流速面積法課件

4.3常用流量計簡介4.3.1基于速度—面積法的流量測量

體積流量平均流速流通面積14.3常用流量計簡介4.3.1基于速度—面積法的流量測量體1）平均流速問題辦法：找一點，該點的流速正好是平均流速；在截面上找一系列的點，然后求出流速平均值。層流：對于在足夠長的等直徑直管段中充分發(fā)展的層流，流速分布曲線是一定的。管道中心的流速等于2倍平均流速；距離管壁r=0.293R處的流速為平均流速。用一點流速代替平均流速4.3.1基于速度—面積法的流量測量

21）平均流速問題層流：對于在足夠長的等直徑直管段中充分發(fā)展的紊流：流速分布曲線隨流速（）變化,中心流速與平均流速的比值也是變化的： 充分發(fā)展的紊流r=（0.238~0.246）R處流速為 對于未充分發(fā)展的紊流的位置不確定。選點測速法求平均流速實際上，足夠長的直管段不易得到保證，因此，管流往往達不到充分發(fā)展，這時用測量多點的平均法可以求出平均流速。選點方法 對數(shù)——切比雪夫法； 對數(shù)——線性法； 三次方切比雪夫積分法等。4.3.1基于速度—面積法的流量測量

3紊流：流速分布曲線隨流速（）變化,中心流速與平均流整流器在較小的直管段上使流動狀態(tài)滿足規(guī)定要求，可以加裝整流器。整流器的形式有：管式、篩孔式、組合式等。4.3.1基于速度—面積法的流量測量

4整流器在較小的直管段上使流動狀態(tài)滿足規(guī)定要求，可以加裝整流器2）點流速的測量

動壓測量原理應(yīng)用條件：沿同一流線，定常流動，無粘性，不可壓縮，只有重力作用下的流體。

由流體力學(xué)中的伯努力方程：三者之和稱為總水頭，具有長度量綱。壓力水頭流速水頭位置水頭4.3.1基于速度—面積法的流量測量

52）點流速的測量動壓測量原理應(yīng)用條件：沿同一流B點流速為零，稱之為駐點

總壓＝動壓+靜壓

結(jié)論： 若能測出流體中某一點的總壓和靜壓， 按照伯努力方程就可以求出該點的流速。4.3.1基于速度—面積法的流量測量

6B點流速為零，稱之為駐點總壓＝動壓+靜壓結(jié)論在圖中，A端是測量總壓的管口，形成駐點，vA為流速，pZ為流體的滯止壓力，則有：因為實際上，pz和pA無法同時測出，如果在管道截面上靜壓力可以被認為是相等的，用pJ代替pA則有：4.3.1基于速度—面積法的流量測量

7在圖中，A端是測量總壓的管口，形成駐點，vA為流速，pZ為流3）實用的動壓測量管

特點：靜壓和總壓測量管組成一體。

基本型動壓測量管（皮托管）皮托管結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，用途很廣。如飛機頭部或機翼前緣常裝設(shè)皮托管，測量相對空氣的飛行速度，又稱空速管。其中：動壓測量管的校準系數(shù)，基本型=1流體可壓縮性修正系數(shù)，液體=14.3.1基于速度—面積法的流量測量

83）實用的動壓測量管特點：靜壓和總壓測量管組成4.3.1基于速度—面積法的流量測量

94.3.1基于速度—面積法的流量測量9動壓平均管（阿紐巴管、笛形管）用一根圓管（總壓平均管）沿被測管道直徑插入管道，在總壓平均管上按照要求開幾個孔（取壓口），總壓在管中平均后由細管引出，靜壓從背后引出：其中，由試驗確定，由于只能單方向平均，故只適用于圓形管道。4.3.1基于速度—面積法的流量測量

10動壓平均管（阿紐巴管、笛形管）用一根圓管（總壓平均管）沿被測4.3.1基于速度—面積法的流量測量

114.3.1基于速度—面積法的流量測量114.3.1基于速度—面積法的流量測量

124.3.1基于速度—面積法的流量測量12翼形動壓管目的：提高△P的值，（常用于矩形管道）。結(jié)構(gòu)：截面為機翼形的測量管特點：流量系數(shù)穩(wěn)定，輸出差壓信號較大，可測矩形管道。4.3.1基于速度—面積法的流量測量

13翼形動壓管目的：提高△P的值，（常用于矩形管道）。特點：流量4.3.1基于速度—面積法的流量測量

144.3.1基于速度—面積法的流量測量14動壓文丘里管目的：提高△P，增加靈敏度，降低壓力損失。是流量測量中一種重要的傳感器，多用于大截面管道。4.3.1基于速度—面積法的流量測量

