第七章流量測試技術(shù)

第七章流量測試技術(shù)第1頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月 第七章流量測量技術(shù)

在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究試驗(yàn)中，流量都是一個很重要的參數(shù)。例如，在石油化工生產(chǎn)過程自動檢測和控制中，為了有效地操作、控制和監(jiān)測，需要檢測各種流體的流量。此外，對物料總量的計(jì)量還是能源管理和經(jīng)濟(jì)核算的重要依據(jù)。流量檢測儀表是發(fā)展生產(chǎn)、節(jié)約能源、提高經(jīng)濟(jì)效益和管理水平的重要工具。本章介紹流量測量的基本知識和常用的流量檢測儀表。

第2頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月7.1流量測量的基礎(chǔ)知識7.1.1流量和流量計(jì)7.1.2流體的物理性質(zhì)與管流基礎(chǔ)知識7.1.3流量測量方法與流量儀表的分類第3頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月7.1流量測量的基礎(chǔ)知識7.1.1流量和流量計(jì) 流量定義： 指單位時間內(nèi)流體(氣體、液體或固體顆粒等)流經(jīng)管道或設(shè)備某處橫截面的數(shù)量，又稱瞬時流量。 體積流量：當(dāng)流體以體積表示時稱為體積流量; 質(zhì)量流量：當(dāng)流體以質(zhì)量表示時稱為質(zhì)量流量。

V

體積；M

質(zhì)量；t

時間；A

截面面積；ρ

流體的密度；第4頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月累積流量：

平均流速：

流體在流過截面上各點(diǎn)的流速。體積流量和質(zhì)量流量關(guān)系：第5頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月計(jì)量單位：

體積流量的計(jì)量單位為米3／秒(m3／s)， 質(zhì)量流量的計(jì)量單位為千克／秒(kg／s)； 累積體積流量的計(jì)量單位為米3(m3)； 累積質(zhì)量流量的計(jì)量單位為千克(kg)。工程上還使用的流量計(jì)量單位有： 米3／時(m3／h) 升／分(L／min) 噸／小時(t/h) 升(L) 噸(t)等

第6頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月

7.1.2流體的物理性質(zhì)與管流基礎(chǔ)知識 1.流體的密度 單位體積的流體所具有的質(zhì)量稱為流體密度，用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示為：

M

流體質(zhì)量；V

流體體積；

流體的密度。 流體密度是溫度和壓力的函數(shù)。 單位是千克／米3(kg/m3)。

第7頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月2.流體粘度 流體運(yùn)動過程中阻滯剪切變形的粘滯力與流體的速度梯度和接觸面積成正比，并與流體粘性有關(guān)，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

上式稱為牛頓粘性定律。 F

粘滯力； A

接觸面積；

流體垂直于速度方向的速度梯度；

表征流體粘性的比例系數(shù)。第8頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月

流體的動力粘度與流體密度的比值稱為運(yùn)動粘度，即 動力粘度的單位為牛頓·秒/米2（N·S/m2），即帕斯卡秒（Pa·S）；運(yùn)動粘度的單位為米2/秒（m2/S）。3.流體的壓縮系數(shù)和膨脹系數(shù) 在一定的溫度下，流體體積隨壓力增大而縮小的特性，稱為流體的壓縮性；在一定壓力下，流體的體積隨溫度升高而增大的特性，稱為流體的膨脹性。第9頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月壓縮系數(shù)： 當(dāng)流體溫度不變而所受壓力變化時，其體積的相對變化率：—流體的體積壓縮系數(shù)，（1／Pa）； —流體的原體積，(m3)；—流體壓力增量，(Pa)；—流體體積變化量，(m3)；第10頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月—流體的體積膨脹系數(shù)(1／℃)；—流體的原體積，(m3)；—流體體積變化量，(m3)；—流體溫度變化量(℃)。膨脹系數(shù)： 在一定的壓力下，流體溫度變化時其體積的相對變化率，即第11頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月4.雷諾數(shù)雷諾數(shù)是流體流動的慣性力與粘滯力之比，表示為：—雷諾數(shù)（無量綱數(shù)）；—流動橫截面的平均流速，（m/s）；—動力粘度，（N·S/m2）； —運(yùn)動粘度，（m2/S）；—流體的密度，(kg/m3)；—特征長度，（m）。第12頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月5.管流類型(1)單相流和多相流管道中只有一種均勻狀態(tài)的流體流動稱為單相流；兩種以上不同相流體同時在管道中流動稱為多相流。(2)可壓縮和不可壓縮流體的流動流體可分為可壓縮流體和不可壓縮流體，所以流體的流動也可分為可壓縮流體流動和不可壓縮流體流動兩種。第13頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)穩(wěn)定流和不穩(wěn)定流當(dāng)流體流動時，若其各處的速度和壓力僅和流體質(zhì)點(diǎn)所處的位置有關(guān)，而與時間無關(guān)，則流體的這種流動稱為穩(wěn)定流；若其各處的速度和壓力不僅和流體質(zhì)點(diǎn)所處的位置有關(guān)，而且與時間出有關(guān)，則流體的這種流動稱為不穩(wěn)定流。(4)層流與紊流管內(nèi)流體有兩種流動狀態(tài)：層流和紊流。層流中流體沿軸向作分層平行流動，各流層質(zhì)點(diǎn)沒有垂直于主流方向的橫向運(yùn)動，互不混雜，有規(guī)則的流線。紊流狀態(tài)管內(nèi)流體不僅有軸向運(yùn)動，而且還有劇烈的無規(guī)則的橫向運(yùn)動。第14頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月6.流速分布與平均流速流體有粘性，當(dāng)它在管內(nèi)流動時，即使是在同一管路截面上，流速也因其流經(jīng)的位置不同而不同。越接近管壁，由于管壁與流體的粘滯作用，流速越低；管中心部分的流速最快。流體流動狀態(tài)不同將呈現(xiàn)不同的流速分布。研究具有圓形截面的管內(nèi)流動情況，當(dāng)管內(nèi)流體為層流狀態(tài)時，沿半徑方向上的流速分布可用下式表示：第15頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月—距管中心距離處的流速；—管中心處最大流速；—距管中心徑向距離；—管內(nèi)半徑。當(dāng)管內(nèi)流體為紊流狀態(tài)時，沿半徑方向上的流速分布為：n—隨流體雷諾數(shù)不同而變化的系數(shù)

