流速和流量測(cè)量的基本原理及特點(diǎn)

1、流速和流量測(cè)量的基本原理及特點(diǎn)12本章主要內(nèi)容：概述測(cè)速管節(jié)流式流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)渦輪流量計(jì)電磁流量計(jì)靶式流量計(jì)超聲波式流量計(jì)渦街流量計(jì)哥利奧里式流量計(jì)本章重點(diǎn)：1.節(jié)流式流量計(jì)的工作原理、特點(diǎn)、流量方程的推導(dǎo)、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置、參數(shù)分析。2.轉(zhuǎn)子流量的工作原理及特點(diǎn)、刻度換算。3.其他流量計(jì)的基本原理和特點(diǎn)。本章難點(diǎn)：節(jié)流式流量計(jì)的流量方程的推導(dǎo)。3概述流體與流量流體: 是指具有流動(dòng)性能的物質(zhì)，一般可以認(rèn)為是氣體和液體的總稱。流量: 是指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某截面的流體數(shù)量，稱瞬時(shí)流量。它可用質(zhì)量單位表示，也可用體積單位表示，分別稱為質(zhì)量流量(kg/s)和體積流量（m3/s) 。 體積流量表達(dá)式為：質(zhì)量

2、流量表達(dá)式為：測(cè)量某一段時(shí)間內(nèi)流過(guò)的流體量，即瞬時(shí)流量對(duì)時(shí)間的積分，稱之流體總量。 4 流體性質(zhì)和流體運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性 流體性質(zhì)多樣性: 流體性質(zhì)的多樣性表現(xiàn)在密度、粘度不同，單相流、多相流之分，可壓縮性的強(qiáng)弱，牛頓流體與非牛頓體管路系統(tǒng)的多樣性,管道形狀， 壁面光滑程度。 流動(dòng)狀態(tài)的多樣性: 流體流動(dòng)狀態(tài)的多樣性表現(xiàn)在層流與紊流， 明渠流與管流， 充滿流與非充滿流，旋轉(zhuǎn)流與脈動(dòng)流。 5流量測(cè)量方法 1.容積法 原理：容積型流量計(jì)測(cè)量流量的基本依據(jù)是，單位時(shí)間內(nèi)被測(cè)流體充滿(或排出)某一定容容器的次數(shù)。即有 qv= nV式中， V為定容容器的容積，n為單位時(shí)間內(nèi)被測(cè)流體充滿(或排出)定容容器的次數(shù)

3、。 形式：橢圓齒輪式、腰輪式、刮板式、活塞式等 。 特點(diǎn)：流動(dòng)狀態(tài)對(duì)測(cè)量的影響小，精度高；有一定的壓力損失；不宜用于高溫、高壓、臟污介質(zhì)的測(cè)量。672.流速法 原理：速度型流量計(jì)以流體一元流動(dòng)的連續(xù)方程為理論依據(jù)，即當(dāng)流通截面確定時(shí)，流體的體積流量與截面上的平均流速成正比。 形式：差壓式、轉(zhuǎn)子式、渦輪式、層流式，電磁式、聲波式 特點(diǎn)：使用性能好，精度高；可用于高溫、高壓介質(zhì)的測(cè)量，流動(dòng)狀態(tài)、Re對(duì)測(cè)量的影響大。8 3.質(zhì)量法 這類流量計(jì)以測(cè)量與流體質(zhì)量有關(guān)的物理效應(yīng)為基礎(chǔ)，分為直接式、推導(dǎo)式和溫度壓力補(bǔ)償式三種。 直接式質(zhì)量流量計(jì)利用與質(zhì)量流量直接有關(guān)的原理(如慣性系中的牛頓第二定律)進(jìn)行測(cè)量

4、。推導(dǎo)式質(zhì)量流量計(jì)是同時(shí)測(cè)取流體的密度和體積流量，通過(guò)運(yùn)算而推導(dǎo)出質(zhì)量流量的。一般，它由速度型流量計(jì)和密度計(jì)組合而成。 溫度壓力補(bǔ)償式質(zhì)量流量計(jì)也可看成是一種推導(dǎo)式質(zhì)量流量計(jì)，只是它不配用密度計(jì)，而是利用溫度、壓力與密度之間的關(guān)系，將溫度、壓力的測(cè)量值轉(zhuǎn)換為密度，再與體積流量進(jìn)行運(yùn)算而得到質(zhì)量流量。 9應(yīng)當(dāng)指出，無(wú)論哪一種流量計(jì)，都有一定的適用范圍，對(duì)流利的特性以及管道條件都有特定的要求。目前生產(chǎn)的容積法和速度法流量計(jì)，都要求滿足下列條件： 流體必須充滿管道內(nèi)部，并連續(xù)流動(dòng)；流體在物理上和熱力學(xué)上是單相的，流經(jīng)測(cè)量元件時(shí)不發(fā)生相變；流體的速度一般在音速以下。常見流量計(jì)的種類及性能參見教材第19

5、7頁(yè)表4-1。4.流量計(jì)及其主要參數(shù)用于測(cè)量流量的計(jì)量器具稱為流量計(jì)。有一次裝置和二次儀表組成。流量計(jì)的主要技術(shù)參數(shù)有：流量測(cè)量范圍上限值：A=a10n其中差壓測(cè)量范圍上限值B=b 10n其中壓力損失：用流量計(jì)進(jìn)、出口的靜壓差表示。10測(cè)速管測(cè)速度的結(jié)構(gòu)與測(cè)量原理 測(cè)速管又稱皮托（Pitot）管，如圖所示，是由兩根彎成直角的同心套管組成，內(nèi)管管口正對(duì)著管道中流體流動(dòng)方向，外管的管口是封閉的，在外管前端壁面四周開有若干測(cè)壓小孔。為了減小誤差，測(cè)速管的前端經(jīng)常做成半球形以減少渦流。測(cè)速管的內(nèi)管與外管分別與U形壓差計(jì)相連。 1112內(nèi)管所測(cè)的是流體在A處的局部動(dòng)能和靜壓能之和，稱為總壓能。測(cè)速管內(nèi)管