15動壓文丘里管目的：提高△P，增加靈敏度，降低壓力損失。是流量為進一步提高△P，還可以采用雙級動壓文丘里管：4.3.1基于速度—面積法的流量測量

16為進一步提高△P，還可以采用雙級動壓文丘里管：4.3.1基雙級動壓文丘里管動壓文丘里管4.3.1基于速度—面積法的流量測量

17雙級動壓文丘里管動壓文丘里管4.3.1基于速度—面積法的4.3.2電磁流量計

——非接觸、導(dǎo)電液體184.3.2電磁流量計

——非接4.3.2電磁流量計——非接觸導(dǎo)電液體1）概述

依據(jù)： 據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，測量管道內(nèi)的流動的導(dǎo)電液體（等效于許多連續(xù)的導(dǎo)電薄圓盤）做垂直于磁場的運動，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，電勢大小與流量相關(guān)。磁場：

恒定磁場：適于測量時不易產(chǎn)生極化現(xiàn)象的非電解液； 交變磁場：工業(yè)用的大部分形式（可減小極化現(xiàn)象）。優(yōu)點：壓損極??；可測流量范圍大；適用管徑范圍寬（最大可達3m）；測量精度高，線性度好。不足：只能測量導(dǎo)電液體（電導(dǎo)率），不能測氣體、蒸汽及純凈水。194.3.2電磁流量計——非接觸導(dǎo)電液體1）概述依據(jù)：192）測量模型

感應(yīng)電勢的方向由右手定則確定，大小由下式?jīng)Q定：4.3.2電磁流量計——非接觸導(dǎo)電液體202）測量模型感應(yīng)電勢的方向由右手定則確定，大小由下式?jīng)Q定：4.3.2電磁流量計——非接觸導(dǎo)電液體214.3.2電磁流量計——非接觸導(dǎo)電液體21體積流量：若采用交變磁場：磁感應(yīng)強度管道直徑液體的平均流速感應(yīng)電勢4.3.2電磁流量計——非接觸導(dǎo)電液體22體積流量：若采用交變磁場：磁感應(yīng)強度管道直徑液體的平均流速感3）特殊問題討論

感應(yīng)電勢測量要求：利用轉(zhuǎn)換器將微弱的感應(yīng)電勢放大、轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標準信號并抑制主要干擾。正交干擾及其抑制正交干擾：指由于交變磁場作用，相位與感應(yīng)電勢相差90的感應(yīng)信號。產(chǎn)生原因：電磁流量計工作時，管道中充滿導(dǎo)電液體，從而使被測液體、電極、電極引線和轉(zhuǎn)換器的輸入阻抗構(gòu)成閉合回路，當閉合回路中有交變磁場時就產(chǎn)生了電勢，此電勢與被測電勢頻率相同相位相差90，故稱為正交電勢。4.3.2電磁流量計——非接觸導(dǎo)電液體233）特殊問題討論感應(yīng)電勢測量要求：利用轉(zhuǎn)換器將微弱的感應(yīng)電勢自動對消法：如圖，從一個電極上引出兩根導(dǎo)線，分別繞過磁極形成兩個閉合回路，當磁力線穿過這兩個回路時，分別產(chǎn)生兩個方向相反的干擾電流，在Ry上相互抵消。電路抑制法：在后續(xù)的轉(zhuǎn)換電路中采取抑制措施。

消除方法：自動對消法+電路抑制法4.3.2電磁流量計——非接觸導(dǎo)電液體24自動對消法：如圖，從一個電極上引出兩根導(dǎo)線，分別繞過磁極形成選用及安裝要求

被測流體必須是導(dǎo)電液體。不能測氣體、蒸汽、石油制品、甘油、酒精及純凈水等；量程的選擇：常用流量最好超過滿量程的50％。常用流速為2～4m/s最合適；壓力的選擇：使用壓力必須低于電磁流量計額定工作壓力，一般不超過16105Pa；溫度的選擇。被測介質(zhì)溫度不能超過村里材料的容許使用溫度，一般200C。4.3.2電磁流量計——非接觸導(dǎo)電液體25選用及安裝要求被測流體必須是導(dǎo)電液體。不能測氣體、蒸汽、石推薦垂直安裝，且被測流體是自下而上流動。也可水平安裝，但要使兩電極在同一水平面上，要保證測量導(dǎo)管都充滿液體。流量計的外殼、屏蔽線、測量導(dǎo)管都要接地。要求單獨設(shè)置接地點，不要連接在電機或上、下管道上。（因信號較弱，滿量程時只有幾毫伏，且流量很小時，只有幾微伏，外界稍有干擾就會影響測量精度。）