第16頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月圓管內(nèi)的流速分布通過測流速求流量的流量計(jì)一般是檢測出平均流速然后求得流量。對于層流，平均流速是管中心最大流速的0.5倍()；紊流時的平均流速與值有關(guān)：

第17頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月表7-1雷諾數(shù)與n的關(guān)系

104

104

1042.5610.5420.5632.007.07.38.08.338.453.670.084.48.58.89.09.2110.0152.0198.0278.09.49.79.89.9第18頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月7.流體流動的連續(xù)性方程和伯努利方程

(1)連續(xù)性方程任取一管段，設(shè)截面Ⅰ、截面Ⅱ處的面積、流體密度和截面上流體的平均流速分別為A1、、和A2、、。

=連續(xù)性方程示意圖第19頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)伯努利方程

當(dāng)理想流體在重力作用下在管內(nèi)定常流動時，對于管道中任意兩個截面Ⅰ和Ⅱ有如下關(guān)系式（伯努利方程）：伯努利方程示意圖—重力加速度

—截面Ⅰ和Ⅱ相對基準(zhǔn)線的高度；

—截面Ⅰ和Ⅱ上流體的靜壓力；

—截面Ⅰ和Ⅱ上流體的平均流速。第20頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月不實(shí)際流體具有粘性，在流動過程中要克服流體與管壁以及流體內(nèi)部的相互摩擦阻力而作功，這將使流體的一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能而耗散。因此，實(shí)際流體的伯努利方程可寫為：—截面Ⅰ和Ⅱ之間單位質(zhì)量實(shí)際流體流動產(chǎn)生的能量損失。

第21頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月7.1.3流量測量方法與流量儀表的分類1.流量測量方法流量測量方法大致可以歸納為以下幾類：(1)利用伯努利方程原理，通過測量流體差壓信號來反映流量的差壓式流量測量法；(2)通過直接測量流體流速來得出流量的速度式流量測量法；(3)利用標(biāo)準(zhǔn)小容積來連續(xù)測量流量的容積式測量；(4)以測量流體質(zhì)量流量為目的的質(zhì)量流量測量法。

