大连大学建筑环境测试技术12.

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1、* 1 建筑环境测试技术 2 第6章 物位测量 P134 2.浮力式物位检测; 1.静压式物位检测; 3.电气式物位检测; 4.声学式（超声波）物位检测; 5.射线式物位检测。 原理！ 3 差压变送 器 差压变送器作 用：将压差信 号变成标准电 流信号输出。 6.2静压式物位检测; 4 6.3 浮力式物位检测 P140 一、恒浮力式物位检测 5 二、变浮力式物位检测 1. 电容式液位计 电容式液位计利用 液位高低变化影响 电容器电容量大小 的原理进行测量。 6.4 电气式物位检测 P141 7 用于连续测量的电阻式液位计 原理图 1-电阻棒；2-绝缘套；3-测量电桥 电阻式液位计的原理是基 于

2、液位变化引起电极间 电阻变化，由电阻变化 反映液位情况 2. 电阻式液位计 8 3.电感式液位计 电感式液位 计利用电磁感应 现象，液位变化 引起线圈电感变 化，感应电流也 发生变化。 1、3-上下限线圈； 2-浮子 9 6.5 声学式物位检测 根据超声波从发射到接收反射回波的时间间隔大小与 被测介质高度成比例关系的原理，实现液位测量。 （6.5.1） 10 超声波液位计 11 6.6 射线式物位检测 测液位可通过测量射线在穿过液体时强度的变化量来 实现。 式中 吸收系数，条件固定时为常数。变形为： (6.6.1) 12 13 第6章 物位测量 6.1 物位检测的主要方法和分类 6.2 静压式

3、物位检测 6.3 浮力式物位检测 6.5 声学式物位检测 6.6 射线式物位检测 6.4 电气式物位检测 u 熟悉理解静压式、电容式、超声波式物位检测 的检测原理。 u 熟练掌握静压式物位检测的计算方法及量程迁 移的方式、迁移量的计算。 14 第7章 流速及流量测量 7.1 流速测量 常用流速的测量方法（原理:简答题） 机械方法 散热率法 动力测压法 激光测速法 7.1.1、机械方法测量流速 根据置于流体中的叶轮的旋转角速度与流体的流 速成正比的原理来进行流速测量的。 原理！ 15 机械式风速仪是利用叶轮测量流速的实例： 翼型和杯型 图7.7.1 16 17 7.1.2、散热率法测量流速 散热

4、率法测量流速的原理，是将发热的测速传感器置于 被测流体中，利用发热的测速传感器的散热率与流体流 速成比例的特点，通过测定传感器的散热率来获得流体 的流速。 热线风速仪利用被加热的金属丝的热量损失来测量 气体流速的。 18 19 20 n工作原理：当热线探头置于流场中时，流体对热线有冷 却作用。当热线向流体散热达到平衡时，单位时间热线 的发热量QR与热线对流体的放热量Q平衡，即 -热线对流换热系数； -流过热线的电流； -热线的电阻； -热线换热面积； -分别为热线和流体的温度。 （7.1.2） （7.1.1） （7.1.3） 21 式中a、b皆为常数。 由传热学和流体力学知识推导得出热线基本方

5、程： 只要固定电流或热线电阻两个参数中的任何一个， 就可以获得流体速度与另一个参数的单值函数关系。按 照上式所示的热线工作方式可以有两种型式的热线风速 仪，即恒流型和恒温型两种。 -热线在温度为Tf时的电阻值。 流体速度是流过热线的 电流和热线电阻（热线 温度）的函数 （7.1.6） 22 如果在热线工作过程中，人为地用一恒值 电流对热线加热，由于流体对热线对流冷却， 且冷却能力随着流速的增大而加强。当流速呈 稳态时，则可根据热线电阻值的大小确定流体 的速度。 1. 恒流型热线风速仪 热线电阻随温度变化。 （7.1.7 ） 23 电路简单 电流一定，风速越大，温度越低。 风场 变温变阻状态 下

