第六章 流量的檢測(cè)

1、1Flow Measurement流流 量量 測(cè)測(cè) 量量第第6 6章章2n基本概念基本概念n壓差式流量計(jì)壓差式流量計(jì)n流體阻力式流量計(jì)流體阻力式流量計(jì)n測(cè)速式流量計(jì)測(cè)速式流量計(jì)n振動(dòng)式流量計(jì)振動(dòng)式流量計(jì)n質(zhì)量流量計(jì)質(zhì)量流量計(jì)n總量流量計(jì)總量流量計(jì)3Basic concepts4 流體在單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)某一有效截面的體積或質(zhì)量，前流體在單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)某一有效截面的體積或質(zhì)量，前者稱體積流量者稱體積流量qv（m3/s)，后者稱質(zhì)量流量，后者稱質(zhì)量流量qm(kg/s)。n如果在截面上速度分布是均勻的，則：vFqvAmv如果介質(zhì)的密度為 ，那么質(zhì)量流量q = q流量的概念流量的概念5流體總量：流體總量：

2、某一段時(shí)間內(nèi)流過的流體量，即瞬時(shí)某一段時(shí)間內(nèi)流過的流體量，即瞬時(shí)流量對(duì)時(shí)間的積分。流量對(duì)時(shí)間的積分。vtmtVq dtMq dt流量計(jì)：流量計(jì)：用來測(cè)量流量的儀表的統(tǒng)稱。用來測(cè)量流量的儀表的統(tǒng)稱。 測(cè)量總量的儀表稱為流體計(jì)量表或測(cè)量總量的儀表稱為流體計(jì)量表或總量計(jì)總量計(jì)。61 1、流量是三大工業(yè)過程控制量、流量是三大工業(yè)過程控制量 ( (壓力、溫度、流量壓力、溫度、流量) )之一；之一；2 2、石油、天然氣、化工原料等流、石油、天然氣、化工原料等流 體的計(jì)量直接關(guān)系到國家利益；體的計(jì)量直接關(guān)系到國家利益；3 3、自來水、灌溉、污水處理等關(guān)、自來水、灌溉、污水處理等關(guān) 系到國計(jì)民生。系到國計(jì)民生

3、。Importance of fluid flow measurement7大型化工企業(yè)中，流量是大型化工企業(yè)中，流量是控制工藝過程和保證產(chǎn)品控制工藝過程和保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素。質(zhì)量的關(guān)鍵因素。8Some technical terms1 1、粘度、粘度2 2、壓縮性、壓縮性3 3、層流、紊流、層流、紊流4 4、雷諾數(shù)、雷諾數(shù)9(Viscosity) 粘度表征流體的流動(dòng)阻力，如左下圖。粘度表征流體的流動(dòng)阻力，如左下圖。yxdvdy流體層間流體層間剪切應(yīng)力剪切應(yīng)力為：為： 動(dòng)力粘度動(dòng)力粘度 dynamic viscosity(Pa.s)運(yùn)動(dòng)粘度運(yùn)動(dòng)粘度 kinematic viscosity(

4、m2/s)v10n不可壓縮性不可壓縮性(incompressibility): 液體，其密度隨溫度而變化。液體，其密度隨溫度而變化。n可壓縮性可壓縮性(compressibility): 氣體，其密度隨溫度和壓力而變化。氣體，其密度隨溫度和壓力而變化。11層流層流(laminar flow) 流體沿直線順著與管道平行的流體沿直線順著與管道平行的流線規(guī)律運(yùn)動(dòng)。流線規(guī)律運(yùn)動(dòng)。 流體在細(xì)管中的兩種流體在細(xì)管中的兩種流動(dòng)形式流動(dòng)形式。紊流紊流(turbulent flow) 流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)是紊亂的。流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)是紊亂的。 12Revd 利用雷諾數(shù)可以判斷流動(dòng)的形式。利用雷諾數(shù)可以判斷流動(dòng)的形式。Re

5、2000 紊流紊流結(jié)論結(jié)論：流動(dòng)狀態(tài)由流體比重、管道直徑、：流動(dòng)狀態(tài)由流體比重、管道直徑、 流速、流體粘度決定。流速、流體粘度決定。13n連續(xù)性方程連續(xù)性方程n伯努利方程伯努利方程14 (Equation of Continuity) const12截面積截面積：A1 A2流流 速速： 密密 度度：1 2 21 11222v Av A 為某截面積上的平均速度為某截面積上的平均速度1v2vv不可壓縮的流體在穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，流不可壓縮的流體在穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，流過各截面流體的體積為常量。過各截面流體的體積為常量。15 (Bernoullis Equation)動(dòng)能動(dòng)能壓力能壓力能勢(shì)能勢(shì)能+流體能流體能16h

