第七节流量测定

1、7.1 概述概述7.2 节流式流量计节流式流量计7.3 涡轮流量计涡轮流量计7.4 光纤流量计光纤流量计7.5 超声波流量计超声波流量计第七节第七节 流量测量流量测量流量的定义流量的定义 流体在单位时间内通过管道或设备某横截面处的数量。流体在单位时间内通过管道或设备某横截面处的数量。 流量的表示方法流量的表示方法 质量流量、体积流量、重量流量。质量流量、体积流量、重量流量。若以若以M表示流体流过一定截面的质量，则质量流量为表示流体流过一定截面的质量，则质量流量为mdmqdtkg/s 若以若以V表示流体流过一定截面的体积，则体积流量为表示流体流过一定截面的体积，则体积流量为vdVqdt 3m /

2、s若以若以G表示流体流过一定截面的重量，则重量流量为表示流体流过一定截面的重量，则重量流量为GdGqdtkgf s三者的关系为三者的关系为Gmvqqqg流量的测量方法流量的测量方法可分为直接测量法和间接测量法。可分为直接测量法和间接测量法。直接测量法直接测量法：用标准容积和标准时间计量后，计算平均流量。：用标准容积和标准时间计量后，计算平均流量。间接测量法间接测量法：通过测量与流量有关的物理量得出流量。：通过测量与流量有关的物理量得出流量。间接测量法的常见形式间接测量法的常见形式流速法流速法vAG节流差压法节流差压法pKQ变面积式变面积式KlQ 涡轮机械式涡轮机械式KnQ 旋涡式旋涡式KfQ

3、电磁式电磁式超声波超声波流量计的类型流量计的类型容积型流量计容积型流量计速度型流量计速度型流量计质量型流量计质量型流量计知识点1、流量计有哪几种类型？7.2 节流式节流式流量计流量计 一、基本原理一、基本原理 : 流体流过孔板、喷嘴或文丘里管等节流元件时，将产生局部收缩，其流速增加，静压降低，在节流元件前后产生静压差，测出这个压差就可以算出流量。由节流件、取压装置、阻流件、中间管道组成。由节流件、取压装置、阻流件、中间管道组成。上游第二上游第二个阻流件个阻流件上游第一上游第一个阻流件个阻流件节流件节流件取压装置取压装置下游第一下游第一个阻流件个阻流件中间管道中间管道常用节流元件常用节流元件取压

4、方式取压方式取压方式有角接取压、法兰取压、取压方式有角接取压、法兰取压、D和和D/2取压等方式取压等方式角接取压角接取压法兰取压法兰取压节流原理节流原理流速收缩：沿管道轴向流动流速收缩：沿管道轴向流动的流体，当遇到节流装置时，的流体，当遇到节流装置时，近壁处的流体由于受到节流近壁处的流体由于受到节流装置的阻挡最大，促使流体装置的阻挡最大，促使流体的一部分动压头转换为静压的一部分动压头转换为静压头，体现在头，体现在P1的升高。的升高。P的产生：由于节流装置造的产生：由于节流装置造成流束的局部收缩，同时流成流束的局部收缩，同时流体又是保持连续流动，因此体又是保持连续流动，因此在截面积最小流速达到最

5、大，在截面积最小流速达到最大，而压力最低。而压力最低。流量越大，流束的局部收缩流量越大，流束的局部收缩和能量转换越显著，因此节和能量转换越显著，因此节流装置两端的压差也越大。流装置两端的压差也越大。 p2 2(缩脉缩脉) 2 p0 0 0 1 1 p1 R 结构：结构：如图所示如图所示。测量原理：测量原理：孔板孔板 测出孔板上、下游两个固定测出孔板上、下游两个固定位置之间的压差，便可计量出位置之间的压差，便可计量出流量的大小。流量的大小。 取压方法：取压方法： 采用角接法（取压口在法兰上）采用角接法（取压口在法兰上） 思考：思考： 1 1、2 2间的压力分布为何呈现间的压力分布为何呈现上图所示

6、的形状？上图所示的形状？ p2 2(缩脉缩脉) 2 p0 0 0 1 1 p1 R 测量原理：测量原理：22200211upup )(0011孔口孔口uAuA 暂不计摩擦损失，暂不计摩擦损失，1 1、0 0之间有：之间有： 考虑到流体有阻力损失考虑到流体有阻力损失 012100211ppAAu 01210021ppAACuD 0102ppC 孔流系数当当Re1超过某界限值时，超过某界限值时，C0不不再随再随Re1而变而变C0=const，此时此时流量就与压差计读数的平方根流量就与压差计读数的平方根成正比，因此，在孔板的设计成正比，因此，在孔板的设计和使用中，希望和使用中，希望Re1大于界限大于

