11流量测量

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1、第十一章第十一章流量测量流量测量 第一节第一节 概述概述 如果在截面上速度分布是均匀的，则体积流量：一、流体的几个概念一、流体的几个概念 （一）粘性（一）粘性 在流体的内部相互接触的部分在其切线方向的速度有差别时会产生减小其速度差的作用。这是因为流 速快的部分要加速与其相接触的流速慢的部分，而流速慢的部分要减小与其相接触的流速快的部分，流体 的这种性质，称为粘性。 衡量流体粘性大小的物理量称为粘度（二）层流和紊流（二）层流和紊流 所谓层流(laminar flow)就是流体在细管中流动的流线平行于管轴时的流动。 所谓紊流(turbulent flow)就是流体在细管中流动的流线相对混乱的流动。

2、 利用雷诺数可以判断流动的形式。如果雷诺数小于某一值（如 2000）时，可判断为层流，而大于此 值时则判断为紊流。 雷诺数是表征流体流动时惯性力与粘性力之比。利用细管直径 d，可求出雷诺数 Rd： （四）流体流动的连续性方程（四）流体流动的连续性方程qv=A1v1=A2v2 即流体在稳定流动，且不可压缩时，流过各截面流体的体积为常量。因此利用上式，很方便的求出流 体流过管道不同截面时的流速。 （五）流体伯努力方程（五）流体伯努力方程22 1122 12 1222 1122 122222vpvpgZgZvpvpgZgZ对不可压缩的流体二、流量仪表的分类二、流量仪表的分类 流量计总量流量计瞬时流量

3、计容积式 流量计速度式 流量计（一）总量流量计（计量表）（一）总量流量计（计量表） 1.容积式计量表容积式计量表 这类仪表用仪表内的一个固定容量的容积连续地测量被测介质，最后根据定量容积称量的次数来决定 流过的总量。习惯上人们把计量表也称为流量计。根据它的结构不同，这类仪表主要有椭圆齿轮流量计、 腰轮流量汁、活塞式流量计等。2.速度式计量表速度式计量表 在仪表中装一旋转叶轮，流体流过时，推动叶轮旋转，叶轮的转动正比于流过介质的总量，叶轮转动 带动计数器的齿轮机构，计数器即显示读数。这类计量表机构简单，但精度低。一般在 2左右，大多的 水表即采用此结构表。vFqvAmv如果介质的密度为，那么量q

4、流=量q质（二）瞬时流量计（二）瞬时流量计第二节第二节 总量测量仪表总量测量仪表 一、椭圆齿轮流量计：一、椭圆齿轮流量计：每转一周，两个齿轮共送出四个标准体积的流体。 二、腰轮流量计（罗茨流量计）二、腰轮流量计（罗茨流量计） 腰轮流量计除可测液体外，还可测量气体，精度可达0.1，并可做标准表使用；最大流量可达 1000m3/h 腰轮上没有齿，它们不是直接相互啮合转动，而是通过按装在体外的传动齿轮组进行传动第三节第三节差压式流量计（节流式流量计）差压式流量计（节流式流量计） 当充满圆管的流体流经在管道内部安装的节流装置时，流束将在节流件处形成局部收缩，使流速增大， 静压力降低，于是在节流件前后产

5、生压力差该压力差通过差压计检出流体的体积流量或质量流量与差 压计所测得的差压值有确定的数值关系。节流装置是不动的。节流式流量计主要由两部分组成：节流装置和测量静压差的差压计。 节流装置是安装在流体管道中，使流体的流通截面发生变化，引起流体静压变化的一种装置。常用 的节流装置有文丘利管、喷嘴和孔板。 压差式明渠用堰式流量计压差式明渠用堰式流量计 压差式矩形槽渠流量计压差式矩形槽渠流量计 三角槽渠流量计三角槽渠流量计第四节第四节 流体阻力式流量计流体阻力式流量计 节流装置（阻力体）是运动的 一、浮子流量计（转子流量计）一、浮子流量计（转子流量计） 转子流量计又名浮子流量计或面积流量计。浮子流量计具

6、有结构简单，使用维护方便，对仪表前后直 管段长度要求不高，压力损失小且恒定，测量范围比较宽，工作可靠且线性刻度，可测气体、蒸汽(电、 气远传金属浮子流量计)和液体的流量，适用性广等特点 浮子流量计的测量本体由一根自下向上扩大的垂直锥管和一只可以沿着锥管的轴向自由移动的浮子组 成 二、靶式流量计二、靶式流量计 靶式流量计由靶式流量变送器和显示仪表两部分组成，其测量元件是一个在测量管中心并垂直于流向 的被称为“靶”的圆板。通过测量流体作用在靶上的力而实现流量测量靶式流量计是 60 年代随着工业生产迫切需要解决高粘度、低雷诺数流体的流量测量而发展起来的一 种新型流量测量仪表可用于低雷诺数、含固体颗粒

7、的浆液及腐蚀介质流量测量。第五节第五节 测速式流量计测速式流量计 一、电磁流量计一、电磁流量计 电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律制成的一种测量导电液体体积流量的仪表。 可以测量各种腐蚀性介质：酸、碱、盐溶液以及带有悬浮颗粒的浆液。此流量计无机械惯性，反应灵 敏，可以测量脉冲流量，而且线性较好，可以直接进行等分刻度。 只能测量导电液体，因此对于气体、蒸气以及含大量气泡的液体，或者电导率很低的液体不能测量。 由于测量管内衬材料一般不宜在高温下工作，所以目前一般的电磁流量计还不能用于测量高温介质。二、涡轮流量计二、涡轮流量计 涡轮流量计是一种速度式流量计它是以动量矩守恒原理为基础的，流体冲击涡轮叶