2.流量儀表的分類第22頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月類別工作原理儀表名稱可測流體種類適用管徑mm測量精度％安裝要求、特點(diǎn)體積流量計(jì)差流壓量式計(jì)流體流過通管道中的阻力件時產(chǎn)生的壓力差與流量之間有確定關(guān)系，通過測量差壓值求得流量節(jié)流式孔板液、氣、蒸汽50～1000±1～2需直管段，壓損大噴嘴50～500需直管段，壓損中等文丘里管100～1200需直管段，壓損小均速管液、氣、蒸汽25～9000±1需直管段，壓損小轉(zhuǎn)子流量計(jì)液、氣4～150±2垂直安裝靶式流量計(jì)液、氣、蒸汽15～200±1～4需直管段，彎管流量計(jì)液、氣±0.5～5需直管段，無壓損容流積量式計(jì)直接對儀表排出的定量流體計(jì)數(shù)確定流量橢園齒輪流量計(jì)液10～400±0.2～0.5無直管段要求，需裝過濾器，壓損中等腰輪流量計(jì)液、氣刮板流量計(jì)液±0.2無直管段要求，壓損小第23頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月速流度量式計(jì)通過測量管道截面上流體平均流速來測量流量渦輪流量計(jì)液、氣4～600±0.1～0.5需直管段，裝過濾器渦街流量計(jì)液、氣150～1000±0.5～1需直管段電磁流量計(jì)導(dǎo)電液體6～2000±0.5～1.5直管段要求不高，無壓損超聲波流量計(jì)液＞10±1需直管段，無壓損直接式直接檢測與質(zhì)量流量成比例的量來質(zhì)量流量熱式質(zhì)量流量計(jì)氣±1沖量式質(zhì)量流量計(jì)固體粉料±0.2～2科氏質(zhì)量流量計(jì)液、氣±0.15間接式同時測體積流量和流體密度來計(jì)算質(zhì)量流量體積流量經(jīng)密度補(bǔ)償液、氣±0.5溫度、壓力補(bǔ)償體積流量計(jì)質(zhì)量流量計(jì)第24頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月3.流量儀表的主要技術(shù)參數(shù)

(1)流量范圍流量范圍指流量計(jì)可測的最大流量與最小流量的范圍。(2)量程和量程比流量范圍內(nèi)最大流量與最小流量值之差稱為流量計(jì)的量程。最大流量與最小流量的比值稱為量程比，亦稱流量計(jì)的范圍度。

(3)允許誤差和精度等級流量儀表在規(guī)定的正常工作條件下允許的最大誤差，稱為該流量儀表的允許誤差，一般用最大相對誤差和引用誤差來表示。

第25頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月流量儀表的精度等級是根據(jù)允許誤差的大小來劃分的，其精度等級有：0.02、0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5等。(4)壓力損失

壓力損失的大小是流量儀表選型的一個重要技術(shù)指標(biāo)。壓力損失小，流體能消耗小，輸運(yùn)流體的動力要求小，測量成本低。反之則能耗大，經(jīng)濟(jì)效益相應(yīng)降低。故希望流量計(jì)的壓力損失愈小愈好。第26頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月7.2流量測量儀表7.2.1差壓式流量計(jì)7.2.2容積式流量計(jì)7.2.4質(zhì)量流量計(jì)7.2.3速度式流量計(jì)第27頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月7.2流量測量儀表

7.2.1差壓式流量計(jì)差壓式流量計(jì)基于流體在通過設(shè)置于流通管道上的流動阻力件時產(chǎn)生的壓力差與流體流量之間的確定關(guān)系，通過測量差壓值求得流體流量。1.節(jié)流式流量計(jì)1-節(jié)流元件2-引壓管路3-三閥組4-差壓計(jì)

節(jié)流式流量計(jì)組成第28頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月流體流經(jīng)節(jié)流件時壓力和流速變化情況

=

測量原理及流量方程第29頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月

—截面1和2上流體的靜壓力；

—截面1和2上流束直徑；—截面1和2上流體的平均流速；

、—截面1和2上流體的密度

、

求出：體積流量

質(zhì)量流量

第30頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月以實(shí)際采用的某種取壓方式所得到的壓差來代替的值；同時引入流出系數(shù)C（或流量系數(shù)

）對上式進(jìn)行修正：

第31頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月對于可壓縮流體，考慮到節(jié)流過程中流體密度的變化而引入流束膨脹系數(shù)進(jìn)行修正采用節(jié)流件前的流體密度，由此流量公式可更一般的表示為：第32頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月流體必須是牛頓流體，在物理學(xué)和熱力學(xué)上是均勻的、單相的，或者可認(rèn)為是單相的流體。b.流體必須充滿管道和節(jié)流裝置且連續(xù)流動，流經(jīng)節(jié)流件前流動應(yīng)達(dá)到充分紊流，流束平行于管道軸線且無旋轉(zhuǎn)，流經(jīng)節(jié)流件時不發(fā)生相變。c.流動是穩(wěn)定的或隨時間緩變的

（2）節(jié)流裝置①標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的適用條件第33頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月②標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件的結(jié)構(gòu)形式a.標(biāo)準(zhǔn)孔板標(biāo)準(zhǔn)孔板是一塊具有與管道同心圓形開孔的圓板，迎流一側(cè)是有銳利直角入口邊緣的圓筒形孔，順流的出口呈擴(kuò)散的錐形。結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，價格便宜