7、界限值。值。孔板一定时： 1010,ReAAfC 0.84 0.82 0.80 0.7 0.78 0.76 C0 0.74 0.6 A0 0.72 A1 0.70 0.5 0.68 0.66 0.4 0.64 0.3 0.62 0.2 0.60 0.1 0.05 3 104 105 106Re1 孔流系数C0与Re1及A0/A1的关系C0值多在0.6 至0.7 之间孔 流孔 流 系 数系 数 ： 取 决 于 截 面 比取 决 于 截 面 比A0/A1,管内雷诺数管内雷诺数Re1,孔口的形孔口的形状及加工精度等。状及加工精度等。 ()=u02gC0-RAu0VsA0C0A0()=2g-RA=Ws

8、= Vs= C0A0()2g-RA孔板流量计（矿大）.swf例：例： 20苯在1334mm的钢管中流过，为测量苯的流量，在管道中安装一孔径为75mm的标准孔板流量计。当孔板前后U形压差计的读数R为80mmHg时，试求管中苯的流量（m3/h）。 3kg/m880sPa1067. 0336. 0)12575()(221010ddAA648. 00C5105 . 1Rec/h)48.96(m/s)m(0136. 0880)88013600(81. 908. 02075. 0785. 0648. 0)(2332000RgACqV解：解：查得20苯的物性：面积比：由公式可求得苯的体积流量：设ReReC，

9、由图1-35查得： 校核Re： 管内的流速m/s)( 1 . 1125. 040136. 04221dquV管道的Re：cudRe1081. 11067. 01 . 1880125. 0Re5311故假设正确，以上计算有效。苯在管路中的流量为：qV48.96 m3/h 优点优点：构造简单，安装方便 。缺点缺点：流体通过孔板流量计的阻力损失很大。主要是由于流体流经孔板时，截面的突然缩小与扩大形成大量涡流所致。虽然流体经管口后某一位置流速已恢复与孔板前相同，但静压力却不能恢复，产生了永久压力降。 孔板的缩口愈小，孔口速度愈大，读数就愈大，阻力损失愈大。所以，选择孔板流量计A0/A1的值，往往是设计

10、该流量计的核心问题。孔板流量计的优缺点孔板流量计的优缺点孔板流量计的两种接法孔板流量计的两种接法（1）角接法）角接法 其取压口在孔板前后两片法兰上；（2）径接法）径接法 其上游取压口在距离孔板1倍管径处，下游取压口在距离孔板0.5倍管径处。孔板流量计的安装孔板流量计的安装（1）水平安装在管路上；（2）孔板流量计安装时，上、下游需要有一段内径不变的直管作为稳定段，上游长度至少为管径的10倍，下游长度为管径的5倍。 文丘里文丘里（Venturi）流量计流量计 1、文氏流量计的结构文氏流量计的结构 孔板流量计的主要缺点是能量损失较大，其原因在于孔板前后的突然缩小与突然扩大。若用一段渐缩、渐扩管代替孔

11、板，所构成的流量计称为文丘里流量计或文氏流量计。当流体经过文丘里管时，由于均匀收缩和逐渐扩大，流速变化平缓，涡流较少，故能量损失比孔板大大减少。文氏流量计的结构示意图文氏流量计的结构示意图2、文丘里流量计的测量原理文丘里流量计的测量原理 文丘里流量计的测量原理与孔板流量计相同，也属于差压式流量计。其流量公式也与孔板流量计相似，即： 002VsgRACv式中 CV文丘里流量计的流量系数（约为0.980.99）； A0喉管处截面积，m2。3、文氏流量计的优缺点文氏流量计的优缺点优点优点：阻力损失小，大多数用于低压气体输送中的测量； 缺点缺点：加工精度要求较高，造价较高，并且在安装时流量计本身占据较

12、长的管长位置。7.27.2、变压头流量计、变压头流量计gRppBA01、测速管：又称皮托（、测速管：又称皮托（Pitot）管）管结构：结构：如图所示如图所示。测速原理：测速原理：ggpgpA2202Rg202gR内管内管A处处外管外管B处处gpgpB压差计压差计 u A R p 测管中心最大流速，由测管中心最大流速，由 求平均流速，求平均流速，再计算流量。再计算流量。三、安装三、安装 （1）测量点位于均匀流段，上、下游各有）测量点位于均匀流段，上、下游各有50d直管距离；直管距离；（2）皮托管管口截面严格垂直于流动方向；）皮托管管口截面严格垂直于流动方向；（3）皮托管外径）皮托管外径d0不应超

