第二节　建筑节能检测设备的性能要求

性能优良建筑节能检测设备，是进行建筑节能检测不可缺少的设施，也是对建筑节能效果进行正确评价的工具。根据建筑节能检测的实际需要，其检测设备主要包括温度检测仪表、流量检测仪表、热流检测仪表。

一、温度常用检测仪表

（一）温标的基本概念

温度是表征物体冷热程度的物理量。温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量，而用来量度物体温度数值的标尺叫温标，是用数值来表示温度的一种方法。温标规定了温度的读数起点（零点）和测量温度的基本单位。各种温度的刻度均由温标确定。目前，国际上用得较多的温标有华氏温标、摄氏温标、热力学温标和国际实用温标。

1.华氏温标

华氏温标（符号为℉）是指在标准大气压下，冰的熔点是32℉，水的沸点是212℉，中间划分为180等份，每一等份为1华氏度，通常以符号t表示。华氏温标的标准仪器是水银温度计，选取氯化气和冰水混合物的温度为零℉，人体温度为100℉。水银体积膨胀被分为100份，对应每份的温度为1℉。

2.摄氏温标

摄氏温标是指在标准大气压下，以水的冰点为0℃，水的沸点为100℃，在0～100℃之间划分为100等份，每一等份为1℃，摄氏度是目前世界使用比较广泛的一种温标，它是18世纪瑞典天文学家安德斯·摄尔修斯提出来的。

华氏温标与摄氏温标的关系式如式（3-4）或式（3-5）：

t（℉）=5［t（℃）-32］/9　　        （3-4）

t（℃）=1.8t（℉）+32　　        （3-5）

华氏温标与摄氏温标都是根据液体（水银）受热后体积膨胀的性质实现的，即依据物质的物理性质建立起来的，所测得的数值将随着物理性质（如液体的纯度）及温度计玻璃管材料的不同而不同，这样就不能保证世界各国所采用的基本测试温度的单位完全一致，也不便于科学技术的交流，为此，迫切需要建立一个基本温度，以此来统一温度的测量，这个温标就是热力学温标。

3.热力学温标

热力学温标亦称“开尔文温标”“绝对温标”。它是英国物理学家开尔文根据热力学第二定律而引入的一种温标。规定分子运动停止（即没有热存在）时的温度为绝对零度，通过气体温度计来实现热力学温标，即由充满理想气体的温度计在一定介质中体积膨胀的性质，根据理想气体状态方程推导出的温度值。热力学温标通常以T表示，单位为K。

从温标三要素知，选择不同测温物质或不同测温属性所确定的温标不会严格一致。事实上也找不到一种经验温标，能把测温范围从绝对零度覆盖到任意高的温度。为此应引入一种不依赖测温物质、测温属性的温标。用热力学温标定出的温度数值只与热量有关，但与测温物质的性质无关。

但是，由于绝对理想的气体是不存在的，所以用实际气体温度计建立起来的温标，还必须引入表示实际气体与理想气体之间差别的修正值。此外，由于气体温度计装置比较复杂，不能直接进行读数，所以在建筑节能检测中很少应用。

4.国际实用温标

国际实用温标是国际间的协议性温标，是世界上温度数值的统一标准，它是专为保证世界各国温度量值的准确与统一而制定的。一切温度计的示值和温度测量的结果（极少数理论研究和热力学温度测量除外）都应该表示成国际实用温标温度。

国际实用温标它与热力学温标相接近，而且复现精度高，使用方便。我国于1994年1月1日起全面实施1990年国际温标。在采用国际实用温标时应注意以下几个方面。

（1）国际实用温标的温度单位为开尔文（符号为K），定义为水三相点的热力学温度的1/273.15；摄氏度的大小等于开尔文，温差亦可以用摄氏度或开尔文来表示。

（2）选择一些纯物质的平衡态温度（三相点、沸点、凝固点等）作为温标基准点，并用气体温度计来定义这些点的温度值；

（3）规定不同范围内的基准仪器，如铂热电阻温度计、铂铑-铂热电偶和光学高温计等。

国际实用温标T与摄氏温标t之间的关系，可用式（3-6）表示：

T（K）=t（℃） +273.15　　        （3-6）

我国在很多方面测量温度习惯采用摄氏温标，而西方国家多数习惯采用华氏温标，但是国际实用温标是国际计量委员会提倡采用的，对于各国的技术交流有很大益处，是温度检测方面未来的发展趋势。

（二）膨胀式温度计

膨胀式温度计是利用物质热胀冷缩的原理而制成的测量温度的一种仪表，它是利用热胀冷缩性质与温度的固有关系为基础来测量温度的，基于这种原理而制成的仪表称为膨胀式温度计。根据其工作性质和选用的物质不同，可以制成液体、固体、气体3种膨胀式温度计。

膨胀式温度计的温度测量范围一般为-200～500℃。这类温度计具有结构简单、制造容易、使用方便、价格便宜、精度较高等优点。但也存在着不便于远距离测温（压力式温度计除外）、结构脆弱、易于损坏等缺点。

在实际测温中常见的膨胀式温度计，主要有玻璃管液体温度计、压力式温度计、双金属温度计等。

1.玻璃管液体温度计

（1）玻璃管液体温度计的原理　玻璃管液体温度计是一种常用的膨胀式温度计，它是利用液体体积随温度升高而膨胀的原理制作而成。当温度计插入温度高于温度计初始温度的被测介质后，玻璃管中的液体受热膨胀，使工作液柱在玻璃毛细管内上升。由于液体膨胀系数远比玻璃的膨胀系数大，因此当温度变化时，就引起工作液体在玻璃管内体积的变化，从而表现出液柱高度的变化。若在玻璃管上直接刻度，即在可读出被测介质的温度值。

工作液体与玻璃的体膨胀之差称为视膨胀系数，因此也可以说玻璃管液体温度计测温的基本原理是基本原理是基于工作液对玻璃的视膨胀。工作液体膨胀在玻璃管中形成的液体柱，则显示出其体积的变化，如果将液体柱的变化长度按温标进行分度，则构成了一支温度计。为了防止温度过高时液体胀裂玻璃管，在毛细管顶部必须留有一膨胀室。

（2）玻璃管液体温度计的种类　玻璃管液体温度计按其用途不同，可分为标准温度计、实验室用温度计和工业用温度计。玻璃管液体温度计按其结构形式不同，可分为棒式温度计、内标尺式温度计和外标尺式温度计。玻璃管液体温度计按其外形不同，可分为直形温度计、90°角形温度计和135°角形温度计等。

图3-6是玻璃管液体温度计的结构图。玻璃管液体温度计是由装有工作液的感温泡、玻璃毛细管和刻度标尺3部分组成。感温泡直接由玻璃毛细管加工制成的，或者由焊接一段薄壁玻璃制成。玻璃毛细管上有安全泡，有的玻璃管温度计还有中间泡。

图3-7所示是各种玻璃管液体温度计，它不但可以用来检测温度，而且当它和继电器配合后，还可以用来调节和控制温度以及发送温度报警信号。电接点式玻璃液体温度计，在热工参数检测与控制中应用较为广泛，它实际上是一支普通的内标尺式温度计。

①电接点式玻璃液体温度计有两条金属丝：一条焊在感温泡内；另一条在一套磁力装置的推动下，可停留在与被控制温度相应的温度线上。两条金属丝又通过铜线引出，连接到信号器或中间继电器上。当温度上升到规定的温度时，两条金属丝通过水银柱形成一个闭合回路，此时继电器便开始工作。在温度计上有两个标尺，上标尺用来调整温度给定值，下标尺用来进行读数。

②外标式玻璃液体温度计的刻度标尺板和玻璃毛细管是分开的。但两者只用金属薄片纽带固定。外标式玻璃液体温度计有测量室温用的寒暑表和气象测量用的最高温度计和最低温度计等，如图3-7（b）所示。二等标准水银温度计，是在其玻璃毛细管上刻度标尺的背面融入一条乳白色釉带制成，其他工作用玻璃温度计是融入白色釉带，有的是融入彩色釉带。

③内标式玻璃液体温度计如图3-7（c）所示，刻尺标尺刻在白瓷板上。标尺板与玻璃毛细管是分开的，并衬托在毛细管背面，与毛细管一起封装在玻璃外套管内。二等标准水银温度计和实验用、工业用玻璃温度计多采用这种结构。

④棒式玻璃体温计如图3-7（d）所示，它的温度标尺直接刻在玻璃毛细管的表面。玻璃毛细管又分为透明棒式和熔有釉带棒式两种。一等标准水银温度计是透明棒式的，在读取示值时，可以正反两面读数，一些精密试验用玻璃液体温度计也有透明棒式的。

（3）建筑节能检测所用玻璃管温度计

在建筑节能热工检测中所用的玻璃管温度计，多数是水银温度计、酒精温度计和贝克曼温度计。

①水银温度计利用液体金属水银作为填充物质，是膨胀式温度计中的一种。水银的体积膨胀系数虽然不很大，但具有不粘玻璃、不易老化、传热较快和纯度很高等优点；在标准大气压下，水银在-38.87～356.58℃温度范围内为液态，在200℃以下几乎和温度呈线性关系，水银温度计能做到刻度均匀，能测量-30～300℃范围内的温度。在热工检测中，水银温度计大多数用于检测液体、气体和粉状固体的温度。

②酒精温度计是利用酒精热胀冷缩的性质而制成的温度计。在1个标准大气压下，酒精温度所能测量的最高温度为78℃。由于温度计的内压强一般都高于1个标准大气压，所以酒精温度计的量程大于78℃。是利用酒精热胀冷缩的性质制成的温度计。在1个标准大气压下，酒精温度计所能测量的最高温度一般为78℃。在北方寒冷的季节通常会使用酒精温度计来测量温度，这是因为水银的冰点是-39℃，在寒冷地区可能会因为气温太低而使水银凝固，无法正常进行温度测量。酒精的冰点为-114℃，不必担心这个问题。

由于酒精安全性比水银好，其78℃的上限和-114℃的下限完全能满足测量体温和气温的要求，但由于酒精温度计的误差比水银温度计大，因此，在测量温度要求比较精确的场合时，仍然主要用水银温度计。

③贝克曼温度计是精密测量温度差值的温度计，水银球与贮汞槽由均匀的毛细管连通，其中除水银外是真空。刻度尺上的刻度一般只有5℃或6℃，最小刻度为0.01，用读数望远镜可以估计到0.001℃。由于测量的起始温度可以调节，所以可以在-20～125℃范围内使用。如起始温度调至20℃时，可检测20～25℃范围内的温差；起始温度调至30℃时，可检测30～35℃范围内的温差。