6、1h2勢(shì)能勢(shì)能Potential energymgh1mgh2動(dòng)能動(dòng)能Kinetic energy1/2mv121/2mv22壓力能壓力能Pressure energymp1/1mp2/2221122121222vpvpghgh能量守恒：能量守恒：1v2v1p2p17容積式容積式總量總量流量計(jì)流量計(jì)瞬時(shí)瞬時(shí)流量計(jì)流量計(jì)速度式速度式壓差式壓差式流體阻力式流體阻力式測(cè)速式測(cè)速式流體振動(dòng)式流體振動(dòng)式容積容積流量計(jì)流量計(jì)質(zhì)量質(zhì)量流量計(jì)流量計(jì)18Differential pressure flow meter19A1,v1,P1A2,v2,P2壓差式管道流量計(jì)示意圖。壓差式管道流量計(jì)示意圖。A 截面積截

7、面積v 流速流速P 壓力壓力20221122121222vpvpghghh1h21v2v1p2p211212 hh 水平放置：水平放置：不可壓縮液體：不可壓縮液體：22112222vpvp2221122vvppp22利用流體連續(xù)性利用流體連續(xù)性方程，方程，體積流量體積流量：1 122vqAvA v2222221221vAppqA vAAA2221122vvppp21AA測(cè)節(jié)流裝置上、下游的壓力差測(cè)節(jié)流裝置上、下游的壓力差 vpq23n主要由兩部分組成：主要由兩部分組成：節(jié)流裝置節(jié)流裝置和和測(cè)量靜壓差的測(cè)量靜壓差的差壓計(jì)差壓計(jì)。n節(jié)流裝置安裝在流體管道中，使節(jié)流裝置安裝在流體管道中，使流體的流通

8、截面發(fā)生變化，進(jìn)而流體的流通截面發(fā)生變化，進(jìn)而引起流體靜壓變化。引起流體靜壓變化。常用的節(jié)流裝置有常用的節(jié)流裝置有文丘利管文丘利管、噴嘴噴嘴、孔板孔板。24 文丘利管壓力損文丘利管壓力損失失最小最小，而孔板壓，而孔板壓力損失力損失最大最大。文丘利管文丘利管噴嘴噴嘴孔板孔板2526文丘利管流量計(jì)實(shí)物圖文丘利管流量計(jì)實(shí)物圖2728(Open channel measurement)22121211()22(0)gHvg HhvppH 堰頂與上游水面距離堰頂與上游水面距離h 堰后離原始液面的深度，堰后離原始液面的深度， 該處流速為該處流速為 。1v2v2v2922122vghvgh221211()2

9、2gHvg Hhv2002AAvqv dAghdAv v1 1很小很?。ˋ A為總面積）為總面積）體積流量：體積流量：3032223vqCgLHAHLdALdh3202223HvqghLdhgLH修正后：修正后：如下圖可得：如下圖可得：C為堰釋放系數(shù)為堰釋放系數(shù)31520822()tan( )2tan( )2152HvqghHhdhgH2()tan( )2LHh槽寬槽寬L不是常數(shù)不是常數(shù)2()tan( )2dALdhHhdh325282tan( )152vqCgH修正后：修正后：C為堰釋放系數(shù)為堰釋放系數(shù)堰槽流量計(jì)由堰槽流量計(jì)由堰槽堰槽和與之配套的和與之配套的液位傳感器液位傳感器及及流量顯流量

10、顯示儀表示儀表組成。組成。33Fluid resistance flow meter34管道內(nèi)置入一阻力體。管道內(nèi)置入一阻力體。根據(jù)阻力體不同，這類流量計(jì)有：根據(jù)阻力體不同，這類流量計(jì)有： 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子( (浮子浮子) )流量計(jì)流量計(jì) 靶式流量計(jì)靶式流量計(jì)流量流量大小大小阻力體阻力體受力變化受力變化阻力體阻力體 運(yùn)運(yùn)動(dòng)位置變動(dòng)位置變化化35 浮子受力浮子受力： B: : 流體內(nèi)浮子的浮力流體內(nèi)浮子的浮力 F: : 流體作用于浮子的力流體作用于浮子的力 W: : 浮子的重力浮子的重力WFB錐體錐體浮子浮子環(huán)隙環(huán)隙結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：錐形管錐形管浮子浮子36力平衡條件：力平衡條件：02012fffdfWVBV

