流量的测量课件VIP

1、2021-10-22流量的测量课件1第第 五五 章章流流 量量 的的 测测 量量2021-10-22流量的测量课件2第一节第一节 流量及流量计的分类流量及流量计的分类流量的概念流量的概念 流体在单位时间内流经某一有效截面的体流体在单位时间内流经某一有效截面的体积、质量或重量，称作瞬时体积流量（积、质量或重量，称作瞬时体积流量（m m3 3/s)/s)、瞬时质量流量瞬时质量流量(kg/s)(kg/s)或瞬时重量流量或瞬时重量流量(N/s)(N/s)。累积流量：某一段时间内流过的流体量，即瞬时累积流量：某一段时间内流过的流体量，即瞬时流量对时间的积分流量对时间的积分2021-10-22流量的测量课

2、件3流过管道某截面的流体的速度在截面上各处不流过管道某截面的流体的速度在截面上各处不可能是均匀的，假定在这个截面上某一微小单可能是均匀的，假定在这个截面上某一微小单元面积上元面积上dAF速度是均匀的，流过该单元面积上速度是均匀的，流过该单元面积上的体积流量为的体积流量为,vFdqvdAv为 流 速整个截面上的流量整个截面上的流量qv为为vFFqvdAFAqvv2021-10-22流量的测量课件4累积流量累积流量vtmtVq dtMq dt 用来测量流量的仪表统称为用来测量流量的仪表统称为流量计流量计。测量累积流量。测量累积流量的仪表称为流体计量表或的仪表称为流体计量表或总流量计总流量计。202

3、1-10-22流量的测量课件5二、流量计的分类流 体 振 动式 流 量 计差 压 式流 量 计流 体 阻 力式 流 量 计测 速 式流 量 计流 量 计容积式容积式流量计流量计2021-10-22流量的测量课件6流体的几个概念流体的几个概念 （一）粘性（一）粘性 在流体的内部相互接触的部分在其切线方向的在流体的内部相互接触的部分在其切线方向的速度有差别时会产生减小其速度差的作用。这是因速度有差别时会产生减小其速度差的作用。这是因为流速快的部分要加速与其相接触的流速慢的部分，为流速快的部分要加速与其相接触的流速慢的部分，而流速慢的部分要减小与其相接触的流速快的部分，而流速慢的部分要减小与其相接触

4、的流速快的部分，流体的这种性质，称为流体的这种性质，称为粘性粘性。 衡量流体粘性大小的物理量称为衡量流体粘性大小的物理量称为粘度粘度 2021-10-22流量的测量课件7设有两块面积很大距离很近的平板，两平板中间是流体。令底设有两块面积很大距离很近的平板，两平板中间是流体。令底下的平板保持不动，而以一恒定力推动上面平板，使其以速度下的平板保持不动，而以一恒定力推动上面平板，使其以速度v沿沿x方向活动。由于流体粘性的作用，附在上板底面的一薄层液方向活动。由于流体粘性的作用，附在上板底面的一薄层液体以速度体以速度v随上板运动。而下板不动故附在其上的流体不动，所随上板运动。而下板不动故附在其上的流体

5、不动，所以两板间的液体就分成无数薄层而运动，如图所示。以两板间的液体就分成无数薄层而运动，如图所示。 作用力作用力F与受力面平行，称为剪力，剪力与板的速度与受力面平行，称为剪力，剪力与板的速度v、板的面积、板的面积S成正成正比，而与两板间的距离比，而与两板间的距离y成反此，即成反此，即dvdy2021-10-22流量的测量课件8称为粘度，或动力粘度(dynamic viscosity)，单位是：泊（P）(Pa.s),/s2称为运动粘度，单位是：m/FS vyFySvvyKinematic viscosity2021-10-22流量的测量课件9（二）层流和紊流（二）层流和紊流 流体在细管中的流动

6、形式可分为层流和紊流两流体在细管中的流动形式可分为层流和紊流两种。种。 所谓层流所谓层流( (laminar flowlaminar flow) )就是流体在细管中流就是流体在细管中流动的动的流线平行于管轴流线平行于管轴时的流动。时的流动。 所谓紊流所谓紊流( (turbulent flowturbulent flow) )就是流体在细管中就是流体在细管中流动的流动的流线相对混乱流线相对混乱的流动。的流动。 利用利用雷诺数雷诺数可以判断流动的形式。如果雷诺数可以判断流动的形式。如果雷诺数小于某一值时，可判断为层流，而大于此值时则判小于某一值时，可判断为层流，而大于此值时则判断为紊流。断为紊流。

7、2021-10-22流量的测量课件10 在在层流层流流动状态时，流动状态时，流量与压降成正比流量与压降成正比；在；在紊流紊流流动流动状态时，状态时，流量与压降的平方根成正比流量与压降的平方根成正比，而且在层流与紊流，而且在层流与紊流两种不同的流动状态时，其管内的速度分布也大不相同。两种不同的流动状态时，其管内的速度分布也大不相同。这些对于许多采用测量流速来得到流量的测量方法是很重这些对于许多采用测量流速来得到流量的测量方法是很重要的。要的。2021-10-22流量的测量课件11在层流流动状态下，流速分在层流流动状态下，流速分布是以管轴为中心线的轴对布是以管轴为中心线的轴对称抛物线分布。称抛物线