6、A處：由于外管壁上的測(cè)壓小孔與流體流動(dòng)方向平行，所以外管僅測(cè)得流體的靜壓能，即外管B處：U形壓差計(jì)實(shí)際反映的是內(nèi)管沖壓能和外管靜壓能之差，即則該處的局部速度為 13由此可知，測(cè)速管實(shí)際測(cè)得的是流體在管截面某處的點(diǎn)速度，因此利用測(cè)速管可以測(cè)得流體在管內(nèi)的速度分布。若要獲得流量，可對(duì)速度分布曲線進(jìn)行積分。也可以利用皮托管測(cè)量管中心的最大流速，利用圖所示的關(guān)系查取最大速度與平均速度的關(guān)系，求出管道與Re的關(guān)系、截面的平均速度，進(jìn)而計(jì)算出流量，此法較常用。14均速管皮托管15測(cè)速管的安裝1.必須保證測(cè)量點(diǎn)位于均勻流段，一般要求測(cè)量點(diǎn)上、下游的直管長(zhǎng)度最好大于50倍管內(nèi)徑，至少也應(yīng)大于812倍。2.測(cè)速

7、管管口截面必須垂直于流體流動(dòng)方向，任何偏離都將導(dǎo)致負(fù)偏差。3.測(cè)速管的外徑d0不應(yīng)超過(guò)管內(nèi)徑d的1/50，即d0d/50。測(cè)速管對(duì)流體的阻力較小，適用于測(cè)量大直徑管道中清潔氣體的流速，若流體中含有固體雜質(zhì)時(shí)，易將測(cè)壓孔堵塞，故不易采用。此外，測(cè)速管的壓差讀數(shù)較小，常常需要放大或配微壓計(jì)。 16節(jié)流式流量計(jì)測(cè)量原理與流量方程 節(jié)流式流量計(jì)是利用流體流經(jīng)節(jié)流元件產(chǎn)生的壓力差來(lái)實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量的。將節(jié)流件垂直安裝在管道中，以一定取壓方式測(cè)取孔板前后兩端的壓差，并與壓差計(jì)相連，即構(gòu)成節(jié)流式流量計(jì)。 17節(jié)流過(guò)程分析：當(dāng)流體流過(guò)管道中的節(jié)流元件時(shí)，由于流通截面的變化，節(jié)流件前后的靜壓力不同，靜壓差與流體的流

8、量有關(guān)，這種現(xiàn)象稱為節(jié)流現(xiàn)象。如圖所示，流束未受到節(jié)流件影響時(shí)，流動(dòng)方向與管道中心線平行。在節(jié)流件前，流體向中心加速，至截面2處流束收縮到最小，此處流速方向又與管道中心線平行，且流速最大，壓力最低，然后流束擴(kuò)張，流速下降，靜壓升高，直到截面3處流束又充滿管道。由于渦流區(qū)的存在，導(dǎo)致流體能量損失，故在截面3處?kù)o壓力p3不等于原先的數(shù)值，而產(chǎn)生了壓力損失p 18流量方程的推導(dǎo)：根據(jù)截面1，2處的壓力能、動(dòng)能和勢(shì)能的關(guān)系，可寫出伯努利方程如下：另外，根據(jù)流體流動(dòng)的連續(xù)性方程，有式中，C1、C2截面1，2處的動(dòng)能修正系數(shù)； Z1、Z2，截面1，2處流體對(duì)參考水平面的距離； g重力加速度； 能量損失系數(shù)

9、； A1、A2截面1，2處的流束截面。1） 不可壓縮流體的流量方程令 =d/D 由（2）式 代入（1）式得 （1）（2）19又根據(jù)取壓位置不同設(shè) 最后得出其中= 稱為流量系數(shù) （國(guó)際上多用流出系數(shù)C代替）1） 可壓縮流體的流量方程令1，則可壓縮流體的流量方程為 如果對(duì)于不可壓縮流體取=1，那么上兩式便是流體流量方程的統(tǒng)一形式。 流出系數(shù)定義為實(shí)際流量與理論流量值之比值。理論流量計(jì)在：吳能量損失、平均速度可代替瞬時(shí)速度、d=d =1、及 =1的條件下的流量。20標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置節(jié)流裝置標(biāo)準(zhǔn)化建立的基礎(chǔ)：對(duì)于一定粗糙度的管道，幾何相似（值相）等的節(jié)流裝置在流體動(dòng)力學(xué)相似（管內(nèi)流動(dòng)雷諾數(shù)Red相等）的條

10、件下，流量系數(shù)相等。標(biāo)準(zhǔn)化內(nèi)容：的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（以表格或公式的形式給出）；滿足相似條件的四個(gè)規(guī)定：規(guī)定的節(jié)流件形式；規(guī)定的取壓方式；規(guī)定的管道條件；規(guī)定的流體條件。因此滿足規(guī)定條件的節(jié)流裝置稱為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置。21我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 262481 規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置是： 標(biāo)準(zhǔn)孔板角接取壓； 標(biāo)準(zhǔn)孔板，法蘭取壓； ISA1932噴嘴，角接取壓。221.標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件標(biāo)準(zhǔn)孔板標(biāo)準(zhǔn)孔板的形狀如圖所示。它是一帶有圓孔的板，圓孔與管道同心，直角入口邊緣非常銳利?？装辶髁坑?jì)實(shí)物圖 標(biāo)準(zhǔn)孔板的重要的尺寸參數(shù)是開孔直徑，對(duì)制成的孔板，應(yīng)至少取四個(gè)大致相等的角度測(cè)得直徑的平均值。任一孔徑的單測(cè)值與平均值之差不得大于0.0