11、Fv C AWBF00ffdfVCvA-浮-浮子子比比重重-浮-浮子子體體積積-流-流體體比比重重-流-流體體密密度度-浮-浮子子阻阻力力系系數(shù)數(shù)-環(huán)-環(huán)形形流流通通面面積積內(nèi)內(nèi)的的 平 平均均流流速速-浮-浮子子最最大大迎迎流流面面積積重力浮力阻力重力浮力阻力3700002()1ffvdfVqA vACAWBF20012fffdfVVv C A002()ffdfVvC A該環(huán)形流通面積為該環(huán)形流通面積為A A0 0，則則體積流量體積流量為：為：3800002()ffvfVqA vAA(1dC設(shè)設(shè)流流量量系系數(shù)數(shù)）0002()fffVgAA00ffgg則則體積流量體積流量：390220002(

12、)(2tantan)2()(2tan )ffvffffVgqhrhAgVrhARr22022()(2tantan)ARrhrh2htanRrhqv與與h近似成線性關(guān)系。近似成線性關(guān)系。40流體流量的修正：流體流量的修正：標(biāo)定流體的密度為標(biāo)定流體的密度為0 0，實(shí)測(cè)流體的密度為實(shí)測(cè)流體的密度為，則在同，則在同一個(gè)一個(gè)A0處有：處有：000002()ffvfgVqA vAA002()ffvfgVqA vAA0000() fvvgvfqqC q從儀表刻度上讀出的流量值乘上修正系數(shù)從儀表刻度上讀出的流量值乘上修正系數(shù)Cg，為，為實(shí)測(cè)值。實(shí)測(cè)值。41 結(jié)構(gòu)簡單；結(jié)構(gòu)簡單； 使用維護(hù)方便；使用維護(hù)方便；

13、測(cè)量范圍寬；測(cè)量范圍寬； 工作可靠且線性刻度；工作可靠且線性刻度； 適用性廣。適用性廣。 42 其測(cè)量元件是一個(gè)在測(cè)量管中其測(cè)量元件是一個(gè)在測(cè)量管中心并垂直于流向的被稱為心并垂直于流向的被稱為“靶靶”的圓板。的圓板。通過測(cè)量流體作用在靶通過測(cè)量流體作用在靶上的力而實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量上的力而實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量。 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：流量變送器流量變送器顯示顯示 可用于低雷諾數(shù)、高粘度、可用于低雷諾數(shù)、高粘度、含固體顆粒的漿液及腐蝕介含固體顆粒的漿液及腐蝕介質(zhì)流量測(cè)量。質(zhì)流量測(cè)量。43流體和靶表面的摩擦力流體和靶表面的摩擦力壓差阻力壓差阻力2121214vFAAd 當(dāng)流體的雷諾數(shù)當(dāng)流體的雷諾數(shù)達(dá)到一定數(shù)值，阻達(dá)到一定

14、數(shù)值，阻力系數(shù)力系數(shù) 保持常數(shù)，保持常數(shù)，阻力如右式：阻力如右式：44流量與靶輸出力流量與靶輸出力F F的平方根成正比的平方根成正比。測(cè)。測(cè)量靶所受的力量靶所受的力F F，就可以測(cè)定被測(cè)介質(zhì)就可以測(cè)定被測(cè)介質(zhì)的流量。的流量。212vFA因此可得因此可得環(huán)隙環(huán)隙中的中的平均流速平均流速：12vFA22()21vDdFqd式中： 為流量系數(shù)，D為管道內(nèi)徑。45容積式容積式總量總量流量計(jì)流量計(jì)瞬時(shí)瞬時(shí)流量計(jì)流量計(jì)速度式速度式壓差式壓差式流體阻力式流體阻力式測(cè)速式測(cè)速式流體振動(dòng)式流體振動(dòng)式容積容積流量計(jì)流量計(jì)質(zhì)量質(zhì)量流量計(jì)流量計(jì)46Velocity-infered flow meter471.1.電磁