壓力損失較大，測量精度較低，只適用于潔凈流體介質(zhì)，測量大管徑高溫高壓介質(zhì)時，孔板易變形。標(biāo)準(zhǔn)孔板第34頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月b.標(biāo)準(zhǔn)噴嘴標(biāo)準(zhǔn)噴嘴是一種以管道軸線為中心線的旋轉(zhuǎn)對稱體，主要由入口圓弧收縮部分與出口圓筒形喉部組成，有ISAl932噴嘴和長徑噴嘴兩種型式。ISA1932噴嘴第35頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月長徑噴嘴第36頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月c.文丘里管文丘里管有兩種標(biāo)準(zhǔn)型式：經(jīng)典文丘里管與文丘里噴嘴。文丘里管壓力損失最低，有較高的測量精度，對流體中的懸浮物不敏感，可用于污臟流體介質(zhì)的流量測量，在大管徑流量測量方面應(yīng)用的較多。但尺寸大、笨重，加工困難，成本高，一般用在有特殊要求的場合。第37頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月③節(jié)流裝置的取壓方式

根據(jù)節(jié)流裝置取壓口位置可將取壓方式分為理論取壓、角接取壓、法蘭取壓、徑距取壓與損失取壓等五種:節(jié)流裝置的取壓方式第38頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月角接取壓裝置

法蘭取壓裝置目前廣泛采用的是角接取壓法，其次是法蘭取壓法。角接取壓法比較簡便，容易實(shí)現(xiàn)環(huán)室取壓，測量精度較高。法蘭取壓法結(jié)構(gòu)較簡單，容易裝配，計(jì)算也方便，但精度較角接取壓法低些。第39頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月④測量管道條件

測量管道截面應(yīng)為圓形，節(jié)流件及取壓裝置安裝在兩圓形直管之間。節(jié)流件附近管道的圓度應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)中的具體規(guī)定。當(dāng)現(xiàn)場難以滿足直管段的最小長度要求或有擾動源存在時，可考慮在節(jié)流件前安裝流動整流器，以消除流動的不對稱分布和旋轉(zhuǎn)流等情況。安裝位置和使用的整流器型式在標(biāo)準(zhǔn)中有具體規(guī)定。第40頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月⑤非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置a.1/4圓噴嘴b.錐形入口孔板c.圓缺孔板第41頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月⑶標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的計(jì)算①流量計(jì)算這類計(jì)算命題是在管道、節(jié)流裝置、取壓方式、被測流體參數(shù)已知的情況下，根據(jù)測得的差壓值計(jì)算被測介質(zhì)流量。屬校核計(jì)算，常用在使用現(xiàn)場，所依據(jù)的基本公式是流量公式。②設(shè)計(jì)節(jié)流裝置這類計(jì)算命題是要根據(jù)用戶提出的已知條件以及限制要求來設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，屬設(shè)計(jì)計(jì)算。第42頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月⑷差壓計(jì)差壓計(jì)與節(jié)流裝置配套組成節(jié)流式流量計(jì)。差壓計(jì)經(jīng)導(dǎo)壓管與節(jié)流裝置連接，接受被測流體流過節(jié)流裝置時所產(chǎn)生的差壓信號，并根據(jù)生產(chǎn)的要求，以不同信號形式把差壓信號傳遞給顯示儀表，從而實(shí)現(xiàn)對流量參數(shù)的顯示、記錄和自動控制。差壓計(jì)的種類很多，凡可測量差壓的儀表均可作為節(jié)流式流量計(jì)中的差壓計(jì)使用。目前工業(yè)生產(chǎn)中大多數(shù)采用差壓變送器。它們可將測得的差壓信號轉(zhuǎn)換為0.02-0.1MPa的氣壓信號和4-20mA的直流電流信號。第43頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月2.皮托管和均速管流量計(jì)

⑴皮托管

皮托管是一根彎成直角的雙層空心復(fù)合管，帶有多個取壓孔，能同時測量流體總壓和靜壓。皮托管結(jié)構(gòu)第44頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月皮托管頭部迎流方向開有一個小孔A，稱為總壓孔，在距頭部一定距離處開有若干垂直于流體流向的靜壓孔B，各孔所測靜壓在均壓室均壓后輸出。皮托管的工作原理可分析如下：皮托管測量原理第45頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月設(shè)流動為不可壓縮無粘性流體的穩(wěn)定流動，駐點(diǎn)處流體的伯努利方程為—駐點(diǎn)處流體總壓；，—分別為駐點(diǎn)處流體靜壓和流速；—流體密度。