贝克曼温度计的刻度有两种标法：一种是最小读数刻在刻度尺的上端，最大读数刻在下端，用来测量温度下降值，称为下降式贝克曼温度计；另一种正好相反，最小读数刻在刻度尺的下端，最大读数刻在上端，用来测量温度上升值，称为上升式贝克曼温度计。现在还有更灵敏的贝克曼温度计，刻度标尺总共为1℃或2℃，最小的刻度为0.002℃。

2.压力式温度计

（1）压力式温度计的工作原理　压力式温度计属于气体膨胀式温度计，是利用密闭容积内工作介质的压力随着温度变化的性质，来测量温度的一种机械式测温仪表。这种温度计具有结构简单、价格便宜，可实现就地指示或远距离测量，仪表上的刻度清晰，对使用环境条件要求不高，维修工作量较少等优点。但也存在时间常数较大、准确度不高等缺点。

压力式温度计适用于对温泡材料无腐蚀作用的液体、气体和蒸气的温度检测，并能做到自动记录、信号远传，以及报警、控制和自动调节。

压力式温度计是依据系统内部工作物质的体积或压力随着温度变化的原理进行工作的，如图3-8所示。

仪表的封闭系统由温泡、毛细管和弹性元件组成，内充工作物质。在进行检测温度时，将温泡插入被测温的介质中，由于受介质温度的影响，温泡内部工作物质的体积（或压力）发生变化，经毛细管将此变化传递给弹性元件，弹性元件产生变形，自由端产生位移，借助于传动机构，带动指针在刻度盘上指示出温度数值。

（2）压力式温度计类型与结构　压力式温度计主要有指示式压力温度计、记录式压力温度计、报警式压力温度计和调节式压力温度计等多种类型。

压力式温度计的典型结构如图3-9所示，主要是由温泡、毛细管和弹簧压力计（表壳、指针、刻度盘、弹簧管、传动机构）3个基本部分组成。测量温度时将温泡插入被测介质中，按一定规律将温度变化成温泡内工作介质的压力变化，此压力经毛细管传给弹簧压力计，压力计则以温度刻度指示出被测温度值。弹簧压力计作为指示仪表，毛细管为连接导管，而温泡则为感温元件，它是将温度转换成压力的传感器。

压力式温度计的温泡是直接感受温度的敏感元件且插入被测介质中，所以要求温泡热惰性较小并能抵抗被测介质的侵蚀。此外，温泡材料应有尽可能大的导热系数，温泡及套管材料多用黄铜或钢，对于腐蚀性介质可用不锈钢。

压力式温度计的毛细管是将温泡内部工作介质体积或压力的变化，传给弹性元件的中间导管，主要起延伸测温点到表头距离的作用。毛细管的内径为0.15～0.50mm，长度为20～60m，一般月铜或钢冷拉成为无缝管。为了防止将毛细管碰伤，在毛细管的外面套上金属蛇形管。

弹性元件是利用材料本身的弹性性能及其结构特性来完成一定功能的元件，压力式温度计中的弹性元件是将工作物质体积或压力变化转变成位移的核心元件。压力式温度计的弹性元件主要是弹簧管、波纹管和膜盒。

压力式温度计的传动机构是将弹性元件自由端的位移加以变换或放大，以带动显示环节或控制机构。

（3）压力式温度计的发展　随着对建筑节能检测工作的重视，压力式温度计的研制也得到不断更新和发展。经过广大科技工作者的共同努力，我国研制成功了新一代液体压力式温度计，以及由此开发的系列化测温仪表，从而克服了原来仪表性能单一、可靠性差以及温包体积大的缺点，并将测温元件体积缩小到原来的1/30或1/60，创造性地将传感器热电阻安装于测温元件内，实现了机电一体化的测温功能。形成了以液体压力式温度计为基本测温仪表的远传、防震、防腐、电接点、温度信号变送等多功能系列化温度仪表。

新一代液体压力式温度计的原理是基于密闭测温系统内蒸发液体的饱和蒸气压力和温度之间的变化关系，而进行温度测量的。当温包感受到温度变化时，密闭系统内饱和蒸气产生相应的压力，引起弹性元件曲率的变化，使其自由端产生位移，再由齿轮放大机构把位移变为指示值，这种温度计具有温泡体积小，反应速度快、灵敏度高、读数直观等特点，几乎集合了玻璃棒温度计、双金属温度计、气体压力温度计的所有优点，它可以制造成防震型液体压力温度计、防腐型液体压力温度计。

3.双金属温度计

（1）双金属温度计的特点和原理　双金属温度计是属于固体膨胀式温度计，这种温度计具有结构简单、比较紧凑、牢固可靠、刻度清晰、容易读数、价格低廉、抗振性强、便于维护等明显的优点，同时还没有水银的危害，是一种可以部分取代玻璃管液体水银温度计。双金属温度计的温度检测范围一般为-80～600℃，最低可达-100℃，精度为1～2.5级，最高可达0.5级。

双金属温度计的感温元件是双金属片。双金属片是将膨胀系数差别比较大的两种金属焊接在一起的双层金属片，一端固定，一段自由，并连接指针轴。当温度升高时，膨胀系数大的金属片的伸长量大，致使整个双金属片向膨胀系数小的金属片的一面弯曲。温度越高，弯曲程度越大。也就是说，双金属片的弯曲程度与温度的高低有对应的关系，从而可用双金属片的弯曲程度来指示温度。通常，将双金属片中膨胀系数小的一层称为被动层，将膨胀系数大的一层称为主动层。

（2）双金属温度计的结构和种类　双金属温度计的结构组成如图3-10所示，主要是由刻度盘、指针、指针轴、表壳、感温元件、活动螺母和固定端组成。

双金属温度计按其形状不同，可以分为盒式双金属温度计和杆式双金属温度计两种。盒式双金属温度计，感温元件通常为平螺旋双金属带，无保护管，感温元件直接安装在仪表壳内，如室温温度计、表面温度计及某些专用温度计等。

杆式双金属温度计，感温元件通常为直螺旋形双金属片，感温元件置于保护管内，在建筑节能检测中所用的双金属温度计，大多数都属于这种杆式温度计，如图3-11所示。

杆式双金属温度计，根据指示部分与保护管连接方式不同，又可分为轴向型杆式双金属温度计、径向型杆式双金属温度计和135°角型杆式双金属温度计3种基本形式，如图3-12所示。另外还有一种刻度盘平面与保护管轴线夹角可调的双金属温度计。

轴向型杆式双金属温度计的刻度盘平面是与保护管成垂直方向（90°）连接的，如图3-12（a）所示；径向型杆式双金属温度计的刻度盘平面是与保护管成平行方向连接的，如图3-12（b）所示；135°角型杆式双金属温度计的刻度盘平面是与保护管成135°角方向连接的，如图3-12（c）所示。

按照安装固定的方式不同，双金属温度计又可分为无固定装置双金属温度计、可动外螺纹双金属温度计、可动内螺纹双金属温度计、固定外螺纹双金属温度计和固定法兰双金属温度计5种。

按照仪表的外壳不同，双金属温度计可分为普通型双金属温度计和防水型双金属温度计两种。此外，双金属温度计还可分为带附加装置双金属温度计和不带附加装置双金属温度计两种。

（三）热电式温度计

以上所介绍的膨胀式温度计，属于是接触式温度计，这类温度计虽然造价比较低，但大多数信号不能进行运距离传送，也不能与其他信号相连作为信息做进一步处理。因此，在温度检测中常采用热电式温度计。

热电式温度计又称为热电式温度传感器，这类温度计是利用当温度变化时，材料的电特性发生变化的性质来检测温度。在建筑节能的实际检测中主要有热电阻温度计和热电偶温度计两大类。

1.热电阻温度计

（1）热电阻温度计的工作原理　热电阻温度计是利用电阻与温度呈一定函数关系的金属导体或半导体材料制成的。当温度发生变化时，电阻也随着温度变化而变化，将变化的电阻值作为信号输入显示仪表及调节器，从而实现对被测介质温度的检测或调节。简单地讲，热电阻温度计的工作原理是基于金属导体的电阻值随温度的变化而变化这一特性来进行温度测量的。

（2）热电阻材料及常用热电阻　制作热电阻的材料一般需要满足电阻温度系数要大，即要有较大的电阻率，在整个温度范围内具有稳定的物理化学性质和良好的复现性，电阻值与温度最好呈线性关系，成为光滑的曲线关系，以便刻度标尺分度和进行读数等特点。热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。因此，温度检测中常用的热电阻有铂电阻温度传感器、铜电阻温度传感器、镍热电阻温度计及热敏电阻（半导体）温度计等。

①铂电阻温度与电阻之间的关系，在0～850℃范围内可按式（3-7）进行计算：

R_t=R₀（1+At+Bt²）　　        （3-7）

式中　R_t ——温度为t℃时的电阻值，Ω；

        R₀ ——温度为0℃时的电阻值，Ω；

        A——系数，A=3.9083×10^-3℃^-1；

        B——系数，B=5.7750×10^-7℃^-2。

②铜电阻温度与电阻之间的关系，在-50～150℃范围内可按式（3-8）进行计算：

R_t=R₀（1+α₀t）　　        （3-8）

式中　R_t ——温度为t℃时的电阻值，Ω；

        R₀ ——温度为0℃时的电阻值，Ω；

        α₀ ——0℃以下铜电阻温度系数，α₀=4.280×10^-3℃^-1。

③热敏电阻温度计是利用半导体的电阻随着温度变化而改变的特性制成的温度计。热敏电阻按其性能不同，可分为负温度系数（NTC）型热敏电阻、正温度系数（PTC）型热敏电阻、临界温度系数（CTR）型热敏电阻3种。这种热敏电阻在较小的范围内，其电阻温度特性关系可用式（3-9）表示：

　　        （3-9）

式中　R_T、R₀——温度T、T₀时的电阻值，Ω；

        B——热敏电阻材料常数，K，一般取2000～6000K；

        T、T₀——热力学的温度，K。

热电阻温度计具有体积较小、热惯性小、结构简单、化学稳定性好、机械性能强、准确度高、使用方便等优点，它与显示仪表或调节器配合，可以实现远距离显示、记录和控制。但是，这种温度计复现性和互换性较差，非线性比较严重，检测温度范围窄，目前一般仅能达到-50～300℃。

