相互啮合的椭圆齿轮组成。当流体自左向右流过时，由于摩擦力存在，因此有压力损失，使进口流体压力p1大于出口流体压力p2，椭圆齿轮在此压力差作用下产生力矩而转动。当在图2.4A所示的位置时,上面的齿轮在压差?p?p1?p2作用下对齿轮轴产生一个回转力矩，使上面的齿轮作顺时针方向转动，而下面的齿轮因合力通过轴心，故合力矩为零。由于上面的齿轮顺时针转动时，，把其和壳体之间的半月牙形容积内的流体排至出口，并带动下面齿轮转动。当这对椭圆齿轮转动到2.4B所示的位置时，两个齿轮同时受到流体压力差的作用，上下齿轮都有转动力矩，继续转动；当转动到图2.4C所示的位置时，作用在上面齿轮上的合力矩为零，而作用在下面齿轮上的合力矩为最大，使下面齿轮作逆时针方向转动，把半月牙形容积内的流体排至出口，并带动上面齿轮转动。这样继续转动，当椭圆齿轮流量计转动一周时，就有四个半月牙形容积内的流体被排出去。

当椭圆齿轮与壳体之间的半月牙形容积V一定时，只要测出椭圆齿轮的转速n，便可知道被测流体的体积流量Q，即

Q?4nV (2.20)

优点:(1)计量精度高；(2)安装管道条件对计量精度没有影响；(3)可用于高粘度液体的测量；(4)范围度宽；(5)直读式仪表无需外部能源可直接获得累计总量,清晰明了,操作简便。

缺点:(1)结构复杂,体积庞大；(2)被测介质种类、口径、介质工作状态局限性较大；(3)不适用于高、低温场合；(4)大部分仪表只适用于洁净单相流体；(5)产生噪声及振动。 （4）涡轮流量计

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，是速度式流量计中的主要种类,它采用多叶片的转子(涡轮)感受流体平均流速,从而推导出流量或总量。

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。

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图2.5

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。

涡轮流量计的实用流量方程为

QV?f (2.21) KQm??QV (2.22)

式中QV、Qm—分别为体积流量，m3/s，质量流量，kg/s；f—流量计输出信号的频率Hz；K—流量计的仪表系数，P/m3。

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) 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)重复性好；(4)无零点漂移,抗干扰能力好；(5)范围度宽；(6)结构紧凑。

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缺点:(1)不能长期保持校准特性；(2)流体物性对流量特性有较大影响。 （5）电磁流量计

电磁流量计有一系列优良特性,可以解决其它流量计不易应用的问题,如脏污流、腐蚀流的测量。

图2.6

电磁流量计是根据法拉弟电磁感应定律设计的，在测量管轴线和磁场磁力线相互垂直的管壁上安装一对检测电极，当导电液体沿测量管在交变磁场中。与磁力线成垂直方向运动时，导电液体切割磁力线产生感应电势，此感应电势由测量管上的两个检测电极检出．。用下列公式表示：

E?KBVD (2.23) 式中：E—感应电动势；K—与磁场分布及轴向有关的系数；B—磁感应强度；V—导电液体平均流速；D—管道内径，即切割磁力线的导体长度。

优点:(1)测量通道是段光滑直管,不会阻塞,适用于测量含固体颗粒的液固二相流体,如纸浆、泥浆、污水等；(2)不产生流量检测所造成的压力损失,节能效果好；(3)所测得体积流量实际上不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的明显影响；(4)流量范围大,口径范围宽；(5)可应用腐蚀性流体。

缺点:(1)不能测量电导率很低的液体,如石油制品；(2)不能测量气体、蒸汽和含有较大气泡的液体；(3)不能用于较高温度。 二、液位检测转换元件： （1）浮力式液位计

浮力液位计是根据阿基米德原理工作的，即液体对一个物体浮力的大小，等

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于物体所排开液体的重量。

浮力式液位计可分为两种：一种为恒浮力式液位计，在整个测量过程中其浮力维持不变（如浮标式、浮球式等液位计），在工作时浮标随液位高低而变化；另一种为变浮力式液位计（如沉筒式液位计），它根据浮筒在液体内浸没的深度不同而所受浮力不同来测量液位。

图2.7

图2.7所示为浮标式液位计，浮标置于被测介质中，为了平衡浮标的重量，设有平衡锤、浮标，指针与平衡锤用钢丝绳连接。当液位变化时，浮标随着浮动，通过指针便可直接指示出液位高度。

如果把浮标的位移转换为电量的变化，则可以进行液位的远距离指示或记录。

（2）静压式液位计

对于不可压缩的液体，液位高度与液体的静压力成正比，所以测出液体的静压力，即可知道液体的高度。

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图2.8

图2.8所示为用静压式液位计进行开口容器的液位测量。压力计与容器的底

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[1]

部相连，根据压力计指示的压力大小，即可知道液位的高度，其关系为

H?p? (2.24)

式(2.24)中，H是液位的高度；?是液体重度；p是容器内取压平面上的静压力。

（3）电容式液位计

在平行板电容之间充以不同的介质时，其电容量的大小是不同的。所以，可以用测量电容量的变化来检测液位或两种不同介质的液位分界面。

可利用插入容器中的一根导线与容器壁作为两个电极来测量液位，其总电容量为

C?K1h?1?K????h1h2?K?h1?h1??? 2 (2.25) ?K1?式(2.25)中，K是常数，与电极的尺寸、形状有关；?1是被测液体的介电系数；?2是气体的介电系数；h是电极总高度。

在实际应用中，电极的尺寸、形状已定，介电系数是基本不变的。所以，测量电容量的变化就可知道液位的高低。当电极几何形状及尺寸一定时，?1、?2相差愈大，则仪表灵敏度愈高；如果介电常数?1、?2发生变化，则会使测量结果产生误差。

图2.9

电容量的变化可以用高频交流电桥等来测量。

交流电桥法测量电容量原理如图2.9所示，交流电桥由AB、BC、CD、DA四

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