6、工作，敏感 原件易老化， 稳定性差。 24 2. 恒温型热线风速仪 如果在热线工作过程中，始终保持热线的温度不 变，则可通过测得流经热线的电流值来确定流体的 速度。 恒温风速计的基本原理就是利用反馈电路使热线温 度和电阻保持恒定。 当风速增加热线变冷（探头温度降低） 热敏 电阻R增大电流降低 提高桥路电压电流增大 热敏电阻R降低温度基本恒定 测量出电压的变化即可反映风速的变化。 25 （7.1.8） （7.1.9） 图7.1.3 在实际测量电路中，测量的不是流经电路的电流，而是惠斯 顿电桥的桥顶电压。根据桥路电压即可测出相应风速。 26 7.1.3、动力测压法测量流速 在静止气体中，由于不存在

7、切向力，故这个力与所 取面积的方向无关，称为静压力。 对于运动流体而言，静压可用垂直于流体运动方向 单位面积上的作用力来衡量。 总压力是指流体在某点速度等熵滞止到零时所达到 的压力。 总压与静压之差称为动压。 u几个概念 27 临界点(滞止压力点) 滞止压力是指在没有外力的作用下，流体速度绝热地减速 到零时所产生的压力，此时，流体的全部动能全部绝热地 转变成压力能。 应用动力测压法 测量流速的压力 感受元件为测压 管。 28 测压管的基本测量原理是依据伯努利方程式。 测压管的使用上限不超过相当于马赫数为0.25时的 流速。 测压管的使用下限为被测量的流速在全压孔直径上 的雷诺数需超过200。

8、根据一元稳定流动的微分方程式，可得： （7.1.10） -流体的总压和静压； - 流体速度； - 流体密度。 29 -流体的总压和静压； - 流体速度； - 流体密度。 只要测得流体的总压和静 压之差及流体密度，就可 得出流体流动速度 （7.1.11） （7.1.12） 当气流速度较小时，考虑为不可压缩流体，将上式积分 可得，即： 压力与流速 30 对于可压缩气体有： （7.1.13） -气体压缩性修正系数； - 马赫数； -气体的绝热指数。 31 测压差的方法 （1）利用总压管、静压管， 分别测量流体的总压和静压 ，以确定流体速度。 （2）利用专门设计的复合测 压管，同时测量流体的总压 和静

9、压（或两者之差），以 确定流体速度。 由测压管、连接管和显示或 记录仪表三部分组成的测压 系统，就可以测量流体的流 速。 32 1. 流体总压、静压的测量 (1) 流体总压测量与测压管 测量流体总压的总压管在使用时，其感压孔轴线 应对准来流方向。 希望总压管对流动方向越不敏感越好。 33 L形总压管 制造容易，使 用安装方便。 它对流动偏斜 角的灵敏性取 决于压力孔直 径与管子外径 之比以及总压 管头部的形状 。 图7.1.4 34 圆柱形总压管 可以制作得很小，惯 性不大，工艺性好， 制造容易，使用方便 。 图7.1.5 圆柱形总压管 35 套管式总压管 在马赫数变化较大范 围内，它对流动偏

10、斜 角的不灵敏度达到 (4050) 套管式总压管 36 （2）流体的静压测量与测压管 u测量被绕流体表面上某点的压力或流道壁面上流体的 压力。 这时可利用在通道壁面或绕流物体表面开静压孔的方 法进行测量。 u确定流场中某点的压力，也就是运动流体的压力。 这时可以利用尺寸较小具有一定形状的测压管插入流体 中，进行流体压力测量。 L形静压管、盘形静压管、套管形静压管 需要测量平直流道内的流体静压时可采用在流道壁面开 静压孔的方法来测量。 37 图7.1.6 壁面静压测量 38 2. 毕托管 分别采用总压管和静压管测得流体的总压和静压，然后 利用公式计算得到流体速度。 缺点：不能同时测得某一点的流体

11、的总压和静压。 可同时测得流体总压和静压之差的复合测压管称为毕托 管（动压管、速度探针）。 l特点：结构简单，使用、制造方便，价格便宜，坚固 可靠，精度高。 l毕托管测量的是空间某点处的平均速度，它的头部尺 寸决定了它的空间分辨率 l根据所测量的流体性质，将毕托管设计成不同的形状 ，常用的有L形和T形。 39 （1）L形毕托管 流体速度 - 流体速度； - 流体密度。 式中 ， -流体的总压和静压； 图7.1.7 40 （2）T形毕托管 总压 静压 来流方向敏感 壁面、含尘、粘度大 41 测量流体 总压 测量流动 方向 能同时测出流体的总压及流速的大小和方向的测压管称为复合测 压管。 在平面流