2.热电偶温度计

热电偶温度计是工业生产自动化领域应用最广泛的一种测温仪表，某些高精度的热电偶被用作复现热力学温标的基准仪器。热电偶温度计由热电偶、显示仪表及连接两者的中间环节组成。热电偶是整个热电偶温度计的核心元件，能将温度信号直接转化成直流电势信号，便于温度信号的传递、处理、自动记录和集中控制。

热电偶温度计具有性能稳定、结构简单、使用方便、动态响应快、经济耐用、测温范围广、精度较高和容易维护等特点，这些优点都是膨胀式温度计所无法比拟的。一般情况热电偶温度计被用来测量-200～1600℃的温度范围，某些特殊热电偶温度计可以测量高达2800℃的高温或低至4K的低温。在建筑节能温度检测中，热电偶是用得最多的感温元件。

（1）热电偶温度计测温的基本原理　热电偶温度计检测温度的基本原理是热电效应。两种不同成分的导体（称为热电偶丝材或热电极）两端接合成回路，当接合点的温度不同时在回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应，而这种电动势称为热电势。热电偶就是利用这种原理进行温度测量的，其中直接用作测量介质温度的一端叫作工作端（也称为测量端），另一端叫作冷端（也称为补偿端）；冷端与显示仪表或配套仪表连接，显示仪表会指出热电偶所产生的热电势。

热电偶温度计是通过测量电势而实现测量温度的一种感温元件，也是一种变换器，它能将温度信号转变成电信号，再由显示仪表显示出来。

（2）热电偶温度计的技术特性　热电偶温度计的技术特性主要包括热电偶热电势的允许偏差、热电偶的时间常数、热电偶的工作压力、热电偶的最小插入深度、热电偶的绝缘电阻等。热电偶的时间常数如表3-2所列，热电偶的绝缘电阻如表3-3所列。

　　注：具有双层以上瓷保护管的热电偶，其时间常数可大于180s。

（3）国际上标准化的热电偶　常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所谓标准热电偶是指国家标准规定了其电势与温度的关系、允许误差，并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的温度测量。

我国自1988年1月1日起，热电偶和热电阻全部按照IEC国际标准生产，并指定S、B、E、N、K、R、J、T等标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。常用标准化热电偶的技术数据见表3-4。

除表3-4中所列的常用标准化热电偶外，还有一些非标准化热电偶，主要有铂铑系、铱铑系、钨铼系、金铁热电偶和双铂钼热电偶等。

（4）铠装热电偶温度计　铠装热电偶温度计是由热电极、绝缘材料和金属套管3部分组成，并经拉伸而制成的坚实组合体，也称为套管热电偶。铠装热电偶温度计作为温度测量和控制的传感器与显示仪表配套，以直接测量和控制生产过程中气体、液体和蒸气的温度。不仅用于发电厂管道测温，同时也用于其他工业部门的测温。

铠装热电偶温度计的主要特点是：时间常数小、反应速度快；能够在热容量非常小的被测物体上准确测温，测温精度较高；可挠性很好，可适应复杂结构的安装要求；机械性能良好，能耐强烈的振动和冲击；不易受到有害介质的腐蚀，寿命较普通热电偶长；插入长度可以根据实际需要任意选择，测温中如果被破坏，可以将损坏部分截去，重新焊接后便可使用；可以作为感温元件装入普通热电偶保护管内使用；节省材料（特别是贵金属），从而可降低成本；易于做成特殊用途的形式，其长短可根据实际需要制作，最长可达10m，最短可为100mm以下，外径最细可达0.25mm。

在建筑节能温度检测中，除了常用的双芯铠装热电偶外，还可以制成单芯或四芯产品。

（5）专用热电偶温度计　专用热电偶温度计是指专门用于特殊环境、特殊条件、特殊介质下测温用的热电偶温度计。目前，常用的专用热电偶温度计主要有表面热电偶温度计、检测熔融金属的热电偶温度计、检测气流温度的热电偶温度计、多点式热电偶温度计和薄膜热电偶温度计等。

1）表面热电偶温度计　表面热电偶温度计是指由表面温度传感器和显示仪表构成的温度计，是一种用来检测各种状态的固体表面温度用的感温元件。表面温度传感器可以是热电偶，也可以是热电阻。显示仪表可以是通常使用的热电偶或热电阻显示仪，或数据记录仪，或计算机数据采集系统。

表面温度传感器是构成表面温度计的关键性器件，其性能优劣直接决定的表面温度计的性能优劣。通常表面温度传感器是一种专用的温度传感器，必须是具有极薄厚度的片状外形，以避免由于传感器的自身形状导热干扰原温度场而引起测量误差。

表面热电偶温度计是一种便携式温度计，具有携带方便、读数直观、反应较快、价格便宜等特点。目前已定型生产并广泛应用的温度计有弓形表面温度计、针形表面温度计、凸形表面温度计、滚珠轴承式表面温度计等。

①弓形表面温度计。温度计弓形表面温度计检测端制成弓形探头并具有一定的弹性，主要用于测量圆柱形或球形静态固体表面的温度。温度计用热电偶为镍铬-镍硅及 镍铬-考铜热电偶。温度计由焊在一起的扁带形热电极组成的热电偶、补偿导线及温度指示仪表组成。弓形表面温度计的结构如图3-13所示。

②针形表面温度计。针形表面温度计是一种结构简单、测温容易的测量温度的工具，其测量端制成针状的探头，适用于检测静态固体金属表面的温度。针形表面温度计的结构如图3-14所示。

③凸形表面温度计。凸形表面温度计的感温元件为镍铬-铜镍，并带有显示仪表。这种温度计是将感温元件固定在支架的凸头上组成测温探头，探头可以方便地调节和旋转，以便于检测不同方位的固体平面的温度。凸形表面温度计的结构如图3-15所示。

④滚珠轴承式表面温度计。滚珠轴承式表面温度计主要是用来检测转动物体表面的温度，其探头处装有四只滚轮，可与被检测物体间产生滚动，以减小表面温度计的磨损。目前常用的有WREA-21M型滚珠轴承式表面温度计和WREA-22M型滚珠轴承式表面温度计，其结构如图3-16所示。

我国定型生产的便携式表面热电偶温度计的型号、规格及性能如表3-5所列。

2）检测熔融金属的热电偶温度计　检测熔融金属的热电偶温度计，主要有快速微型热电偶温度计和浸入式热电偶温度计。

①快速微型热电偶温度计。快速微型热电偶温度计，也称为消耗式热电偶温度计。这种温度计通常用于检测钢水、铁水和其他熔融金属的温度。其测量的上限为1700℃，时间常数小于4s。快速微型热电偶温度计的工作原理和一般热电偶温度计相同。测量系统的结构如图3-17所示。

快速微型热电偶温度计的主要特点是测量元件体积很小，每次测量完毕后要进行更换。

②浸入式热电偶温度计。浸入式热电偶温度计主要由钢管、石墨管、石英保护管和滚轴等组成，其结构图如图3-18所示。热电偶装在较长的钢管中，为了经常住熔融金属及炉渣的侵蚀，钢管前端外面还应套有耐高温、抗振性好的石墨套管，并选用石英管作为热电偶的保护套管。浸入式热电偶温度计常用于钢水、铁水、铜水和银水等温度的检测。

3）检测气流温度的热电偶温度计　高温气流温度的一般测量方法，是采用普通热电偶直接测量，通常会产生较大的误差。因为用普通热电偶检测气流温度时，气流流速和传热的影响很大，为了减少速度误差和辐射误差，检测气流温度的热电偶通常应装有屏罩。屏罩式热电偶温度计如图3-19所示。

4）多点式热电偶温度计　多点式热电偶温度计是由数支不同长度的铠装热电偶所构成，它的突出特点是：可以在同一方位同时检测多个点的温度。多点热电偶温度计适用于生产现场存在温度梯度不显著，须同时测量多个位置或位置的多处测量。多点式热电偶温度计的结构，如图3-20所示。多点式热电偶温度计的型号和规格如表3-6所列。

5）薄膜热电偶温度计　薄膜热电偶温度计是由两种热电偶材料粘贴或蒸镀于基片上而组成的一种特殊热电偶温度计。根据两种热电偶材料不同，薄膜热电偶温度计的品种有铁-镍薄膜热电偶温度计、铁-康铜薄膜热电偶温度计和铜-康铜薄膜热电偶温度计等。薄膜热电偶温度计的结构如图3-21所示。

我国生产的铁-镍薄膜热电偶温度计与普通电偶温度计的热电特性相同，时间常数小于0.01s，薄膜的厚度在3～ 6mm之间，其长、宽、高分别为60mm、6mm、0.2mm，使用时用黏结剂贴在被测温物体的壁面上，由于受黏结剂耐热性的影响，只能在200～300℃范围内使用，如果使用耐热性能更高的的黏结剂，其使用温度的范围还可以进一步提高。

薄膜热电偶温度计常用的材料、检测范围及用途如表3-7所列。

（四）辐射式温度计

辐射式温度计是利用物体的辐射能随其温度的变化而变化的原理而制成的一类测温仪表，这类辐射式测温仪表在测量物体温度时有3个突出特点：①它只需把温度计对准被测物体，而不必与被测物体相接触，②可以测量运动物体的温度，并且不破坏被测对象的温度场，③由于感温元件所接收的是辐射能，感温元件的温度就不必达到被测温度。所以从理论上热辐射实际就是一种电磁波，实际上是依据物体辐射的能量来检测温度的，辐射式温度计的测温范围一般在400～3200℃之间。

以黑体辐射测温理论为依据的辐射式测温仪表的种类很多，依据其测温方法不同，可分为亮温法、色温法和全辐射温度法。以亮温法测温的有光学高温计、光电温度计和红外温度计；以色温法测温的有比色高温计；以全辐射测温的主要有全辐射温度计（如WFT-202型辐射感温器）。各种测温方法的种类及特点如表3-8所列。

根据辐射测温的亮温法、色温法和全辐射温度法，对应的辐射测温仪表的优缺点比较及用途如表3-9所列。

1.光学高温计

光学高温计是依据亮温法进行测温的一种非接触式测温仪表，是目前高温检测中应用较广的一种测温仪表，主要用于金属的冶炼、铸造、锻造、轧钢、热处理以及玻璃、陶瓷耐火材料等工业生产过程的高温检测。

光学高温计是基于亮度平衡原理来实现测温的仪表。基于亮度平衡原理因为根据物理学的理论我们知道：一般物体在高温状态下是会发光的，也就是说对应一定的高温，物体具有一定的亮度，而物体的亮度又总是与物体的辐射强度成正比的。

由于用光学高温计可以不与被测物体接触，而是通过被检测物体与温度有关的物理参数来求得被测温度，所以这种测温方法被称为非接触测温法。但是，光学高温计在建筑节能检测中应用很少。

