流體流量的測量方法

流體流量的測量方法第1頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一質(zhì)量流量：容積流量：

對(duì)于氣體流量，常將測得的體積流量qV換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量qVn，稱為標(biāo)準(zhǔn)體積流量（m3/s）。第2頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一

迄今為止，存在流量測量的準(zhǔn)確度較低、流量計(jì)通用性差等問題。產(chǎn)生的原因有：1）流動(dòng)狀態(tài)的多樣性。如，層流、紊流；旋轉(zhuǎn)流、脈動(dòng)流等。2）流體性質(zhì)的多樣性。如，流體粘度的差別；單相流體與多相流體的區(qū)別等等。由于這些物性會(huì)影響流動(dòng)狀態(tài)，在流量測量中必須加以修正，但又很難精確。第3頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一3）管路系統(tǒng)的多樣性。如，管壁光滑與粗糙情況不同；管道截面積大小不同；管道的直與彎曲的區(qū)別等等，都會(huì)影響流動(dòng)狀態(tài)。因此，應(yīng)針對(duì)被測對(duì)象（流體和管路）的實(shí)際情況選擇合適的流量計(jì)。使用時(shí)，應(yīng)認(rèn)真了解流量計(jì)的工作原理和充分滿足技術(shù)要求。否則很難達(dá)到預(yù)期的準(zhǔn)確度。第4頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一測量系統(tǒng)的一般組成：I-----與流量有關(guān)的某個(gè)物理量，如壓差、速度等。I2----電信號(hào)。目前，已投入使用的流量計(jì)有100多種，從不同的角度出發(fā)有不同的分類方法。按測量方法，一般可分為容積式、速度式、質(zhì)量式。第5頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一§8.1容積式流量測量方法容積式流量測量方法是通過測量單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)流量計(jì)排出的固定容積V的數(shù)目n實(shí)現(xiàn)流量測量的。

qV=nVn：單位時(shí)間內(nèi)排出固定容積的數(shù)目；

V：固定容積。第6頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一1橢圓齒輪流量計(jì)1）測量原理第7頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一

橢圓齒輪流量計(jì)第8頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一2）容積流量計(jì)性能分析在原理上，容積式流量計(jì)的準(zhǔn)確度受流量大小、流體粘性的影響很小。流量計(jì)精度主要取決于加工精度橢圓齒輪與殼體之間存在間隙，在壓差的作用下，會(huì)產(chǎn)生滑漏量，引起誤差。（1）誤差與流量的關(guān)系：流量小，滑漏量相對(duì)值比較大，誤差大；流量大，滑漏量相對(duì)值比較小，誤差??；但流量過大，壓差增大，滑漏量增大，誤差增大。第9頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一（2）誤差與流體粘度的關(guān)系粘度大，滑漏量小，誤差小；粘度小，滑漏量大，誤差大。由此可見，同一種流體不同流量時(shí)，誤差不同；不同流體，粘度不同，誤差不同。為了保證準(zhǔn)確度，一般要用實(shí)液進(jìn)行標(biāo)定。第10頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一§8.2速度式流量測量方法速度式流量測量方法是通過直接測量管道內(nèi)流體速度v實(shí)現(xiàn)流量測量。若測得的流速是管道截面平均速度，則流量；若測得的流速是某一點(diǎn)的流速v，則需換算到平均流速，流量。

K為截面上的平均流速與被測點(diǎn)流速的比值。K與管內(nèi)流體流速分布有關(guān)。因此，該方法測量的準(zhǔn)確度不僅取決于流量計(jì)本身的準(zhǔn)確度，還與流速分布有關(guān)。第11頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一為了使K確定，需要形成典型的層流或紊流分布。速度式流量計(jì)的特點(diǎn)：要求在流量計(jì)前后有足夠長的直管道。第12頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一1漩渦流量計(jì)1）測量原理在流體中垂直于流向插入一根有對(duì)稱形狀的非流線型柱體。該柱體即成為一個(gè)漩渦發(fā)生體。當(dāng)流速大于一定值時(shí)，在柱體的下游形成“卡門渦街”。第13頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一當(dāng)h/L=0.281時(shí)，“卡門渦街”是穩(wěn)定的。此時(shí)，單側(cè)的漩渦產(chǎn)生頻率f與柱體兩側(cè)的流速v有以下關(guān)系：

f=St·v/l，v=f·l/St

式中St－斯特勞哈爾數(shù)，無量綱。是以柱體特征尺寸l計(jì)算流體Rel的函數(shù)。Rel在500～1.5×105范圍內(nèi)，St基本不變。注意，f只與流速有關(guān)，而與流體的物性無關(guān)。第14頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一

對(duì)于工業(yè)圓管，一般Rel=1000~105。對(duì)于工業(yè)測量，可認(rèn)為St基本不變。體積流量：為無柱體處管內(nèi)截面平均流速；

D為管道直徑。第15頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一由連續(xù)性原理得：

AV、A分別為柱體、無柱體處流通截面積。截面比對(duì)于直徑為D的圓管有：當(dāng)l/D<0.3時(shí)，m=1-1.25l/D第16頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一流量方程：即，只要測得漩渦頻率f就可測得流量。第17頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一第18頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一2）信號(hào)檢測方式檢測對(duì)象檢測方式檢測元件音速變化超聲波流速變化發(fā)熱體引起熱線、熱敏電阻的溫度變化壓力變化壓力（差）變化模片＋電容擋體產(chǎn)生應(yīng)力壓電元件教材所介紹的方法即為流速變化檢測方法第19頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一三角柱體中迎流面對(duì)稱嵌入兩個(gè)熱敏電阻，電阻通電加熱，使其溫度比流體溫度高。熱敏電阻作為電橋相鄰臂。未產(chǎn)生漩渦時(shí)，柱體兩側(cè)流體流速相同，熱敏電阻散熱量相同，熱敏電阻溫度相同。電橋平衡。當(dāng)柱體一側(cè)產(chǎn)生漩渦，該側(cè)流速降低，該側(cè)熱敏電阻散熱量降低，電阻溫度升高，熱敏電阻值減小。電橋產(chǎn)生一個(gè)電壓脈沖。電壓脈沖經(jīng)放大、整形后，得到漩渦產(chǎn)生頻率。第20頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一3）流量計(jì)的安裝漩渦發(fā)生體上游至少要有20D的直管段。漩渦發(fā)生體下游至少要有5D的直管段。第21頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一4）漩渦流量計(jì)的特點(diǎn)（1）漩渦的