流體參量測(cè)量

1、江蘇科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院內(nèi)容提要內(nèi)容提要： 10-1 10-1 壓力的測(cè)量壓力的測(cè)量 10-2 10-2 流量的測(cè)量流量的測(cè)量第十章第十章 流體參量測(cè)量流體參量測(cè)量江蘇科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 在液壓馬達(dá)的效率試驗(yàn)中，要同時(shí)測(cè)量液壓馬達(dá)在液壓馬達(dá)的效率試驗(yàn)中，要同時(shí)測(cè)量液壓馬達(dá)的進(jìn)口壓力、出口壓力、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、流量等參的進(jìn)口壓力、出口壓力、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、流量等參量，并據(jù)此計(jì)算出液壓馬達(dá)的容積效率、機(jī)械效率量，并據(jù)此計(jì)算出液壓馬達(dá)的容積效率、機(jī)械效率和總效率。和總效率。 壓力和流量測(cè)量裝置在原理或結(jié)構(gòu)上有差別，壓力和流量測(cè)量裝置在原理或結(jié)構(gòu)上有差別，共共同特點(diǎn)：同特點(diǎn)： 1)中間轉(zhuǎn)換元件中間轉(zhuǎn)換元件壓力、流量

2、壓力、流量中間機(jī)械量中間機(jī)械量傳傳感器感器電量輸出；電量輸出； 2)測(cè)量裝置的精確度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)不僅與傳感器本測(cè)量裝置的精確度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)不僅與傳感器本身及組成測(cè)量裝置的特性有關(guān)，還和由傳感器、連身及組成測(cè)量裝置的特性有關(guān)，還和由傳感器、連接管路等組成的流體系統(tǒng)的特性有關(guān)。接管路等組成的流體系統(tǒng)的特性有關(guān)。 江蘇科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院第十章第十章 流體參量測(cè)量流體參量測(cè)量10-1 10-1 壓力測(cè)量壓力測(cè)量 垂直并均勻作用于單位面積上的力稱為壓強(qiáng)垂直并均勻作用于單位面積上的力稱為壓強(qiáng)(壓力壓力)1從測(cè)量角度分：從測(cè)量角度分： 1)靜定壓靜定壓 每秒鐘的變化量為壓力計(jì)分度值的每秒鐘的變化量為壓力計(jì)分度值的

3、1%或每分鐘的或每分鐘的變化量為變化量為5%以下的壓力。以下的壓力。 2)變動(dòng)壓變動(dòng)壓 每單位時(shí)間的變化量超過靜定壓限度的壓力。每單位時(shí)間的變化量超過靜定壓限度的壓力。 非周期變化的壓力稱為波動(dòng)壓力；不連續(xù)且變化大非周期變化的壓力稱為波動(dòng)壓力；不連續(xù)且變化大的壓力稱為沖擊壓力。的壓力稱為沖擊壓力。 3)脈動(dòng)壓脈動(dòng)壓 壓力隨時(shí)間作周期性的變化，且其變化的速度超過壓力隨時(shí)間作周期性的變化，且其變化的速度超過靜定壓力限度的壓力。靜定壓力限度的壓力。 江蘇科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院第十章第十章 流體參量測(cè)量流體參量測(cè)量 2按測(cè)量方法分按測(cè)量方法分1)絕對(duì)壓力絕對(duì)壓力 以絕對(duì)真空作為零點(diǎn)壓力標(biāo)準(zhǔn)的壓力以絕對(duì)真空作

4、為零點(diǎn)壓力標(biāo)準(zhǔn)的壓力 在單位符號(hào)后面加上符號(hào)在單位符號(hào)后面加上符號(hào)“abs”表示表示2)表壓力表壓力 以大氣壓作為零點(diǎn)壓力標(biāo)準(zhǔn)的壓力以大氣壓作為零點(diǎn)壓力標(biāo)準(zhǔn)的壓力 通常所指壓力就是表壓力，在壓力單位后面用字母通常所指壓力就是表壓力，在壓力單位后面用字母“G”表示表示3)差壓力差壓力 以大氣壓以外的任意壓力為零點(diǎn)壓力標(biāo)準(zhǔn)的壓力以大氣壓以外的任意壓力為零點(diǎn)壓力標(biāo)準(zhǔn)的壓力江蘇科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院第十章第十章 流體參量測(cè)量流體參量測(cè)量表壓力與絕對(duì)壓力之間關(guān)系為表壓力與絕對(duì)壓力之間關(guān)系為絕對(duì)壓力表壓力十大氣壓力絕對(duì)壓力表壓力十大氣壓力國(guó)際度量系統(tǒng)規(guī)定壓力單位：國(guó)際度量系統(tǒng)規(guī)定壓力單位：Pa、kPa、MPa

5、作用在確定面積上的流體壓力很容易轉(zhuǎn)換成力，作用在確定面積上的流體壓力很容易轉(zhuǎn)換成力，同力測(cè)量。同力測(cè)量。 常用壓力測(cè)量方法：靜重比較法和彈性變形法常用壓力測(cè)量方法：靜重比較法和彈性變形法 靜重比較法多用于各種壓力測(cè)量裝置的靜態(tài)校靜重比較法多用于各種壓力測(cè)量裝置的靜態(tài)校準(zhǔn)。準(zhǔn)。 彈性變形法是構(gòu)成壓力計(jì)和壓力傳感器的基礎(chǔ)。彈性變形法是構(gòu)成壓力計(jì)和壓力傳感器的基礎(chǔ)。 江蘇科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院第十章第十章 流體參量測(cè)量流體參量測(cè)量一、彈性式壓力敏感元件一、彈性式壓力敏感元件 指針式壓力表指針式壓力表(壓力計(jì)壓力計(jì))和壓力傳感器根據(jù)彈性變和壓力傳感器根據(jù)彈性變形原理工作，采用某種形式的彈式元件作為壓力感形原

6、理工作，采用某種形式的彈式元件作為壓力感受元件，用其變形的位移量來代表壓力值。受元件，用其變形的位移量來代表壓力值。 常用彈性式壓力敏感元件有彈簧管、膜片、波紋常用彈性式壓力敏感元件有彈簧管、膜片、波紋管和金屬筒等。管和金屬筒等。 測(cè)量彈性元件變形，可以用機(jī)械機(jī)構(gòu)放大，帶動(dòng)測(cè)量彈性元件變形，可以用機(jī)械機(jī)構(gòu)放大，帶動(dòng)指針，制成壓力計(jì)；可以用機(jī)電轉(zhuǎn)換裝置，把位移指針，制成壓力計(jì)；可以用機(jī)電轉(zhuǎn)換裝置，把位移變?yōu)殡娏浚瞥蓧毫鞲衅?，用儀表顯示出壓力變?yōu)殡娏?，制成壓力傳感器，用儀表顯示出壓力值。值。 江蘇科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院第十章第十章 流體參量測(cè)量流體參量測(cè)量 1彈簧管壓力計(jì)彈簧管壓力計(jì) 彈簧管壓力計(jì)彈

7、簧管壓力計(jì)主要由彈簧管主要由彈簧管2、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、指、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、指針等組成。針等組成。 彈簧管彈簧管(波登管波登管)橫截面為橫截面為扁圓形或橢圓形扁圓形或橢圓形，截面，截面的短軸方向與管子彎曲的徑向方向一致。彈簧管的短軸方向與管子彎曲的徑向方向一致。彈簧管的自由端封閉，其位移作為輸出信號(hào)。開口端固的自由端封閉，其位移作為輸出信號(hào)。開口端固定在儀表外殼上。當(dāng)彈簧管內(nèi)通入壓力流體時(shí)，定在儀表外殼上。當(dāng)彈簧管內(nèi)通入壓力流體時(shí)，使管子截面有變圓的趨勢(shì)，產(chǎn)生彈性變形。自由使管子截面有變圓的趨勢(shì)，產(chǎn)生彈性變形。自由端要向管子伸直的方向移動(dòng)，當(dāng)變形引起的彈性端要向管子伸直的方向移動(dòng)，當(dāng)變形引起的彈性力