由此可以得該點(diǎn)的流速為：第46頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月考慮到實(shí)際測量情況與理論上的差別，引入皮托管系數(shù)(數(shù)值由實(shí)驗(yàn)確定)對上式進(jìn)行修正：對于可壓縮流體，考慮到壓縮性的影響，實(shí)際流速計(jì)算公式為：(1-)為流體可壓縮性修正系數(shù)，對不可壓縮流體=0。

第47頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月⑵均速管流量計(jì)均速管測量流速的原理與皮托管相同，體積流量可由下式確定：均速管原理第48頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月3.轉(zhuǎn)子流量計(jì)⑴測量原理根據(jù)流體連續(xù)性方程和伯努利方程，轉(zhuǎn)子流量計(jì)的體積流量可表示為：

—流量系數(shù)；—轉(zhuǎn)子與錐形管間的環(huán)形流通面積；—流體密度；—差壓。測量原理第49頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月⑵轉(zhuǎn)子流量計(jì)結(jié)構(gòu)①玻璃管轉(zhuǎn)子流量計(jì)主要由玻璃錐形管、轉(zhuǎn)子和支撐結(jié)構(gòu)組成。轉(zhuǎn)子根據(jù)不同的測量范圍及不同介質(zhì)(氣體或液體)可分別采用不同材料制成不同形狀。流量示值刻在錐形管上②金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)的錐形管采用金屬材料制成，其流量檢測原理與玻璃管轉(zhuǎn)子流量計(jì)相同。金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)有就地指示型和電氣信號遠(yuǎn)傳型兩種第50頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月電遠(yuǎn)傳式轉(zhuǎn)子流量計(jì)工作原理。第51頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月⑶轉(zhuǎn)子流量計(jì)的刻度換算轉(zhuǎn)子流量計(jì)是一種非通用性儀表，出廠時其刻度需單獨(dú)標(biāo)定。儀表廠在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，以空氣標(biāo)定測量氣體流量的儀表；以水標(biāo)定測量液體流量的儀表。若被測介質(zhì)不是水或空氣，則流量計(jì)的指示值與實(shí)際流量值之間存在差別，必須對流量指示值按照實(shí)際被測介質(zhì)的密度、溫度、壓力等參數(shù)的具體情況進(jìn)行刻度修正。液體介質(zhì)氣體介質(zhì)第52頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月4.靶式流量計(jì)靶式流量計(jì)是一種適用于測量高粘度、低雷諾數(shù)流體流量的流量測量儀表，例如用于測量重油、瀝青、含固體顆粒的漿液及腐蝕性介質(zhì)的流量。

靶式流量計(jì)工作原理

—流體對靶的作用力

—流體流速

—密度

—靶的受力面積第53頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月管道直徑為D，靶直徑為d，環(huán)隙通道面積為A，則可求出流體體積流量為：

設(shè)：第54頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月5.彎管流量計(jì)

彎管流量計(jì)是一種可用于任何工藝管道流量測量的裝置。設(shè)彎管直徑為D，彎管中心線半徑為R，流體密度，根據(jù)彎管流速面積分布定律和流體能量守恒定律可推導(dǎo)出體積流量與流體差壓的理論關(guān)系式：

第55頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月考慮到流體粘性、管道形狀及實(shí)際使用條件的影響，將上式乘上由實(shí)驗(yàn)求得的流量系數(shù)，并令

，則可得彎管流量計(jì)的實(shí)用流量公式：

彎管流量計(jì)第56頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月如果將管道彎成同心圓，就可構(gòu)成環(huán)形管流量計(jì)考慮到在制造時，環(huán)形管直徑與管道直徑比很大，因而可得環(huán)形管流量計(jì)的流量近似公式：

環(huán)形管流量計(jì)第57頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月7.2.2容積式流量計(jì)橢圓齒輪流量計(jì)橢圓齒輪流量計(jì)工作原理：橢圓齒輪流量計(jì)工作原理第58頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月由于流體在流量計(jì)入、出口處的壓力P1

P2，當(dāng)A、B兩輪處于(a)所示位置時，A輪與殼體間構(gòu)成容積固定的半月形測量室(圖中陰影部分)，此時進(jìn)出口差壓作用于B輪上的合力矩為零，而在A輪上的合力矩不為零，產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)力矩，使得A輪作順時針方向轉(zhuǎn)動，并帶動B輪逆時針旋轉(zhuǎn)，測量室內(nèi)的流體排向出口；當(dāng)兩輪旋轉(zhuǎn)處于(b)位置時，兩輪均為主動輪；當(dāng)兩輪旋轉(zhuǎn)90