15、流量計(jì)電磁流量計(jì)2.2.渦輪流量計(jì)渦輪流量計(jì)3.3.超聲波流量計(jì)超聲波流量計(jì)48基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu): 均勻磁場(chǎng)均勻磁場(chǎng) 非導(dǎo)磁管道非導(dǎo)磁管道 一對(duì)電極一對(duì)電極 工作原理工作原理: : 法拉第電磁法拉第電磁感應(yīng)定律。導(dǎo)體作切割感應(yīng)定律。導(dǎo)體作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)感應(yīng)電磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)感應(yīng)電勢(shì)。勢(shì)。49導(dǎo)電液體在內(nèi)徑為導(dǎo)電液體在內(nèi)徑為D，磁場(chǎng)強(qiáng)度為磁場(chǎng)強(qiáng)度為B的導(dǎo)管內(nèi)的導(dǎo)管內(nèi)以平均速度以平均速度v流動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的電位差為：流動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的電位差為：EBDv則體積流量與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)成正比：則體積流量與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)成正比：244vDDEqvB501 1 直流勵(lì)磁直流勵(lì)磁2 2 交流勵(lì)磁交流勵(lì)磁3 3 低頻方波勵(lì)磁低

16、頻方波勵(lì)磁51優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：受交流電磁場(chǎng)干擾?。皇芙涣麟姶艌?chǎng)干擾?。蝗秉c(diǎn)缺點(diǎn)：電解質(zhì)液體易電解質(zhì)液體易被極化被極化。 用直流激勵(lì)或永久磁鐵產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)。用直流激勵(lì)或永久磁鐵產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)。 一般只用于測(cè)量非電解質(zhì)一般只用于測(cè)量非電解質(zhì)液體，如液態(tài)金屬等。液體，如液態(tài)金屬等。52n極化：極化：即電解質(zhì)在電場(chǎng)中被電解，產(chǎn)生正負(fù)離子，在電場(chǎng)力的作用下，負(fù)離子跑向正極，正離子跑向負(fù)極。這樣，將導(dǎo)致正負(fù)電極分別被相反極性的離子所包圍，嚴(yán)重影響儀表的正常工作。 53大都采用工頻大都采用工頻(50Hz)交流勵(lì)磁；交流勵(lì)磁；優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：消除了電極表面的極化干擾；：消除了電極表面的極化干擾；缺點(diǎn)缺點(diǎn)：電磁干擾大。：電磁

17、干擾大。sinmEB Dvt4sinvmDEqBt則則體積流量與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)成正比體積流量與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)成正比：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：54綜合了直流勵(lì)磁方式和交流勵(lì)磁方式的優(yōu)點(diǎn)。綜合了直流勵(lì)磁方式和交流勵(lì)磁方式的優(yōu)點(diǎn)。 其頻率通常為工頻的其頻率通常為工頻的12l10。 在半個(gè)周期內(nèi)在半個(gè)周期內(nèi)，磁場(chǎng)是恒穩(wěn)的，磁場(chǎng)是恒穩(wěn)的直流磁場(chǎng)，它具有直流勵(lì)磁的特直流磁場(chǎng)，它具有直流勵(lì)磁的特點(diǎn)，受電磁干擾影響很?。稽c(diǎn)，受電磁干擾影響很小； 整個(gè)時(shí)間過程中整個(gè)時(shí)間過程中，方波信號(hào)又，方波信號(hào)又是一個(gè)交變的信號(hào)，它能克服直是一個(gè)交變的信號(hào)，它能克服直流勵(lì)磁易產(chǎn)生的極化現(xiàn)象。流勵(lì)磁易產(chǎn)生的極化現(xiàn)象。551.可以測(cè)量各

18、種腐蝕性介質(zhì)：酸、堿、鹽溶液以及帶有懸浮顆粒的漿液；2.無機(jī)械慣性，反應(yīng)靈敏，可以測(cè)量脈沖流量；3.線性較好,可直接進(jìn)行等分刻度；4.只能測(cè)量導(dǎo)電液體，不能測(cè)量氣體、蒸氣以及大量氣泡的液體或者電導(dǎo)率很低的液體；5.不能用于測(cè)量高溫介質(zhì)。56n以以動(dòng)量矩守恒原理動(dòng)量矩守恒原理為基礎(chǔ)，渦輪的為基礎(chǔ)，渦輪的旋轉(zhuǎn)速度隨流量的變化而變化，從旋轉(zhuǎn)速度隨流量的變化而變化，從渦輪的轉(zhuǎn)速可求出流量值渦輪的轉(zhuǎn)速可求出流量值；57qv=f/K f流量計(jì)輸出信號(hào)的頻率；K流量計(jì)的儀表系數(shù)；581 1） 高精確度，基本誤差可達(dá)高精確度，基本誤差可達(dá)0.250.251.51.5，在所，在所有流量計(jì)中，它屬于最精確的。有流

