《能源监测与评价》——能源监测技术（七）

(2)转子流量计。转子流量计是以转子在垂直锥形管中随着流量变化而升降来测量流量的，又称为变面积流量计、浮子流量计。与节流压差式流量计不同，转子流量计在测量过程中是通过改变流通面积、保持节流元件前后压降不变的情况下测量流量的，因此它也称为恒压降流量计。

转子流量计的检测元件是由一个自下向上扩大的垂直锥形管和一个置于锥形管中可以上下自由移动的转子所组成，如图2-49所示。被测流体从下向上经过锥形管和转子形成的环形空间时，转子上下端产生差压形成转子上升的力，当转子所受上升力大于浸在流体中转子重量时，转子便上升，环形空间面积随之增大，环形空间处流体流速立即下降，转子上下端差压降低，作用于转子的上升力也随之减少，直到上升力等于浸在流体中转子重量时，转子便稳定在某一高度。因此转子在锥形管中高度和通过的流量有对应关系。

根据流体连续性方程和伯努利方程，转子流量计的体积流量可表示为

转子流量计有两种主要形式：①玻璃管转子流量计，它主要由玻璃锥形管、转子和支撑结构组成，流量示值刻在锥形管上。②金属管转子流量计，它的锥形管采用金属材料制成，其流量检测原理与玻璃管转子流量计相同。金属管转子流量计有就地指示型和电气信号远传型两种。电远传式转子流量计的工作原理见图2-50。

转子流量计具有结构简单、使用方便、价格便宜、测量范围比较宽、刻度均匀、直观性好、对仪表前后直管段长度要求不高、压力损失小且恒定、工作可靠且线性刻度、适用性广等特点，可测量各种液体和气体的体积流量，并可将所测得的流量信号就地显示或变成标准的电信号或气信号远距离传送;其缺点是管壁大多为玻璃制品，不能承受高温和高压，易破碎。转子流量计是一种非通用性仪表，出厂时其刻度需单独标定。仪表厂在工业标准状态下，以空气标定测量气体流量的转子流量计;以水标定测量液体流量的转子流量计。若被测介质不是水或空气，则流量计的指示值与实际流量值之间存在差别，必须对流量指示值按照实际被测介质的密度、温度、压力等参数的具体情况进行刻度修正，其修正公式为

(3)涡轮流量计。涡轮流量计是利用置于流体中的叶轮旋转角速度与流体流速成比例，通过测量叶轮的转速来反映通过管道流体的体积流量。

涡轮流量计结构如图2-51所示。流体流过涡轮流量计时，先经过前导流件，再推动铁磁材料制成的涡轮旋转。旋转的涡轮切割壳体上的磁电感应转换器的磁力线，磁路中的磁阻便发生周期性地变化，从而感应出交流电信号。信号的频率与被测流体的体积流量成正比。涡轮流量计的输出信号经前置放大器放大后输至显示仪表，进行流量指示和计算。涡轮转速信号还可用光电效应、霍耳效应等转换器检出。涡轮流量计可精确地测量洁净的液体和气体。

涡轮流量计的体积流量可表示为

涡轮流量计结构紧凑轻巧、安装方便，磁电感应转换器与叶片之间不需密封和齿轮传动机构，因而测量精度高.可耐高压，静压可达50MPa。由于基于磁电感应转换原理，因此反应快，可测脉动流量;输出信号为电频率信号，便于远传，不受干扰。但涡轮流量计的涡轮容易磨损，被测介质中不应带机械杂质，否则会影响测量精度和损坏机件。因此，一般应加过滤器。此外，流体物性(密度、黏度)对仪表特性有较大影响，难以长期保持校准特性，需要定期校验。涡轮流量计安装时，必须保证前后有一定的直管段，以使流向比较稳定，一般人口直管段的长度取管道内径的10倍以上，出口取5倍以上。

(4)涡街流量计。涡街流量计是利用流体流过置于其中的非流线型阻流体所产生的规则旋涡变化规律而制成的。众所周知，在流体中设置旋涡发生体(非流线型阻流体，如圆柱形或三角柱形等)，在某一雷诺数范围内，在旋涡发生体两侧会交替地产生有规则的旋涡，这种旋涡称为卡门涡街，如图2-52所示。由于旋涡之间的相互影响，其形成通常是不稳定的。冯·卡门对涡列的稳定条件进行了研究，于1911年得出结论：只有当两旋涡列之间的距离h和同列的两旋涡之间的距离Z之比满足h/l=0.281时，涡街才是稳定的，且有规则。根据斯特劳哈尔试验得知，旋涡产生的频率与流体流速成正比，因此测出旋涡频率即可得出体积流量。

旋涡分离的频率与流速成正比，与柱体的宽度成反比。设旋涡的发生频率为f，被测介质来流的平均速度为“，旋涡发生体迎面宽度为d，管道内径为D，根据卡门涡街原理，有如下关系式

管道内流体的体积流量可表示为

由此可见，通过测量旋涡频率便可测出流体流速和瞬时流量。斯特劳哈尔数(Sr)是可通过试验确定的无因次数，图2—53中表示出了斯特劳哈尔数(Sr)与雷诺数(RP)的关系。在一定的Re范围内，Sr可视为常数。

曲线的平直部分对应涡街流量计的测量流量的范围，只要检测出频率厂即可求得管内流体的流速，由流速可求出体积流量。内输出的脉冲数与流过流体的体积量之比，称为仪表的系数K，即

涡街流量计可用来测量流体的瞬时流量(流率)，也可以用来测量累计流量(总量)。用来测量瞬时流量时其测量值可表示为

涡街流量计中的旋涡发生体形状繁多，它可分为单旋涡发生体和多旋涡发生体两类，如图2-54所示。单旋涡发生体的基本形状有圆柱、矩形柱和三角柱，其他形状皆为这些基本形状的变形。为提高涡街强度和稳定性，可采用多旋涡发生体，不过它的应用并不普遍。

旋涡频率信号可通过热敏元件、热丝、压电晶体和应变等元件检测出来。图2-55所示为三角柱体涡街检测器原理示意图。在三角柱体的迎流面对称地嵌入两个热敏电阻组成桥路的两臂，以恒定电流加热使其温度稍高于流体，在交替产生的旋涡的作用下，两个电阻被周期性地冷却，使其阻值改变，阻值的变化由桥路测出，即可测得旋涡产生频率，从而测出流量。