8、分布。在紊流流动状态下，管内在紊流流动状态下，管内流速同样是以管中心线轴流速同样是以管中心线轴对称的分布，但是其分布对称的分布，但是其分布呈指数曲线形式。呈指数曲线形式。2021-10-22流量的测量课件12n雷诺数是表征流体流动时惯性力与粘性力之比雷诺数是表征流体流动时惯性力与粘性力之比。利用细管。利用细管直径直径d，可求出雷诺数，可求出雷诺数Rd：dvdvdR 为细管中的平均流速；为细管中的平均流速； 为流体的运动粘度为流体的运动粘度, d为管径。为管径。Rd2320时为层流，时为层流，Rd2320时为紊流；时为紊流；v（三）雷诺数（三）雷诺数2021-10-22流量的测量课件13（四）流

9、体流动的连续性方程流体在管道内作稳定流动的情况：流体在管道内作稳定流动的情况：1 11222v Sv S12常数， v为某截面上流体的平均速度若流体是不可压缩的，即：则：vS=常数即流体在稳定流动，且不可压缩时，流过各截面流体的流体在稳定流动，且不可压缩时，流过各截面流体的体积为常量。体积为常量。因此利用上式，很方便的求出流体流过管道不同截面时的流速。2021-10-22流量的测量课件14（五）流体伯努力方程2211221212221122122222vpvpgZgZvpvpgZgZ对不可压缩的流体2021-10-22流量的测量课件15n差压式流量计（节流式流量计）主要由两部分差压式流量计（节

10、流式流量计）主要由两部分组成：节流装置和测量静压差的差压计。组成：节流装置和测量静压差的差压计。n 节流装置是安装在流体管道中，使流体的流节流装置是安装在流体管道中，使流体的流通截面发生变化，引起流体静压变化的一种装通截面发生变化，引起流体静压变化的一种装置。置。第二节第二节 差压式流量计差压式流量计一、概述一、概述流量的测量课件2021-10-2216节流装置（取压管及内部的节流孔板）节流孔板节流孔板后取压管后取压管 前取压管前取压管流体通过节流体通过节流孔板时，流孔板时，流速加快，流速加快，后取压管处后取压管处的压力减小。的压力减小。流量的测量课件2021-10-2217节流装置外形节流孔

11、板节流孔板后取压管后取压管 流量的测量课件2021-10-2218流体流经节流孔板时，流体流经节流孔板时，压力和流速的变化情况压力和流速的变化情况 节流孔板节流孔板流速变快，流速变快，压力变小压力变小 2021-10-22流量的测量课件19n当充满圆管的流体流经在管道内部安装的节流当充满圆管的流体流经在管道内部安装的节流装置时，流束将在节流件处形成装置时，流束将在节流件处形成局部收缩，使局部收缩，使流速增大，静压力降低流速增大，静压力降低，于是在节流件前后产，于是在节流件前后产生压力差该压力差通过差压计检出流体的生压力差该压力差通过差压计检出流体的体积流量或质量流量与差压计所测得的差压值体积流

12、量或质量流量与差压计所测得的差压值有确定的数值关系。有确定的数值关系。n孔板流量计动画孔板流量计动画差压式流量计（节流式流量计）差压式流量计（节流式流量计）二、测量原理二、测量原理流量的测量课件2021-10-22202021-10-22流量的测量课件21 选定两个截面，选定两个截面，II是节流装置前流体开始受节流装置影是节流装置前流体开始受节流装置影响的截面；响的截面；II-II是流束经过节流装置后收缩最厉害的流束是流束经过节流装置后收缩最厉害的流束截面，由伯努利方程式得截面，由伯努利方程式得2211221 12222vpvpggS vS v由连续性方程：由于流束在节流装置后的最小收缩面积由

13、于流束在节流装置后的最小收缩面积S S2 2，实际上很难确切，实际上很难确切地知道它的数值，因此用地知道它的数值，因此用节流装置开孔的截面积节流装置开孔的截面积S S0 0来表示来表示, ,20SS其中其中 称为流束的收缩系数，其大小与节流装置的类型有关。称为流束的收缩系数，其大小与节流装置的类型有关。p1、p2流体在截面II和IIII处的静压力v1、v2流体在截面II和IIII处的平均流速2021-10-22流量的测量课件2201221SvvmvS2122212()1gvppm 上面得到的流速是理论值，因为理想的不可压缩的上面得到的流速是理论值，因为理想的不可压缩的流体是不存在的。流体有粘度

14、，故有摩擦，因此实际的流体是不存在的。流体有粘度，故有摩擦，因此实际的流速应修正。其次，考虑到使用方便，实际上经常在节流速应修正。其次，考虑到使用方便，实际上经常在节流装置前后两个固定位置上测取压力流装置前后两个固定位置上测取压力p p1 1、p p2 2，代替，代替p p1 1、p p2 2，在计算，在计算v v2 2的公式中亦应修正。考虑这两方面的因素，的公式中亦应修正。考虑这两方面的因素， 在在IIIIIIII截面上的流速截面上的流速2212222()1gvvppm2021-10-22流量的测量课件23流过截面流过截面IIIIIIII的体积流量为的体积流量为0222012220122()

15、12()vSgQv SvSppmgSppm称为流量系数，和节流装置的面积比 、流体的粘度、密度、取压方式有关，是用实验方法确定的系数。2021-10-22流量的测量课件24 常用的节流装置常用的节流装置文丘利管压力损文丘利管压力损失最小，而孔板失最小，而孔板压力损失最大。压力损失最大。 文丘利管文丘利管孔板孔板 喷嘴喷嘴三、节流装置三、节流装置 2021-10-22流量的测量课件252021-10-22流量的测量课件26 文丘里喷嘴的压力损失较小。流体入口流体入口狭窄部位狭窄部位2021-10-22流量的测量课件27文丘里喷嘴文丘里喷嘴在文丘里喷嘴在管道中的位置管道中的位置前取压口前取压口 后