，處于(c)位置時，轉(zhuǎn)子B與殼體之間構(gòu)成測量室，此時，流體作用于A輪的合力矩為零，而作用于B輪的合力矩不為零，B輪帶動A輪轉(zhuǎn)動，將測量室內(nèi)的流體排向出口。第59頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)兩輪旋轉(zhuǎn)至180°時，A、B兩輪重新回到位置(a)。如此周期地主從更換，兩橢圓齒輪作連續(xù)的旋轉(zhuǎn)。當(dāng)橢圓齒輪每旋轉(zhuǎn)一周時，流量計(jì)將排出4個半月形(測量室)體積的流體。設(shè)測量室的容積為V，則橢圓齒輪每旋轉(zhuǎn)一周排出的流體體積為4V。只要測量橢圓齒輪的轉(zhuǎn)數(shù)N和轉(zhuǎn)速n，就可知道累積流量和單位時間內(nèi)的流量，即瞬時流量：第60頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月2.腰輪流量計(jì)

腰輪流量計(jì)又稱羅茨流量計(jì)，其工作原理與橢圓齒輪流量計(jì)相同，結(jié)構(gòu)也很相似，只是轉(zhuǎn)子的形狀略有不同。腰輪流量計(jì)的轉(zhuǎn)子是一對不帶齒的腰形輪，在轉(zhuǎn)動過程中兩腰輪不直接接觸而保持微小的間隙，依靠套在殼體外的與腰輪同軸上的嚙合齒輪來完成驅(qū)動。腰輪流量計(jì)第61頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月3.刮板式流量計(jì)

轉(zhuǎn)子在流量計(jì)進(jìn)、出口差壓作用下轉(zhuǎn)動，每當(dāng)相鄰兩刮板進(jìn)入計(jì)量區(qū)時均伸出至殼體內(nèi)壁且只隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而不滑動，形成具有固定容積的測量室，當(dāng)離開計(jì)量區(qū)時，刮板縮入槽內(nèi)，流體從出口排出，同時后一刮板又與其另一相鄰刮板形成測量室。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，排出4份固定體積的流體，由轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)數(shù)就可以求得被測流體的流量。凸輪式刮板流量計(jì)第62頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月

4.伺服式容積流量計(jì)

在流量計(jì)工作時，腰輪由伺服電機(jī)通過傳動齒輪帶動，伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動的快慢，隨流體入出口壓力差的大小而改變。導(dǎo)壓管將入出口壓力引至差壓變送器以測量入出口壓差的變化，當(dāng)入出口壓差大于零時，差壓變送器輸出信號經(jīng)放大后驅(qū)動伺服電機(jī)帶動腰輪加快旋轉(zhuǎn)，使流量計(jì)排出較大流量的流體，從而使壓差趨近于零。這種近于無壓差的流量計(jì)，使泄漏量減小到最低限度，因而可以實(shí)現(xiàn)小流量的高精度測量，而且測量誤差幾乎不受流體壓力、粘度和密度的影響。第63頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月伺服式腰輪流量計(jì)工作原理第64頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月7.2.3速度式流量計(jì)

1.渦輪流量計(jì)

(1)工作原理與結(jié)構(gòu)

在—定范圍內(nèi)，渦輪的轉(zhuǎn)速與流體的平均流速成正比，通過磁電轉(zhuǎn)換裝置將渦輪轉(zhuǎn)速變成電脈沖信號，以推導(dǎo)出被測流體的瞬時流量和累積流量。渦輪流量計(jì)結(jié)構(gòu)第65頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)流量方程渦輪葉片速度分解ξ與流量的關(guān)系曲線u流體平均流速

葉片的切向速度n渦輪轉(zhuǎn)速第66頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月而磁電轉(zhuǎn)換器所產(chǎn)生的脈沖頻率:Z—渦輪葉片的數(shù)目。

體積流量方程：ξ—單位體積流量通過磁電轉(zhuǎn)換器所輸出的脈沖數(shù)第67頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)渦輪流量計(jì)的特點(diǎn)和使用

優(yōu)點(diǎn):

其測量精度高,復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性均好；量程范圍寬，量程比可達(dá)(10～20):1,刻度線性；耐高壓，壓力損失；對流量變化反應(yīng)迅速，可測脈動流量；抗干擾能力強(qiáng)，信號便于遠(yuǎn)傳及與計(jì)算機(jī)相連。

缺點(diǎn):

制造困難，成本高。

場合:

通常渦輪流量計(jì)主要用于量精度要求高、流量變化快的場合，還用作標(biāo)定其他流量的標(biāo)準(zhǔn)儀表。第68頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月2.渦街流量計(jì)