安裝地點要遠離一切磁源。（如大功率電機、變壓器等）流量計前必須有10D左右的直管段，以消除各種局部阻力對流線分布對稱性的影響。安裝注意事項：

4.3.2電磁流量計——非接觸導(dǎo)電液體26推薦垂直安裝，且被測流體是自下而上流動。也可水平安裝，但要使4.3.3渦街流量計274.3.3渦街流量計27基本原理： 流體流經(jīng)阻擋體或者是特制的元件時，產(chǎn)生了流動振蕩，通過測定其振蕩頻率來反映通過的流量。特點：優(yōu)點：無可動部件，壽命長；準確度高，線性范圍寬；量程范圍寬（100：1）；壓力損失??；不受P、t、η、ρ等流體參數(shù)變化的影響；氣、液均可以使用，可用于大口徑管道的氣液測量。缺點：干擾引起的流量振蕩時影響較大。4.3.3渦街流量計1）基本原理及特點渦街流量計外形圖28基本原理：4.3.3渦街流量計1）基本原理及特點渦街流量計外渦街產(chǎn)生原理：當流體流動受到一個垂直于流動方向的非流線形柱體的阻礙時，柱體的下游兩側(cè)會發(fā)生明顯的旋渦，成為卡門渦列，渦列的形成與流體雷諾數(shù)有關(guān)。附面層流動穩(wěn)定附面層外流體流動壓力增大，速度下降。從流速分布線上可以看出，越接近柱面，速度越低。產(chǎn)生倒流現(xiàn)象4.3.3渦街流量計柱面v=029渦街產(chǎn)生原理：當流體流動受到一個垂直于流動方向的非流線形柱體流體流經(jīng)柱體時，速度上升，壓力下降（節(jié)流），在圓柱體后速度下降，壓力上升。當ReD>60時，附面層分離，產(chǎn)生旋向相反，且交替出現(xiàn)的旋渦。且當渦街寬度h/相鄰旋渦間距l(xiāng)=0.2806時，渦街達到穩(wěn)定。4.3.3渦街流量計30流體流經(jīng)柱體時，速度上升，壓力下降（節(jié)流），在圓柱體后速度下數(shù)量關(guān)系：當ReD=200~50000時：渦列頻率斯特羅哈數(shù)渦列發(fā)生體兩側(cè)流體的平均流速渦列發(fā)生體迎流面的最大寬度渦列發(fā)生體兩側(cè)的流通截面積

體積流量斯特羅哈數(shù)St主要與漩渦發(fā)生體的形狀和雷諾數(shù)有關(guān)，形狀確定后，在一定雷諾數(shù)范圍內(nèi)St為常數(shù)。4.3.3渦街流量計31數(shù)量關(guān)系：當ReD=200~50000時：渦列頻率斯特羅哈數(shù)2）頻率檢測方法主要方法：壓力脈動測量法、流速脈動測量法、頻率直接檢測法；熱電阻法（P脈動）：

把圓柱做成空心，中間放入一個加熱的電阻絲，在隔板層開幾個導(dǎo)壓孔，當一側(cè)產(chǎn)生渦列時，P變化（脈動），另一側(cè)未變，所以流體經(jīng)過導(dǎo)壓孔突然流過電阻絲，使之冷卻，溫度降低，電阻減小，另一側(cè)再產(chǎn)生渦列時，流體反而再次冷卻，電阻減小，測出電阻下降的次數(shù)就可以推出f。4.3.3渦街流量計322）頻率檢測方法主要方法：壓力脈動測量法、流速脈動測量法、頻熱敏電阻法（靈敏度高）： 在三角柱體的迎流面上對稱的嵌入兩個熱敏電阻，熱敏電阻中通入恒定的電流，使之溫度在流體靜止的情況下比流體高出10℃左右。未起漩時，流體的溫度相同，交替旋轉(zhuǎn)時，發(fā)生漩渦的一側(cè)，能量損失，因此流速降低，此側(cè)對電阻的冷卻作用下降，可以產(chǎn)生一個脈沖。4.3.3渦街流量計33熱敏電阻法（靈敏度高）：4.3.3渦街流量計33電磁檢測法： 旋渦發(fā)生體后設(shè)置一個信號電極，并使電極處于一個磁感應(yīng)強度為B的永久磁場中，流體旋渦的振動使電極同頻率振動，切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。特點：不怕管道振動，剛剛興起的渦街頻率檢測方法。4.3.3渦街流量計34電磁檢測法：4.3.3渦街流量計344.3.4質(zhì)量流量計