2.光电温度计

光电温度计是为解决亮度自动平衡、快速测温、消除视差等而研制的一种辐射式测温仪表，它是随着科学技术的不断进步，光电元件的出现，在光学高温计的理论基础上发展起来的一种新型辐射式测温仪表。

光电温度计采用光电器件代替人的肉眼，进行亮度平衡，感受辐射源的亮度温度的变化，从而达到自动平衡、连续检测的目的。

目前应用的光电器件有光敏电阻器和光电池两种。光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大，一般用于光的测量、光的控制和光电转换，主要用于100～700℃以上的高温检测。光电池是一种在光的照射下产生电动势的半导体元件，光电池的种类很多，常用有硒光电池、硅光电池和硫化银光电池等。光电池主要用于仪表、自动化遥测和遥控方面。

光电温度计也是一种亮度法测温仪表。由于它是用光电元件代替人的肉眼作敏感元件，从而避免了人眼判断的主观误差，不仅可以实现自动检测，而且不受人眼光谱敏感范围的限制，可以扩展测温的范围，如果与滤光片配合则可以优选测温波段。

3.红外测温仪

常用的红外测温仪是一种非接触式的测温仪表，采用平衡比较法测量物体辐射能量以确定温度值，主要适用于工业生产流程中快速测量静止或运动中的物体表面温度。红外测温仪的测温原理是将物体发射的红外线具有的辐射能转变成电信号，红外线辐射能的大小与物体本身的温度相对应，根据转变成电信号大小，可以确定物体的温度。红外线测温仪原理，如图3-22所示。

红外测温仪作为辐射式测温的一个组成部分，其特点仅仅是所用的敏感元件是红外元件，或者是对可见光都敏感的元件。这样，红外测温仪就可以将测温下限延伸到-50℃以下的低温，同时还可以避免气体介质的吸收对检测准确度的影响。此外，运用红外技术的所谓热像仪，可以探测整个温度场的温度分布情况，是目前建筑节能工程检测中热工缺陷检测的重要手段。

4.比色温度计

比色温度计也称为双色温度计，这种温度计是通过测量两个波长的单色辐射亮度之比值来确定物体温度的仪表，属于非接触式温度传感器。根据黑体辐射基本定律的维恩公式，温度为T的黑体，当黑体的两个波长λ₁和λ₂的辐射亮度之比等于实际物体的相应亮度比时，黑体的温度就称为实际物体的比色温度。对于绝对黑体和灰体，比色温度即为真实温度。对于不满足绝对黑体和灰体辐射条件的实际物体还应采用修正方法来求出真实温度。

比色温度计可分为单通道式比色温度计和双通道式比色温度计两种。由于比色温度计能避开选择性吸收的影响，可用于连续自动检测钢水、铁水、炉渣和表面没有覆盖物的高温物体的温度。

5.辐射式高温计

辐射式高温计是一种非接触式简易辐射测温仪表，它是根据物体的热辐射效应原理来测量物体表面温度的，因此凡是按照物体全辐射的热作用来检测其温度的仪器都称之为辐射高温计。辐射式高温计是由辐射感温器和显示仪表所组成的。

热辐射温度是以物体的辐射强度与温度形成一定的函数关系为基础的，辐射式高温计就是依据物体发射出的全辐射能来检测温度的仪表。由于这种测温计仅接受到能透过中间介质和透镜的某些波段，实际上这种辐射式高温计检测的并不是发热体所有波长的能量，因而辐射式高温计是一种“部分”辐射高温计，习惯上称之为辐射温度计。

辐射式高温计适合于冶金、机械、石油、化工等部门，用来检测各种熔炉、高温窑、盐浴炉、油炉和煤气炉的温度，也可用于其他不适宜装置热电偶但符合辐射温度计使用条件的地方。

（五）超声波测温仪表

科学研究和测温实践表明，用超声波测温是一种利用非接触式测温方法进行检测的新技术。超声波测温与传统的测温方法相比，可以达到更快速、更精确、测温范围更宽的要求，以满足工业生产、科学研究中温度精确测量和在线控制的需要，特别是在高温和恶劣的测温环境中更显示出它的优越性。

1.超声波测温仪表的分类

超声波测温技术是建立在介质中的声速与温度的相关性基础上的。按其测温方法不同可分为两大类：一类是声波直接通过被测介质，即以介质本身作为敏感元件（如超声气温计等），这类超声波测温仪表具有响应快、不干扰温度场的特点；另一类是使声波通过与介质呈热平衡状态的敏感元件（如石英温度计、细线温度计等）。

2.超声波测温的基本原理

超声波测温计的测温原理是通过直接测量声波在气体介质中的声速来检测温度的。在理想气体中声波的传播速度c可用式（3-10）计算：

c=γRT/M　　        （3-10）

式中　γ——定压比热容和定容比热之比；

        R——气体常数；

        T——热力学温度，K；

        M——分子量。

当声波在气体中进行传播时，气体的气压、流速、温度等因素都会影响其声速，但对空气来说，影响声速最主要、最敏感的因素是温度T，声速与温度之间的关系可用式（3-11）表达：

c=20.067T^0.5　　        （3-11）

由于T= t+273.15（K），则所测气体的温度t可用式（3-12）进行计算：

t=c/402.684-273.15　　        （3-12）

从以上可以看出，只要检测出声速，就可以通过式（3-12）算出被气体的温度。检测声速的方法很多，有脉冲时间传播法、回鸣法、相位比较法、共振法等。超声波气体温度计是采用共振法，它是通过检测相对设置的两块板之间的空气柱的共振频率来求出声速，从而计算出温度。

共振跟踪式超声波气温计能自动跟踪共振频率，从而克服了因温度变化引起声速变化而产生的检测误差，因此这种气温计特别适用于遥测和遥控。

（六）光导纤维测温仪表

近年来，传感器朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的方向发展。在这一过程中，光纤传感器这个传感器家族的新成员备受青睐。光纤具有以下优异性能：抗电磁干扰和原子辐射的性能，径细、质软、质量轻的机械性能；绝缘、无感应的电气性能；耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等，它能够在人达不到的地方（如高温区、对人有害的地区、核辐射区），起到人的耳目作用，而且还能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。

光纤传感器的基本工作原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器，使待测参数与进入调制器的光相互作用后，导致光的光学性质（如光的强度、波长、频率、相位、偏正态等）发生变化，称为被调制的信号光，在经过光纤送入光探测器，经解调后，获得被测参数。

光纤传感器可以应用于对磁、声、压力、温度、加速度、位移、液面、转矩、光声、电流和应变等物理量的测量。光纤传感器的应用范围很广，几乎涉及国民经济和国防上所有重要领域和人们的日常生活，尤其可以安全有效地在恶劣环境中使用，解决了许多行业多年来一直存在的技术难题，具有很大的市场需求。

光纤传感技术在温度检测早的应用也取得很大成果，利用不同原理研制成功的光纤传感器的种类很多，如晶体光纤温度传感器、半导体吸收光纤温度传感器、双折射光纤温度传感器、光路遮断式光纤温度传感器、荧光光纤温度传感器、辐射式光纤温度传感器等。

由辐射式光纤温度传感器构成的辐射式光纤温度计，是属于一种非接触式光纤温度计，它依据光纤接收被测物体辐能量来确定被测物体温度的仪器，是基于全辐射体的原理来工作的。20世纪70年代，美国Vanzette红外和计算机公司，首先生产了带光导纤维探头的辐射温度计，即在检测头前面加装了一段光导纤维，并在其前端装一小视角透镜。这样，被测物体的辐射能经透镜到光导纤维内，在光导纤维里面经过多次反射传至检测器。

20世纪80年代，在国内，清华大学、浙江大学及西安电子科技大学等高校也开展了光纤高温传感器方面的研究。清华大学周炳琨等于1989年1月申请了光纤黑体腔温度传感器专利。863计划项目之一，浙江大学物理系沈永行等人所研制的蓝宝石黑体腔光纤传感器，采用高发射率的陶瓷高温烧结制成的微型光纤感温腔，具有良好的长期稳定性和较高的测试精度；其静态测温范围为500～1800℃，测温精度优于±0.2%，已开始少量应用，并正在进一步推广之中。但总的来说，国内的工作多集中在静态高温测试中，动态测试研究较少。

经过测温实践证明，光导纤维测温仪表是一种具有广阔发展前景的测温工具，不仅不受电磁的干扰，电气绝缘性良好，而且对被测物体不产生影响，有利于提高测量的精度，易于实现远距离测控。

（七）激光载波测温仪表

激光是指由受激发射的光放大产生的辐射，激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后人类的又一重大发明。激光载波测温是利用激光作为载波，用温度信息调制激光，然后把含有温度信息的激光通过空间传播到接收部分，经信号处理达到检测温度的目的。

激光载波测温系统由发射和接收两部分组成，激光载波测温系统如图3-23所示。

图3-23的左边为发射装置，它由感温元件、频率调制、强脉冲发生器和激光器等4个单元组成，它的主要作用是用温度信号调制激光，使激光器的输出频率与温度相对应。感温元件为具有负电阻温度系统的热敏电阻，其电阻值随着温度的升高而减小。热敏电阻与频率调制单元共同组成温控变频振荡器，其输出频率随着温度的变化而变化。此频率信号送入强脉冲发生器，控制半导体激光器发出激光脉冲。该激光脉冲通过发射透镜发射给接收部分。

图3-22的左边为接收装置，它由光电变换、放大整形、解调器和显示装置等部分组成，主要实现信号的光电转换、解调和显示。激光脉冲由发射透镜经过空间发射给接收透镜，一般最大发射距离可达到100m。由接收透镜把含有被测温度信息的激光脉冲聚焦后传送给光电元件，由光电元件把光脉冲信号转换成电脉冲信号，此信号经过脉冲放大器放大、整形器整形后到解调器解调。解调过程实际上就是把温度信息从调制波中取出来，再经过放大后送给显示单元显示出被测温度值。

激光检测技术属于非接触式测量技术，与接触式测量温度的方法相比，具有限制更少、效率更高、安全方便、不损伤测量表面、不易受被测对象表面状态影响等优点。

（八）温度采集记录器

单点温度采集记录器是近年来出现的一种自记式温度计，它采用先进的芯片技术，集合了温度传感、记录、传输功能，不需要专门的电源和显示设备，能够适应不同的环境。QCS-01a就是一种性能优良的典型的单点温度采集记录器。