11、5%?？讖綉?yīng)大于或等于，孔徑比 (為管道直徑)為?？装彘_孔上游側(cè)的直角入口邊緣，應(yīng)銳利無(wú)毛刺和劃痕。若直角入口邊緣形成圓弧，其圓弧半徑應(yīng)小于或等于?？装暹M(jìn)口圓筒的厚度e和孔板厚度E不能過(guò)大，以免影響精度。 2324標(biāo)準(zhǔn)噴嘴標(biāo)準(zhǔn)噴嘴的結(jié)構(gòu)如圖所示。其輪廓外形由進(jìn)口端面A、收縮部分第一圓弧曲面與第二圓弧曲面、圓筒形喉部和出口邊緣保護(hù)糟H所組成。圓筒形喉部e的直徑即為節(jié)流件的開孔直徑，其長(zhǎng)度為。標(biāo)準(zhǔn)噴嘴加工比較困難，一般均由專業(yè)廠制造，實(shí)驗(yàn)室所用的在市場(chǎng)上購(gòu)買。標(biāo)準(zhǔn)噴嘴適用的管道直徑為501000mm，孔徑比 為，雷諾數(shù)為2E42E6。25長(zhǎng)徑噴嘴適用于：50mmD 630mm104 ReD 107

12、K/D 1010426文丘里管文丘里管是由入口圓筒段A、圓錐形收縮段B、圓筒形喉部C和圓錐形擴(kuò)散段E所組成。文丘里管的幾何形狀如圖3-14所示。文丘里管第一收縮段錐度為21 1 ，擴(kuò)散段為7 15 ，文丘里的比值為。適用于：200mmD 1200mm2 104 ReD 2 10627應(yīng)用于大口徑流量測(cè)量，對(duì)流體中的懸浮物不敏感，精度高，但尺寸大，笨重加工困難，成本高。282.取壓裝置（1）角接取壓裝置角接取壓裝置有環(huán)室取壓和單獨(dú)鉆孔取壓兩種。如圖所示。環(huán)室取壓有均壓作用，壓差比較穩(wěn)定，被廣泛在用。但當(dāng)管經(jīng)超過(guò)，500mm時(shí)采用單獨(dú)鉆孔取壓。時(shí).0.005D a 時(shí)a而且a應(yīng)在110mm范圍內(nèi)

13、。環(huán)室縫隙的厚度f(wàn)2a。環(huán)室截面hC 1/2Da。取壓孔取410mm。29（2）法蘭取壓裝置如圖所示。取壓孔直徑不大于0.08 D，（612mm)。取壓孔截面距節(jié)流件前后端面距離為25.41mm。303.標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的管道條件節(jié)流件前后直管段l1、l2及l(fā)0的要求如表所示。說(shuō)明：（1）若上游側(cè)有兩個(gè)阻力件，其間的直管段長(zhǎng)度l0取按上游側(cè)第二局部阻力件形式和（不論實(shí)際值為多少）查表所得l1的一半。（2）如節(jié)流件上游側(cè)有溫度計(jì)套管，他與節(jié)流件的距離應(yīng)為5D（3D）（當(dāng)溫度計(jì)套管直徑時(shí)）或20D（當(dāng)溫度計(jì)套管在之間時(shí)）。一般應(yīng)盡可能把溫度計(jì)裝于節(jié)流件之后，此時(shí)要求它與節(jié)流件的距離大于5D。（3）如果

14、使用的節(jié)流件上游側(cè)的阻力件形式?jīng)]有包括在表內(nèi)，或要求的三個(gè)直管段長(zhǎng)度有一個(gè)小于括號(hào)內(nèi)的值，則整套節(jié)流裝置需單獨(dú)標(biāo)定。節(jié)流裝置前后的直管段要求：目測(cè)是直的直徑符合誤差要求管壁粗糙度符合要求31323334354.標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的流體條件 流體必須充滿管道內(nèi)部，并連續(xù)流動(dòng)；流體在物理上和熱力學(xué)上是單相的，流經(jīng)測(cè)量元件時(shí)不發(fā)生相變；流體的速度一般在音速以下。流體流經(jīng)節(jié)流件前后流束平行于管道軸線。364.3.3 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置有關(guān)參數(shù)的確定1.流量系數(shù)和流出系數(shù)C與節(jié)流裝置，Red及管道粗糙度有關(guān)。絕對(duì)粗糙度kc和相對(duì)粗糙度kc/D光滑管道：kc光管流量系數(shù)0：在光滑管道上測(cè)定的流量系數(shù)。對(duì)同一節(jié)流裝置，

15、在一定的值下， 0只與Red有關(guān)。如圖所示。界限雷諾數(shù)：保持0穩(wěn)定的雷諾數(shù)的最小值。保持0穩(wěn)定的方法：在界限雷諾數(shù)以上測(cè)量；限制流量的變化范圍，使最大流量和最小流量時(shí)0的變化不超過(guò)0.5%。標(biāo)準(zhǔn)孔板標(biāo)準(zhǔn)噴嘴37流出系數(shù)C1998年4月1日ISO5167：1991流量系數(shù)公式修改為里德-哈里斯公式：孔板：38標(biāo)準(zhǔn)噴嘴：長(zhǎng)徑噴嘴：文丘里管：39結(jié)論:(1)節(jié)流式流量計(jì)一般在界限雷諾數(shù)以上進(jìn)行測(cè)量;(2)節(jié)流式流量計(jì)的量程比只有3:1。40412.膨脹系數(shù)決定于p/p1， 和介質(zhì)的等熵指數(shù)k。標(biāo)準(zhǔn)孔板：對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)噴嘴：423.壓力損失p4.開孔直徑和管徑的確定43標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的使用范圍下表為幾種標(biāo)準(zhǔn)節(jié)