8、和被測(cè)壓力產(chǎn)生的作用力相平衡時(shí)，力和被測(cè)壓力產(chǎn)生的作用力相平衡時(shí)，變形停止變形停止 江蘇科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院第十章第十章 流體參量測(cè)量流體參量測(cè)量江蘇科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院第十章第十章 流體參量測(cè)量流體參量測(cè)量 C型彈簧管端部位移量最大為型彈簧管端部位移量最大為25mm。為增大管。為增大管端位移量，采用盤旋型或螺旋型彈簧管。端位移量，采用盤旋型或螺旋型彈簧管。 彈簧管尺寸已經(jīng)系列化，不同材料的彈簧管適用于彈簧管尺寸已經(jīng)系列化，不同材料的彈簧管適用于不同的被測(cè)壓力和被測(cè)介質(zhì)。不同的被測(cè)壓力和被測(cè)介質(zhì)。當(dāng)壓力低于當(dāng)壓力低于20MPa時(shí)，一般采用磷青銅，壓力高于時(shí)，一般采用磷青銅，壓力高于20MPa時(shí)則采用不

9、銹鋼或其他高強(qiáng)度合金鋼。時(shí)則采用不銹鋼或其他高強(qiáng)度合金鋼。 彈簧管壓力計(jì)測(cè)量壓力范圍彈簧管壓力計(jì)測(cè)量壓力范圍10-4103MPa，特點(diǎn)：特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低，使用方便，固有頻率低，存在結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低，使用方便，固有頻率低，存在彈性滯后現(xiàn)象，不宜測(cè)量動(dòng)態(tài)壓力。彈性滯后現(xiàn)象，不宜測(cè)量動(dòng)態(tài)壓力。彈簧管壓力計(jì)的測(cè)量誤差一般在彈簧管壓力計(jì)的測(cè)量誤差一般在0.5%1%以內(nèi)。以內(nèi)。 江蘇科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院第十章第十章 流體參量測(cè)量流體參量測(cè)量 2膜片式壓力計(jì)膜片式壓力計(jì)金屬膜片作為敏感元件金屬膜片作為敏感元件 膜片周邊固定膜片周邊固定，當(dāng)膜片兩側(cè)面受不同壓力時(shí)，膜片，當(dāng)膜片兩側(cè)面受不同壓力時(shí)，膜片中心位移

10、與其上壓力中心位移與其上壓力(差差)近似成正比關(guān)系，通過傳動(dòng)機(jī)近似成正比關(guān)系，通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，使指針偏轉(zhuǎn)。構(gòu)，使指針偏轉(zhuǎn)。 膜片膜片按形式分按形式分平膜片、波紋膜片，按剛度分彈性膜平膜片、波紋膜片，按剛度分彈性膜片和撓性膜片。片和撓性膜片。平膜片結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，位移小，測(cè)量較高壓力，達(dá)平膜片結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，位移小，測(cè)量較高壓力，達(dá)100MPa。 波紋膜片通常用磷青銅、鈹青銅或不銹鋼制作，位波紋膜片通常用磷青銅、鈹青銅或不銹鋼制作，位移大，靈敏度高，應(yīng)用普遍，測(cè)量范圍移大，靈敏度高，應(yīng)用普遍，測(cè)量范圍1Pa1MPa。 撓性膜片用橡膠或塑料制成，幾乎沒有彈性，起隔撓性膜片用橡膠或塑料制成，幾乎沒有彈性，起隔離流

11、體作用，壓力由其上的彈簧承受，測(cè)量離流體作用，壓力由其上的彈簧承受，測(cè)量010-2Pa壓力。壓力。 江蘇科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院第十章第十章 流體參量測(cè)量流體參量測(cè)量江蘇科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院第十章第十章 流體參量測(cè)量流體參量測(cè)量 3波紋管壓力計(jì)波紋管壓力計(jì) 波紋管作為敏感元件波紋管作為敏感元件 波紋管是表面上有許多同心環(huán)狀波形皺紋的薄壁圓波紋管是表面上有許多同心環(huán)狀波形皺紋的薄壁圓管，一端開口為流體入口，另一端密封與機(jī)電轉(zhuǎn)換元管，一端開口為流體入口，另一端密封與機(jī)電轉(zhuǎn)換元件連接。件連接。 波紋管規(guī)格已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，其軸向位移及軸向波紋管規(guī)格已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，其軸向位移及軸向應(yīng)力與內(nèi)部的壓力成正比。應(yīng)

12、力與內(nèi)部的壓力成正比。 波紋管在軸向容易變形，靈敏度高，缺點(diǎn)是遲滯大波紋管在軸向容易變形，靈敏度高，缺點(diǎn)是遲滯大(56%)。 波紋管用鈹青銅或不銹鋼制作。波紋管用鈹青銅或不銹鋼制作。江蘇科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院第十章第十章 流體參量測(cè)量流體參量測(cè)量 二、常用壓力傳感器二、常用壓力傳感器 壓力傳感器是壓力測(cè)試系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)，將壓力信壓力傳感器是壓力測(cè)試系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)，將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。 根據(jù)轉(zhuǎn)換形式的不同，壓力傳感器有應(yīng)變式、壓電根據(jù)轉(zhuǎn)換形式的不同，壓力傳感器有應(yīng)變式、壓電式、壓阻式、電容式、電感式、霍爾式、振弦式等。式、壓阻式、電容式、電感式、霍爾式、振弦式等。 1應(yīng)變式壓力傳感

13、器應(yīng)變式壓力傳感器 常用應(yīng)變式壓力傳感器：常用應(yīng)變式壓力傳感器： 平膜片式、應(yīng)變管式平膜片式、應(yīng)變管式 共同特點(diǎn)：共同特點(diǎn)： 當(dāng)敏感元件在被測(cè)壓力作用下產(chǎn)生彈性變形時(shí)，粘當(dāng)敏感元件在被測(cè)壓力作用下產(chǎn)生彈性變形時(shí)，粘貼在彈性敏感元件上的應(yīng)變片阻值發(fā)生變化，引起電貼在彈性敏感元件上的應(yīng)變片阻值發(fā)生變化，引起電橋電路的相應(yīng)輸出信號(hào)，從而測(cè)得流體壓力。橋電路的相應(yīng)輸出信號(hào)，從而測(cè)得流體壓力。 江蘇科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院第十章第十章 流體參量測(cè)量流體參量測(cè)量(1)平膜片式壓力傳感器平膜片式壓力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖)3(8)1 (322022rrEhpr)(8)1 (322022rrEhpt 平圓膜片周邊

14、固定。當(dāng)其一面受平圓膜片周邊固定。當(dāng)其一面受流體壓力作用時(shí)，膜片發(fā)生彎曲變流體壓力作用時(shí)，膜片發(fā)生彎曲變形，在另一面形，在另一面(應(yīng)變片粘貼面應(yīng)變片粘貼面)產(chǎn)生產(chǎn)生徑向應(yīng)變徑向應(yīng)變r(jià)和切向應(yīng)變和切向應(yīng)變t 江蘇科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院第十章第十章 流體參量測(cè)量流體參量測(cè)量膜片應(yīng)變分布曲線膜片應(yīng)變分布曲線 當(dāng)當(dāng)r=0時(shí)時(shí)r和和t相等，且相等，且都達(dá)到最大值都達(dá)到最大值 22208)1 (3Ehprtr 當(dāng)當(dāng)r=r0(膜片邊緣處膜片邊緣處)時(shí)，時(shí)，t=0，r達(dá)到負(fù)的應(yīng)變最大達(dá)到負(fù)的應(yīng)變最大值值 22204)1 (3Ehprr江蘇科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院第十章第十章 流體參量測(cè)量流體參量測(cè)量徑向應(yīng)變徑向應(yīng)變r(jià)=03

