通流量计的标准计量仪表。②二是对被测信号变化的反应快，若被测介质为水，涡轮流量计的时间常数一般只有几毫秒到几十毫秒，因此特别适用于对脉动流量的测量。 3.3.3.1 涡轮流量变送器的结构和工作原理

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3-17所示。

图3-17 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

涡轮流量计实物图

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，流体作用于叶片上使之旋转。

导流器用以稳定流体的流向和支撑叶轮。

磁电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磁电感应转换器输出的微弱电信号，进行远距离传送。

涡轮流量计的工作原理：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，流体的流速愈高，动能越大，涡轮转速也就愈高。在一定的流量范围和流体粘度下，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，也即与流量成正比。这个电讯号经前置放大器放大后，即送入电子频率仪或涡轮流量积算指示仪，以累积和指示流量。 3.3.3.2 涡轮流量计的安装和使用

涡轮流量在安装和使用时应注意以下问题：

（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）因为流场变化时会使流体旋转，改变流体和涡轮叶片的作用角度，此时，即使流量稳定，涡轮的转速也会改变，所以，为了保证变送器性能稳定，除了在其内部设置导流器外，还必须在变送器前后留出一定的直管段，一般入口直管段的长度为20D以上，出口直管段的长度为15D以上。

（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，以保持被测介质的净洁，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。

（五）湿式流量计

湿式流量计属于容积式流量计。它主要由圆鼓形壳体、转鼓及传动记数机构所组成，如图3-18所示。转鼓是由圆筒及四个弯曲形状的叶片所构成。四个叶片构成四个体积相等的小室。鼓的下半部浸没在水中。充水量由水位器指示。气体从背部中间的进气管处依次进入各室，并相继由顶部排出时，迫使转鼓转动。转动的次数通过齿轮机构由指针或机械计数器计数也可以将转鼓的转动次数转换为电信号作远传显示。

图3-18 湿式气体流量计

湿式流量计在测量气体体积总量时，其准确度较高，特别是小流量时，它的误差比较小。可直接用于测量气体流量，也可用来作标准仪器检定其它流量计。它是实验室常用的仪表之一。 湿式气体流量计每个气室的有效体积是由预先注入流量计的水面控制的，所以在使用时必须检查水面是否达到预定的位置，安装时，仪表必须保持水平。