16、流裝置的應(yīng)用范圍。表中的界限雷諾數(shù)隨而變。同時(shí)考慮以下因素：流體條件：測(cè)量易沉淀或有腐蝕性的流體易采用噴嘴。管道條件：在管道內(nèi)壁比較粗糙的條件下，易采用噴嘴。壓力損失：在標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件中，孔板壓力損失最大。運(yùn)行精度：在高參數(shù)、大流量的生產(chǎn)線上，通常采用噴嘴。在同一值下，噴嘴較孔板的d大，故測(cè)量范圍大。與噴嘴相比，孔板的最大優(yōu)點(diǎn)是加工方便、安裝容易、省料、造價(jià)低。44節(jié)流式流量計(jì)的設(shè)計(jì)計(jì)算命題一：校核已有的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置已知管道內(nèi)經(jīng)、節(jié)流件開孔直徑、取壓方式、被測(cè)流體參數(shù)、及工作溫度壓力等條件，根據(jù)所測(cè)的壓差值計(jì)算被測(cè)流體的流量。本命題利用流量公式，采用迭代方法進(jìn)行計(jì)算。命題二：設(shè)計(jì)新的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置已

17、知管道直井、被測(cè)流體參數(shù)、預(yù)計(jì)流量范圍、要求包括的做小直管段、允許的壓損以及其他條件等，確定流量表尺上限和差壓計(jì)上限、確定節(jié)流裝置的形式和開孔直徑、確定最小值管段長(zhǎng)度、選配差壓計(jì)、計(jì)算最大壓力損失、計(jì)算測(cè)量誤差或不確定度。詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟參閱標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置設(shè)計(jì)手冊(cè)。45非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置低雷諾數(shù)用：1/4圓孔板、錐形入口孔板等。臟污介質(zhì)用：圓缺孔板、偏心孔板等。低壓損害用：羅洛斯管、道爾管等。小管徑用：小于50mm節(jié)流件、整體（內(nèi)藏）式孔板等。端頭節(jié)流裝置：端頭孔板、端頭噴嘴等。寬范圍度節(jié)流裝置：變壓頭變面積孔板（線性孔板）。脈動(dòng)流節(jié)流裝置：臨界流節(jié)流裝置：混相流節(jié)流裝置：464.4 浮子流量計(jì)4.4.

18、1 浮子流量計(jì)的結(jié)構(gòu)與測(cè)量原理 浮子流量計(jì)的結(jié)構(gòu)如圖所示，是由一段上粗下細(xì)的錐形玻璃管（錐角約在4左右）和管內(nèi)一個(gè)密度大于被測(cè)流體的固體浮子（或稱轉(zhuǎn)子）所構(gòu)成。流體自玻璃管底部流入，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)子和管壁之間的環(huán)隙，再?gòu)捻敳苛鞒?。管中無(wú)流體通過(guò)時(shí)，轉(zhuǎn)子沉在管底部。當(dāng)被測(cè)流體以一定的流量流經(jīng)轉(zhuǎn)子與管壁之間的環(huán)隙時(shí)，由于流道截面減小，流速增大，壓力隨之降低，于是在轉(zhuǎn)子上、下端面形成一個(gè)壓差，將轉(zhuǎn)子托起，使轉(zhuǎn)子上浮。隨轉(zhuǎn)子的上浮，環(huán)隙面積逐漸增大，流速減小，壓力增加，從而使轉(zhuǎn)子兩端的壓差降低。當(dāng)轉(zhuǎn)子上浮至某一定高度時(shí)，轉(zhuǎn)子兩端面壓差造成的升力恰好等于轉(zhuǎn)子的重力時(shí)，轉(zhuǎn)子不再上升，而懸浮在該高度。轉(zhuǎn)子流量計(jì)玻璃

19、管外表面上刻有流量值，根據(jù)轉(zhuǎn)子平衡時(shí)其上端平面所處的位置，即可讀取相應(yīng)的流量。 轉(zhuǎn)子流量計(jì) 1錐形硬玻璃管；2刻度； 3突緣填函蓋板；4轉(zhuǎn)子4748轉(zhuǎn)子流量計(jì)的流量方程 轉(zhuǎn)子流量計(jì)的流量方程可根據(jù)轉(zhuǎn)子受力平衡導(dǎo)出。假設(shè)轉(zhuǎn)子位于某一高度A時(shí)，處在受力平衡態(tài)。此時(shí)向上的作用力：向下的作用力：由于平衡，故可得： 又因?yàn)榄h(huán)形截面積：一般，d0=df，代入則得流量方程：因 值很小則：式中Af:轉(zhuǎn)子截面積Vf：轉(zhuǎn)子體積f：轉(zhuǎn)子密度：阻力系數(shù)：流體密度 ：錐角：流量系數(shù)49轉(zhuǎn)子流量計(jì)的讀數(shù)修正 1. 轉(zhuǎn)子流量計(jì)的標(biāo)定 介質(zhì)：常溫常壓下的水、空氣， 刻度：按換算為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（293K,0.1013MPa)下的體

20、積流量進(jìn)行刻度。 當(dāng)流體種類和工作狀態(tài)與標(biāo)定時(shí)不同時(shí)，需要進(jìn)行量程估計(jì)和讀數(shù)修正。 2. 轉(zhuǎn)子流量計(jì)的讀數(shù)修正 液體的修正公式 式中：Q0流量計(jì)讀數(shù) Q被測(cè)流體實(shí)際流量, 0，標(biāo)定用流體在標(biāo)定狀態(tài)下的流量系數(shù)，密度； ，被測(cè)流體在工作狀態(tài)下的流量系數(shù)，密度； 50氣體的修正公式 忽略粘度對(duì)流量系數(shù)的影響， 式中：Q0流量計(jì)讀數(shù) Q被測(cè)流體實(shí)際流量 P0，T0標(biāo)定狀態(tài)的熱力學(xué)溫度、壓力 P，T工作狀態(tài)的熱力學(xué)溫度、壓力 0，標(biāo)定流體和被測(cè)流體在標(biāo)定狀態(tài)（P0，T0）下的密度。轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù)方便，流動(dòng)阻力很小，測(cè)量范圍寬，量程比可達(dá)10：1，測(cè)量精度較高，對(duì)不同的流體適用性廣。缺點(diǎn)是玻璃管不能經(jīng)受