16、取压口后取压口 2021-10-22流量的测量课件28标准孔板是用不锈钢或标准孔板是用不锈钢或其它金属材料制造的薄其它金属材料制造的薄板，它具有圆形开孔并板，它具有圆形开孔并与管道同心，其直角入与管道同心，其直角入口边缘非常锐利，且相口边缘非常锐利，且相对于开孔轴线是旋转对对于开孔轴线是旋转对称的。标准孔板的形状称的。标准孔板的形状如图所示如图所示2021-10-22流量的测量课件29 标准喷嘴即标准喷嘴即ISAl932喷喷嘴它是一个以管道喉部嘴它是一个以管道喉部开孔轴线为中心线的旋转开孔轴线为中心线的旋转对称体，由两个圆弧曲面对称体，由两个圆弧曲面构成的入口收缩部分及与构成的入口收缩部分及与

17、之相接的圆筒形喉部所组之相接的圆筒形喉部所组成其结构如图成其结构如图34所示所示2021-10-22流量的测量课件30标准文丘利喷嘴是标准文丘利管的一标准文丘利喷嘴是标准文丘利管的一种型式，如图种型式，如图35所示它由廓形修所示它由廓形修圆的收敛部分，圆筒形喉部和扩散段圆的收敛部分，圆筒形喉部和扩散段组成喉部取压平面之前上游平面组成喉部取压平面之前上游平面A、入口圆弧入口圆弧B、C和喉部的圆筒和喉部的圆筒E部分与部分与标准喷嘴完全相同标准喷嘴完全相同2021-10-22流量的测量课件312021-10-22流量的测量课件32 1取压方式取压方式 差压式流量计是通过测量节流件前后压力差差压式流量

18、计是通过测量节流件前后压力差 p来实现来实现流量测量的，而压力差流量测量的，而压力差 p的值与取压孔位置和取压方式的值与取压孔位置和取压方式紧密相关。节流装置的取压方式有以下紧密相关。节流装置的取压方式有以下5种，各种取压方种，各种取压方式及取压孔位置如图式及取压孔位置如图37所示所示 (1)角接取压角接取压: 上下游取压管上下游取压管位于孔板位于孔板(或喷嘴或喷嘴)的的前后端前后端面处面处。角接取压包括单独钻孔和环室取压。如图。角接取压包括单独钻孔和环室取压。如图37中中ll位置。位置。(2)法兰取压：法兰取压：上下游侧取压孔上下游侧取压孔的轴线至孔板上、下游侧的轴线至孔板上、下游侧端面之间

19、的距离均为端面之间的距离均为25.40.8mm（1inch)。取压孔开在。取压孔开在孔板上下游侧的法兰上如图孔板上下游侧的法兰上如图37中中22位置位置2021-10-22流量的测量课件33（3)径距取压：径距取压：上游侧取压孔上游侧取压孔的轴线至孔板上游端面的轴线至孔板上游端面的距离为的距离为1Dm0.1Dm，下游侧取压孔下游侧取压孔的轴线至孔极的轴线至孔极下游端面的距离为下游端面的距离为0.5Dm。如图。如图37中的中的3.3位置位置（Dm管道直径）。管道直径）。 (4)理论取压：理论取压：上游侧取压孔上游侧取压孔的轴线至孔板上游端面的轴线至孔板上游端面的距离为的距离为l Dm0.1Dm，

20、下游侧取压孔下游侧取压孔的轴线至孔板的轴线至孔板上游端面的距离因上游端面的距离因 值不同而异。该距离值不同而异。该距离理论上就是理论上就是流束收缩到最小截面流束收缩到最小截面的距离。如图的距离。如图37中的中的44位置。位置。 (5)管接取压：管接取压：上游侧取压孔上游侧取压孔的轴线至孔板上游端面的轴线至孔板上游端面的距离为的距离为2.5Dm，下游侧取压孔的轴线至孔板下游端，下游侧取压孔的轴线至孔板下游端面的距离为面的距离为8Dm如图如图37中的中的55位置该方法使位置该方法使用很少用很少2021-10-22流量的测量课件342021-10-22流量的测量课件35标准取压装置是国家标准中规定的

21、两种取压装置，即标准取压装置是国家标准中规定的两种取压装置，即角接取压装置和法兰取压装置。其中角接取压装置和法兰取压装置。其中角接取压适用于角接取压适用于孔板和喷嘴，而法兰取压仅用于孔板。孔板和喷嘴，而法兰取压仅用于孔板。（1）角接取压装置）角接取压装置角接取压装置可以采用环室或夹紧环角接取压装置可以采用环室或夹紧环(单独钻孔单独钻孔)取得节流件前后的差压。取得节流件前后的差压。（2）法兰取压装置）法兰取压装置法兰取压装置由两个带取压孔的取压法兰组成。法兰取压装置由两个带取压孔的取压法兰组成。标标 准准 取取 压压 装装 置置2021-10-22流量的测量课件36导压管的配置 节流装置输出的压

22、力差是从节流装置的节流装置输出的压力差是从节流装置的前后取压孔取出的。从取压孔到差压变送前后取压孔取出的。从取压孔到差压变送器的导压管的配置也应按照规定的标准安器的导压管的配置也应按照规定的标准安装。如果被测流体是装。如果被测流体是气体气体，导压管应从节，导压管应从节流装置的流装置的上方引出上方引出，以免混杂在气体中的，以免混杂在气体中的液滴堵住取压管；如果被测流体是液滴堵住取压管；如果被测流体是液体液体，导压管应从节流装置的导压管应从节流装置的下方引出下方引出，以免混，以免混杂在液体中的气体影响取压。杂在液体中的气体影响取压。 2021-10-22流量的测量课件37导压管配置图2021-10