19、量計(jì)中，它屬于最精確的。2 2） 重復(fù)性好，短期重復(fù)性可達(dá)重復(fù)性好，短期重復(fù)性可達(dá)0.050.05-0.2-0.2；3 3） 輸出脈沖頻率信號(hào)，無零點(diǎn)漂移，抗干擾能力強(qiáng)。輸出脈沖頻率信號(hào)，無零點(diǎn)漂移，抗干擾能力強(qiáng)。4 4） 測(cè)量范圍度寬，中大口徑可達(dá)測(cè)量范圍度寬，中大口徑可達(dá)4040：1-101-10：1 1。5 5） 結(jié)構(gòu)緊湊輕巧，安裝維護(hù)方便。結(jié)構(gòu)緊湊輕巧，安裝維護(hù)方便。6 6） 適用高壓測(cè)量，儀表表體上不必開孔，易制成高壓適用高壓測(cè)量，儀表表體上不必開孔，易制成高壓型儀表。型儀表。7 7） 難以長期保持校準(zhǔn)特性，需要定期校驗(yàn)。難以長期保持校準(zhǔn)特性，需要定期校驗(yàn)。59超聲波流量計(jì)的原理超聲

20、波流量計(jì)的原理：流速不同會(huì)使超聲波在流體中傳播的速度發(fā)生流速不同會(huì)使超聲波在流體中傳播的速度發(fā)生變化，通過分析計(jì)算改變的超聲波信號(hào)，可以變化，通過分析計(jì)算改變的超聲波信號(hào)，可以檢測(cè)到流體的流速，進(jìn)而可以得到流量值。檢測(cè)到流體的流速，進(jìn)而可以得到流量值。主要介紹主要介紹傳播速度差法傳播速度差法和和多普勒法。多普勒法。60 通過測(cè)量通過測(cè)量超聲波脈沖超聲波脈沖在順流和逆流傳播過程中在順流和逆流傳播過程中的的速度之差速度之差來得到到被測(cè)流體的流速。來得到到被測(cè)流體的流速。測(cè)量速差的方法有：測(cè)量速差的方法有：時(shí)差法時(shí)差法、相差法相差法和和頻差法頻差法。F F1 1到到J J2 2超聲波傳播速度為：超聲

21、波傳播速度為：1cosccvF2到到J1超聲波傳播速度為：超聲波傳播速度為：2cosccv得到：得到：122cosccv61 測(cè)量順、逆流傳播時(shí)由于超聲波傳播速度測(cè)量順、逆流傳播時(shí)由于超聲波傳播速度不同而引起的不同而引起的時(shí)間差時(shí)間差。順流順流傳播時(shí)間為：傳播時(shí)間為：逆流逆流傳播時(shí)間為：傳播時(shí)間為：2/sincosDtcv1/sincosDtcv時(shí)間差時(shí)間差為：為：212222c2|ccosDv tgDvttttgcvc vc6222242c8vDctqAvDc tgtD tg22cctvD tg因此可得出流速：因此可得出流速：流量正比于時(shí)間差：流量正比于時(shí)間差：63測(cè)量順、逆流傳播時(shí)超聲波信

22、號(hào)的測(cè)量順、逆流傳播時(shí)超聲波信號(hào)的相位差。相位差。F F1 1和和F2發(fā)射角頻率為發(fā)射角頻率為w w的的連續(xù)超聲波連續(xù)超聲波，則，則J J1 1和和J2到的信號(hào)相位差為：到的信號(hào)相位差為：22cD tgvc流量正比于相位差：流量正比于相位差：222tan42c16vDcDcqAvDtgf64脈沖重復(fù)頻率的定義脈沖重復(fù)頻率的定義: : 在單通道中一個(gè)發(fā)射脈沖被接收器接收之后，在單通道中一個(gè)發(fā)射脈沖被接收器接收之后，立即發(fā)射出另一個(gè)脈沖，這樣以一定頻率重復(fù)立即發(fā)射出另一個(gè)脈沖，這樣以一定頻率重復(fù)發(fā)射發(fā)射, ,這個(gè)頻率稱為脈沖重復(fù)頻率。這個(gè)頻率稱為脈沖重復(fù)頻率。 頻差法是目前常用的測(cè)量方法，它是在前