21、高溫和高壓，在安裝使用過(guò)程中玻璃容易破碎。 51工作特性結(jié)論：1.界限雷諾數(shù)低，適合于中小流量的測(cè)量。2.流量系數(shù)穩(wěn)定，量程比可達(dá)10：1。52浮子流量計(jì)的種類1.玻璃管浮子流量計(jì)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、刻度直觀、成本低廉、使用方便。用于常溫常壓下透明介質(zhì)的測(cè)量，只能就地顯示，不能遠(yuǎn)傳。2.金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)用于高溫高壓、不透明及腐蝕性介質(zhì)流量的測(cè)量。可就地顯示也可遠(yuǎn)傳。534.4.6 轉(zhuǎn)子流量計(jì)量程的安裝與使用轉(zhuǎn)子流量計(jì)在安裝和使用時(shí)應(yīng)注意以下問(wèn)題：1 轉(zhuǎn)子流量計(jì)必須垂直安裝，不允許有明顯的傾斜（傾角要小于2），否則會(huì)帶來(lái)測(cè)量誤差。2 為了檢修方便，在轉(zhuǎn)子流量計(jì)上游應(yīng)設(shè)置調(diào)節(jié)閥。3 轉(zhuǎn)

22、子對(duì)粘污比較敏感。如果粘副有污垢則轉(zhuǎn)子的質(zhì)量、環(huán)形通道的截面積會(huì)發(fā)生變化，甚至還可能出現(xiàn)轉(zhuǎn)子不能上下垂直浮動(dòng)的情況，從而引起測(cè)量誤差。4 調(diào)節(jié)或控制流量不宜采用電磁閥等速開閥門，否則，迅速開啟閥門，轉(zhuǎn)子就會(huì)沖到頂部，因驟然受阻失去平衡而將玻璃管撞破或?qū)⒉ＡмD(zhuǎn)子撞碎。 5 被測(cè)流體溫度若高于70時(shí)，應(yīng)在流量計(jì)外側(cè)安裝保護(hù)套，以防玻璃管因?yàn)R有冷水而驟冷破裂。國(guó)產(chǎn)LZB系列轉(zhuǎn)子流量計(jì)的最高工作溫度有120和160兩種。 54例 某氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)的量程范圍為460m3/h?，F(xiàn)用來(lái)測(cè)量壓力為60kPa（表壓）、溫度為50的氨氣，轉(zhuǎn)子流量計(jì)的讀數(shù)應(yīng)如何校正？此時(shí)流量量程的范圍又為多少？（設(shè)流量系數(shù)CR為常

23、數(shù)，當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?01.3 kPa）554.5 渦輪流量計(jì)渦輪流量計(jì)的構(gòu)造與原理 渦輪流量計(jì)是以動(dòng)量矩守恒原理為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的流量測(cè)量?jī)x表。渦輪流量計(jì)由渦輪流量變送器和顯示儀表組成。渦輪流量變送器包括渦輪、導(dǎo)流器、磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換器、外殼及前置放大器等部分，如圖所示。 渦輪流量計(jì)結(jié)構(gòu)圖1.渦輪 2.導(dǎo)流器 3.磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換器 4.外殼 5.前置放大器 56571.渦輪流量計(jì)的工作原理：設(shè)渦輪葉片與渦輪軸線的夾角為，如圖所示。葉輪平均半徑為R，葉柵流通面積為A，R處流體的切向速度為v1，則 v1=2Rn被測(cè)流體流過(guò)葉片時(shí)的軸向平均流速為 v=qv/A則有于是 當(dāng)渦輪結(jié)構(gòu)一定時(shí)，渦輪的轉(zhuǎn)速n與被測(cè)流體的流

24、量成正比，當(dāng)被測(cè)流體流經(jīng)渦輪并推動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，高導(dǎo)磁性的渦輪葉片就周期性地掃過(guò)磁電轉(zhuǎn)換器的永久磁鐵，使磁路的磁阻產(chǎn)生相應(yīng)的變化，致使通過(guò)感應(yīng)線圈的磁通量也隨之發(fā)生周期性變化，從而在線圈內(nèi)產(chǎn)生交變的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，即輸出交流電脈沖信號(hào)。設(shè)渦輪葉片數(shù)為Z，則脈沖信號(hào)的頻率f為 f=Zn 則 為流量系數(shù)。它與渦輪流量變送器的結(jié)構(gòu)以及被測(cè)流體的性質(zhì)等因素有關(guān)，一般通過(guò)試驗(yàn)標(biāo)定的方法確定。 582.關(guān)于流量系數(shù)的討論流量系數(shù) 并非常數(shù)，流量系數(shù)與流量的關(guān)系如圖所示。59與流量（或管道雷諾數(shù)）的關(guān)系曲線如圖所示。可見，儀表常數(shù)可分為二段，即線性段和非線性段。線性段的特性與傳感器結(jié)構(gòu)尺寸及流體粘性有關(guān)。在非線性段