SCQ系列数据采集器是采用单片微机为核心的智能化仪表。具有结构简单，测量精度高，抗干扰性强，使用方便等特点。属于节能建筑达标专用现场检查仪表，并配有数据通讯及能耗评价软件。适用于建筑节能领域的数据采集，领域的数据采集，计量及节能评价。QCS-01a温度采集记录器的主要性能指标如表3-10所列。

另外，我国研制的BES-01温度采集记录器是基于单片机技术研制开发的新一代超低功耗测试仪表，由电池进行供电，具有测温范围宽、精度高、存储量大、连续测量时间长、运行费用低、配套软件功能完善等特点。该温度采集记录器采用一体化结构，体积小、质量轻、不需现场接线，不受距离限制，使用极为方便。适用于节能建筑现场测试中的室内、外温度采集、环境监测、科研测试等场合。

二、流量常用检测仪表

流量检测是建筑节能检测中的重要组成部分，随着流量检测技术的快速发展，用于流量检测的仪表很多，如差压式流量计、靶式流量计、转子流量计、椭圆齿轮流量计、涡轮式流量计、电磁流量计、质量流量计等。

（一）差压式流量计

1.差压式流量计的测量原理

差压式流量计是根据管道中流量检测件产生的差压，已知的流体和检测件与管道的几何尺寸来计算流量的仪表。差压式流量计是一类应用最广泛的流量计，在各类流量仪表中其使用量占居首位。

差压式流量计的测量原理是：在流动管道上装有一个节流装置，其内装有一个孔板，中心处开有一个圆孔，其孔径比管道内径小，在孔板前流束稳定的向前流动，在流过孔时由于孔径变小，截面积收缩，使稳定的流动状态被打乱，流速必然加快，在节流装置前后产生一个较大的静压差。静压差与流量的大小有关，流量越大，压差越大。因此，只要测出压差就可以推算出流量。把流体流过节流装置流速的收缩造成压力变化的过程称为节流流程，利用上述结构原理来检测流量的仪表称为差压式流量计。

从理论上讲，差压式流量计的测量原理，实际上取不同截面来检测流体流速与压力的变化情况，然后按照伯努利方程推导出流体的体积流量或质量流量。

2.差压式流量计的基本组成

节流装显在导管中使流体收缩而产生压差信号能够表征流过管道的流量大小，这个压差信号还必须由导压管引出，并用相应的压差计来检测，最终才能得到流量的大小。由此可见，一套完整的差压式流量计，应由以下3个部分组成：①将被检测流体的流量变换成压差信号的节流装置；②传输压差信号的信号管路；③检测压差的压差计或压差变送器及显示仪表。

节流装置主要包括节流元件和取压装置。节流元件的形式很多，作为流量检测用的节流元件，有标准节流元件和特殊节流元件两种。标准节流元件主要有标准孔板、标准喷嘴和标准文丘里管，对于标准节流元件，在计算时都有统一标准的规定、要求和计算所需的有关数据、图表及程序。

特殊节流元件也称为非标准节流元件，如双重孔板、偏心孔板、圆缺孔板、1/4圆缺喷嘴等。它们可以利用已有的实验数据进行估算，但必须用实验方法进行单独标定。特殊节流元件主要用于特殊介质或特殊工况条件的流量检测。

由于节流的类型和功能有所区别，其取压装置也各有不同，而且由于取压的位置不同，在同一流量下的压差大小也不相同。如标准节流装置则包括角接取压、法兰取压、径距取压、理论取压和管接取压等5种取压位置。

（1）角接取压　角接取压即取压接管正好在孔板的前后与管道的夹角处，一般有两种方式。图3-24中的上半部分为环式取压结构，下半部分为单独钻孔取压结构。取压管上、下游取压孔的轴线距孔板上、下游的距离，分别等于取压管的半径或取压环宽度的一半，取压位置见图3-24中的1-1截面。

（2）法兰取压　法兰取压即取压接管安装在法兰上，上、下游侧取压孔的轴心线分别位于孔板前、后端面24.5mm±0.8mm的位置上，取压位置见图3-24中的2-2截面。

（3）径距取压　径距取压也称为D-D/2取压法，上游侧取压轴心线距孔板端距离为1倍管道直径，下游侧取压轴心线距孔板端距离为0.5倍管道直径，取压位置见图3-24中的3-3截面。

　　（4）理论取压　理论取压即上游取压孔中心轴线距孔板前端面为10.1倍的管道直径，下游取压孔轴心线距孔板端面的距离取理论上流束最小截面处，其位置与孔径比及管道截面直径有关，取压位置见图3-24中的4-4截面。

（5）管接取压。管接取压即上游侧取压轴心线距孔板前端距离为2.5倍管道直径，下游侧取压轴心线距孔板前端距离为8倍管道直径，取压位置见图3-24中的5-5截面。

3.差压式流量计标准节流装置

差压式流量计使用历史悠久，对节流装置的研究也比较充分，实验数据资料比较齐全，各国已经把某些形式的节流装置标准化，并把这些标准形式的节流装置称为“标准节流装置”，制定相应的国家标准和规程。目前国际标准已做出规定的标准节流装置有：角接取压标准孔板、法兰取压标准孔板、径距取压标准孔板、角接取压标准喷嘴、径距长距喷嘴、文丘里喷嘴和古典文丘里管等。几种常见的节流装置如图3-25所示。

节流装置包括节流件、取压装置和符合要求的前后直管段。标准节流装置是指节流件和取压装置都标准化，节流前后的检测管道符合有关规定，这类节流装置是通过大量试验总结出来的，在检测中所取得的试验结果是可靠的。

标准节流装置一经设计和加工完毕，便可以直接投入使用，不需要再进行单独标定。这意味着，在标准节流装置的设计、加工、安装和使用中，必须严格按照规定的技术要求、规程和数据进行，以确保流量检测的准确性。

标准节流装置的检测精度如何，影响因素很多，主要包括标准节流件、取压装置、管道条件和安装要求。

（1）标准节流件

①标准孔板的结构及技术要求。标准孔板的结构如图3-26所示，它是一块具有与管道轴同心的圆开孔，其直角入口边的边缘是非常尖锐的金属薄板。用于不同管道内径的标准孔板，其结构形式基本相似。标准孔板要求旋转对称，上游侧孔板端面上的任意两点间连线应垂直于轴线，其技术指标应符合《用安装在圆形截面管道中的差压装置测量满管流体流量》（GB/T 2624—2006）中的规定。主要包括以下几个方面。

a.标准孔板的节流孔直径d是一个极其重要的技术指标，在任何情况必须满足下述要求，即d≥12.5mm和0.2≤d/D≤0.75同时节流孔的直径d应进行实测，实测时至少应测量4个直径，并要求4个直径的分布应有大致相等的角度。取4个直径测量结果的平均值作为节流孔板直径d的实测值。并且要求任意一个单测值与平均值之差不得超过直径平均值的±0.05%。节流孔应为圆筒形并垂直于上游端面A。

b.上游边缘G应是尖锐的（即边缘半径不大于0.0004d，无卷口、无毛边、无目测可见的任何异常；下游边缘H和I的要求可低于上游边缘G，允许有小的缺陷）。

②标准喷嘴的结构及技术要求。标准喷嘴的结构形状如图3-27所示，主要由5部分组成，即进口端面A、第一圆弧曲面c₁、第二圆弧曲面c₂、圆筒形喉部e、圆筒形喉部的出口边缘保护槽H。

标准喷嘴的具体技术要求如下。

a.标准喷嘴的进口端面A应位于管道内部的上游侧喷嘴端面的入口平面部分，其圆心应在轴心上，以直径1.5d的圆周和管道内径D的圆周为边界，径向宽度为D-1.5d，在此范围内应是平面并垂直于旋转轴线。

当β=2/3时，该平面的径向宽度为零，即D=1.5d。当β>2/3时，直径为1.5d的圆周将大于管道内径D的圆周，在管道的内部，该平面因被环室或法兰遮盖，在这种情况下，必须将上游侧喷嘴端面去掉一部分，以使其圆周与管道内径D的圆周相等，如图3-27（b）所示。

A面应比较光滑，表面粗糙度的峰谷之差不得大于0.003d，或其表面光洁度不得低于∇6。

b.喷嘴入口收缩部分第一部分圆弧曲面（c₁）的圆弧半径为r₁，并与A面相切，符合下列要求：当β≤0.5时，r₁=（0.2±0.02）d；当β>0.5时，r₁=（0.2±0.02）d；r₁的圆心距A面0.2d，距旋转轴线0.75d。

c.第二圆弧面（c₂）的圆弧半径为r₂，并与c₁曲面和喉部e相切。当β≤0.5时，r₂=d/3±0.02d；当β>0.5时，r₁=d/3±0.02d；r₂的圆心距A面0.3041d，距旋转轴线5/6d。

d.圆管形喉部（e），其直径为d，长度为0.3d。直径d不少于8个单测值的算术平均值，其中4个在喉部的始端，4个在其终端，在大致相等的45°角的位置上测得。d的加工公差要求与孔板相同。

e.圆筒形喉部的出口边缘I应是尖锐的，无毛刺和可见损伤，并无明显的倒角。边缘保护槽H的直径至少为1.06d，轴向长度最大为0.03d。如果能够保证出口边缘不受损伤，也可以不设保护槽。

f.喷嘴厚度E不得超过0.1D。

③文丘里管的技术要求。文丘里管由入口圆筒段、圆锥收缩段、圆筒形喉部和圆锥扩散段组成，其内表面是一个对称旋转轴线的旋转表面，该轴线与管道轴线同轴，并且收缩段和唯部同轴。在进行测量时，压力损失比孔板和喷嘴都小得多。可测量悬浮颗粒的液体，比较适用于大流量流体的测量；但由于加工制作比较复杂，价格昂贵。应用范围为：100mm≤D≤800mm，0.30≤β≤0.75。

（2）标准取压装置　现行国家标准《用安装在圆形截面管道中的差压装置测量满管流体流量》（GB/T 2624—2006）中的规定，标准节流取压方式为：标准孔板为角接取压、法兰取压；标准喷嘴为角接取压。

①角接取压。角接取压就是节流件上、下游的压力在节流件与管壁的夹角处取出。对取压位置的具体规定是：上、下游侧取压孔的轴线与孔板（或喷嘴）上、下游侧端的距离，分别等于取压孔径的一半或取压环隙宽度的一半。