15、/0rr 3/0rr 3/0rr r為正應(yīng)變?yōu)檎龖?yīng)變r(jià)為負(fù)應(yīng)變?yōu)樨?fù)應(yīng)變 根據(jù)膜片應(yīng)變分布考慮根據(jù)膜片應(yīng)變分布考慮應(yīng)變片的粘貼位置和方向應(yīng)變片的粘貼位置和方向 江蘇科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院第十章第十章 流體參量測(cè)量流體參量測(cè)量 箔式組合應(yīng)變片箔式組合應(yīng)變片電阻電阻R1、R3感受正的切向應(yīng)感受正的切向應(yīng)變變t，應(yīng)變片敏感柵沿圓周，應(yīng)變片敏感柵沿圓周方向排列；電阻方向排列；電阻R2、R4感受感受負(fù)的徑向應(yīng)變負(fù)的徑向應(yīng)變r(jià)，敏感柵按，敏感柵按半徑方向排列。半徑方向排列。 應(yīng)變片組成全橋電路靈敏度應(yīng)變片組成全橋電路靈敏度大。大。 膜片厚度膜片厚度 )1 (43220rEprh 根據(jù)膜片允許的最大應(yīng)變根據(jù)膜片允許

16、的最大應(yīng)變r(jià)和傳感器量程和傳感器量程p，并選，并選定膜片半徑后可求得膜片厚度定膜片半徑后可求得膜片厚度h 。22204)1 (3Ehprr江蘇科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院第十章第十章 流體參量測(cè)量流體參量測(cè)量壓力壓力p與膜片中心位移關(guān)系與膜片中心位移關(guān)系 )(488. 0)1 ( 31634024hyhyrEhpcc p和和yc間非線性關(guān)系：間非線性關(guān)系： 在變形較小情況下，在變形較小情況下，(yc/h)3比比yc/h小得多，可以忽小得多，可以忽略，彎曲應(yīng)力占支配地位，近似認(rèn)為略，彎曲應(yīng)力占支配地位，近似認(rèn)為p和和yc成線性關(guān)成線性關(guān)系。系。 變形較大，變形較大，p和和yc呈非線性關(guān)系。如果要求呈非線性關(guān)

17、系。如果要求p和和yc間間的非線性誤差小于的非線性誤差小于5%，膜片中心的最大變形必須小，膜片中心的最大變形必須小于膜片厚度的于膜片厚度的1/3 。江蘇科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院第十章第十章 流體參量測(cè)量流體參量測(cè)量 周邊固定的彈性膜片有無窮多階固有頻率，最低周邊固定的彈性膜片有無窮多階固有頻率，最低階固有圓頻率階固有圓頻率 )1 (1221.10220Erhn溫度對(duì)膜片式壓力傳感器的性能影響較大。溫度對(duì)膜片式壓力傳感器的性能影響較大。原因：原因：1)應(yīng)變片與被測(cè)流體之間僅隔著一層很薄的膜片，應(yīng)變片與被測(cè)流體之間僅隔著一層很薄的膜片，流體的溫度變化對(duì)應(yīng)變片的工作帶來影響；流體的溫度變化對(duì)應(yīng)變片的工作帶來

18、影響；2)當(dāng)被測(cè)流體溫度變化時(shí)，膜片內(nèi)、外表面形成溫當(dāng)被測(cè)流體溫度變化時(shí)，膜片內(nèi)、外表面形成溫差，使膜片向溫度高的一面凸起，在膜片上引起附加差，使膜片向溫度高的一面凸起，在膜片上引起附加的應(yīng)力；的應(yīng)力；3)被測(cè)流體溫度的變化使膜片材料的被測(cè)流體溫度的變化使膜片材料的E和和發(fā)生變化發(fā)生變化影響傳感器靈敏度。影響傳感器靈敏度。 江蘇科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院第十章第十章 流體參量測(cè)量流體參量測(cè)量(2)應(yīng)變管式壓力傳感器應(yīng)變管式壓力傳感器傳感器示意圖傳感器示意圖 當(dāng)管內(nèi)充以流體時(shí)，內(nèi)壁受到壓力，當(dāng)管內(nèi)充以流體時(shí)，內(nèi)壁受到壓力，外壁呈現(xiàn)平面應(yīng)力狀態(tài)，兩個(gè)主應(yīng)力外壁呈現(xiàn)平面應(yīng)力狀態(tài)，兩個(gè)主應(yīng)力方向已知，且切向應(yīng)力

19、方向已知，且切向應(yīng)力t大于軸向應(yīng)力大于軸向應(yīng)力a。 應(yīng)變片沿切線方向粘貼，溫度補(bǔ)償應(yīng)變片沿切線方向粘貼，溫度補(bǔ)償片貼在圓管末端不變形的部位，以得片貼在圓管末端不變形的部位，以得到較大靈敏度。到較大靈敏度。 假設(shè)薄壁圓管內(nèi)徑假設(shè)薄壁圓管內(nèi)徑d，外徑，外徑D，外壁，外壁切向應(yīng)變切向應(yīng)變t為為 ：江蘇科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院第十章第十章 流體參量測(cè)量流體參量測(cè)量 1)()2(2dDEpt薄壁圓管，若壁厚為薄壁圓管，若壁厚為h，D/d+12，得，得 Ehpdt2)5 . 01 (一般認(rèn)為，應(yīng)變管工作段長(zhǎng)度可取一般認(rèn)為，應(yīng)變管工作段長(zhǎng)度可取(510)D范圍范圍指出：指出：1)應(yīng)變管在最大工作壓力時(shí)的應(yīng)力，遠(yuǎn)小于

20、材料的應(yīng)變管在最大工作壓力時(shí)的應(yīng)力，遠(yuǎn)小于材料的彈性極限。彈性極限。2)產(chǎn)生足夠應(yīng)變量，使傳感器具有一定的靈敏度。產(chǎn)生足夠應(yīng)變量，使傳感器具有一定的靈敏度。 江蘇科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院第十章第十章 流體參量測(cè)量流體參量測(cè)量2壓阻式壓力傳感器壓阻式壓力傳感器 工作原理：工作原理：半導(dǎo)體壓阻效應(yīng)半導(dǎo)體壓阻效應(yīng)結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖 壓力敏感元件為單晶硅膜片壓力敏感元件為單晶硅膜片4。鋼膜片將被測(cè)介質(zhì)與硅膜片隔鋼膜片將被測(cè)介質(zhì)與硅膜片隔開，中間充滿低粘度硅油，用開，中間充滿低粘度硅油，用以傳遞壓力和隔熱。以傳遞壓力和隔熱。 鋼膜片高彈性和液體不可壓鋼膜片高彈性和液體不可壓縮性，保證被測(cè)壓力直接傳遞縮性，保證