25、，特性受軸承摩擦力，流體粘性阻力影響較大。渦輪流量計(jì)的特點(diǎn)：測(cè)量精度高，其精度可以達(dá)到級(jí)以上，在狹小范圍內(nèi)甚至可達(dá)0.1%，故可作為校驗(yàn)級(jí)普通流量計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量?jī)x表。二是對(duì)被測(cè)信號(hào)變化的反應(yīng)快，若被測(cè)介質(zhì)為水，渦輪流量計(jì)的時(shí)間常數(shù)一般只有幾毫秒到幾十毫秒，因此特別適用于對(duì)脈動(dòng)流量的測(cè)量。 測(cè)量范圍較寬，量程比可達(dá)10：1。 對(duì)被測(cè)流體清潔度要求較高；適用與溫度范圍（-20120）；特別是軸承的磨損市儀表的壽命受到影響。60渦輪流量在安裝和使用時(shí)應(yīng)注意以下問(wèn)題：（1）渦輪流量計(jì)出廠時(shí)是在水平安裝情況下標(biāo)定的，因此為了保證渦輪流量計(jì)的測(cè)量精度，渦輪變送器必須水平安裝，否則會(huì)引起變送器的儀表常數(shù)發(fā)生變

26、化。（2）因?yàn)榱鲌?chǎng)變化時(shí)會(huì)使流體旋轉(zhuǎn)，改變流體和渦輪葉片的作用角度，此時(shí)，即使流量穩(wěn)定，渦輪的轉(zhuǎn)速也會(huì)改變，所以，為了保證變送器性能穩(wěn)定，除了在其內(nèi)部設(shè)置導(dǎo)流器外，還必須在變送器前后留出一定的直管段，一般入口直管段的長(zhǎng)度為20D以上，出口直管段的長(zhǎng)度為15D以上。61（3）為了確保變送器葉輪正常工作，流體必須潔凈，切勿使污物、鐵屑等進(jìn)入變送器。因此在使用渦輪流量計(jì)時(shí)，一般應(yīng)加裝過(guò)濾器，網(wǎng)目大小一般為100孔/cm2，以保持被測(cè)介質(zhì)的凈潔，減少磨損，并防止渦輪被卡住。（4）渦輪流量計(jì)的一般工作點(diǎn)最好在儀表測(cè)量范圍上限數(shù)值的50%以上，保證流量稍有波動(dòng)時(shí)，工作點(diǎn)不至移至特性曲線下限以外的區(qū)域。（5

27、）被測(cè)流體的流動(dòng)方向須與變送器所標(biāo)箭頭方向一致。 62家用水表簡(jiǎn)介63電磁流量計(jì)工作原理當(dāng)液體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)法拉第定律產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。如果磁場(chǎng)垂直于流動(dòng)液體的電絕緣管道，而液體的電導(dǎo)率又不太低，則裝在管壁上的兩個(gè)電極之間可測(cè)量到一個(gè)電壓，這電壓同磁通量密度、液體的平均流速以及兩個(gè)電極之間的距離成正比。這樣，就可以測(cè)得液體的流速，進(jìn)而測(cè)得液體的流量。 6465根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，感應(yīng)電壓強(qiáng)度可用下面的簡(jiǎn)式表達(dá)： UAB=kBDv B磁通密度；D測(cè)量管內(nèi)徑；E流量信號(hào)（電動(dòng)勢(shì)）；V液體平均軸向流速；k-常數(shù)。在圓形管道中，體積流量是：66組成結(jié)構(gòu)如圖所示。67適用于10mm以下管徑適用于

28、10100mm管徑適用于100mm以上管徑681直流勵(lì)磁 直流勵(lì)碰方式用直流電產(chǎn)生磁場(chǎng)或采用永久磁鐵，但是，使用直流磁場(chǎng)易使通過(guò)測(cè)量管道的電解質(zhì)液體被極化，即電解質(zhì)在電場(chǎng)中被電解，產(chǎn)生正負(fù)離子，在電場(chǎng)力的作用下，負(fù)離子跑向正極，正離子跑向負(fù)極。這樣，將導(dǎo)致正負(fù)電極分別被相反極性的離子所包圍，嚴(yán)重影響儀表的正常工作所以，直流勵(lì)磁一般只用于測(cè)量非電解質(zhì)液體，如液態(tài)金屬等。69702交流勵(lì)磁 目前，工業(yè)上使用的電磁流量計(jì)，大都采用工頻(50Hz)電源交流勵(lì)磁方式，即它的磁場(chǎng)是由正弦交變電流產(chǎn)生的，所以產(chǎn)生的磁場(chǎng)也是一個(gè)交變磁場(chǎng)。交變磁場(chǎng)變送器的主要優(yōu)點(diǎn)是消除了電極表面的極化干擾另外，由于磁場(chǎng)是交變的

29、，所以輸出信號(hào)也是交變信號(hào)。交流激磁的缺點(diǎn)是會(huì)產(chǎn)生正交干擾。但可通過(guò)特殊電路加以消除。如下圖所示。71723低頻方波勵(lì)磁直流勵(lì)磁方式和交流勵(lì)磁方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，為了充分發(fā)揮它們的優(yōu)點(diǎn)，盡量避免它們的缺點(diǎn)，70年代以來(lái)，人們開始采用低頻方波勵(lì)磁方式它的勵(lì)磁電流波形如圖所示，其頻率通常為工頻的14一l10 從圖可見，在半個(gè)周期內(nèi)，磁場(chǎng)是恒穩(wěn)的直流磁場(chǎng)，它具有直流勵(lì)磁的特點(diǎn)，受電磁干擾影響很小。從整個(gè)時(shí)間過(guò)程看，方波信號(hào)又是一個(gè)交變的信號(hào)，所以它能克服直流勵(lì)磁易產(chǎn)生的極化現(xiàn)象因此，低頻方波勵(lì)磁是一種比較好的勵(lì)磁方式，目前已在電磁流量計(jì)上廣泛的應(yīng)用7374變送器的安裝要求1.一般垂直安裝。2.安裝地點(diǎn)避