角接取压装置有两种结构形式如图3-28所示。上半部为环室取压结构，下半部为单独钻孔取压结构。环室取压的优点是压力取出口的面积比较大，便于测出平均压差和有利于提高检测的精度，并可缩短上游的直管段长度和扩大β值的范围。但是加工制作和安装要求严格，如果由于加工和现场安装条件的限制，达不到预定的要求时，其检测精度很难保证。所以，在现场使用时为了加工和安装方便，有时不用环室而用单独钻孔取压。

②法兰取压和D-D/2取压。现行标准中规定法兰取压的上、下游侧取压的轴线与孔板上、下游端面A、B的距离分别等于25.4mm±0.8mm。法兰取压装置是设有取压口的法兰，D-D/2取压装置是设有取压口的管段，以及为保证取压口的轴线与节流件端面的距离而用来夹紧节流件的法兰。

法兰取压装置的结构如图3-29所示（上半部分为D-D/2取压口，下半部分为法兰取压口），图中的法兰取压口的间距l₁、l₂是分别从节流件的上下游端面量起的。l₁、l₂的取值如表3-11所列，取压口的直径应小于0.13D，同时小于13mm。取压口的最小直径可根据偶然阻塞的可能性及良好的动态特性来决定，没有任何的限制，但上游和下游取压口应具有相同的直径，并且取压口的轴线与管道的轴线相交成直角。

③标准节流装置的管道和使用条件。标准节流装置的流量系数都是在一定的条件下通过实验取得的。因此，除对节流件、取压装置有严格的规定外，对管道、安装、使用条件也有严格的规定。如果在实际工作中离开了这些规定的条件，则引起的流量检测误差将是难以估计的。

节流装置应安装在符合要求的两段直管段之间。节流装置上游及下游的直管段分为3段，如图3-30所示：节流件至上游第一局部阻力件，其距离为l₁；上游第一个与第二个局部阻力件，其距离为l₀；节流件至下游第一个阻力件，其距离为l₂。标准节流装置对直管l₀、l₁、l₂的具体要求如下。

a.直管段应具有恒定横截面积的圆筒形管道，用目测检查管道应当是直的。

b.管道内表面应清洁，无积垢和其他杂质。节流件上游10D范围的内表面相对平均粗糙度应符合有关规定，对于标准孔板上游管道内壁K/D的上限值规定如表3-12所列。

c.节流装置上、下游侧最短直管段的长度，随着上游侧阻力件的形式和节流件的直径比的不同而不同，最短直管段长度如表3-13所列。表中所列的长度是最小值，实际应用时建议采用比规定的长度更大的直管段。节流装置上的阀门应全部打开，调节流量的阀门应位于节流装置的下游。如果在节流装置上游串联几个阻力件（除全为90°弯头外），则在第一个和第二个阻力件之间的长度l₀可按第二个阻力件的形式，并取β=0.70（不论实际β值是多少）取表中数值的一半，串联几个90°弯头时l₀=0。

　　④标准节流装置的使用条件　由于标准节流装置的技术数据和图表都是在一定的技术条件下，用试验的方法而获得的。因此，为了使标准节流装置在使用时能重现试验时的规律，以保证足够的测量精度，所以必须满足的技术条件是：a.流体必须充满整个管道，并保证其连续流动；b.流体在管道中的流动应当是稳定的，在同一点上的流速和压力不得出现急剧的变化；c.被测介质应当是单相的，且流经节流装置后相态保持不变；d.流体在流进节流件之前，其流束必须与管道轴线平行，不得有旋转流；e.流体流动工况应当是紊流，雷诺数应在一定范围内；f.在节流装置前，必须有足够长的直管段。

⑤标准节流装置流量测量的不确度计算。用标准节流装置测量流量是通过间接方式实现的，即通过差压仪表测出压差，再根据流量公式计算出流量值。这样，标准节流装置流量测量的不确度，不仅受差压仪表精度的影响，还会受到公式中各个量的影响。但是，如果标准节流装置的设计、制造、安装和使用完全按照国家标准的规定进行，则此流量测量的不确定度是可以按规定计算出来的。

国际标准和我国国家标准都规定，标准节流装置流量测量的不确度主要包括：流出系数的不确定度e_c、可膨胀系数的不确定度e_ε、节流孔直径的不确定度e_d、管道直径的不确定度e_D、差压的不确定度e_ΔP、体密度的不确定度e_ρ1。

a.流出系数的不确定度e_c：对于标准孔板，假定β、D、R_e和K/D是已知的，且无误差，则当β≤0.60时e_c=±0.6%；当0.60≤β<0.75时e_c=±β%。

b.可膨胀系数的不确定度e_ε：如果不考虑β、Δp/p₁和k的不确定度，标准孔板的可膨胀性系数的不确定度e_ε=±（4Δp/p₁）%。

c.节流孔直径的不确定度e_d：节流孔直径的不确定度是指在工作条件下的估算值，如果d₂₀和D₂₀符合规范的要求，那么e_d=±0.07%。

d.管道直径的不确定度e_D：节流孔直径的不确定度也是指在工作条件下的估算值，如果d₂₀和D₂₀符合规范的要求，那么e_D=±0.4%。

e.差压的不确定度e_ΔP：由于差压计的准确度为引用误差，所以e_ΔP可用估算式（3-13）进行计算。

e_ΔP=e_ReΔp/Δp₁（%）　　         （3-13）

式中　e_Re——差压计的准确度等级；

        Δp——差压计的量程，Pa；

        Δp₁——差压计实测值，Pa。

原则上应是节流装置有关部件（主要包括差压变送器、引压导管、变送器到显示仪表之间的连接部件和显示仪表本身）的不确定度的总和。

f.流体密度的不确定度e_ρ1：被测流体密度ρ₁是指工作状态下的密度值。液体的密度一般认为只是温度的函数，而气体的密度取决于温度和压力两个参数。因此，流体密度的不确定度e_ρ1可认为是由于t₁和p₁（节流件上游侧取压口处的温度和压力）的测量的不确定度所造成的不确定度。设t₁和p₁的不确定度分别为e_t1和e_p1，则液体和气体e_ρ1的估算值可查表3-14和表3-15。

4.差压式流量计特殊节流装置

特殊节流装置也称为非标准节流装置，常见的有双重孔板、偏心孔板、圆缺孔板、1/4圆缺喷嘴等。这些特殊节流装置可以利用试验数据进行估算，但必须用试验方法单独标定。

特殊节流装置主要用特殊介质或特殊工况条件的流量检测。如1/4圆缺喷嘴可以用来检测200≤R_eD≤100000范围内的流量；双重孔板主要用于检测2500≤R_eD≤15000范围内的流量；偏心孔板和圆缺孔板等节流装置主要用于检测脏污介质或有固体微粒的流体流量测量。

5.差压式流量计的差压计

差压计系指测量两个不同点处压力之差的测压仪表。各种孔板标准节流装置所产生的压差是由差压计显示出来的。差压计通过传输差压信号的信号管路与节流装置连接，这样就构成了检测流量的差压式流量计。

差压计除测量压差外，多用来与节流装置（如孔板、文丘里管等）配合使用以测量流体的流量，还可用来测量液位（如差压式液位计）以及管道、塔设备等的阻力（即两点的压力降）等。差压计的种类较多，除了简单液柱压力计（U形管差压计等）外，常用的有浮子式差压计、双钟罩式差压计、环秤式差压计等。目前常用的有CW系列双波纹管差压计、膜片式差压计以及单元组合仪表的差压变送器等。现以CW系列双波纹管差压计为例，介绍差压计的性能和特点。

（1）CW系列双波纹管差压计的性能　CW系列双波纹管差压计的性能，主要包括压差范围、流量标尺范围、额定工作压力、精度等级和附加装置等。

①压差范围　CWC型的压差范围0～0.063MPa、0.10MPa、0.16MPa、0.25MPa、0.40MPa；CWD型的压差范围0～6.3kPa、10kPa、16kPa、25kPa、40kPa、63kPa；CWE型的压差范围为0～1.0kPa、1.6kPa、2.5kPa、4.0kPa、6.3kPa。

②流量标尺范围　0～100、125、160、200、250、320、400、630、800×10ⁿ（n为0或1～9的正整数或负整数）。

③额定工作压力　CWC型和CWD的工作压力为1.6MPa、6.0MPa、16.0MPa、40.0MPa；CWE型的工作压力为0.25MPa。

④精度等级　指示记录部分为1.0～1.5级。

⑤附加装置　气体或电动的变送和报警装置、压力—流量双参数记录，以及自动调节装置。

（2）CW系列双波纹管差压计的应用　双波纹管差压计与节流装置配套使用，可用来检测液体、气体和蒸汽的流量及总量。在采用防腐蚀性隔离措施后，可用于检测有腐蚀性介质的流量。

（二）转子流量计

转子流量计又称为浮子流量计，是一种变面积式的流量计。这种流量计在一根由下向上扩大的垂直锥管中，圆形横截面的浮子的重力是由液体动力承受的，浮子可以在锥管中自由地上升和下降。在流速和浮力作用下进行上下运动，与浮子重量平衡后，通过磁耦合传到刻度盘上指示流量。

转子流量计按制作材料不同，一般为金属转子流量计和玻璃转子流量计两种。金属转子流量计是工业上最常用的，对于小管径有腐蚀性介质的通常采用玻璃转子流量计。由于玻璃材质的本身易碎性，关键的控制点也应用全钛等贵重金属为材质的转子流量计。

1.转子流量计的工作原理

转子流量计由两个部件组成，转子流量计一件是从下向上逐渐扩大的锥形管；转子流量计另一件是置于锥形管中且可以沿管的中心线上下自由移动的转子。转子流量计的结构如图3-31所示。

当测量流体的流量时，被测流体从锥形管下端流入，流体的流动冲击着转子，并对它产生一个作用力（这个力的大小随流量大小而变化）；当流量足够大时，所产生的作用力将转子托起，并使之升高。同时，被测流体流经转子与锥形管壁间的环形断面，从上端流出。当被测流体流动时对转子的作用力正好等于转子在流体中的重量时（称为显示重量），转子受力处于平衡状态而停留在某一高度。分析表明；转子在锥形管中的位置高度，与所通过的流量有着相互对应的关系。因此，观测转子在锥形管中的位置高度，就可以求得相应的流量值。

为了使转子在在锥形管的中心线上下移动时不碰到管壁，通常采用两种方法：一种是在转子中心装有一根导向芯棒，以保持转子在锥形管的中心线作上下运动，另一种是在转子圆盘边缘开有一道道斜槽，当流体自下而上流过转子时，一面绕过转子，同时又穿过斜槽产生一反推力，使转子绕中心线不停地旋转，就可保持转子在工作时不致碰到管壁。转子流量计的转子材料可用不锈钢、铝、青铜等制成。