12、场的测量中，常用二元复合测压管测量流体的总压、静 压及流速的大小和方向。 圆柱形、管束形和楔形。 3. 流动方向的测量与复合测压管 图7.1.9 圆柱形复合测压管 42 当光源和反射体或散射体之间存在相对 运动时，接收到的声波频率与入射声波 频率存在差别的现象称光学多普勒效应 ，是奥地利学者多普勒于1842年发现。 当单色光束入射到运动体上某点时，光 波在该点被运动体散射，散射光频率与 入射光频率相比，产生了正比于物体运 动速度的频率偏移，称多普勒频移。 激光测速的原理：是测量通过激光束的 示踪粒子的多普勒信号，再根据速度与 多普勒频率的关系得到粒子速度。测得 了粒子的速度，也就是流体流动的速

13、度 。 7.1.4、激光多普勒测速技术非接触测量技术 P155 16.8W/套 43 (7.1.15) 激光多普勒测速光学布置有参考光模式、单光束模式和 双光束模式三种。 -粒子散射光在光速方向的向量； -多普勒频移； -粒子散射光相对于接收器方向的向量； -光源在真空中的波长。 测速原理是利用随流体运动的微粒散射光的多普勒效应 来获得速度的信息。分析可知多普勒频移关系式为： 粒子在空气中运动时，当光源、运动粒子和光接收器三 者之间的相对位置固定时，就可以从检测到的频移确定粒子 的速度，也就是流体流动的速度。 44 V P I光源;S光接收器;M反射镜;F分光镜;L透镜;N光栏 图7.1.12

14、 双光束双散射模式光路系统 I S M F L N 来自光源I的一束激光被分光镜F和反射镜M分为两束相同 的光束，经透镜L聚焦于测量点P。流经测量点的粒子接受两 个方向的相同的入射光照射后，向四周发出散射光。散射光 经接收光栏N及接收透镜后，汇聚到光检测器上，光检测器 将接收到的光信号（多普勒频移）转换成电信号传输给信号 处理系统。 （P156） 45 光源 光接收器 透镜 接收透镜 平面镜 分光镜 激光器1发射出来的单色平行光经聚焦透镜2聚焦到被测流 体区域内，运动粒子使一部分激光散射，散射光与未散光之 间发生频移。散射光与未散射光分别由两个接收透镜3和4接 收，再经平面镜5和分光镜6重合后

15、，在光电倍增管7中叠加 产生频差，光电倍增管将输出一个与频差f 相关的交流 信号；对这个频差信 号进行处理，即可获 得运动粒子的流速u。 即流体的流速。 46 处理器 激光器 发射器 接受透镜 光电倍增管 测量系统包括激光器、激光耦合器、信号处理器、数据处 理系统以及激光发射和接收器等。一般情况下，它的测速 范围是-90283m/s，可测粒径范围是0.590m，此范围 还可通过更换发射镜头加以扩大。 利用多普勒效应制成的仪器有激光多普勒测量仪、超声多 普勒测量仪等，具有精度高、非接触、不扰乱流场、响应 快、空间分辨率高、使用方便的特点，广泛用于流速测量 、工业中钢板、铝材测量、医学中血液循环监

16、测、医学诊 断等。 47 多普勒声纳一般安装在船体底部，由一个发射器和一个接收器组 成，发射器沿着固定的倾角斜向海底发射一束超声波。该束超声波 在海底漫反射，其中必有一定强度的波沿PO方向反射回接收器。由于 超声波在水中的传播速度（约1500ms-1）大大超过船舶前进的速度 ，所以在超声波沿OP方向来回传播期间船舶前进的距离是很小的，利 用多普勒频移原理可测出船舶前进的速度。 48 7.2 流速测量仪表的校准 P156 风洞实验室。 小结：熟练掌握常用机械法、散热率法、动力测 压法测量流速的测量方法和工作原理。 L形毕托管： 49 7.3 流量测量方法和分类 u流量流体在单位时间内通过管道或设备某横 截面处的数量。 l体积流量qv 用流体的体