30、免有較強(qiáng)的交直流磁場(chǎng)或有劇烈的振動(dòng)3.上游側(cè)直管段大于5D，下游不做要求；4.變送器外殼、金屬管道兩端應(yīng)良好接地。75電磁流量計(jì)的特點(diǎn)1.無(wú)壓力損失；2.直管段較短；3.反應(yīng)靈敏，能測(cè)正反方向的流量及脈動(dòng)流量；4.不受溫度、壓力、密度、黏度的影響；5.測(cè)量范圍大，管徑可從，量程比可達(dá)100：1；6.工作溫度不超過(guò)200，壓力不超過(guò)4MPa；7.被測(cè)介質(zhì)是導(dǎo)電的，不能測(cè)量氣體、蒸汽及石油產(chǎn)品等。被測(cè)介質(zhì)的導(dǎo)磁率應(yīng)接近于1，不能測(cè)量鐵磁性介質(zhì)，如含鐵的礦漿流量等。76靶 式 流 量 計(jì)靶式流量計(jì)由靶式流量變送器和顯示儀表兩部分組成，其測(cè)量元件是一個(gè)在測(cè)量管中心并垂直于流向的被稱為“靶”的圓板。通過(guò)

31、測(cè)量流體作用在靶上的力而實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量 靶式流量計(jì)是60年代隨著工業(yè)生產(chǎn)迫切需要解決高粘度、低雷諾數(shù)流體，的流量測(cè)量而發(fā)展起來(lái)的一種新型流量測(cè)量?jī)x表可用于低雷諾數(shù)、含固體顆粒的漿液及腐蝕介質(zhì)流量測(cè)量。77靶式流量計(jì)的結(jié)構(gòu)如圖所示，在被測(cè)管道中心迎著流速方向安裝一個(gè)靶，當(dāng)介質(zhì)流過(guò)時(shí)，靶受到流體的作用力。這個(gè)力由兩部分組成，一部分是流體和靶表面的摩擦力，另一部分是由于流束在靶后分離，產(chǎn)生壓差阻力，阻力為式中，F(xiàn)為靶受到流體的阻力； 為阻力系數(shù)；A1為靶迎流面積，式中d：靶直徑； v：靶和管壁間環(huán)面積中的平均流速； ：介質(zhì)密度。78流量與靶輸出力F的平方根成正比測(cè)量靶所受的力F，就可以測(cè)定被測(cè)介質(zhì)的流

32、量79超聲波流量計(jì)當(dāng)超聲波在流體中傳播時(shí)，會(huì)載帶流體流速的信息。因此，根據(jù)對(duì)接收到的超聲波信號(hào)進(jìn)行分析計(jì)算，可以檢測(cè)到流體的流速，進(jìn)而可以得到流量值。超聲波流量測(cè)量方法有很多，本節(jié)主要介紹傳播速度差方法和多普勒方法的基本原理與流量方程80傳播速度差法的基本原理為：測(cè)量超聲波脈沖在順流和逆流傳播過(guò)程中的速度之差來(lái)得到到被測(cè)流體的流速。根據(jù)測(cè)量的物理量的不同，可以分為時(shí)差法(測(cè)量順、逆流傳播時(shí)由于超聲波傳播速度不同而引起的時(shí)間差)、相差法(測(cè)量超聲波在順、逆流中傳播的相位差)、頻差法(測(cè)量順、逆流情況下超聲脈沖的循環(huán)頻率差)。頻差法是目前常用的測(cè)量方法，它是在前兩種測(cè)量方法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的81時(shí)

33、差法超聲波流量計(jì)原理超聲在流體中的傳波速度受流體流速的影響。在管道的上下游安裝兩個(gè)傳感器A和B，距離為L(zhǎng)，設(shè)靜止流體中的聲速為c，流體流動(dòng)的速度為。當(dāng)超聲波傳播方向與流體方向一致時(shí)，超聲波的傳播速度為（c+）；而當(dāng)超聲波傳播方向與流體流動(dòng)方向相反時(shí)，超聲波的傳播速度為（c-）。順流方向傳播的超聲波從A到B所需時(shí)間為t18283 t1=L/( c+) (1)逆流方向傳播從B到A所需時(shí)間為t2 t2=L/(c-) (2)由（1）式和（2）式得 t =t2-t1=2L/(c2-2) (3)由于c所以 t =2L/ c2 (4) t1+ t2=2Lc/( c2-2) (5)由于c所以 c =2L/(

34、t1+ t2) (6)將（6）式代入（4）式得 t1t2=L2/( c2-2) (7)由于c所以 c= L2/ t1t2 (8)將（8）式代入（4）式得 = (t2-t1)/2t1t2 (9)如果超聲波與流速方向成一定的角度設(shè)其為，（9）式可以表示為 = (t2-t1)/2t1t2cos (10)只要測(cè)出順流和逆流傳播時(shí)間t和t就能求出，進(jìn)而求出流量。84相差法超聲波流量計(jì)設(shè)超聲波脈沖信號(hào)為85頻差法超聲波流量計(jì)速度差式超聲波流量計(jì)的體積流量方程為其中k為修正系數(shù)層流時(shí)k=4/3,紊流時(shí)86超聲流量計(jì)的特點(diǎn) 1）超聲流量計(jì)可以作成非接觸式的，從管道外部進(jìn)行測(cè)量。在管道內(nèi)無(wú)任何測(cè)量部件，沒(méi)有壓力