21、被測(cè)壓力直接傳遞到硅膜片上。到硅膜片上。 硅膜片形狀：硅膜片形狀： 周邊固支圓形硅膜片，周邊固支方形或矩形硅膜片周邊固支圓形硅膜片，周邊固支方形或矩形硅膜片 。江蘇科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院第十章第十章 流體參量測(cè)量流體參量測(cè)量 壓阻式壓力傳感器采用集成電路，尺寸很小壓阻式壓力傳感器采用集成電路，尺寸很小測(cè)測(cè)量局部區(qū)域壓力。量局部區(qū)域壓力。 電阻直接擴(kuò)散到膜片上，沒有粘貼層電阻直接擴(kuò)散到膜片上，沒有粘貼層零漂小，零漂小，靈敏度高，重復(fù)性好。靈敏度高，重復(fù)性好。 通常用于中、低壓力以及微壓和壓差的測(cè)量。通常用于中、低壓力以及微壓和壓差的測(cè)量。 固有頻率一般都在固有頻率一般都在10kHz以上，適用于靜態(tài)和動(dòng)

22、以上，適用于靜態(tài)和動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量。態(tài)壓力測(cè)量。 3壓電式壓力傳感器壓電式壓力傳感器 工作原理：工作原理：壓電材料壓電效應(yīng)，用于動(dòng)態(tài)或瞬態(tài)壓電材料壓電效應(yīng)，用于動(dòng)態(tài)或瞬態(tài)壓力測(cè)量。壓力測(cè)量。 結(jié)構(gòu)形式：結(jié)構(gòu)形式：活塞式、膜片式活塞式、膜片式 江蘇科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院第十章第十章 流體參量測(cè)量流體參量測(cè)量活塞式壓電壓力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖活塞式壓電壓力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖 被測(cè)壓力通過活塞被測(cè)壓力通過活塞2、砧盤、砧盤3將將壓力傳遞給壓電元件壓力傳遞給壓電元件4，壓電元件，壓電元件產(chǎn)生的電荷由插頭座產(chǎn)生的電荷由插頭座5輸出與儀表輸出與儀表相連。相連。 活塞面積小，適用于中、高壓活塞面積小，適用于中、高壓測(cè)量。測(cè)

23、量。 由于活塞質(zhì)量和剛度、活塞桿由于活塞質(zhì)量和剛度、活塞桿前端所測(cè)流體粘度等因素的影響前端所測(cè)流體粘度等因素的影響，自振頻率不高，一般在，自振頻率不高，一般在2030kHz之間。之間。江蘇科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院第十章第十章 流體參量測(cè)量流體參量測(cè)量膜片式壓電壓力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖膜片式壓電壓力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖 承壓膜片承壓膜片3只起密封、預(yù)壓和傳只起密封、預(yù)壓和傳遞壓力的作用。遞壓力的作用。 膜片質(zhì)量很小，壓電晶體剛度膜片質(zhì)量很小，壓電晶體剛度很大很大傳感器固有頻率很高傳感器固有頻率很高(達(dá)達(dá)100kHz以上以上)動(dòng)態(tài)或瞬態(tài)壓力測(cè)動(dòng)態(tài)或瞬態(tài)壓力測(cè)量。量。 常用壓電材料有石英晶體、鋯常用壓電材料有石英晶

24、體、鋯鈦酸鉛和鈦酸鋇。鈦酸鉛和鈦酸鋇。 壓電式壓力傳感器需采用高輸入阻抗的電荷放大器壓電式壓力傳感器需采用高輸入阻抗的電荷放大器前置放大。前置放大。 江蘇科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院第十章第十章 流體參量測(cè)量流體參量測(cè)量 壓電晶體具有質(zhì)量，振動(dòng)條件下工作時(shí)產(chǎn)生與振動(dòng)壓電晶體具有質(zhì)量，振動(dòng)條件下工作時(shí)產(chǎn)生與振動(dòng)加速度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)，對(duì)中、高量程傳感器產(chǎn)生加速度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)，對(duì)中、高量程傳感器產(chǎn)生的附加電荷比起被測(cè)壓力對(duì)晶體作用產(chǎn)生的電荷相對(duì)的附加電荷比起被測(cè)壓力對(duì)晶體作用產(chǎn)生的電荷相對(duì)較小，對(duì)小量程傳感器就不容忽略。較小，對(duì)小量程傳感器就不容忽略。 帶加速度補(bǔ)償?shù)膲毫鞲衅鲙Ъ铀俣妊a(bǔ)償?shù)膲毫鞲衅?在

25、傳感器內(nèi)部設(shè)置一個(gè)附在傳感器內(nèi)部設(shè)置一個(gè)附加質(zhì)量和一組極性相反的補(bǔ)加質(zhì)量和一組極性相反的補(bǔ)償壓電晶體，補(bǔ)償加速度的償壓電晶體，補(bǔ)償加速度的影響。影響。 三、壓力測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性三、壓力測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性 江蘇科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院第十章第十章 流體參量測(cè)量流體參量測(cè)量四、壓力測(cè)量系統(tǒng)校準(zhǔn)四、壓力測(cè)量系統(tǒng)校準(zhǔn)靜態(tài)校準(zhǔn)、動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)靜態(tài)校準(zhǔn)、動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)靜態(tài)校準(zhǔn)確定壓力傳感器或壓力測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)靈靜態(tài)校準(zhǔn)確定壓力傳感器或壓力測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)靈敏度及靜態(tài)誤差，動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)確定動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。敏度及靜態(tài)誤差，動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)確定動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。 1壓力測(cè)量裝置靜態(tài)校準(zhǔn)壓力測(cè)量裝置靜態(tài)校準(zhǔn)活塞壓力計(jì)活塞壓力計(jì)產(chǎn)生靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)壓力的裝置產(chǎn)

26、生靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)壓力的裝置搖動(dòng)手輪使液壓缸的活塞搖動(dòng)手輪使液壓缸的活塞1左移，舉起砝碼左移，舉起砝碼2及柱塞及柱塞，系統(tǒng)中產(chǎn)生一定的壓力作為標(biāo)準(zhǔn)值，與被校壓力，系統(tǒng)中產(chǎn)生一定的壓力作為標(biāo)準(zhǔn)值，與被校壓力表表5讀數(shù)進(jìn)行比較，確定壓力表的刻度誤差。讀數(shù)進(jìn)行比較，確定壓力表的刻度誤差。 江蘇科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院第十章第十章 流體參量測(cè)量流體參量測(cè)量系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)壓力系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)壓力 Pa21gAmmp高精度校準(zhǔn)時(shí)，產(chǎn)生的高精度校準(zhǔn)時(shí)，產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)壓力還應(yīng)考慮空氣標(biāo)準(zhǔn)壓力還應(yīng)考慮空氣對(duì)砝碼的浮力及柱塞與對(duì)砝碼的浮力及柱塞與缸體間隙帶來的誤差，缸體間隙帶來的誤差，進(jìn)行修正。進(jìn)行修正。 關(guān)閉通往砝碼缸的閥門，在接頭關(guān)閉通往砝碼

27、缸的閥門，在接頭3上接入比被校壓上接入比被校壓力表力表5高一精度等級(jí)的壓力表，移動(dòng)活塞產(chǎn)生壓力，高一精度等級(jí)的壓力表，移動(dòng)活塞產(chǎn)生壓力，用高一精度等級(jí)壓力表的讀數(shù)作標(biāo)準(zhǔn)，檢查被校驗(yàn)表用高一精度等級(jí)壓力表的讀數(shù)作標(biāo)準(zhǔn)，檢查被校驗(yàn)表的讀數(shù)，進(jìn)行相對(duì)標(biāo)定。的讀數(shù)，進(jìn)行相對(duì)標(biāo)定。 江蘇科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院第十章第十章 流體參量測(cè)量流體參量測(cè)量2壓力測(cè)量系統(tǒng)動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)壓力測(cè)量系統(tǒng)動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)1)確定壓力測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，估計(jì)動(dòng)態(tài)誤差確定壓力測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，估計(jì)動(dòng)態(tài)誤差2)校準(zhǔn)動(dòng)態(tài)靈敏度校準(zhǔn)動(dòng)態(tài)靈敏度確定測(cè)量系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性方法：確定測(cè)量系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性方法：建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型、實(shí)驗(yàn)建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型、實(shí)驗(yàn)動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)：動(dòng)態(tài)