13、过管内径不应超过管内径d的的1/15，即，即d0浮力，故转子沉在底部。浮力，故转子沉在底部。2) 当流体流入时，转子受到重力和流体施加的向上的当流体流入时，转子受到重力和流体施加的向上的力（流体摩擦力的反作用力，包括浮力和升力），因力（流体摩擦力的反作用力，包括浮力和升力），因（浮力升力）（浮力升力）重力，故转子将上升。重力，故转子将上升。 重力重力浮浮力力升力升力 u0 0 0 1 1 u1当转子停留在某一高度时，当转子停留在某一高度时， 212010012uuzzgpp将转子近似看为一个圆柱体，则将转子近似看为一个圆柱体，则在在0-00-0、1-11-1面间列伯努利方程面间列伯努利方程：

14、重重力力 fpA gVAppfff 01gVAuufff21202 gVAAAufff 21020121100AuAu 原理：原理：先按理想流体推导，此时摩擦力为零。先按理想流体推导，此时摩擦力为零。 fffAgVAAu 2112100 fffRAgVCu 20 fffRAgVACAuV 2000常数变量流量系数 考虑到实际转子不是圆柱状、流体非理想，将上式考虑到实际转子不是圆柱状、流体非理想，将上式加一校正系数，得：加一校正系数，得：-是环隙雷诺数是环隙雷诺数Re0的函数，其值由实验测定，如图所示。的函数，其值由实验测定，如图所示。由图可见，当雷诺数超过一定值后，由图可见，当雷诺数超过一定值

15、后，CR为常数。为常数。 流量系数流量系数CR 1.00 0.90 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 10 102 103 104 105 环隙雷诺数 Re0 CR转子流量计安装、使用中注意事项转子流量计安装、使用中注意事项 ffVV fffRAgVACV 20v读数常需换算：读数常需换算： 使用时被测流体物性（使用时被测流体物性（ 、 ）与标定用流体不同（）与标定用流体不同（20 C水水或或20 C、1atm的空气），则流量计刻度必须加以的空气），则流量计刻度必须加以换算换算：v转子流量计必须垂直安装，且应安装旁路以便于检修转子流量计必须垂直安装，且应安装旁路以便于

16、检修 V 、实际被测流体的流量、密度；实际被测流体的流量、密度；V、 标定用流体的流量、密度标定用流体的流量、密度 优点：优点：u读取流量方便读取流量方便u流体阻力小，流体阻力小，u测量精确度较高，测量精确度较高，u能用于腐蚀性流体的测量能用于腐蚀性流体的测量u流量计前后无须保留稳定段。流量计前后无须保留稳定段。缺点：缺点：u玻璃管易碎，且不耐高温、高压。玻璃管易碎，且不耐高温、高压。7.3 涡轮流量计涡轮流量计 1、涡轮流量计的结构涡轮流量计的结构 涡轮流量计由涡轮流量变送器和显示仪表组成。涡轮流量计包括涡轮、导流器、磁电感应转换器、外壳及前置放大器等部分 。1.涡轮 2.导流器 3.磁电感

17、应转换器 4.外壳 5.前置放大器 特点特点: :(1)(1)精度高：基本误差在精度高：基本误差在0.250.251.5%1.5%之间；之间；(2)(2)量程比大：一般为量程比大：一般为1010：1 1；(3)(3)惯性小：时间常数为毫秒级；惯性小：时间常数为毫秒级；(4)(4)耐压高：被测介质的静压可高达耐压高：被测介质的静压可高达l0MPal0MPa；(5)(5)使用温度范围广：有的型号可测使用温度范围广：有的型号可测-200-200的低温介质的流量，的低温介质的流量，有的可测有的可测400400度的介质的流量；度的介质的流量；(6)(6)压力损失小：一般为压力损失小：一般为0.02Mpa

18、0.02Mpa；(7)(7)输出是频率信号：容易实现流量积算和定量控制；输出是频率信号：容易实现流量积算和定量控制；(8)(8)流体中不能含有杂质，否则误差大，轴承磨损快，仪表寿命流体中不能含有杂质，否则误差大，轴承磨损快，仪表寿命低，故仪表前最好装过滤器；不适于测粘度大的液体。低，故仪表前最好装过滤器；不适于测粘度大的液体。一、工作原理一、工作原理涡轮流量计是由变送器和显示仪表组成涡轮流量计是由变送器和显示仪表组成 。涡轮叶片受力而旋转，其转速与流体流量（流速）成正比，涡轮叶片受力而旋转，其转速与流体流量（流速）成正比，其转数又可以转换成磁电的频率，此频率表现为电脉冲，其转数又可以转换成磁电