35、損失，不改變?cè)黧w的流動(dòng)狀態(tài)，對(duì)原有管道不需任何加工就可以進(jìn)行測(cè)量。2）測(cè)量結(jié)果不受被測(cè)流體的黏度、電導(dǎo)率的影響，可測(cè)非導(dǎo)電性的液體或氣體的流量，可測(cè)很大口徑的管道內(nèi)流體的流量，甚至可以測(cè)量河流的流速。3）超聲流量計(jì)的輸出信號(hào)與被測(cè)流體的流量成線性關(guān)系。87、多普勒法 多普勒法是利用聲學(xué)多普勒原理確定流體流量的多普勒效應(yīng)是當(dāng)聲源和目標(biāo)之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，會(huì)引起聲波在頻率上的變化，這種頻率變化正比于運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)和靜止的換能器之間的相對(duì)速度。88圖是超聲多普勒流量計(jì)示意圖。超聲換能器安裝在管外。從發(fā)射晶體T發(fā)射的超聲波束遇到流體中運(yùn)動(dòng)著顆?；驓馀?，再反射回來(lái)由接收晶體R1接收。發(fā)射信號(hào)與接收信號(hào)的多普勒

36、頻率偏移與流體流速成正比。如忽略管壁影響，并假設(shè)流體沒(méi)有速度梯度，以及粒子是均勻分布的，可得方程8990渦街流量計(jì)（Vortex flow meter) 渦街流量計(jì)是利用流體流過(guò)阻礙物時(shí)產(chǎn)生穩(wěn)定的漩渦，通過(guò)測(cè)量其漩渦產(chǎn)生頻率而實(shí)現(xiàn)流量計(jì)量的。渦街流量計(jì)由渦街流量傳感器和流量顯示儀表兩部分構(gòu)成。渦街流量計(jì)實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量的理論基礎(chǔ)是流體力學(xué)中著名的“卡門渦街”原理。在流動(dòng)的流體中放置一根其軸線與流向垂直的非流線性柱形體(加三角柱、圓柱等)，稱之為漩渦發(fā)生體，見圖。當(dāng)流體沿漩渦發(fā)生體繞流時(shí)，會(huì)在漩渦發(fā)生體下游產(chǎn)生如圖所示不對(duì)稱但有規(guī)律的交替漩渦列，這就是所謂的卡門渦街。9192由于漩渦之間的相互影響，

37、其形成通常是不穩(wěn)定的。馮.卡門對(duì)渦列的穩(wěn)定條件進(jìn)行了研究，于1911年得到結(jié)論：只有當(dāng)兩漩渦列之間的距離h和同列的兩漩渦之間的距離L之比滿足時(shí)，所產(chǎn)生的渦街才是穩(wěn)定的9394圓柱體后漩渦發(fā)生的頻率為：95漩渦發(fā)生體與漩渦頻率檢測(cè)器96979899圓柱體表面開有導(dǎo)壓孔，與圓柱體內(nèi)部空腔相通空腔由隔板分成兩部分，在隔板的中央部分有小孔，在小孔中裝有檢測(cè)流體流動(dòng)的鉑電阻絲 當(dāng)旋渦在圓柱體下游側(cè)產(chǎn)生時(shí)，出于升力的作用，使得圓柱體下方的壓力比上方高一些，圓柱體下方的流體在上下壓力差的作用下，從圓柱體下方導(dǎo)壓孔進(jìn)入空腔，通過(guò)隔板中央部分的小孔，流過(guò)鉑電阻絲，從上方導(dǎo)壓孔流出。如果將鉑電阻絲加熱到高于流體溫

38、度的某溫度值，則當(dāng)流體流過(guò)鉑電阻絲時(shí)，就會(huì)帶走熱量，改變其溫度，也即改變其電阻值。當(dāng)圓柱體上方產(chǎn)生一個(gè)旋渦時(shí)，則流體從上導(dǎo)壓孔進(jìn)入，由下導(dǎo)壓孔流出，又一次通過(guò)鉑電阻絲，又改變一次它的電阻值。由此可知：電阻值變化與流動(dòng)變化相對(duì)應(yīng)，也既與旋渦的頻率相對(duì)應(yīng)。所以，可由檢測(cè)鉑電阻絲電阻變化頻率得到渦頻率，進(jìn)而得到流量值。100渦街流量計(jì)的特點(diǎn)與安裝1.特點(diǎn)量程比寬可達(dá)10：1或25：1精度較高為 0.5% 1.0%不受流體溫度、壓力、成份、黏度及密度的影響輸入輸出線性，抗干擾能力強(qiáng)適用于液體、氣體、蒸汽和部分混相流體流量的測(cè)量。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于維護(hù)可替換性強(qiáng)適于測(cè)量15400（300）mm管道流量抗振動(dòng)能

39、力差。2.安裝可以水平、垂直和傾斜安裝前后要求一定得直管段長(zhǎng)度（15D，10D）漩渦發(fā)生體的軸線應(yīng)與管道軸線垂直采取防震措施。101 U形管電磁激發(fā)器及傳感器T形簧片光電檢測(cè)器W進(jìn)口出口進(jìn)口出口哥里奧利力振動(dòng)式流量計(jì)哥里奧利式流量計(jì)哥里奧利質(zhì)量流量計(jì)是一種新型儀表，利用流體在振動(dòng)管內(nèi)流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的與質(zhì)量有關(guān)的哥里奧利力原理制成。它的原理如圖所示。102103104105WMr1r2fc2fc1V2V1O運(yùn)行中U形管上所受的哥氏力及其形成的力矩如圖所示。從圖中可以看出，流速矢量和與管子振動(dòng)角速度垂直。由于和方向相反，所以哥氏力fc1和fc2方向也相反。當(dāng)流量計(jì)工作時(shí)角速度按正弦規(guī)律變化，哥氏力fc1 、fc2也按正弦規(guī)律變化，兩者相差180 。結(jié)果fc1 和fc2造成一個(gè)繞o軸的交變力矩M，此力矩為1式中r1和r2U形管各臂到O軸的垂直距離。如果結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱，則可寫成2106 力矩M使U形管扭轉(zhuǎn)一個(gè)角度。對(duì)于一定