23、-22流量的测量课件382021-10-22流量的测量课件392021-10-22流量的测量课件40节流式流量计外形2021-10-22流量的测量课件41其他差压式流量计其他差压式流量计（一）楔形流量计（一）楔形流量计 P97 图图5-4 消除悬浮物滞留问题，适合测量高粘度或消除悬浮物滞留问题，适合测量高粘度或者悬浮液体。者悬浮液体。（二）皮托管流量计（二）皮托管流量计 P97 图图5-5 pqv流量的测量课件均速管流量计（阿纽巴）均速管流量计（阿纽巴）皮托管流量计动画皮托管流量计动画2021-10-22流量的测量课件43 电磁流量计是根据电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律制

24、成的一种测制成的一种测量导电液体体积流量的仪表。量导电液体体积流量的仪表。 可以测量各种可以测量各种腐蚀性介质：腐蚀性介质：酸、碱、盐溶液酸、碱、盐溶液以及带有以及带有悬浮颗粒的浆液。悬浮颗粒的浆液。被测介质在测量管内，由于没有阻滞部被测介质在测量管内，由于没有阻滞部件，所以没有压力损失。此流量计无机械惯性，反应灵敏，件，所以没有压力损失。此流量计无机械惯性，反应灵敏，可以测量脉冲流量，而且线性较好，可以直接进行等分刻可以测量脉冲流量，而且线性较好，可以直接进行等分刻度。但电磁流量计，由于只能测量导电液体，因此度。但电磁流量计，由于只能测量导电液体，因此对于气对于气体、蒸气以及含大量气泡的液体

25、，或者电导率很低的液体体、蒸气以及含大量气泡的液体，或者电导率很低的液体不能测量。不能测量。由于测量管内衬材料一般不宜在高温下工作，由于测量管内衬材料一般不宜在高温下工作，所以目前一般的电磁流量计还所以目前一般的电磁流量计还不能用于测量高温介质不能用于测量高温介质。第三节第三节 电磁流量计电磁流量计一、概述一、概述2021-10-22流量的测量课件44二、测量原理二、测量原理第三节第三节 电磁流量计电磁流量计2021-10-22流量的测量课件45 如图所示，设在均匀磁场中，垂直于磁场方向如图所示，设在均匀磁场中，垂直于磁场方向有一个直径为有一个直径为D的管道。管道由不导磁材料制成，的管道。管道

26、由不导磁材料制成，当导电的液体在导管中流动时，导电液体切割磁力当导电的液体在导管中流动时，导电液体切割磁力线，因而在磁场及流动方向垂直的方向上产生感应线，因而在磁场及流动方向垂直的方向上产生感应电动势，如安装一对电极，则电极间产生和流速成电动势，如安装一对电极，则电极间产生和流速成比例的电位差。比例的电位差。 式中，式中，c为感应电动势：为感应电动势：B为磁感应强度，为磁感应强度， D为管道为管道内径；内径；v为液体在管道内平均流速。为液体在管道内平均流速。EBDv244vDDEqvB2021-10-22流量的测量课件46三、电磁流量计结构三、电磁流量计结构 1、结构：、结构： P99 图图5

27、-7 2、励磁、励磁电磁流量计实景图第三节第三节 电磁流量计电磁流量计2021-10-22流量的测量课件47（1）直流励磁）直流励磁 直流励磁方式用直流电产生磁场或采用永久磁铁，它直流励磁方式用直流电产生磁场或采用永久磁铁，它能产生一个恒定的均匀磁场这种直流励磁变送器的最大能产生一个恒定的均匀磁场这种直流励磁变送器的最大优点是受交流电磁场干扰影响很小，因而可以忽略液体中优点是受交流电磁场干扰影响很小，因而可以忽略液体中的自感现象的影响。但是，使用直流磁场易使通过测量管的自感现象的影响。但是，使用直流磁场易使通过测量管道的电解质液体被道的电解质液体被极化极化，即电解质在电场中被电解，产生，即电解

28、质在电场中被电解，产生正负离子，在电场力的作用下，负离子跑向正极，正离子正负离子，在电场力的作用下，负离子跑向正极，正离子跑向负极。这样，将导致正负电极分别被相反极性的离子跑向负极。这样，将导致正负电极分别被相反极性的离子所包围，严重影响仪表的正常工作所以，所包围，严重影响仪表的正常工作所以，直流励磁一般直流励磁一般只用于测量非电解质液体，只用于测量非电解质液体，如液态金属等如液态金属等2021-10-22流量的测量课件482021-10-22流量的测量课件49 （2）交流励磁）交流励磁 目前，工业上使用的电磁流量计，大都采用工频目前，工业上使用的电磁流量计，大都采用工频(50Hz)电源交电源

29、交流励磁方式，即它的磁场是由正弦交变电流产生的，所以产生的流励磁方式，即它的磁场是由正弦交变电流产生的，所以产生的磁场也是一个交变磁场。交变磁场变送器的主要优点是消除了电磁场也是一个交变磁场。交变磁场变送器的主要优点是消除了电极表面的极化干扰另外，由于磁场是交变的，所以输出信号也极表面的极化干扰另外，由于磁场是交变的，所以输出信号也是交变信号。是交变信号。2021-10-22流量的测量课件50 直流励磁方式和交流励磁方式各有优缺点，为了充分直流励磁方式和交流励磁方式各有优缺点，为了充分发挥它们的优点，尽量避免它们的缺点，发挥它们的优点，尽量避免它们的缺点，70年代以来，人们年代以来，人们开始采