19、的频率，此频率表现为电脉冲，用计数器记录此电脉冲，就可以得到流量。用计数器记录此电脉冲，就可以得到流量。变送器的形式变送器的形式切线式切线式轴线式轴线式涡轮流量计的结构涡轮流量计的结构 当流体通过安装有涡轮的管路时，流体的动能冲击涡轮发生旋转，流体的流速愈高，动能越大，涡轮转速也就愈高。在一定的流量范围和流体粘度下，涡轮的转速和流速成正比。当涡轮转动时，涡轮叶片切割置于该变送器壳体上的检测线圈所产生的磁力线，使检测线圈磁电路上的磁阻周期性变化，线圈中的磁通量也跟着发生周期性变化，检测线圈产生脉冲信号，即脉冲数。其值与涡轮的转速成正比，也即与流量成正比。这个电讯号经前置放大器放大后，即送入电子频

20、率仪或涡轮流量积算指示仪，以累积和指示流量。 知识点1、涡轮流量计的工作原理是什么？7.4 光纤流量计光纤流量计一、光纤差压式流量计一、光纤差压式流量计二、光纤膜片式流量计二、光纤膜片式流量计二、光纤卡门涡街流量计二、光纤卡门涡街流量计工作原理工作原理在流动的流体中放置一根其轴与流向垂直的、有对称形状的非在流动的流体中放置一根其轴与流向垂直的、有对称形状的非流线形状柱体（如圆柱、三角柱等），该柱体称漩涡发生体。流线形状柱体（如圆柱、三角柱等），该柱体称漩涡发生体。当流体绕过漩涡发生体时，出现了附面层分离，在漩涡发生体当流体绕过漩涡发生体时，出现了附面层分离，在漩涡发生体下游两列不对称、但有规律

21、的漩涡列，这就是下游两列不对称、但有规律的漩涡列，这就是卡门涡街卡门涡街。当两漩涡列之间的距离当两漩涡列之间的距离h和同列的两个漩涡之间的距离和同列的两个漩涡之间的距离l满足满足h/l=0.281时，所产生的涡街是稳定的。此时漩涡的分离频率时，所产生的涡街是稳定的。此时漩涡的分离频率f与漩涡发生体处流体平均流速与漩涡发生体处流体平均流速v及柱宽及柱宽d有如下关系有如下关系dvSftSt:斯特劳哈尔数，它与漩涡发生体的形状和雷诺数有关。斯特劳哈尔数，它与漩涡发生体的形状和雷诺数有关。实验证明：在雷诺数实验证明：在雷诺数ReD为为3*1022*105范围内，范围内，St是个常数。是个常数。对于三角

22、柱漩涡发生体，对于三角柱漩涡发生体，St0.16；对于圆柱漩涡发生体，对于圆柱漩涡发生体，St0.20。 则有：则有：tSfdv 流量方程流量方程v1v2DdA1A22211AvAvQ由连续方程，有：由连续方程，有：设设m=A2/A1，当，当d/D0.3时，可以近似时，可以近似认为：认为：Ddm25. 112222212211)25. 11 (444vDdDmvDvAADAvQtSfdv ffSdDdDt)25. 11 (42结论：只要测得漩涡频率，就可以得到流量。结论：只要测得漩涡频率，就可以得到流量。频率的检测方法频率的检测方法常用的检测方法有热敏式、超声式、应力式、应变式、电容式、常用的

23、检测方法有热敏式、超声式、应力式、应变式、电容式、光电式和电磁式等几种。光电式和电磁式等几种。 导压孔导压孔热电阻热电阻当旋涡在圆柱体下游侧产生时，出于升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，通过隔板中央部分的小孔，流入空腔，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将铂电阻丝加热到高于流体温度的某温度值

24、，则当流体流过铂电阻丝时，就会度值，则当流体流过铂电阻丝时，就会带走热量，改变其温度，也即改变其电带走热量，改变其温度，也即改变其电阻值。当圆柱体上方产生一个旋涡时，阻值。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：电阻值变化与它的电阻值。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。化频率得到涡频率，进而得到

25、流量值。7.5 超声波流量计超声波流量计假定流体静止的声速为假定流体静止的声速为c，流体速，流体速度为度为v，顺流时传播速度为，顺流时传播速度为c+v，逆流时则为逆流时则为c-v。在流道中设置两。在流道中设置两个超声波发生器个超声波发生器T1和和T2，两个接，两个接收器收器R1和和R2，发生器与接收器的，发生器与接收器的间距为间距为l。在不用两个放大器的情。在不用两个放大器的情况下，声波从况下，声波从T1到到R1和和T2到到R2的的时间分别为时间分别为t1和和t2：22122vclvvclvclttt则则22vc 22clvt 若已知若已知l和和c，只要测得，只要测得t，便可知流速，便可知流速v。此种测量方法称为。此种测量方法称为时差法时差法。由于流。由于流速带给声波的变化量为速带给声波的变化量为10-3数量级，而要得到数量级，而要得到1的流量测量精度，对声波的的流量测量精度，对声波的测量速度要求为测量速度要求为10-510-6数量级，检测很困难。通常采用数量级，检测很困难。通常采用声循环法声循环法。vclt1vclt2超声波流量