28、校準(zhǔn)：穩(wěn)態(tài)校準(zhǔn)、瞬態(tài)校準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)校準(zhǔn)、瞬態(tài)校準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)校準(zhǔn)采用正弦壓力作激勵(lì)信號(hào)，測(cè)其響應(yīng)獲穩(wěn)態(tài)校準(zhǔn)采用正弦壓力作激勵(lì)信號(hào)，測(cè)其響應(yīng)獲得頻率響應(yīng)曲線得頻率響應(yīng)曲線穩(wěn)態(tài)正弦壓力發(fā)生器穩(wěn)態(tài)正弦壓力發(fā)生器 江蘇科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院第十章第十章 流體參量測(cè)量流體參量測(cè)量 曲柄搖桿帶動(dòng)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，調(diào)整缸體曲柄搖桿帶動(dòng)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，調(diào)整缸體2的容積改的容積改變輸出壓力的幅值，不同的曲柄轉(zhuǎn)速產(chǎn)生壓力頻率變輸出壓力的幅值，不同的曲柄轉(zhuǎn)速產(chǎn)生壓力頻率變化。變化。 輸出壓力幅值為輸出壓力幅值為6.9MPa時(shí)，頻率可達(dá)時(shí)，頻率可達(dá)100Hz 凸輪凸輪4表面形狀為正弦曲線，噴嘴表面形狀為正弦曲線，噴嘴3的出口阻力隨的出口阻力隨

29、凸輪表面形狀變化而改變凸輪表面形狀變化而改變噴嘴內(nèi)壓力按正弦變化噴嘴內(nèi)壓力按正弦變化 壓力幅值取決于壓力源的壓力值，正弦壓力的頻率壓力幅值取決于壓力源的壓力值，正弦壓力的頻率由凸輪轉(zhuǎn)速?zèng)Q定。輸出壓力幅值為由凸輪轉(zhuǎn)速?zèng)Q定。輸出壓力幅值為6.9MPa時(shí)，頻率時(shí)，頻率達(dá)達(dá)3kHz 。江蘇科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院第十章第十章 流體參量測(cè)量流體參量測(cè)量 正弦壓力發(fā)生器的壓力受到氣源壓力幅值的限制，正弦壓力發(fā)生器的壓力受到氣源壓力幅值的限制，頻率受曲柄或凸輪轉(zhuǎn)速限制，在確定壓力測(cè)量系統(tǒng)在頻率受曲柄或凸輪轉(zhuǎn)速限制，在確定壓力測(cè)量系統(tǒng)在較高壓力下的高頻特性時(shí)，采用瞬態(tài)校準(zhǔn)。較高壓力下的高頻特性時(shí)，采用瞬態(tài)校準(zhǔn)。 壓力

30、源常用階躍壓力信號(hào)壓力源常用階躍壓力信號(hào) 激波管階躍壓力發(fā)生器，由兩段等截面的長(zhǎng)管激波管階躍壓力發(fā)生器，由兩段等截面的長(zhǎng)管4、6及膜片穿孔器及膜片穿孔器2等組成等組成 。 6段管為高壓腔，段管為高壓腔，4段管為低壓腔，二者用膜片段管為低壓腔，二者用膜片5隔隔離，低壓腔連接被校壓力計(jì)離，低壓腔連接被校壓力計(jì) 。江蘇科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院第十章第十章 流體參量測(cè)量流體參量測(cè)量 校準(zhǔn)時(shí)，用穿孔器校準(zhǔn)時(shí)，用穿孔器2將膜片將膜片5刺破，從高壓腔向低壓刺破，從高壓腔向低壓腔產(chǎn)生壓力波腔產(chǎn)生壓力波(激勵(lì)激勵(lì))，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)穿越原高壓區(qū)的，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)穿越原高壓區(qū)的膨脹波。從原高壓區(qū)的端部反射出減壓波，它被疊加膨脹

31、波。從原高壓區(qū)的端部反射出減壓波，它被疊加到氣體粒子上而使粒子速度進(jìn)一步加強(qiáng)，使階躍壓力到氣體粒子上而使粒子速度進(jìn)一步加強(qiáng)，使階躍壓力以更高的速度沿管子傳播。以更高的速度沿管子傳播。 若已知液體的性質(zhì)，通過安裝在管壁上的兩個(gè)壓力若已知液體的性質(zhì)，通過安裝在管壁上的兩個(gè)壓力檢測(cè)器所提供的信息確定傳播速度的數(shù)值，可求得階檢測(cè)器所提供的信息確定傳播速度的數(shù)值，可求得階躍壓力的大小。躍壓力的大小。 激波管產(chǎn)生相對(duì)壓力表正的壓力階躍信號(hào)，其上升激波管產(chǎn)生相對(duì)壓力表正的壓力階躍信號(hào)，其上升時(shí)間約為時(shí)間約為10-9s，壓力達(dá)，壓力達(dá)4MPa 。江蘇科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院第十章第十章 流體參量測(cè)量流體參量測(cè)量 將壓

32、力傳感器接到具有一定壓力的容器上，用快將壓力傳感器接到具有一定壓力的容器上，用快速開啟閥門或擊穿容器等方法將壓力釋放，可產(chǎn)生速開啟閥門或擊穿容器等方法將壓力釋放，可產(chǎn)生負(fù)的壓力階躍信號(hào)，其下降時(shí)間約為負(fù)的壓力階躍信號(hào)，其下降時(shí)間約為10-4s，壓力，壓力1.5MPa。 利用壓力發(fā)生器把瞬變壓力加到壓力傳感器或壓力利用壓力發(fā)生器把瞬變壓力加到壓力傳感器或壓力測(cè)量系統(tǒng)上，測(cè)得響應(yīng)特性計(jì)算出該壓力傳感器或測(cè)量系統(tǒng)上，測(cè)得響應(yīng)特性計(jì)算出該壓力傳感器或測(cè)壓系統(tǒng)在整個(gè)頻帶內(nèi)的響應(yīng)。測(cè)壓系統(tǒng)在整個(gè)頻帶內(nèi)的響應(yīng)。 江蘇科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院第十章第十章 流體參量測(cè)量流體參量測(cè)量10-2 10-2 流量測(cè)量流量測(cè)量

33、流體密度隨流體壓力、溫度變化。在說明容積流流體密度隨流體壓力、溫度變化。在說明容積流量時(shí)，同時(shí)指明流體的壓力和溫度量時(shí)，同時(shí)指明流體的壓力和溫度(特別是氣體特別是氣體)流量測(cè)量方法：流量測(cè)量方法： 直接測(cè)量法、間接測(cè)量法直接測(cè)量法、間接測(cè)量法 單位時(shí)間內(nèi)通過某一管道流體的體積單位時(shí)間內(nèi)通過某一管道流體的體積Q(體積流量，體積流量，m3/s或或m3/h)或質(zhì)量或質(zhì)量G(質(zhì)量流量，質(zhì)量流量，kg/s)G=Q 江蘇科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院第十章第十章 流體參量測(cè)量流體參量測(cè)量 直接測(cè)量法直接測(cè)量法直接測(cè)量出某一間隔時(shí)間內(nèi)流過的直接測(cè)量出某一間隔時(shí)間內(nèi)流過的流體總量，算出平均流量。流體總量，算出平均流量。 間