30、用低频方波励磁方式它的励磁电流波形如图所示，开始采用低频方波励磁方式它的励磁电流波形如图所示，其频率通常为工频的其频率通常为工频的14一一l10 从图可见，在半个周期内，磁场是恒稳的直流磁场，从图可见，在半个周期内，磁场是恒稳的直流磁场，它具有直流励磁的特点，受电磁干扰影响很小。从整个时间它具有直流励磁的特点，受电磁干扰影响很小。从整个时间过程看，方波信号又是一个交变的信号，所以它能克服直流过程看，方波信号又是一个交变的信号，所以它能克服直流励磁易产生的极化现象因此，低频方波励磁是一种比较好励磁易产生的极化现象因此，低频方波励磁是一种比较好的励磁方式，目前已在电磁流量计上广泛的应用的励磁方式，

31、目前已在电磁流量计上广泛的应用 （3）低频方波励磁低频方波励磁2021-10-22流量的测量课件512021-10-22流量的测量课件52一、转子流量计一、转子流量计 转子流量计又名转子流量计又名浮子流量计或面积流量浮子流量计或面积流量计计。浮子流量计具有结构简单，使用维护方。浮子流量计具有结构简单，使用维护方便，对仪表前后直管段长度要求不高，压力便，对仪表前后直管段长度要求不高，压力损失小且恒定，测量范围比较宽，工作可靠损失小且恒定，测量范围比较宽，工作可靠且线性刻度，可测气体、蒸汽且线性刻度，可测气体、蒸汽(电、气远传金电、气远传金属浮子流量计属浮子流量计)和液体的流量，适用性广等特和液体

32、的流量，适用性广等特点点第四节第四节 其他流量计其他流量计 浮子流量计的测量本体由一根自下向上浮子流量计的测量本体由一根自下向上扩大的垂直锥管和一只可以沿着锥管的轴向扩大的垂直锥管和一只可以沿着锥管的轴向自由移动的浮子组成如图自由移动的浮子组成如图4-1所示所示2021-10-22流量的测量课件53玻璃转子流量计流体入口流体入口流体出口流体出口转子转子转子流量计动画转子流量计动画2021-10-22流量的测量课件54 当被测流体自锥管下端流入流量当被测流体自锥管下端流入流量计时，由于流体的作用，浮子上计时，由于流体的作用，浮子上下端面产生一差压，该差压即为下端面产生一差压，该差压即为浮子的上升

33、力。当差压值大于浸浮子的上升力。当差压值大于浸在流体中浮子的重量时，浮子开在流体中浮子的重量时，浮子开始上升。随着浮子的上升浮子始上升。随着浮子的上升浮子最大外径与锥管之间的环形面积最大外径与锥管之间的环形面积逐渐增大，流体的流速则相应下逐渐增大，流体的流速则相应下降，作用在浮子上的上升力逐渐降，作用在浮子上的上升力逐渐减小，直至上升力等于浸在流体减小，直至上升力等于浸在流体中的浮子的重量时，浮子便稳定中的浮子的重量时，浮子便稳定在某一高度上。这时浮子在锥管在某一高度上。这时浮子在锥管中的高度与所通过的流量有对应中的高度与所通过的流量有对应的关系。的关系。2021-10-22流量的测量课件55

34、作用在浮子上的力有：作用在浮子上的力有：流体自下而上运动时，作用在浮子上的阻力流体自下而上运动时，作用在浮子上的阻力F; 浮子本身的垂浮子本身的垂直向下的重力直向下的重力W；流体对浮子所产生的垂直向上的浮力；流体对浮子所产生的垂直向上的浮力B。当浮子处于平衡状态时，可列出平衡方程式当浮子处于平衡状态时，可列出平衡方程式转子流量计的测量原理转子流量计的测量原理2012dfWBFFv c A式中，式中，cd为浮子的阻力系数；为浮子的阻力系数； o为流体密度；为流体密度；v为环形流通面为环形流通面积的平均流速：积的平均流速：Af为浮子的最大迎流面积。为浮子的最大迎流面积。2021-10-22流量的测

35、量课件560020000000122(,2()1ffffffdfffdfffvdfWVVgVv c AVvc AVqA vAcA0f0 f0为浮子材料的重度；为浮子的体积。浮子在流体中所受的浮力为：B=V为流体的重度。V）该环形流通面积为A 则体积流量为：2021-10-22流量的测量课件57000222200220001/,2()()(2tantan)2()(2tantan)2()(2tan )dfffffvfffvfcVgAAARrhrhVgqhrhAgVqrhAff0v00f0设 称为流量系数，则2V(-)q =A v= AA2021-10-22流量的测量课件58只要保持流量系数只要保持

36、流量系数a为常数，则流量与浮子为常数，则流量与浮子高度高度h之间就存在一一对应的近似线性关之间就存在一一对应的近似线性关系我们可以将这种对应关系直接刻度在系我们可以将这种对应关系直接刻度在流量计的锥管上显然，对于不同的流体，流量计的锥管上显然，对于不同的流体，由于密度发生变化，所以由于密度发生变化，所以qv与与h之间的对应之间的对应关系也将发生变化，原来的流量刻度将不关系也将发生变化，原来的流量刻度将不再适用所以再适用所以原则上，转子流量计应该用原则上，转子流量计应该用实际介质进行标定实际介质进行标定注意：注意：2021-10-22流量的测量课件592021-10-22流量的测量课件60202