23、兩種測(cè)量頻差法是目前常用的測(cè)量方法，它是在前兩種測(cè)量方法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的方法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的測(cè)量順、逆流傳播時(shí)超聲脈沖的重復(fù)測(cè)量順、逆流傳播時(shí)超聲脈沖的重復(fù)頻率差頻率差。 65順流和逆流重復(fù)發(fā)射頻率分別為順流和逆流重復(fù)發(fā)射頻率分別為:12sin2fffvD 頻率差為：頻率差為：流量正比于頻率差：流量正比于頻率差：12cos1(cos )sinsincos1(cos )sinsinc vfc vDDc vfc vDD234sin24sin2vDD fDfq66 多普勒效應(yīng)是當(dāng)聲源和目標(biāo)之間有相對(duì)運(yùn)多普勒效應(yīng)是當(dāng)聲源和目標(biāo)之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，會(huì)引起反射聲波與聲源在頻率上的變化，動(dòng)，會(huì)引起反射聲波與

24、聲源在頻率上的變化，這種頻率變化正比于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)和靜止的換能器這種頻率變化正比于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)和靜止的換能器之間的相對(duì)速度。之間的相對(duì)速度。利用聲學(xué)多普勒原理確定流體流量。利用聲學(xué)多普勒原理確定流體流量。12為物體至光源方向與物體運(yùn)動(dòng)方向間的夾角;為物體至觀察者方向與物體運(yùn)動(dòng)方向間的夾角1212i if =f =d dv(cosv(cos+cos+cos) )6711212cos2cosvffffvcAcqff 從發(fā)射晶體從發(fā)射晶體T T1 1發(fā)射的發(fā)射的超聲波束遇到流體中運(yùn)動(dòng)超聲波束遇到流體中運(yùn)動(dòng)著顆?；驓馀?，再反射回著顆?；驓馀?，再反射回來由接收晶體來由接收晶體R R1 1接收。接收。 發(fā)射信號(hào)與

25、接收信號(hào)發(fā)射信號(hào)與接收信號(hào)的的多普勒頻率偏移與流體多普勒頻率偏移與流體流速成正比流速成正比。（忽略管壁影響，并假設(shè)流體沒（忽略管壁影響，并假設(shè)流體沒有速度梯度，以及粒子是均勻分有速度梯度，以及粒子是均勻分布的。）布的。）68優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：n流體中不插入任何元件，對(duì)流速無影響，也沒有流體中不插入任何元件，對(duì)流速無影響，也沒有壓力損失；壓力損失；n能用于任何液體，也能測(cè)量氣體的流量；能用于任何液體，也能測(cè)量氣體的流量；n非接觸式儀表，適于測(cè)量不易接觸和觀察的流體非接觸式儀表，適于測(cè)量不易接觸和觀察的流體以及大管徑流量以及大管徑流量 ；n量程比較寬，可達(dá)量程比較寬，可達(dá)5 5：1 1；n輸出與流量之間

26、呈線性等優(yōu)點(diǎn)。輸出與流量之間呈線性等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：n只能用于測(cè)量只能用于測(cè)量200以下的流體；以下的流體；n結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。69容積式容積式總量總量流量計(jì)流量計(jì)瞬時(shí)瞬時(shí)流量計(jì)流量計(jì)速度式速度式壓差式壓差式流體阻力式流體阻力式測(cè)速式測(cè)速式流體振動(dòng)式流體振動(dòng)式容積容積流量計(jì)流量計(jì)質(zhì)量質(zhì)量流量計(jì)流量計(jì)70vibration flow meter71 利用流體流過阻礙物時(shí)產(chǎn)生穩(wěn)定的漩利用流體流過阻礙物時(shí)產(chǎn)生穩(wěn)定的漩渦，通過測(cè)量其漩渦產(chǎn)生頻率而實(shí)現(xiàn)流渦，通過測(cè)量其漩渦產(chǎn)生頻率而實(shí)現(xiàn)流量計(jì)量。量計(jì)量。 由由渦街流量傳感器渦街流量傳感器和和流量顯示儀表流量顯示儀表兩部分構(gòu)成。兩部

