各種流量計的流量計算公式

（1）差壓式流量計

差壓式流量計是以伯努利方程和流體連續性方程為依據，根據節流原理，當流體流經節流件時（如標準孔板、標準噴嘴、長徑噴嘴、經典文丘利嘴、文丘利噴嘴 等），在其前後產生壓差，此差壓值與該流量的平方成正比。在差壓式流量計中，因標準孔板節流裝置差壓流量計結構簡單、製造成本低、研究最充分、已標準化而 得到最廣泛的應用。孔板流量計理論流量計算公式為：

式中，qf為工況下的體積流量，m3/s；c為流出係數，無量鋼；β=d/D，無量鋼；d為工況下孔板內徑，mm；D為工況下上遊管道內徑，mm；ε為可膨脹係數，無量鋼；Δp為孔板前後的差壓值，Pa；ρ1為工況下流體的密度，kg/m3。

對於天然氣而言，在標準狀態下天然氣積流量的實用計算公式為：

式中，qn為標準狀態下天然氣體積流量，m3/s；As為秒計量係數，視採用計量單位而定，此式As=3.1794×10-6；c為流出係數；E為漸近速度係數；d為工況下孔板內徑，mm；FG為相對密度係數，ε為可膨脹係數；FZ為超壓縮因子；FT為流動溼度係數；p1為孔板上遊側取壓孔氣流絕對靜壓，MPa；Δp為氣流流經孔板時產生的差壓，Pa。

差壓式流量計一般由節流裝置（節流件、測量管、直管段、流動調整器、取壓管路）和差壓計組成，對工況變化、準確度要求高的場合則需配置壓力計（傳感器或變送器）、溫度計（傳感器或變送器）流量計算機，組分不穩定時還需要配置在線密度計（或色譜儀）等。

（2）速度式流量計

速度式流量計是以直接測量封閉管道中滿管流動速度為原理的一類流量計。工業應用中主要有：

① 渦輪流量計：當流體流經渦輪流量傳感器時，在流體推力作用下渦輪受力旋轉，其轉速與管道平均流速成正比，渦輪轉動周期地改變磁電轉換器的磁阻值，檢測線圈 中的磁通隨之發生周期性變化，產生周期性的電脈衝信號。在一定的流量（雷諾數）範圍內，該電脈衝信號與流經渦輪流量傳感器處流體的體積流量成正比。渦輪流 量計的理論流量方程為：

式中n為渦輪轉速；qv為體積流量；A為流體物性（密度、粘度等），渦輪結構參數（渦輪傾角、渦輪直徑、流道截面積等）有關的參數；B為與渦輪頂隙、流體流速分布有關的係數；C為與摩擦力矩有關的係數。

② 渦街流量計：在流體中安放非流線型旋渦發生體，流體在旋渦發生體兩側交替地分離釋放出兩列規則的交替排列的旋渦渦街。在一定的流量（雷諾數）範圍內，旋渦的分離頻率與流經渦街流量傳感器處流體的體積流量成正比。渦街流量計的理論流量方程為：

式中，qf為工況下的體積流量，m3/s；D為表體通徑，mm；M為旋渦發生體兩側弓形面積與管道橫截面積之比；d為旋渦發生體迎流面寬度，mm；f為旋渦的發生頻率，Hz；Sr為斯特勞哈爾數，無量綱。

③ 旋進渦輪流量計：當流體通過螺旋形導流葉片組成的起旋器後，流體被強迫圍繞中心線強烈地旋轉形成旋渦輪，通過擴大管時旋渦中心沿一錐形螺旋形進動。在一定的流量（雷諾數）範圍內，旋渦流的進動頻率與流經旋進渦流量傳感器處流體的體積流量成正比。旋進旋渦流量計的理論流量方程為：

式中，qf為工況下的體積流量，m3/s；f為旋渦頻率，Hz；K為流量計儀表係數，P/m3(p為脈衝數)。

④ 時差式超聲波流量計：當超聲波穿過流動的流體時，在同一傳播距離內，其沿順流方向和沿逆流方向的傳播速度則不同。在較寬的流量（雷諾數）範圍內，該時差與被測流體在管道中的體積流量（平均流速）成正比。超聲波流量計的流量方程式為：

式中，qf為工況下的體積流量，m3/s；V為流體通過超聲換能器皿1、2之間傳播途徑上的聲道長度，m；L為超聲波在換能器1、2之間傳播途徑上的聲道長度，m；X為傳播途徑上的軸向分量，m；t1為超聲波順流傳播的時間，s；t2為超聲波逆流傳播的時間，s。

速度式氣體流量計一般由流量傳感器和顯示儀組成，對溫度和壓力變化的場合則需配置壓力計（傳感器或變送器）、溫度計（傳感器或變送器）、流量積算儀（溫壓補償）或流量計算機（溫壓及壓縮因子補償）；對準確度要求更高的場合（如貿易天然氣），則另配置在線色譜儀連續分析混合氣體的組分或物性值計算壓縮因子、 密度、發熱量等。

（3）容積式流量計

在容積式流量計的內部，有一構成固定的大空間和一組將該空間分割成若干個已知容積的小空間的旋轉體，如腰輪、皮膜、轉筒、刮板、橢圓齒輪、活塞、螺杆等。 旋轉體在流體壓差的作用下連續轉動，不斷地將流體從已知容積的小空間中排出。根據一定時間內旋轉體轉動的次數，即可求出流體流過的體積量。容積式流量計的 理論流量計算公式：