37、1-10-22流量的测量课件61差压式流量计与转子流量计的区别差压式流量计与转子流量计的区别 差压式流量计差压式流量计 转子流量计转子流量计截流口面积截流口面积 不变不变 改变改变压强差压强差 随流量不同而变随流量不同而变 不变不变流量大小流量大小 由压差计读数反映由压差计读数反映 由变动的截面积反映由变动的截面积反映又称又称 差压流量计差压流量计 截面流量计截面流量计2021-10-22流量的测量课件62 属于流体振动流量计是属于流体振动流量计是60年代末期发展起来的年代末期发展起来的一种较新的流量测量技术。它具有如下一些特点：一种较新的流量测量技术。它具有如下一些特点：可得到与流量成正比的

38、频率输出信号可得到与流量成正比的频率输出信号；被测流体本；被测流体本身就是振动体，无机械可动部件，几乎不受流体组身就是振动体，无机械可动部件，几乎不受流体组成、密度、粘度、压力等因素的影响；所以，该测成、密度、粘度、压力等因素的影响；所以，该测量方法越来越受到人们的重视，量方法越来越受到人们的重视， 涡街流量计（涡街流量计（Vortex flow meter) 是利用流体流是利用流体流过阻碍物时产生稳定的漩涡，通过测量其漩涡产生过阻碍物时产生稳定的漩涡，通过测量其漩涡产生频率而实现流量计量的。频率而实现流量计量的。涡街流量计由涡街流量传涡街流量计由涡街流量传感器和流量显示仪表两部分构成，感器和

39、流量显示仪表两部分构成，二、涡街流量计二、涡街流量计2021-10-22流量的测量课件63上海肯特智能有限公司卡门涡街流量计演示 气体或液体管道及涡流发生锥体 2021-10-22流量的测量课件64 涡街流量计实现流量测量的理论基础是涡街流量计实现流量测量的理论基础是流体力学中著名的流体力学中著名的“卡门涡街卡门涡街”原理。在流原理。在流动的流体中放置一根其动的流体中放置一根其轴线与流向垂直的非轴线与流向垂直的非流线型柱形体流线型柱形体(如三角柱、圆柱等如三角柱、圆柱等)，称之为，称之为漩涡发生体。当流体沿漩涡发生体绕流时，漩涡发生体。当流体沿漩涡发生体绕流时，会在漩涡发生体下游产生如图所示会

40、在漩涡发生体下游产生如图所示不对称但不对称但有规律的交替漩涡列，这就是所谓的卡门涡有规律的交替漩涡列，这就是所谓的卡门涡街。街。2021-10-22流量的测量课件65When a fluid flow encounters a body, the layers of fluid close to the surfaces of the body are slowed down. With a streamlines body, these boundary layers follow the contours of the body until virtually meeting at the

41、 rear of the object. This results in very little wake being produced. With a non-streamlined body, a so-called bluff-body, the boundary layers detach from the body much earlier and a large wake is produced.When the boundary layer leaves the body surface it rolls up into vortices. These are produced

42、alternately from the top and bottom surfaces of the body. The result is two parallel rows of vortices moving downstream with the distance between successive vortices in each row being the same, a vortex in one row occurring half way between those in the other row.2021-10-22流量的测量课件66由于漩涡之间的相互影响，其形成通常

43、是不稳定的。冯由于漩涡之间的相互影响，其形成通常是不稳定的。冯.卡卡门对涡列的稳定条件进行了研究，于门对涡列的稳定条件进行了研究，于1911年得到结论：只年得到结论：只有当两漩涡列之间的距离有当两漩涡列之间的距离h和同列的两漩涡之间的距离和同列的两漩涡之间的距离L之之比满足比满足时，所产生的涡街才是稳定的时，所产生的涡街才是稳定的2021-10-22流量的测量课件6725Re3 10 2 1021()4QAvDDd v0.21tttvfSdSvvfSdd是与雷诺数有关的无量纲数，称为斯特罗哈数。圆柱体后漩涡发生圆柱体后漩涡发生的频率为：的频率为：2021-10-22流量的测量课件682021-

44、10-22流量的测量课件69涡街流量计分类涡街流量计分类按传感器连接方式分为法兰型和夹装型。按传感器连接方式分为法兰型和夹装型。按检测方式分为热敏式、应力式、电容式、按检测方式分为热敏式、应力式、电容式、应变式、超声式、振动体式、光电式和光纤式等。应变式、超声式、振动体式、光电式和光纤式等。按用途分为普通型、防爆型、高温型、耐腐按用途分为普通型、防爆型、高温型、耐腐型、低温型、插入式和汽车专用型等。型、低温型、插入式和汽车专用型等。按测量原理分为体积流量计、质量流量计。按测量原理分为体积流量计、质量流量计。第四节第四节 其他流量计其他流量计2021-10-22流量的测量课件70不同检测方法涡街

45、流量计比较不同检测方法涡街流量计比较名名 称称检测变化量检测变化量检测技术检测技术口径口径/mm/mm介质温介质温度度/ /o oC C范围度范围度雷诺数雷诺数范围范围简单程简单程度度牢固程牢固程度度灵敏度灵敏度耐热性耐热性耐振性耐振性耐污能耐污能力力应用范应用范围围检测原检测原理理检测元检测元件件热敏式热敏式涡街流涡街流量计量计流流速速变变化化加热体加热体冷却冷却热敏元热敏元件件2525200200-196-196+205+2051515303010104 410106 6清洁、清洁、无腐蚀无腐蚀液体、液体、气体气体超声式超声式涡街流涡街流量计量计声束被声束被调制调制超声换超声换能器能器25

46、25150150-15-15+175+17530303 310103 310106 6小口径小口径液体、液体、气体气体电容式电容式涡街流涡街流量计量计棱球棱球/ /电磁电磁压差作压差作用用压差检压差检测测膜片膜片/ /电容电容1515300300-200-200+400+400303010104 410106 6液体、液体、气体、气体、蒸汽蒸汽应力式应力式涡街流涡街流量计量计压差检压差检测测膜片膜片/ /压电片压电片5050200200-18-18+205+205161610104 410106 6液体、液体、气体、气体、蒸汽蒸汽振动体振动体式涡街式涡街流量计流量计压差检压差检测测圆盘圆盘/