2.转子流量计的基本类型

转子流量计主要分为就地指示型转子流量计和远传型转子流量计两类。就地指示型转子流量计，又分为金属转子流量计和玻璃转子流量计；远传型转子流量计又称为转子流量变送器，如我国生产的电远传型转子流量计LZ/LZD，可根据不同流体的温度、压力、密度、黏度等物理量，具有测量精度高，互换性能好，流量范围更宽，连接方式更多，安装维修更方便等优点。

（1）玻璃转子流量计　玻璃转子流量计的主要测量元件为一根垂直安装的下小上大锥形玻璃管和在内可上下移动的浮子。当流体自下而上经锥形玻璃管时，在浮子上下之间产生压差，浮子在此差压作用下上升。当此上升的力、浮子所受的浮力及粘性升力与浮子的重力相等时，浮子处于平衡位置。因此，流经玻璃转子流量计的流体流量与浮子上升高度，即与玻璃转子流量计的流通面积之间存在着一定的比例关系，浮子的位置高度可作为流量量度。

玻璃转子流量计主要用于化工、石油、轻工、医药、化肥、食品、染料、环保及科学研究等各个部门中，用来测量单相非脉动（液体或气体）流体的流量。防腐蚀型玻璃转子流量计主要用于有腐蚀性液体、气体介质流量的检测，例如强酸（氢氟酸除外）、强碱、氧化剂、强氧化性酸、有机溶剂和其它具有腐蚀性气体或液体介质的流量检测。

（2）金属转子流量计　金属转子流量计，是变面积式流量计的一种， 在一根由下向上扩大的垂直锥管中， 圆形横截面的浮子的重力是由液体动力承受的， 浮子可以在锥管内自由地上升和下降。在流速和浮力作用下上下运动，与浮子重量平衡后，通过磁耦合传到与刻度盘指示流量。

金属转子流量计由两个部件组成，转子流量计一件是从下向上逐渐扩大的锥形管；转子流量计另一件是置于锥形管中且可以沿管的中心线上下自由移动的转子。转子流量计当测量流体的流量时，被测流体从锥形管下端流入，流体的流动冲击着转子，并对它产生一个作用力，其大小随流量大小而变化；当流量足够大时，所产生的作用力将转子托起，并使之升高。同时，被测流体流经转子与锥形管壁间的环形断面，从上端流出。当被测流体流动时对转子的作用力，正好等于转子在流体中的重量时，转子受力处于平衡状态而停留在某一高度。分析表明；转子在锥形管中的位置高度，与所通过的流量有着相互对应的关系。因此，观测转子在锥形管中的位置高度，就可以求得相应的流量值。

（三）靶式流量计

靶式流量计是指以检测流体作用在测量管道中心并垂直于流动方向的圆盘（靶）上的力来测量流体流量的流量计。靶式流量计于20世纪60年代开始应用于工业流量测量，主要用于解决高黏度、低雷诺数流体的流量测量，先后经历了气动表和电动表两大发展阶段，SBL系列智能靶式流量计是在原有应变片式靶式流量计测量原理的基础上，采用了最新型电容力传感器作为测量和敏感传递元件，同时利用了现代数字智能处理技术而研制的一种新式流量计量仪表。

1.靶式流量计的工作原理

当介质在测量管中流动时，因其自身的动能与靶板产生压差，而产生对靶板的作用力，使靶板产生微量的位移，其作用力的大小与介质流速的平方成正比。靶板所受的作用力，经靶杆传递使传感器的弹性体产生微量变化，经过电路转换，输出相应的电信号。

采用电容式压力传感器的是该新型产品真正实现高精度、高稳定性的关键核心，彻底改变了原有应变式靶式流量计抗过载（冲击）能力差，存在静态密封点等种种限制，不但发挥了靶式流量计原有的技术优势，同时又具有与容积式流量计相媲美的测量准确度，加之其特有的抗干扰、抗杂质性能，除能替代常规流量所能测量的流量计量问题，尤其在小流量、高黏度、易凝易堵、高低温、强腐蚀、强震动等流量计量困难的工况中具有很好的适应性。目前已广泛应用于冶金、石油、化工、能源、食品、环保、水利、建筑等各个领域的流量测量。

2.靶式流量计的主要特点

靶式流量计具有如下特点：①整机可以做成全密封的形式，不存在任何泄漏点，可耐42MPa高压；②传感器不与被测介质接触，不存在零部件磨损，使用安全可靠；③能准确测量各种常温、高温500℃、低温-200℃工况下的气体和液体流量，计量准确，精度可达到0.2%；④重复性好，一般为0.05%～0.08%，测量快速；⑤抗干扰和抗杂质的能力特别强；⑥安装简单方便，维护非常容易；⑦可根据实际需要更换阻流件（靶片）而改变量程；⑧多种输出形式，能远传各种参数；⑨压力损失小，一般仅为标准孔板的1/2Δp 左右；⑩抗震动性强，一定范围内可测脉动流。

（四）电磁流量计

电磁流量计是指根据电磁感应定律，利用测量导电流体平均速度而显示流量的流量计，也是目前应用最为广泛的流量计之一。电磁流量计可以用于测量酸、碱、盐溶液、水煤浆、矿浆、砂浆灰泥、纸浆、树脂、橡胶乳、合成纤维浆和感光乳胶等各种悬浮物和黏性物质的流量。电磁流量计密封性能好，还可用于自来水和地下水道系统。

1.电磁流量计的工作原理

电磁流量计是一种根据法拉第电磁感应定律来测量管内导电介质体积流量的感应式仪表。电磁流量计的工作原理是：当导电的流体（载流体）在管道中流动时，在管道的两侧加一个磁场，被测介质流过管道就切割磁力线，在两个检测电极上产生感应电势，其大小流体的运动速度成正比，以此则可计算出流体的流量。

2.电磁流量计类型与特点

电磁流量计根据分类方法不同，其类型也有所不同：按电磁场产生的方式不同，可分为直流激磁、交流激磁、低频矩形波激磁、双频率励磁等；按输出信号连接和激磁连线制式不同，可分为四线制、两线制；按其用途不同，可分为通用型、防爆型、卫玍型、耐浸水型、潜水型等；按传感器与变送器的组装方式不同，可分为分体型和一体型两大类。

我国生产的分体型电磁流量计是一种根据法拉第电磁感应定律来测量管内导电介质体积流量的感应式仪表，采用单片机嵌入式技术，实现数字励磁，同时在电磁流量计上采用CAN现场总线，属国内首创，技术达到国内领先水平。分体型电磁流量计除可测量一般导电液体的流量外，还可测量液固两相流，高黏度液流及盐类、强酸、强碱液体的体积流量。

电磁流量计具有如下特点：①仪表结构简单、可靠，无可动部件，工作寿命长；②无截流阻流部件，不存在压力损失和流体堵塞现象；③无机械惯性，响应快速，稳定性好，可应用于自动检测、调节和程控系统；④测量精度不受被测介质的种类及其温度、黏度、密度、压力等物理量参数的影响；⑤采用聚四氟乙烯或橡胶材质衬里和Hc、Hb、Ti等电极材料的不同组合可适应不同介质的需要；⑥备有管道式、插入式等多种流量计型号；⑦采用EEPROM存储器，测量运算数据存储保护安全可靠；⑧特别适用于检测1m以上口径的水流量，检测精度比较高；⑨适用于测量各种复杂流体的流量，只要是可以导电的，被测流体可以是酸碱盐等介质，也可以是含有固体颗粒、悬浮物等介质。

但是，电磁流量计也存在如下缺点：要求被测的流体必须是导电的，不能检测不导电的气体和石油等的流量；由于感应电势信号需要放大，因此电路复杂、成本较高。

（五）涡轮式流量计

1.涡轮式流量计工作原理及组成

（1）涡轮式流量计的工作原理　涡轮流量计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，从而且推导出流量或总量的仪表。涡轮式流量计的工作原理是：当流体流过时，冲击涡轮的叶片，使涡轮产生旋转，涡轮的旋转速度随着流量的变化而变化，根据涡轮的转数可以求出流体的流量。

（2）涡轮式流量计的主要组成　涡轮式流量计主要由涡轮、导流器、外壳、磁电传感器、前置放大器等五部分组成，如图3-32所示。

①涡轮　涡轮也称叶轮，是涡轮流量计的主要组成部分，其两端支撑在轴承上，当流体流过螺旋叶片时，在流体力的作用下，涡轮产生转动，流体的流速越快，其动能就越大，叶轮的转速也就越高。由于叶轮叶片用高导磁材料制成，当叶片转动时，便周期性地改变上部磁电传感器中线圈产生的磁通量，输出周期性的电信号。

②导流器　导流器是用来稳定流体的流向和支承叶轮的，并可避免因流体的自旋而改变其与涡轮叶片的作用角。

③外壳　涡轮式流量计的外壳由非导磁的不锈钢制成，用以固定和保护内部零件，并与流体管道连接起来。

④磁电传感器　磁电传感器由线圈和磁钢组成，用以将叶轮的转速转换成相应的电信号。

⑤前置放大器　前置放大器用以放大磁电虑应转换器输出的微弱电信号，以便进行远距离传送。

涡轮式流量计的测量过程是：当流体流过涡轮式流量计时，推动涡轮转动，高导磁的涡轮叶片周期性地扫过磁钢，使磁路中的磁阻发生变化，线圈中的磁通量同样发生周期性的变化，线圈中便感应出电脉冲信号。脉冲的频率与涡轮的转速成正比，也就是与流体的流量成正比。这种电信号经前置放大器放大后，送入电子计数器或电子频率计，累计流体的总量或指示流量。

2.涡轮式流量计的主要特点

涡轮式流量计的优点是：①精度高，一般情况下可达±1%R、±0.5%R，高精度型可达±0.2%R；②反应快，滞后时间可小于50ms；③输出脉冲频率信号，适于总量计量及与计算机连接，无零点漂移，抗干扰能力强；④结构紧凑轻巧，安装维护方便，流通能力大；⑤可制成插入型，适用于大口径测量，压力损失不大于0.03MPa，安装维护方便。

涡轮式流量计的缺点是：①制造比较困难，成本比较高；②涡轮的转速高，轴承易磨损；③要求被测介质应当洁净；④一般适用于小口径的流量测量等。

（六）容积式流量计

容积式流量计又称定排量流量计，简称PD流量计，在流量仪表中是精度最高的一类。它利用机械测量元件把流体连续不断地分割成单个已知的体积部分，根据测量室逐次重复地充满和排放该体积部分流体的次数来测量流体体积总量。