34、接測(cè)量法間接測(cè)量法通過中間變換元件或機(jī)構(gòu)，將管道通過中間變換元件或機(jī)構(gòu)，將管道中流動(dòng)的液體流量轉(zhuǎn)換為壓差、位移、力、轉(zhuǎn)速等中流動(dòng)的液體流量轉(zhuǎn)換為壓差、位移、力、轉(zhuǎn)速等參量參量轉(zhuǎn)換成電量輸出。轉(zhuǎn)換成電量輸出。 一、常用流量計(jì)一、常用流量計(jì) 1差壓式流量計(jì)差壓式流量計(jì) 當(dāng)流體流過節(jié)流元件時(shí)，產(chǎn)生局部收縮，流束截當(dāng)流體流過節(jié)流元件時(shí)，產(chǎn)生局部收縮，流束截面縮小，流動(dòng)速度加快，根據(jù)伯努利方程，壓力下面縮小，流動(dòng)速度加快，根據(jù)伯努利方程，壓力下降，在節(jié)流元件前后產(chǎn)生靜壓差，間接算出流量。降，在節(jié)流元件前后產(chǎn)生靜壓差，間接算出流量。 通過測(cè)量流體經(jīng)過節(jié)流裝置產(chǎn)生的靜壓差實(shí)現(xiàn)流通過測(cè)量流體經(jīng)過節(jié)流裝置產(chǎn)生的

35、靜壓差實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量。量測(cè)量。 江蘇科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院第十章第十章 流體參量測(cè)量流體參量測(cè)量 組成：組成：將流量轉(zhuǎn)換為差壓信號(hào)的將流量轉(zhuǎn)換為差壓信號(hào)的節(jié)流裝置節(jié)流裝置，傳輸差，傳輸差壓信號(hào)的壓信號(hào)的管路管路及測(cè)量差壓值的及測(cè)量差壓值的差壓計(jì)差壓計(jì)(或差壓傳感器或差壓傳感器) 。 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置由節(jié)流元件、取壓設(shè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置由節(jié)流元件、取壓設(shè)備和節(jié)流元件前后的直管段組成，只要其結(jié)構(gòu)、加備和節(jié)流元件前后的直管段組成，只要其結(jié)構(gòu)、加工和使用條件符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，流量就可由壓差通過工和使用條件符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，流量就可由壓差通過計(jì)算確定，不再另行標(biāo)定。計(jì)算確定，

36、不再另行標(biāo)定。 節(jié)流元件節(jié)流元件孔板、噴嘴和文丘利噴嘴一般用于孔板、噴嘴和文丘利噴嘴一般用于 50mm管道中，管道中，高溫、高壓時(shí)宜選前兩種，低溫時(shí)選后一種。高溫、高壓時(shí)宜選前兩種，低溫時(shí)選后一種。 江蘇科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院第十章第十章 流體參量測(cè)量流體參量測(cè)量 噴嘴及文丘利噴嘴對(duì)流噴嘴及文丘利噴嘴對(duì)流體產(chǎn)生的壓力損失小。對(duì)體產(chǎn)生的壓力損失小。對(duì)于易使節(jié)流裝置臟污、磨于易使節(jié)流裝置臟污、磨損和腐蝕的介質(zhì)，選擇噴損和腐蝕的介質(zhì)，選擇噴嘴比孔板好。嘴比孔板好。 孔板取壓：孔板取壓： 角接取壓時(shí)，在緊靠孔板角接取壓時(shí)，在緊靠孔板兩側(cè)取壓。兩側(cè)取壓。 法蘭取壓時(shí)，在孔板前后法蘭取壓時(shí)，在孔板前后25.40

37、.8mm處。處。 徑距取壓時(shí)，徑距取壓時(shí)，p1和和p2分別在分別在D和和0.5D處。處。 噴嘴取壓只用角接取壓。噴嘴取壓只用角接取壓。 江蘇科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院第十章第十章 流體參量測(cè)量流體參量測(cè)量 節(jié)流裝置一般安裝在水平管道內(nèi)，節(jié)流元件前后的節(jié)流裝置一般安裝在水平管道內(nèi)，節(jié)流元件前后的直管段，對(duì)于不同的節(jié)流裝置不同直管段，對(duì)于不同的節(jié)流裝置不同(具體長(zhǎng)度參見推薦具體長(zhǎng)度參見推薦值值)。 孔板作為節(jié)流元件的差壓流量計(jì)孔板作為節(jié)流元件的差壓流量計(jì) 江蘇科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院第十章第十章 流體參量測(cè)量流體參量測(cè)量 分析表明，若在節(jié)流裝置前后端面分析表明，若在節(jié)流裝置前后端面(角接取壓角接取壓)處處取壓取壓p

38、1和和p2，流量，流量Q為為 )(2210ppAQA0節(jié)流裝置開孔截面積，節(jié)流裝置開孔截面積，m2；流體的密度，流體的密度，kg/m3；氣體的膨脹校正系數(shù)，對(duì)液體氣體的膨脹校正系數(shù)，對(duì)液體=1；流量系數(shù)，與流道尺寸、取壓方式和流速分流量系數(shù)，與流道尺寸、取壓方式和流速分布狀態(tài)有關(guān)，無量綱量。布狀態(tài)有關(guān)，無量綱量。 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件的結(jié)構(gòu)、尺寸，以圖線或標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件的結(jié)構(gòu)、尺寸，以圖線或表格形式給出表格形式給出和和值值 。江蘇科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院第十章第十章 流體參量測(cè)量流體參量測(cè)量 流量流量壓差關(guān)系雖然簡(jiǎn)單，但確定壓差關(guān)系雖然簡(jiǎn)單，但確定十分麻煩。十分麻煩。除與孔口對(duì)管道的面積比、取壓

39、方式、流速分布狀除與孔口對(duì)管道的面積比、取壓方式、流速分布狀態(tài)有關(guān)外，還受管道粗糙度影響。實(shí)驗(yàn)表明，只有態(tài)有關(guān)外，還受管道粗糙度影響。實(shí)驗(yàn)表明，只有在流體接近充分紊流時(shí)，即雷諾數(shù)在流體接近充分紊流時(shí)，即雷諾數(shù)Re大于某一界限大于某一界限值時(shí)，值時(shí)，才是與流體狀態(tài)無關(guān)的常數(shù)。才是與流體狀態(tài)無關(guān)的常數(shù)。 差壓流量計(jì)測(cè)量精確度為差壓流量計(jì)測(cè)量精確度為1%2%。實(shí)際使用時(shí)，由于雷諾數(shù)及流體溫度、粘度、比重實(shí)際使用時(shí)，由于雷諾數(shù)及流體溫度、粘度、比重等的變化及孔板孔口邊緣的腐蝕磨損程度不同，精等的變化及孔板孔口邊緣的腐蝕磨損程度不同，精確度將低于確度將低于2%。 江蘇科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院第十章第十章 流體參