47、/电磁电磁5050200200-268-268-48-48101030305 510103 310106 6极低温极低温液态气液态气体体-40-40+427+427高温蒸高温蒸汽汽光电式光电式涡街流涡街流量计量计压差检压差检测测反射镜反射镜/ /光电光电元件元件40408080-10-10+50+5040403 310103 310105 5低压常低压常温气体温气体应变式应变式涡街流涡街流量计量计升力作升力作用用应变检应变检测测应变元应变元件件5050150150-40-40120120151510104 43 310106 6液体液体应力式应力式涡街流涡街流量计量计应力检应力检测测压电元压电

48、元件件1515300300-40-40+400+4001010202010104 47 710106 6液体、液体、气体、气体、蒸汽蒸汽注注 -较好、较好、-一般、一般、-差。差。2021-10-22流量的测量课件712021-10-22流量的测量课件72热敏式检测原理热敏式检测原理2021-10-22流量的测量课件73 圆柱体表面开有导压孔，与圆柱体内部空腔相通空腔由圆柱体表面开有导压孔，与圆柱体内部空腔相通空腔由隔板分成两部分，在隔板的中央部分有隔板分成两部分，在隔板的中央部分有小孔，在小孔中装有小孔，在小孔中装有检测流体流动的铂电阻丝检测流体流动的铂电阻丝 当旋涡在圆柱体下游侧产生时，出

49、于升力的作用，使得圆当旋涡在圆柱体下游侧产生时，出于升力的作用，使得圆柱体下方的压力比上方高一些，圆柱体下方的流体在上下压力柱体下方的压力比上方高一些，圆柱体下方的流体在上下压力差的作用下，从圆柱体下方导压孔进入空腔，通过隔板中央部差的作用下，从圆柱体下方导压孔进入空腔，通过隔板中央部分的小孔，流过铂电阻丝，从上方导压孔流出。如果将铂电阻分的小孔，流过铂电阻丝，从上方导压孔流出。如果将铂电阻丝加热到高于流体温度的某温度值，则当流体流过铂电阻丝时，丝加热到高于流体温度的某温度值，则当流体流过铂电阻丝时，就会带走热量，改变其温度，也即改变其电阻值。当圆柱体上就会带走热量，改变其温度，也即改变其电阻

50、值。当圆柱体上方产生一个旋涡时，则流体从上导压孔进入，由下导压孔流出，方产生一个旋涡时，则流体从上导压孔进入，由下导压孔流出，又一次通过铂电阻丝，又改变一次它的电阻值。由此可知：电又一次通过铂电阻丝，又改变一次它的电阻值。由此可知：电阻值变化与流动变化相对应，也既与旋涡的频率相对应。所以，阻值变化与流动变化相对应，也既与旋涡的频率相对应。所以，可由检测铂电阻丝电阻变化频率得到涡频率，进而得到流量值。可由检测铂电阻丝电阻变化频率得到涡频率，进而得到流量值。2021-10-22流量的测量课件74热敏式VSF采用检测方式2）、3），如图11所示。旋涡分离引起局部流速变化，改变热敏电阻阻值，恒流电路把

51、桥路电阻变化转换为交变电压信号。这种仪表检测灵敏度较高，下限流速低，对振动不敏感，可用于清洁、无腐蚀性流体测量。 热敏式涡街流量计线路R11，R12-热敏电阻2021-10-22流量的测量课件75超声式超声式采用检测方式，如图所示。由图可见，在管壁上安装二对超声探头采用检测方式，如图所示。由图可见，在管壁上安装二对超声探头T T1 1，R R1 1，T T2 2，R R2 2，探头，探头T T1 1，T T2 2发射高频、连续声信号，声波横穿流体传播。当旋涡通过声束时，每一对旋转方向相反的发射高频、连续声信号，声波横穿流体传播。当旋涡通过声束时，每一对旋转方向相反的旋涡对声波产生一个周期的调制

52、作用，受调制声波被接收探头旋涡对声波产生一个周期的调制作用，受调制声波被接收探头R R1 1，R R2 2转换成电信号，经放大、转换成电信号，经放大、检波、整形后得旋涡信号。仪表有较高检测灵敏度，下限流速较低，但温度对声调制有影响，检波、整形后得旋涡信号。仪表有较高检测灵敏度，下限流速较低，但温度对声调制有影响，流场变化及液体中含气泡对测量影响较大，故仪表适用于温度变化小的气体和含气量微小的流场变化及液体中含气泡对测量影响较大，故仪表适用于温度变化小的气体和含气量微小的液体流量测量。液体流量测量。超声式涡街流量传感器超声式涡街流量传感器 2021-10-22流量的测量课件76振动体式振动体式如

53、图所示。在旋涡发生体轴向开设圆柱形深孔，孔内放置软磁材如图所示。在旋涡发生体轴向开设圆柱形深孔，孔内放置软磁材料制作的轻质空心小球或圆盘（振动体），旋涡分离产生的差压料制作的轻质空心小球或圆盘（振动体），旋涡分离产生的差压推动振动体上下运动，位于振动体上方的电磁传感器检测出旋涡推动振动体上下运动，位于振动体上方的电磁传感器检测出旋涡频率。它只适用于清洁度较高的流体（如蒸汽），可用于极高温频率。它只适用于清洁度较高的流体（如蒸汽），可用于极高温（427oC）及极低温（）及极低温（-268oC），这是其特点。），这是其特点。 振动体式涡街流量计振动体式涡街流量计 2021-10-22流量的测量课件