——熱式質(zhì)量流量計（測氣體）354.3.4質(zhì)量流量計

——熱式質(zhì)量流量計（測氣體）35直接式質(zhì)量流量計

振動加速度法（科里奧利）

熱學(xué)法差壓法 動量法推導(dǎo)式質(zhì)量流量計

雙通道檢測法（測兩個與流量有關(guān)的信號，處理后得到質(zhì)量流量） 組合法（差壓+體積流量；體積流量+密度計；差壓+密度計…） 補償法（體積流量+溫度+壓力）4.3.4質(zhì)量流量計熱式質(zhì)量流量計（測氣體）36直接式質(zhì)量流量計4.3.4質(zhì)量流量計熱式質(zhì)量流量計（測氣4.3.4質(zhì)量流量計熱式質(zhì)量流量計（測氣體）熱式流量儀表用得最多有兩類：利用流動流體傳遞熱量改變測量管壁溫度分布的熱分布式流量計（thenmaIprohIefIowmeter）曾稱量熱式TMF;利用熱消散（冷卻）效應(yīng)的金氏定律（KingsIaw）TMF。由于結(jié)構(gòu)上檢測元件伸入測量管內(nèi)，也稱浸入型（immersiontype）或侵入型（intrusiontype）。有些在使用時從管外插入工藝管內(nèi)的儀表稱作插入式（insertiontype）。374.3.4質(zhì)量流量計熱式質(zhì)量流量計（測氣體）熱式流量儀表用得熱分布式TMF

薄壁測量管3外壁繞著兩組兼作加熱器和檢測元件的繞組2，組成惠斯登電橋，由恒流電源5供給恒定熱量。

在流量為零時，測量管上的溫度分布如圖虛線所示，上下游是對稱的，電橋處于平衡狀態(tài)；當流體流動時，流體將上游的部分熱量帶給下游，導(dǎo)致溫度分布變化如實線所示，由電橋測出兩組線圈電阻值的變化，求得兩組線圈平均溫度差ΔT。便可導(dǎo)出質(zhì)量流量qm4.3.4質(zhì)量流量計熱式質(zhì)量流量計（測氣體）38熱分布式TMF 薄壁測量管3外壁繞著兩組兼作加熱器和檢測元件熱式氣體質(zhì)量流量計基于金氏定律的浸入型TMF

兩溫度傳感器（熱電阻）分別置于氣流中兩金屬細管內(nèi)，一熱電阻測得氣流溫度T；另一細管經(jīng)功率恒定的電熱加熱，其溫度Tv高于氣流溫度，氣體靜止時Tv最高，隨著流速增加，氣流帶走更多熱量，溫度下降，測得溫度差ΔT=Tv-T.這種方法稱作“溫度差測量法”或“溫度測量法”。

4.3.4質(zhì)量流量計熱式質(zhì)量流量計（測氣體）39熱式氣體質(zhì)量流量計基于金氏定律的浸入型TMF兩溫度傳感器（特點

熱分布式可測量低流速（氣體0.02~2m/s）微小流量；浸入式可測量低~中偏高流速(氣體2~60m/s)，插入式更適合于大管徑；無活動部件，無分流管的熱分布式儀表無阻流件，壓力損失很小；帶分流管的熱分布式儀表和浸入性儀表，雖置有阻流件，但壓損不大；使用性能相對可靠，組成簡單，故障概率??；響應(yīng)慢，對小流量而言儀表會給被測氣體帶來熱量；被測氣體若在管壁沉積垢層影響測量值，須定期清洗；對脈動流在使用上將受到限制；液體用TMF對于粘性液體在使用上亦受到限制。4.3.4質(zhì)量流量計熱式質(zhì)量流量計（測氣體）40特點熱分布式可測量低流速（氣體0.02~2m/s）微小流量4.3.5渦輪流量計414.3.5渦輪流量計41原理： 渦輪機原理。（流體沖過渦輪葉片時發(fā)生動量變化，給葉片一個沿圓周的切向推力，從而形成了葉輪的轉(zhuǎn)動力距，使得葉輪轉(zhuǎn)動）由渦論的叫速度可以推出流量。特點： 準確度高；動態(tài)性能好（時間常數(shù)為ms級）；頻率輸出，線性好； 對流速分布和粘度變化敏感，不易測量高粘以及臟污流體； 有可動部件，有磨損問題，壽命不長。4.3.5渦輪流量計42原理：4.3.5渦輪流量計424.3.5渦輪流量計434.3.5渦輪流量計434.3.6轉(zhuǎn)子流量計444.3.6轉(zhuǎn)子流量計44結(jié)構(gòu)：屬