1.容积式流量计的工作原理

容积式流量测量是采用固定的小容积来反复计量通过流量计的流体体积。所以，在容积式流量计内部必须具有构成一个标准体积的空间，通常称其为容积式流量计的“计量空间”或“计量室”。这个空间由仪表壳的内壁和流量计转动部件一起构成。

容积式流量计的工作原理为：流体通过流量计就会在流量计进出口之间产生一定的压力差。流量计的转动部件（简称转子）在这个压力差作用下特产生旋转，并将流体由入口排向出口。在这个过程中，流体一次次地充满流量计的“计量空间”，然后又不断地被送往出口。在给定流量计条件下，该计量空间的体积是确定的，只要测得转子的转动次数.就可以得到通过流量计的流体体积的累积值。

2.容积式流量计类型与特点

容积式流量计按其测量元件分类，可分为椭圆齿轮流量计、刮板流量计、双转子流量计、旋转活塞流量计、往复活塞流量计、圆盘流量计、液封转筒式流量计、湿式气量计及膜式气量计等。

容积式流量计的优点是：①计量精度很高，完全可满足精度要求；②安装管道条件对计量精度没有影响；③可用于高黏度液体的测量；④测量的范围比较宽；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。

容积式流量计的缺点是：①结构比较复杂，仪表体积庞大；②被测介质种类、口径、介质工作状态局限性较大；③不适用于高温和低温场合的测量；④大部分仪表只适用于洁净单相流体；⑤测量中易产生噪声及振动。

（七）叶轮式流量计

叶轮式流量计是应用流体动量矩原理测量流量的装置，是属于速度式的流量计。叶轮的旋转角速度与流量成线形关系，测得旋转角速度就可测得流量值。常用水表、煤气表均是按照这种原理工作的流量计。

1.叶轮式流量计的工作原理

叶轮式流量计的工作原理与水轮机相似。具体工作原理是：将叶轮置于被测流体中，让被测流体充满具有一定容积的空间，然后再把这部分流体从出口排出，根据单位时间内排出的瞬时流体体积与叶轮转速成正比，可直接确定体积流量。或者是叶轮受流体流动的冲击而旋转，以叶轮旋转的快慢来反映流量的大小。典型的叶轮式流量计是水表和涡轮流量计，其结构可以是机械传动输出式或电脉冲输出式。

2.叶轮式流量计类型与特点

常见的叶轮式流量计有家用自来水表和水表户外计量系统。叶轮式流量计结构比较简单、制作比较容易、价格比较低廉、安装使用方便，但测量精度不高，一般只有2级左右。

三、热流常用检测仪表

热流检测仪表是建筑节能检测中不可缺少的测量工具，国内外对热流检测仪表的研制做出了不懈努力。目前，正在深入研究和使用的热流计，主要以传导热流计和辐射热流计为主。常见的热流计有辅壁式热流计、温差式热流计、探针式热流计、辐射式热流计等。

（一）辅壁式热流计

辅壁式热流计也称为热阻式热流计，是一种典型的传导性热流计，在各种节能技术中被广泛使用。目前，主要用于工业设备、建筑节能检测和管道热量损失的监测与控制。

辅壁式热流计的传感器为由某种材料制成的薄基板，其基本形式是一种薄片状的探头，如图3-33所示。有很多热电偶串联而成的热电堆，布置在薄片的上下表面内，并用电镀法制成，其表层有橡胶制成的保护层，如图3-33所示。

在进行测量时，将热流计薄片贴于待测的壁面上，当传热达到稳定后，待测面的散热热流将穿过热流计的探头，热流计的热电堆测出热流计探头上下两面产生的温差。这个温差使装在基板内的热电堆产生一定的热电势E。由于热电势与温差存在着一定的函数关系，通过公式则可计算出流过平板的热流密度q。

（二）温差式热流计

温差式热流计也是一种传导性热流计，其测试的基本原理是：利用测定某等温面的瞬时温度梯度，确定穿过等温面的热流密度。在实际测量时，温度梯度是通过连接试样容器和恒温接受体导热层的两个等温面之间的温差来确定。

图3-34所示是一种简易的温差式热流计，这种热流计具有足够的长径比和良好的对称性，量热器的水温保持恒定，那么在半径r处的圆柱面将是等温面，则温度梯度可近似地通过半径r的两个小间距等温面的关系求得。

由于温差式热流计依据瞬时测量原理，试样容器及导热层对热流测量值产生一定影响。在测量过程中，热接受体一直维持恒温，如果试样和试样容器满足集总热容的假定，导热层的热容足够小，可以忽略不计。

（三）探针式热流计

热流测量实践表明，在热流的实际测量过程中，辅壁式热流计在很多特殊场合很难发挥其作用。为了进行热流量的检测，研制出很多专用的热流计。如对于高热通量的射流传热热流的检测，可采用探针式热流计。

图3-35所示是一种典型的稳态法热流探针结构。在稳态法测量中，采用水冷量热探针确定探针表面处输入的热流密度。测量装置由外圈环形水冷壁及中心水冷圆柱探针两部分组成，两者之间采取绝热绝缘，在进行测量时，当冷却水温度升到稳定状态后，根据热量平衡得到探针轴线处的平均热流密度。如果将探针放置在热流的不同径向位置处，就可以得到热流密度的径向分布情况。

稳态法测量方法的优点是：试验数据的处理比较简单，引起测量结果误差的因素比较少。稳态法测量方法的缺点是：要求射流必须在相当长的时间内稳定运行；探针和量热器的结构比较复杂，常常会造成许多问题。

图3-36所示是一种测量电弧等离子体射流的传热热流的薄壁型热流探针结构，它是通过测量探针敏感元件背部热电偶的温度随着时间变化曲线，从而求出敏感元件前端面处的局部热流密度，使探针在垂直射流轴线的方向上作横向扫描，就可得到射流的局部热流密度径向分布。

图3-37所示是另一种动态热流探针，它在探针中心处安放一个小圆柱，小圆柱周围绝热，而后表面用水冷却，在小圆柱内部靠近前表面的位置安装一个内置热电偶。在热流探针暴露于射流的初始阶段，可认为感温圆柱的后表面温度恒等于冷却水温度，根据内置热电偶的指示温度，利用一维非稳态导热方程数值解反推出圆柱前端的输入热流。

动态探针式热流计测量方法具有如下特点：①探针的结构简单，反应非常灵敏；②测量时间短，效率比较高；③对高能流密度场合的测量可采用一次性探针；④外部数据采集需要连接计算机，并且需要计算后才能求得结果；⑤误差分析比较复杂，影响因素比较多。

（四）辐射式热流计

辐射式热流计的种类很多，按照其测试原理不同，可分为稳态辐射热流计和瞬态辐射热流计两大类。在实际热流检测中，常见的有2π辐射热流计、板状探头辐射计、柱塞状总热流计、瞬态辐射热流计等。

1. 2π辐射热流计

2π辐射热流计是一种稳态辐射热流计，结构组成如图3-38所示，其探头是用不锈钢制成的，在探头的前端有一椭圆形腔，椭圆的两个焦点处分别为小孔和检测器。辐射热流从立体角为2π的球面外投射到小孔，通过小孔，经过反射到达检测器。检测器把接收的热量沿连接杆传至杆的尾端，检测器和尾杆端的温度由缠在杆上并焊在杆两端的铜-康铜差分热电偶对测出。利用热电偶的输出值与辐射热量之间的关系，即可求得辐射热流量。2π辐射热流计主要适用于测定高炉膛不同深处的辐射热。

2.板状探头辐射计

板状探头辐射计的探头制成板状或片状，其结构组成如图3-39所示。这种辐射计的工作原理是：把一块圆形金属板嵌在一个质量较大的铜套上，铜套的周围用冷却水维持等温。金属板与铜套同心，其表面要涂黑。金属板上接受的热量传给铜套。如果在金属板中心与铜套底部测出温差后，则可用式（3-14）求得热流密度。

q=KΔT　　        （3-14）

式中　q——热流密度，W/m²；

        K——热流密度计算系数，K=4δλ/R²；

        ΔT——板中心温度与铜套温度之差，ΔT=T₁-T₀；

        δ——板的厚度，m；

        R——热电阻值，Ω；

        λ——板的热导率，W/（m·K）。

为了使板状探头辐射计不受对流的影响，测量纯粹的辐射热流，通常在康铜板前安装具有很好热透射性的单晶硅片作为保护。单晶硅片对波长1.1～7μm之间的透射率为56%～59%，并且几乎不变，其余约40%的能量被反射掉。

3.柱塞状总热流计

在许多热流测量的实际中，对流热流和辐射热流很难清楚地分开，这样就需要一种测量对流热流和辐射热流总和的热流计。如图3-40所示，热流计的检测器是采用不锈钢制成的圆柱形塞子，它的前端是许多同心圆锯齿形槽，并将其涂成黑色，以便更多地吸收辐射热流，外面有用以防止散热的保护管，后端用水进行冷却。在柱塞靠前端和后端的轴心上，分别安装两支热电偶，用以测量检测器两端的温差。

在进行测量时，柱塞前端面获得对流和辐射热流的总热流，并沿着柱塞的轴向传给后面的冷却水，因为柱塞有热阻的存在，所以柱塞两端存在温差，其大小与通过柱塞的热流有关，只要标定温差与热流的关系就可得到被测的总热流。

4.瞬态辐射热流计

瞬态辐射热流计是研究辐射换热交换重要工具，在太阳能利用、空间技术、气象研究、工业、冶金、能源动力、建筑空调、医疗卫生等领域中都有重要的应用。瞬态辐射热流测试根据测试原理不同，又可分为集总热容法和薄膜法两种。

集总热容法使用一面涂黑的银盘或铜片作为感受体，将它与支座绝热，支座腔（恒温腔）由水冷腔或大热容铜套制成。对于受热的银盘或铜片可写出热平衡方程，然后对集总热容法建立的热平衡方程求解，便可得出瞬态辐射热流。

薄膜法的目的是计量感受件的热容，使之获取的热量只和感受件与周围接触体的温差有关。基于这种原理制成的薄膜辐射热流计的薄膜探头非常薄，并且用对温度敏感的电阻薄膜沉积在绝缘的物体上（如石英或玻璃）制成。

热辐射透过玻璃传到薄膜表面时，表面被加热并向周围传热，薄膜的温度随透射辐射和传递热量的变化而变化，其电阻也因此而发生变化。由于这种变化的响应速度非常快，且受热量与温度之间并非线性变化的关系，一般需要用计算机来进行计算。