54、77升力式涡街质量流量计升力式涡街质量流量计旋涡分离的同时，旋涡发生体受到流体作用的升力，升力旋涡分离的同时，旋涡发生体受到流体作用的升力，升力F的大小的大小为为F=CLU2/2 （5）式中式中 CL-旋涡发生体升力系数。旋涡发生体升力系数。以式（以式（5）除以式（）除以式（1），经整理后可得质量流量），经整理后可得质量流量qm qm=U(/4)D2=D2Sr/2CLmdF/f （6） 由式（由式（6）可看出，质量流量）可看出，质量流量qm与升力与升力F成正比。图成正比。图14为原理框图。为原理框图。从压电检测元件取出旋涡信号，经电荷转换器后分两路处理：一路经有从压电检测元件取出旋涡信号，经电

55、荷转换器后分两路处理：一路经有源滤波器、施密特整形器和源滤波器、施密特整形器和f/V转换器，获得与流速成正比的信号；另转换器，获得与流速成正比的信号；另一路经放大器、滤波器获得信号幅值与一路经放大器、滤波器获得信号幅值与U2成正比的信号。这两路信号成正比的信号。这两路信号经除法器运算，获得质量流量。经除法器运算，获得质量流量。 2021-10-22流量的测量课件78升力式涡街质量流量计原理框图升力式涡街质量流量计原理框图 该方法结构简单，但信号幅值与压电元件稳定性、放大器稳定性、该方法结构简单，但信号幅值与压电元件稳定性、放大器稳定性、现场安装条件、被测介质温度等多种因素有关，测量精确度难以现

56、场安装条件、被测介质温度等多种因素有关，测量精确度难以提高。提高。2021-10-22流量的测量课件79差压式涡街质量流量计差压式涡街质量流量计流体通过旋涡发生体，产生旋涡分离和尾流震荡，部分能量被消耗和转流体通过旋涡发生体，产生旋涡分离和尾流震荡，部分能量被消耗和转换，在旋涡发生体前后产生压力损失换，在旋涡发生体前后产生压力损失p=CDU2/2 （7）式中式中 CD-涡街流量传感器阻力系数。涡街流量传感器阻力系数。以式（以式（7）除式（）除式（1），经整理后得质量流量），经整理后得质量流量qmqm=U(/4)D2=(D2Sr/2mdCD)(p/f) （8）图图15示为差压式涡街质量流量计原理

57、框图，传感器输出与体积流量成正示为差压式涡街质量流量计原理框图，传感器输出与体积流量成正比的频率，差压单元测出旋涡发生体前后特定位置的差压比的频率，差压单元测出旋涡发生体前后特定位置的差压P，经计算单元，经计算单元计算，获得质量流量计算，获得质量流量qm。选择阻力特性和流量特性俱佳的旋涡发生体，确。选择阻力特性和流量特性俱佳的旋涡发生体，确定取压孔位置，建立定取压孔位置，建立CD的数学模型是技术关键。的数学模型是技术关键。 2021-10-22流量的测量课件80差压式涡街质量流量计差压式涡街质量流量计 2021-10-22流量的测量课件81三、涡轮流量计三、涡轮流量计 属于速度式计量表。在仪表

58、中装一旋转叶属于速度式计量表。在仪表中装一旋转叶轮，流体流过时，推动叶轮旋转，叶轮的转动轮，流体流过时，推动叶轮旋转，叶轮的转动正比于流过的体积流量，叶轮转动带动计数器正比于流过的体积流量，叶轮转动带动计数器的齿轮机构，计数器即显示读数。这类计量表的齿轮机构，计数器即显示读数。这类计量表机构简单，大多的水表即采用此结构。机构简单，大多的水表即采用此结构。第四节第四节 其他流量计其他流量计流量的测量课件涡轮流量计动画涡轮流量计动画2021-10-22流量的测量课件83当超声波在流体中传播时，会载带流体流当超声波在流体中传播时，会载带流体流速的信息。因此，根据对接收到的超声波速的信息。因此，根据对

59、接收到的超声波信号进行分析计算，可以检测到流体的流信号进行分析计算，可以检测到流体的流速，进而可以得到流量值。超声波流量测速，进而可以得到流量值。超声波流量测量方法有很多，本节主要介绍传播速度差量方法有很多，本节主要介绍传播速度差方法和多普勒方法的基本原理与流量方方法和多普勒方法的基本原理与流量方程程四、超声波流量计四、超声波流量计2021-10-22流量的测量课件84传播速度差法的基本原理为：传播速度差法的基本原理为：测量超声波脉冲在测量超声波脉冲在顺流和逆流传播过程中的速度之差来得到到被测顺流和逆流传播过程中的速度之差来得到到被测流体的流速。流体的流速。根据测量的物理量的不同，可以分根据测

60、量的物理量的不同，可以分为时差法为时差法(测量顺、逆流传播时由于超声波传播速测量顺、逆流传播时由于超声波传播速度不同而引起的时间差度不同而引起的时间差)、相差法、相差法(测量超声波在测量超声波在顺、逆流中传播的相位差顺、逆流中传播的相位差)、频差法、频差法(测量顺、逆测量顺、逆流情况下超声脉冲的循环频率差流情况下超声脉冲的循环频率差)。频差法是目前。频差法是目前常用的测量方法，它是在前两种测量方法的基础常用的测量方法，它是在前两种测量方法的基础上发展起来的上发展起来的2021-10-22流量的测量课件85在测量管道中，装两个超声波发射换能器在测量管道中，装两个超声波发射换能器F1和和F2以及两