(1)渦街流量計(jì)原理

在均勻流動的流體中,垂直地插入一個具有非流線型截面的柱體,稱為漩渦發(fā)生體，則在該漩渦發(fā)生體兩側(cè)會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)方向相反、交替出現(xiàn)的漩渦，并隨著流體流動，在下游形成兩列不對稱的漩渦列，稱之為“卡門渦街”

，如圖圓柱漩渦發(fā)生器第69頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月其體積流量方程式為:

?—每一列漩渦產(chǎn)生的頻率u—流體流速d—直徑漩渦發(fā)生體的特征尺寸

St—斯特羅哈爾數(shù)D—管道內(nèi)徑

A—在漩渦發(fā)生體處的流通截面積

第70頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)漩渦頻率的測量圖

圖為三角柱體渦街檢測器原理示意圖，在三角柱體的迎流面對稱地嵌入兩個熱敏電阻組成橋路的兩臂，以恒定電流加熱使其溫度稍高于流體，在交替產(chǎn)生的漩渦的作用下，兩個電阻被周期地冷卻，使其阻值改變，阻值的變化由橋路測出，即可測得漩渦產(chǎn)生頻率，從而測出流量。三角柱渦街檢測器第71頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)渦街流量計(jì)的特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn):

渦街流量計(jì)測量精度較高；量程比寬,可達(dá)30:1；使用壽命長，壓力損失小，安裝與維護(hù)比較方便；測量幾乎不受流體參數(shù)變化的影響，用水或空氣標(biāo)定后的流量計(jì)無須校正即可用于其它介質(zhì)的測量；易與數(shù)字儀表或計(jì)算機(jī)接口,對氣體、液體和蒸汽介質(zhì)均適用。

缺點(diǎn):

流體流速分布情況和脈動情況將影響測量準(zhǔn)確度，因此適用于紊流流速分布變化小的情況，并要求流量計(jì)前后有足夠長的直管段。

第72頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月3.電磁流量計(jì)

(1)測量原理和結(jié)構(gòu)

電磁流量計(jì)是基于法拉第電磁感應(yīng)原理制成的一種流量計(jì)，其測量原理如圖8-30所示。當(dāng)被測導(dǎo)電流體在磁場中沿垂直于磁力線方向流動而切割磁力線時，在對稱安裝在流通管道兩側(cè)的電極上將產(chǎn)生感應(yīng)電勢，此電勢與流速成正比。

電磁流量計(jì)原理第73頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月流體流量方程為：

B—為磁感應(yīng)強(qiáng)度

D

—管道內(nèi)徑

u—流體平均流速E—感應(yīng)電勢

第74頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月

電磁流量計(jì)的結(jié)構(gòu)如圖所示：

電磁流量計(jì)結(jié)構(gòu)第75頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)

電磁流量計(jì)的特點(diǎn)及應(yīng)用

優(yōu)點(diǎn)：

壓力損失小，適用于含有顆粒、懸浮物等流體的流量測量；可以用來測量腐蝕性介質(zhì)的流量；流量測量范圍大；流量計(jì)的管徑小到1mm，大到2m以上；測量精度為0.5-1.5級；電磁流量計(jì)的輸出與流量呈線性關(guān)系；反應(yīng)迅速，可以測量脈動流量。

缺點(diǎn)：

被測介質(zhì)必須是導(dǎo)電的液體，不能用于氣體、蒸汽及石油制品的流量測量；流速測量下限有一定限度；工作壓力受到限制。結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜，成本較高。

第76頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月7.3流量標(biāo)準(zhǔn)裝置

7.3.1液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置

液體流量的標(biāo)定方法和標(biāo)準(zhǔn)裝置大致有以下幾種。

1.標(biāo)準(zhǔn)容積法

圖8-42所示為標(biāo)準(zhǔn)容積法流量標(biāo)準(zhǔn)裝置示意圖。在校驗(yàn)時，高位水槽中的液體通過被校流量計(jì)經(jīng)切換機(jī)構(gòu)流入標(biāo)準(zhǔn)容器。從標(biāo)準(zhǔn)容器的讀數(shù)裝置上讀出在一定時間內(nèi)進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)容器的液體體積，并將由此決定的體積流量值作為標(biāo)準(zhǔn)值與被校流量計(jì)的顯示值相比較。第77頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月4.超聲波流量計(jì)