40、量測(cè)量流體參量測(cè)量2速度式流量計(jì)速度式流量計(jì)渦輪流量計(jì)、葉輪式水表渦輪流量計(jì)、葉輪式水表1)渦輪流量計(jì)渦輪流量計(jì) 渦輪流量計(jì)結(jié)構(gòu)圖渦輪流量計(jì)結(jié)構(gòu)圖 導(dǎo)磁材料制作的渦導(dǎo)磁材料制作的渦輪表面有螺旋狀葉片，輪表面有螺旋狀葉片，在被測(cè)流體的作用下在被測(cè)流體的作用下旋轉(zhuǎn)。渦輪旋轉(zhuǎn)角速旋轉(zhuǎn)。渦輪旋轉(zhuǎn)角速度度與流量與流量Q關(guān)系關(guān)系 QrACtg渦輪葉片與軸線的夾角；渦輪葉片與軸線的夾角；C系數(shù)；系數(shù)；r渦輪的平均半渦輪的平均半徑；徑；A渦輪葉柵通流截面積渦輪葉柵通流截面積 江蘇科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院第十章第十章 流體參量測(cè)量流體參量測(cè)量 轉(zhuǎn)動(dòng)葉片使磁電傳感器磁路中的磁阻發(fā)生周期性轉(zhuǎn)動(dòng)葉片使磁電傳感器磁路中的磁阻發(fā)

41、生周期性變化變化產(chǎn)生脈沖電壓信號(hào)產(chǎn)生脈沖電壓信號(hào)頻率頻率f與渦輪轉(zhuǎn)速成正比與渦輪轉(zhuǎn)速成正比 Q=f / 儀器常數(shù)，表示通過單位體積流體所產(chǎn)生的儀器常數(shù)，表示通過單位體積流體所產(chǎn)生的脈沖數(shù)。脈沖數(shù)。 用頻率計(jì)測(cè)出頻率換算出被測(cè)流量。用頻率計(jì)測(cè)出頻率換算出被測(cè)流量。將渦輪轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電信號(hào)方法：磁電法、光電法、將渦輪轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電信號(hào)方法：磁電法、光電法、放射性同位素法、霍耳效應(yīng)法等放射性同位素法、霍耳效應(yīng)法等配以顯示儀表配以顯示儀表測(cè)量流量。測(cè)量流量。 江蘇科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院第十章第十章 流體參量測(cè)量流體參量測(cè)量 流量較大時(shí)，儀器常數(shù)流量較大時(shí)，儀器常數(shù)=常數(shù)。常數(shù)。 流量很小時(shí)流速很慢，渦流量很小時(shí)

42、流速很慢，渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)力矩小，阻力矩作用輪轉(zhuǎn)動(dòng)力矩小，阻力矩作用明顯明顯較小。較小。 流體速度增加，流體為層流體速度增加，流體為層流狀態(tài)，流狀態(tài)，值逐漸增大。值逐漸增大。 從層流狀態(tài)過渡到紊流時(shí)，流體粘性摩擦阻力矩由小從層流狀態(tài)過渡到紊流時(shí)，流體粘性摩擦阻力矩由小變大，變大，值又有所下降。值又有所下降。 流體處于充分紊流時(shí)，流體處于充分紊流時(shí)，值保持恒定，與流量無關(guān)。值保持恒定，與流量無關(guān)。 渦輪流量計(jì)特性受粘度影響較大。粘度越大，儀器常渦輪流量計(jì)特性受粘度影響較大。粘度越大，儀器常數(shù)數(shù)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的流量也越大達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的流量也越大(12 p2)，圖，圖a中橢圓齒輪中橢圓齒輪A上上受轉(zhuǎn)矩使其轉(zhuǎn)動(dòng)

43、，橢圓齒輪受轉(zhuǎn)矩使其轉(zhuǎn)動(dòng)，橢圓齒輪B上的力矩接近于零，被齒輪上的力矩接近于零，被齒輪A帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)動(dòng)到圖帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)動(dòng)到圖c位置時(shí)，位置時(shí)，橢圓齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)半周，輪橢圓齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)半周，輪B成為成為主動(dòng)，帶動(dòng)輪主動(dòng)，帶動(dòng)輪A轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)。 江蘇科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院第十章第十章 流體參量測(cè)量流體參量測(cè)量 每個(gè)橢圓齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周，將齒輪與腔壁形成的兩個(gè)每個(gè)橢圓齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周，將齒輪與腔壁形成的兩個(gè)新月型腔室內(nèi)的流體排出流量計(jì)新月型腔室內(nèi)的流體排出流量計(jì)測(cè)出齒輪轉(zhuǎn)速測(cè)出齒輪轉(zhuǎn)速流流量。量。 橢圓齒輪流量計(jì)橢圓齒輪流量計(jì)顯示：顯示：通過齒輪傳動(dòng)及棘輪機(jī)構(gòu)推通過齒輪傳動(dòng)及棘輪機(jī)構(gòu)推動(dòng)數(shù)字盤轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)顯；通過測(cè)速發(fā)電機(jī)或

44、光電傳動(dòng)數(shù)字盤轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)顯；通過測(cè)速發(fā)電機(jī)或光電傳感器感器模擬或脈沖電信號(hào)模擬或脈沖電信號(hào)轉(zhuǎn)速計(jì)或頻率計(jì)測(cè)出轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速計(jì)或頻率計(jì)測(cè)出轉(zhuǎn)速換算流量值。換算流量值。江蘇科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院第十章第十章 流體參量測(cè)量流體參量測(cè)量 橢圓齒輪流量計(jì)由固定容積計(jì)量流量橢圓齒輪流量計(jì)由固定容積計(jì)量流量測(cè)量精度測(cè)量精度與流體的流態(tài)與流體的流態(tài)(雷諾數(shù)雷諾數(shù))及粘度無關(guān)及粘度無關(guān)安裝橢圓齒輪流安裝橢圓齒輪流量計(jì)的前后無需增加直管段。量計(jì)的前后無需增加直管段。 用腰形輪代替橢圓齒輪制成腰輪流量計(jì)。用腰形輪代替橢圓齒輪制成腰輪流量計(jì)。 腰輪沒有齒，當(dāng)流體中含有雜質(zhì)時(shí)，不容易堵塞，腰輪沒有齒，當(dāng)流體中含有雜質(zhì)時(shí)，不容易堵

45、塞，儀表壽命長(zhǎng)，可制成大口徑流量計(jì)儀表壽命長(zhǎng)，可制成大口徑流量計(jì) 。4靶式流量計(jì)靶式流量計(jì)工作原理：壓力差原理制成工作原理：壓力差原理制成示意圖示意圖 江蘇科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院第十章第十章 流體參量測(cè)量流體參量測(cè)量 管道中的圓形靶管道中的圓形靶2作為節(jié)作為節(jié)流元件，在流體作用下，流元件，在流體作用下，靶前、靶后形成壓力差靶前、靶后形成壓力差(作作用在靶上的力用在靶上的力)。流體的流。流體的流量量Q與靶上的作用力與靶上的作用力F的平的平方根成正比：方根成正比： FDkQ)1(25. 1k流量系數(shù)；流量系數(shù)；靶的結(jié)構(gòu)靶的結(jié)構(gòu)系數(shù)，系數(shù)，=d/D；d圓靶外徑；圓靶外徑；D管道內(nèi)徑；管道內(nèi)徑；流體介質(zhì)的流

46、體介質(zhì)的密度。密度。測(cè)得靶上的作用力測(cè)得靶上的作用力流量值流量值 1-1-管道管道2-2-靶靶3-3-杠桿杠桿4-4-彈性筒彈性筒5-5-電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變片6 6殼體殼體7-7-接線插頭接線插頭江蘇科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院第十章第十章 流體參量測(cè)量流體參量測(cè)量 通過杠桿通過杠桿3測(cè)量彈性筒測(cè)量彈性筒4上應(yīng)變片上應(yīng)變片5的阻值變化的阻值變化通通過靶過靶2與管道與管道1間環(huán)形縫隙間環(huán)形縫隙的流量。的流量。 杠桿杠桿3相連懸臂梁自由端相連懸臂梁自由端或磁電式或磁電式流量電信號(hào)流量電信號(hào)配套儀表顯示、記錄或控配套儀表顯示、記錄或控制其他機(jī)構(gòu)。制其他機(jī)構(gòu)。 1-1-管道管道2-2-靶靶3-3-杠桿杠桿4-4-