式中，qf為工況下的體積流量，m3/s；n為旋轉體的流速，周/s；V為旋轉體每轉一周所排流體的體積，m3/周。

浮子流量計。 浮子流量計在中型和小型實驗裝置上使用很廣泛，這是因為浮子式流量計簡單、直觀、價格低廉，適合作一般指示。浮子流量計有玻璃錐管型和金屬錐管型兩大類， 玻璃錐管型的不足之處是耐壓不高和玻璃錐管易碎，另外，流體溫度壓力對示值影響大。一般可根據流體實際溫度和壓力按式（3.28）進行人工換算。式中由於 引入рn,在被測氣體不為空氣時，也可利用該公式進行換算。

式中 qv――實際體積流量，Nm3/h；

qvf――儀表示值，m3/h；

ρn――被測氣體在標準狀態下的密度，kg/Nm3；

ρan――空氣在標準狀態下的密度，kg/Nm3；

Tn、Pn――氣體在標準狀態下的絕對溫度、絕對壓力；

Tf、Pf――氣體在工作狀態下的絕對溫度、絕對壓力。

（2） 溼空氣幹部分流量測量問題

①溼空氣幹部分流量測量的必要性。在化工生產的氧化反應過程中，一般是將空氣送入反應器，而真正參與反應的僅僅是空氣中的氧，由於空氣中的氮 和氧保持恆定比例，所以測量得到進入反應器的氮氧混合物流量，也就可以計算出氧的流量。但是壓縮機和鼓風機從大氣中吸入的空氣除了氮氧成分之外（微量成分忽略不計），總是包含一定數量的水蒸汽，而且水蒸氣的飽和含量是隨著其溫度的變化而變化的。為了將氧化反應控制在理想狀態，須對進入反應器的氮氧混合氣流 進行精確測量，也即將進入反應器的空氣中的水蒸氣予以扣除，得到溼空氣的幹部分流量，這是溼氣體中需要測量幹部分流量的一個典型例子。

②溼空氣密度的求取。溼空氣由其幹部分和所含的水蒸氣兩部分組成。標準狀態下溼氣體的密度可用式（3.29）計算。

рn=рgn+рsn (3.29)

式中? рn――溼空氣在標準狀態下（101.325kPa,20℃）的密度，kg/m3；

рgn――溼空氣在標準狀態下幹部分的密度，kg/m3；

рsn――溼空氣在標準狀態下溼部分的密度，kg/m3；

工作狀態下溼空氣的密度可按式（3.30）計算。

ρf=ρgf+ρsf (3.30)

рf――溼空氣在工作狀態下的密度，kg/m3；

ρgf――溼空氣在工作狀態下幹部分的密度，kg/m3;

ρsf――溼空氣在工作狀態下溼部分的密度，kg/m3；

ρgf和ρsf分別按式（3.31）和式（3.32）計算。

式中  f――工作狀態下溼氣體相對溼度，0～100％；

psfmax————工作狀態下飽和水蒸氣壓力；

ρsf————工作狀態下水蒸汽密度，kg/m3；

ρsfmax————工作狀態下飽和水蒸汽密度，kg/m3；

其餘符號意義同式（3.28）。

③不同原理流量計測量溼空氣幹部分流量時的計算公式

a.頻率輸出的渦街流量計。頻率輸出的渦街流量計用來測量溼空氣流量時，其輸出的每一個脈衝信號都代表溼空氣在工作狀態下的一個確定的體積值。這時，要計 算溼空氣中的幹部分，只需在從工作狀態下的體積流量換算到標準狀態（101.325kPa,20℃）下體積流量時，從總壓中扣除水蒸氣壓力，如式 （3.33）所示。

式中 qvg——溼空氣幹部分體積流量，Nm3/h；

qvf——溼空氣工作狀態下體積流量，m3/h；

f——渦街流量計輸出頻率，P/s(1P=0.1Pa·s)；

Kt——工作狀態下流量係數，P/L。

b.模擬輸出的渦街流量計。模擬輸出的渦街流量計用來測量溼空氣的幹部分流量時，只有工作狀態（pf、  f、Tf、Zf）與設計狀態（pd、  d、Td、Zd）一致時，無需補償就能得到準確結果。如果有一個或一個以上? 不一致，可用式（3.34）進行補償。

式中 Ai———渦街流量計模擬輸出，％；

qmax————流量測量上限，Nm3/h；

pd————設計狀態溼空氣絕壓,kPa(Mpa);

 d——設計狀態溼空氣相對溼度；

psdmax————設計狀態溼空氣中飽和水蒸氣壓力，與pd單位一致；

Td————設計狀態溼空氣溫度，K；

Zd————設計狀態溼空氣壓縮係數。

c.差壓式流量計。用差壓式流量計測量溼空氣的幹部分流量要進行兩方面的計算個是工況變化引起的工作狀態下溼氣體密度的變化對測量結果的影響，另一個是扣除溼空氣中的水蒸氣並換算到標準狀態下的體積流量。將式（3.31）和式（3.32）代入式（3.30）得

式中，符號意義同式（3.29）～式（3.32）。

溼空氣的幹部分流量可用式（3.36）計算

式中 q′v——溼空氣的幹部分流量實際值，Nm3/h；

qv————溼空氣的幹部分流量計算值Nm3/h；

其餘符號意義同式（3.35）

其中рf由式（3.35）計算得到。