27、分構(gòu)成。（Vortex flow meter)72 在流動(dòng)的流體中放置一根其軸線與流向垂在流動(dòng)的流體中放置一根其軸線與流向垂直的直的非流線型柱形體非流線型柱形體(如三角柱、圓柱等如三角柱、圓柱等)，稱之為稱之為漩渦發(fā)生體漩渦發(fā)生體。當(dāng)流體沿漩渦發(fā)生體繞。當(dāng)流體沿漩渦發(fā)生體繞流時(shí)，會(huì)在漩渦發(fā)生體下游產(chǎn)生如圖所示流時(shí)，會(huì)在漩渦發(fā)生體下游產(chǎn)生如圖所示不不對(duì)稱但有規(guī)律的交替漩渦列對(duì)稱但有規(guī)律的交替漩渦列，這就是所謂的，這就是所謂的卡門渦街卡門渦街。7374馮馮.卡門卡門對(duì)渦街的穩(wěn)定條件進(jìn)行了研究，對(duì)渦街的穩(wěn)定條件進(jìn)行了研究，于于1911年得到結(jié)論：年得到結(jié)論： 只有當(dāng)兩漩渦列之間的距離只有當(dāng)兩漩渦列之

28、間的距離H和同列和同列的兩漩渦之間的距離的兩漩渦之間的距離L之比滿足下面的之比滿足下面的關(guān)系時(shí)，所產(chǎn)生的渦街才是穩(wěn)定的。關(guān)系時(shí)，所產(chǎn)生的渦街才是穩(wěn)定的。0.281HL750.21tvvfSdd25Re3 10 2 10 雷諾數(shù)21()4vqAvDDd v柱體后漩渦發(fā)生的頻率為：柱體后漩渦發(fā)生的頻率為：其中其中S St t是與雷諾數(shù)有關(guān)的無量是與雷諾數(shù)有關(guān)的無量綱數(shù)，稱為綱數(shù)，稱為斯特羅哈數(shù)斯特羅哈數(shù)。則體積流量為：則體積流量為：76結(jié)構(gòu)說明結(jié)構(gòu)說明：圓柱體表面開有導(dǎo)壓孔，與圓柱體內(nèi)部：圓柱體表面開有導(dǎo)壓孔，與圓柱體內(nèi)部空腔相通，空腔由隔板分成二部分。空腔相通，空腔由隔板分成二部分?，F(xiàn)象：現(xiàn)象：

29、當(dāng)旋渦在圓柱體下側(cè)產(chǎn)生時(shí)，出于升力的作當(dāng)旋渦在圓柱體下側(cè)產(chǎn)生時(shí)，出于升力的作用圓柱體下方的壓力比上方高，反之當(dāng)旋渦在圓柱用圓柱體下方的壓力比上方高，反之當(dāng)旋渦在圓柱體上側(cè)產(chǎn)生時(shí)，上方壓力比下方高。體上側(cè)產(chǎn)生時(shí)，上方壓力比下方高。旋渦頻率的可能檢測(cè)方案旋渦頻率的可能檢測(cè)方案:1.鉑電阻絲溫度計(jì)法鉑電阻絲溫度計(jì)法2.膜片法膜片法3.壓電晶體法壓電晶體法4.超聲波法超聲波法77 被測(cè)流體本身就是振動(dòng)體，無機(jī)械可動(dòng)部被測(cè)流體本身就是振動(dòng)體，無機(jī)械可動(dòng)部件，幾乎不受流體組成、密度、粘度、壓力等件，幾乎不受流體組成、密度、粘度、壓力等因素的影響；因素的影響；可得到與流量成正比的頻率輸出信號(hào)；可得到與流量成

30、正比的頻率輸出信號(hào)；應(yīng)用范圍廣泛，可適用液體、氣體和蒸氣。應(yīng)用范圍廣泛，可適用液體、氣體和蒸氣。測(cè)量范圍寬，一般范圍度可達(dá)測(cè)量范圍寬，一般范圍度可達(dá)1010：1 1以上；以上；精確度為中上水平；精確度為中上水平；78容積式容積式總量總量流量計(jì)流量計(jì)瞬時(shí)瞬時(shí)流量計(jì)流量計(jì)速度式速度式壓差式壓差式流體阻力式流體阻力式測(cè)速式測(cè)速式流體振動(dòng)式流體振動(dòng)式容積容積流量計(jì)流量計(jì)質(zhì)量質(zhì)量流量計(jì)流量計(jì)79mass flow meter801. 在工業(yè)生產(chǎn)中，由于物料平衡，熱平衡以及儲(chǔ)存、在工業(yè)生產(chǎn)中，由于物料平衡，熱平衡以及儲(chǔ)存、經(jīng)濟(jì)核算等所需要的都是質(zhì)量，并非體積；經(jīng)濟(jì)核算等所需要的都是質(zhì)量，并非體積；2. 在