47、彈性筒彈性筒5-5-電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變片6 6殼體殼體7-7-接線插頭接線插頭江蘇科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院第十章第十章 流體參量測(cè)量流體參量測(cè)量 靶式流量計(jì)的精度主要取決于流量系數(shù)靶式流量計(jì)的精度主要取決于流量系數(shù)k，其值，其值與與、D及液體流動(dòng)的雷諾數(shù)有關(guān)，一般由實(shí)驗(yàn)確定。及液體流動(dòng)的雷諾數(shù)有關(guān)，一般由實(shí)驗(yàn)確定。 k-Re實(shí)驗(yàn)曲線實(shí)驗(yàn)曲線 管道內(nèi)徑管道內(nèi)徑D=53mm，=d/D=0.7和和0.8當(dāng)當(dāng)Re較大時(shí)，較大時(shí)，k趨于某一常數(shù)；當(dāng)趨于某一常數(shù)；當(dāng)Re較小時(shí)，較小時(shí)，k隨隨Re值減小顯著減小值減小顯著減小江蘇科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院第十章第十章 流體參量測(cè)量流體參量測(cè)量 在流量計(jì)測(cè)量范圍內(nèi)，希望在流量計(jì)

48、測(cè)量范圍內(nèi)，希望k值能基本保持常數(shù)，值能基本保持常數(shù)，以保證流量計(jì)的測(cè)量精度。以保證流量計(jì)的測(cè)量精度。相比差壓式流量計(jì)：相比差壓式流量計(jì)：靶式流量計(jì)的流量系數(shù)靶式流量計(jì)的流量系數(shù)k趨于常數(shù)的臨界雷諾數(shù)較趨于常數(shù)的臨界雷諾數(shù)較小小適于測(cè)量粘度較大的液體流量。適于測(cè)量粘度較大的液體流量。 5超聲波流量計(jì)超聲波流量計(jì)工作原理：超聲波在流體中傳播時(shí)的傳播速度與工作原理：超聲波在流體中傳播時(shí)的傳播速度與流速有關(guān)原理進(jìn)行檢測(cè)。流速有關(guān)原理進(jìn)行檢測(cè)。利用超聲的聲環(huán)頻率差測(cè)量流量示意圖。利用超聲的聲環(huán)頻率差測(cè)量流量示意圖。 江蘇科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院第十章第十章 流體參量測(cè)量流體參量測(cè)量 在管道兩側(cè)裝設(shè)超聲探頭在管

49、道兩側(cè)裝設(shè)超聲探頭TR1和和TR2。定時(shí)從。定時(shí)從TR1發(fā)射超聲波，發(fā)射超聲波，TR2接收；過一段時(shí)間改換工作狀態(tài)，接收；過一段時(shí)間改換工作狀態(tài)，從從TR2發(fā)射，發(fā)射，TRl接收接收 江蘇科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院第十章第十章 流體參量測(cè)量流體參量測(cè)量超聲從超聲從TR1流體流體TR2電路，形成順液流聲環(huán)電路，形成順液流聲環(huán)超聲傳播速度為聲速與液體流速之和超聲傳播速度為聲速與液體流速之和從從TR2TR1為逆流聲環(huán)為逆流聲環(huán)超聲傳播速度為聲速與流超聲傳播速度為聲速與流體流速之差體流速之差超聲從超聲從TR1TR2與從與從TR2TR1傳播的時(shí)間不同傳播的時(shí)間不同時(shí)間的倒數(shù)時(shí)間的倒數(shù)=頻率，順流與逆流聲環(huán)測(cè)得的頻

50、率不同頻率，順流與逆流聲環(huán)測(cè)得的頻率不同對(duì)外壁透射型超聲波流量計(jì)，考慮管壁等的影響，對(duì)外壁透射型超聲波流量計(jì)，考慮管壁等的影響，順、逆流聲環(huán)頻率差為：順、逆流聲環(huán)頻率差為： 江蘇科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院第十章第十章 流體參量測(cè)量流體參量測(cè)量 v流體速度；流體速度；流速與超聲波發(fā)射方向的夾角；流速與超聲波發(fā)射方向的夾角； d管道內(nèi)徑；管道內(nèi)徑；固定延遲時(shí)間，等于超聲波在管壁中傳播固定延遲時(shí)間，等于超聲波在管壁中傳播時(shí)間與電路延遲時(shí)間之和；時(shí)間與電路延遲時(shí)間之和；c超聲波在流體中傳播速度；超聲波在流體中傳播速度；k與流速分布有關(guān)的校正系數(shù)與流速分布有關(guān)的校正系數(shù) 22)sin1 (sindcdvkf江蘇科

51、技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 超聲波流量計(jì)可測(cè)任何流體的流量，特別是高粘度、超聲波流量計(jì)可測(cè)任何流體的流量，特別是高粘度、腐蝕性、非導(dǎo)電液體等。腐蝕性、非導(dǎo)電液體等。 超聲波換能器安裝在管壁外，不與被測(cè)介質(zhì)接觸，超聲波換能器安裝在管壁外，不與被測(cè)介質(zhì)接觸，不影響流體的流動(dòng)，無壓力損失，適合于大管徑的流不影響流體的流動(dòng)，無壓力損失，適合于大管徑的流量測(cè)量。量測(cè)量。 附加積算電路還可以測(cè)量一段時(shí)間內(nèi)的總流量。附加積算電路還可以測(cè)量一段時(shí)間內(nèi)的總流量。 第十章第十章 流體參量測(cè)量流體參量測(cè)量江蘇科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院第十章第十章 流體參量測(cè)量流體參量測(cè)量 6其他類型流量計(jì)其他類型流量計(jì) 對(duì)于導(dǎo)電液體，利用在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)

52、生感應(yīng)電勢(shì)對(duì)于導(dǎo)電液體，利用在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)的原理，從導(dǎo)管直徑的兩端測(cè)其正比被測(cè)流量的電的原理，從導(dǎo)管直徑的兩端測(cè)其正比被測(cè)流量的電勢(shì)勢(shì)電磁流量計(jì)電磁流量計(jì)江蘇科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 利用氣流對(duì)浮動(dòng)浮子的浮力，測(cè)定浮子上升的距利用氣流對(duì)浮動(dòng)浮子的浮力，測(cè)定浮子上升的距離來代表流量離來代表流量浮子流量計(jì)浮子流量計(jì) 利用氣體經(jīng)過非流線型物體后產(chǎn)生有規(guī)律的旋渦利用氣體經(jīng)過非流線型物體后產(chǎn)生有規(guī)律的旋渦流，其頻率與流量有確定關(guān)系流，其頻率與流量有確定關(guān)系旋渦流量計(jì)旋渦流量計(jì) 隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展和自動(dòng)化水平的提高，嚴(yán)格隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展和自動(dòng)化水平的提高，嚴(yán)格控制產(chǎn)品質(zhì)量和進(jìn)行準(zhǔn)確的成本核算，需要測(cè)定控制產(chǎn)品質(zhì)量和進(jìn)行準(zhǔn)確的成本核算，需要測(cè)定液體的質(zhì)量流量液體的質(zhì)量流量質(zhì)量流量計(jì)質(zhì)量流量計(jì) 第十章第十章 流體參量測(cè)量流體參量測(cè)量江蘇科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院第十章第十章 流體參量測(cè)量流體參量測(cè)量 質(zhì)量流量計(jì)：直接式、推導(dǎo)式和溫度、壓力補(bǔ)償式質(zhì)量流量計(jì)：