超聲波測流量的作用原理有傳播速度法、多普勒法、波束偏移法、噪聲法、相關(guān)法、流速—液面法等多種方法。

(1)傳播速度法測量原理

超聲測速原理第78頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月①時差法

時差法就是測量超聲波脈沖順流和逆流時傳播的時間差。流體流速

t1-按順流方向，超聲波到達(dá)接收器時間t2-按逆流方向，超聲波到達(dá)接收器時間

第79頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月②相差法

相位差法是把上述時間差轉(zhuǎn)換為超聲波傳播的相位差來測量。超聲波換能器向流體連續(xù)發(fā)射形式為的超聲波脈沖，式中為超聲波的角頻率。

按順流方向發(fā)射時收到的信號相位按逆流方向發(fā)射時收到的信號相位第80頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月③頻差法

頻差法是通過測量順流和逆流時超聲脈沖的循環(huán)頻率之差來測量流量的。

順流時脈沖循環(huán)頻率：

逆流時脈沖循環(huán)頻率：

脈沖循環(huán)頻差：

流體流速:第81頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月流量方程:截面平均流速和流速u的關(guān)系：

層流：紊流：流體的體積流量方程為：

第82頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)多普勒法測量原理

根據(jù)多普勒效應(yīng)，當(dāng)聲源和觀察者之間有相對運(yùn)動時，觀察者所感受到的聲頻率將不同于聲源所發(fā)出的頻率。這個頻率的變化與兩者之間的相對速度成正比。超聲波多普勒流量計(jì)就是基于多普勒效應(yīng)測量流量的。超聲多普勒法流量測量原理第83頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)與應(yīng)用

超聲波流量計(jì)由超聲波換能器、電子線路及流量顯示系統(tǒng)組成。超聲波換能器通常由鋯鈦酸鉛陶瓷等壓電材料制成，通過電致伸縮效應(yīng)和壓電效應(yīng)，發(fā)射和接收超聲波。換能器在管道上的配置方式如圖8-34所示

超聲波換能器在管道上的配置方式第84頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月7.2.4質(zhì)量流量計(jì)

流體的體積是流體溫度、壓力和密度的函數(shù)。質(zhì)量流量計(jì)的測量方法，可分為間接測量和直接測量兩類。間接式測量方法通過測量體積流量和流體密度經(jīng)計(jì)算得出質(zhì)量流量，這種方式又稱為推導(dǎo)式；直接式測量方法則由檢測元件直接檢測出流體的質(zhì)量流量。第85頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月間接式質(zhì)量流量計(jì)

一般是采用體積流量計(jì)和密度計(jì)或兩個不同類型的體積流量計(jì)組合，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量流量的測量。常見的組合方式主要有3種。

⑴節(jié)流式流量計(jì)與密度計(jì)的組合流式流量計(jì)與密度計(jì)組合第86頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月⑵體積流量計(jì)與密度計(jì)的組合體積流量計(jì)和密度計(jì)組合第87頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月

⑶體積流量計(jì)與體積流量計(jì)的組合節(jié)流式流量計(jì)和其它體積流量計(jì)組合第88頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月2.直接式質(zhì)量流量計(jì)

直接式質(zhì)量流量計(jì)的輸出信號直接反映質(zhì)量流量，有許多種型式。

⑴熱式質(zhì)量流量計(jì)

根據(jù)傳熱規(guī)律。設(shè)為流體的定壓比熱兩點(diǎn)溫度差熱式質(zhì)量流量計(jì)示意圖第89頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月⑵差壓式質(zhì)量流量計(jì)

差壓式質(zhì)量流量計(jì)是以馬格努斯效應(yīng)為基礎(chǔ)的流量計(jì)，實(shí)際應(yīng)用中利用孔板和定量泵組合實(shí)現(xiàn)質(zhì)量流量測量。有雙孔板和四孔板與定量泵組合兩種結(jié)構(gòu)。

雙孔板差壓式質(zhì)量流量計(jì)第90頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月K式中為常數(shù)；ρ為流體的密度?？装錋、B前后的壓差與流體質(zhì)量流量成正比，測出壓差便可以求出流體質(zhì)量流量

根據(jù)差壓式流量測量原理，孔板A和B處壓差分別為第91頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月四孔板差壓式質(zhì)量流量計(jì)：

四孔板差壓式質(zhì)量流量計(jì)第92頁，課件共102頁，創(chuàng)作于2023年2月⑶科里奧利質(zhì)量流量計(jì)

科里奧利質(zhì)量流量計(jì)(簡稱科氏力流量計(jì))是一種利用流體在振動管中流動而產(chǎn)生與質(zhì)量流量成正比的科里奧利力的原理來直接測量質(zhì)量流量的儀表。科氏力流量計(jì)結(jié)構(gòu)有多種形式，一般由振動管與轉(zhuǎn)換器組成。

科氏力流量計(jì)測量原理第93頁，課件共102