8、片。使涡轮旋转。 涡轮的旋转速度随流量的变化而变化，最后从涡轮的转数求出流量值；涡轮流量计放在流体中旋转，对介质要求高：纯净、无机械杂质。否则，要预处理（过滤等） 。以减小磨损，增加轴承寿命。三、超声波流量计三、超声波流量计 当超声波在流体中传播时，会载带流体流速的信息。因此，根据对接收到的超声波信号进行分析计算， 可以检测到流体的流速，进而可以得到流量值。超声波流量测量方法有很多，本节主要介绍传播速度差方 法和多普勒方法的基本原理与流量方程 传播速度差方法传播速度差方法 传播速度差法的基本原理为：测量超声波脉冲在顺流和逆流传播过程中的速度之差来得到到被测流体 的流速。根据测量的物理量的不同，

9、可以分为时差法(测量顺、逆流传播时由于超声波传播速度不同而引 起的时间差)、相差法(测量超声波在顺、逆流中传播的相位差)、频差法(测量顺、逆流情况下超声脉冲的 循环频率差)。频差法是目前常用的测量方法，它是在前两种测量方法的基础上发展起来的1、测量速度差的方法、测量速度差的方法 1） 、时差法、时差法测量时差测量时差 t 一般时差的测量是比较容易的，可以同时由 F1 和 F2 发出超声波信号， J1 首先接收信号后开启门电 路，并由频率计的脉冲计数，到 J2 收到信号时停止计数就可根据所计的脉冲数求出t 来；qv 由于在一般工业管道中所能产生的时差很小，仅 1ms 左右，为了要保证1%的流量测

10、量精度，时差 测量至少应保证在0.01ms 之内在工业中测量这个时差还是比较困难的。2） 、相差法：、相差法：即通过测量超声波在顺流和逆流时传播的相位差来得到流速 3） 、频差法、频差法 通过测量顺流和逆流时超声脉冲的重复频率差去测量流速。在单通道法中脉冲重复频率是在一个发射 脉冲被接收器接收之后，立即发射出一个脉冲，这样以一定频率重复发射，对于顺流和逆流重复发射频率 为22/sin cosDtcv 2、多普勒法、多普勒法 多普勒法是利用声学多普勒原理确定流体流量的多普勒效应是当声源和目标之间有相对运动，会引 起声波在频率上的变化，这种频率变化正比于运动的目标和静止的换能器之间的相对速度。第六

11、节第六节 振动式流量计振动式流量计 流体振动流量计是 60 年代末期发展起来的一种较新的流量测量技术。它具有如下一些特点：可得到 与流量成正比的频率输出信号；被测流体本身就是振动体，无机械可动部件，几乎不受流体组成、密度、 粘度、压力等因素的影响；所以，该测量方法越来越受到人们的重视， 涡街流量计（Vortex flow meter) 是利用流体流过阻碍物时产生稳定的漩涡，通过测量其漩涡产生频 率而实现流量计量的。涡街流量计由涡街流量传感器和流量显示仪表两部分构成， 涡街流量计实现流量测量的理论基础是流体力学中著名的“卡门涡街”原理。在流动的流体中放置一根 其轴线与流向垂直的非流线性柱形体(如

12、三角柱、圆柱等)，称之为漩涡发生体。当流体沿漩涡发生体绕流 时，会在漩涡发生体下游产生如图所示不对称但有规律的交替漩涡列，这就是所谓的卡门涡街。 当旋涡在圆柱体下游产生时，出于升力的作用，使得圆柱体下方的压力比上方高一些，圆柱体下方的 流体在上下压力差的作用下，从圆柱体下方导压孔进入空腔，通过隔板中央部分的小孔，流过铂电阻丝， 从上方导压孔流出。如果将铂电阻丝加热到高于流体温度的某温度值，则当流体流过铂电阻丝时，就会带 走热量，改变其温度，也即改变其电阻值。当圆柱体上方产生一个旋涡时，则流体从上导压孔进入，由下导压孔流出，又一次通过铂电阻丝，又改变一次它的电阻值。由此可知：电阻值变化与流动变化

13、相对应， 也即与旋涡的频率相对应。所以，可由检测铂电阻丝电阻变化频率得到涡频率，进而得到流量值。第七节第七节 质量流量计质量流量计 在工业生产中，由于物料平衡，热平衡以及储存、经济核算等所需要的都是质量，并非体积，所以在 测量工作中，常需将测出的体积流量，乘以密度换算成质量流量。但由于密度随温度、压力而变化，所以 在测量流体体积流量时，要同时测量流体的压力和密度，进而求出质量流量。 在温度、压力变化比较频繁的情况下，难以达到测量的目的。这样便希望用质量流量计来测量质量流 量，而无需再人工进行上述换算。质量流量计大致分为三大类：质量流量计大致分为三大类： 1直接式：即直接检测与质量流量成比例的量，检测元件直接反映出质量流量。 2推导式：即用体积流量计和密度计组合的仪表来测量质量流量，同时检测出体积流量和流体密度，通 过运算得出与质量流量有关的输出信号。 3、补偿式：同时检测流体的体积流量和流体的温度、压力值，再根据流体密度与温度、压力的关系，由 计算单元计算得到该状态下流体的密度值，最后再计算得到流体的质量流量值。 补偿式质量流量则量方法，是目前工业上普遍应用的一种测量方法。