31、測(cè)量工作中，常需將測(cè)出的體積流量，乘以密度在測(cè)量工作中，常需將測(cè)出的體積流量，乘以密度換算成質(zhì)量流量，設(shè)備復(fù)雜，測(cè)量耗時(shí)；換算成質(zhì)量流量，設(shè)備復(fù)雜，測(cè)量耗時(shí)；3. 密度隨溫度、壓力而變化，在溫度、壓力變化比較密度隨溫度、壓力而變化，在溫度、壓力變化比較頻繁的情況下，難以達(dá)到測(cè)量的目的。頻繁的情況下，難以達(dá)到測(cè)量的目的。 用質(zhì)量流量計(jì)來直接測(cè)量質(zhì)量流量，則無需再進(jìn)行用質(zhì)量流量計(jì)來直接測(cè)量質(zhì)量流量，則無需再進(jìn)行上述人工換算。上述人工換算。 81 1 1 直接式直接式 2 2 推導(dǎo)式推導(dǎo)式 3 3 補(bǔ)償式補(bǔ)償式質(zhì)量流量計(jì)大致分為三大類：質(zhì)量流量計(jì)大致分為三大類：82 直接檢測(cè)與質(zhì)量流量成比例的量，檢

32、直接檢測(cè)與質(zhì)量流量成比例的量，檢測(cè)元件直接反映出質(zhì)量流量。測(cè)元件直接反映出質(zhì)量流量。 直接式質(zhì)量流量計(jì)有兩種：直接式質(zhì)量流量計(jì)有兩種：1) 科里奧利質(zhì)量流量計(jì)科里奧利質(zhì)量流量計(jì)2) 熱式質(zhì)量流量計(jì)熱式質(zhì)量流量計(jì)83 當(dāng)質(zhì)量當(dāng)質(zhì)量m的質(zhì)點(diǎn)以速度的質(zhì)點(diǎn)以速度v在對(duì)在對(duì)P軸作角速度為軸作角速度為 旋旋轉(zhuǎn)的管道內(nèi)移動(dòng)時(shí)，質(zhì)點(diǎn)具有兩個(gè)分量的加速度及轉(zhuǎn)的管道內(nèi)移動(dòng)時(shí)，質(zhì)點(diǎn)具有兩個(gè)分量的加速度及相應(yīng)的加速度力。相應(yīng)的加速度力。法向加速度法向加速度：即向心加：即向心加速度速度a ar r，其量值為其量值為 2 2r r ，方向朝向方向朝向P P軸。軸。切向加速度切向加速度a at t：即科里奧即科里奧利加速度

33、，其量值為利加速度，其量值為 v v ，方向與方向與a ar r垂直。垂直。84科里奧利力：科里奧利力：2cFvm 當(dāng)密度為當(dāng)密度為 的流體在旋轉(zhuǎn)管道中以恒定速度的流體在旋轉(zhuǎn)管道中以恒定速度v v流動(dòng)時(shí)，流動(dòng)時(shí)，任何一段長度任何一段長度 x x 的管道都受到一個(gè)切向的科里奧利的管道都受到一個(gè)切向的科里奧利力力 FcFc 的作用。的作用。22cmFv A xx q mqvA質(zhì)量流量因此，測(cè)得因此，測(cè)得科里奧利力就可得到質(zhì)量流量。科里奧利力就可得到質(zhì)量流量。85科里奧利質(zhì)量流量傳感器 測(cè)量管振動(dòng)激勵(lì)系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)線圈A檢測(cè)測(cè)量管撓曲的光學(xué)檢測(cè)探頭或電磁檢測(cè)探頭B 86缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： n對(duì)外界振動(dòng)干擾較

34、為敏感，為防止管道振動(dòng)影響，大對(duì)外界振動(dòng)干擾較為敏感，為防止管道振動(dòng)影響，大部分型號(hào)的流量傳感器安裝固定要求較高。部分型號(hào)的流量傳感器安裝固定要求較高。n不能用于較大管徑，目前尚局限于不能用于較大管徑，目前尚局限于150（200）mm以下。以下。n大部分型號(hào)重量和體積較大。大部分型號(hào)重量和體積較大。n價(jià)格昂貴。約為同口徑電磁流量計(jì)的價(jià)格昂貴。約為同口徑電磁流量計(jì)的2 8倍；倍；優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 精度高、量程比大、動(dòng)態(tài)特性好精度高、量程比大、動(dòng)態(tài)特性好 可測(cè)量流體范圍廣泛，包括高粘度液的各種液體、含可測(cè)量流體范圍廣泛，包括高粘度液的各種液體、含有固形物的漿液等。有固形物的漿液等。 流體密度變化對(duì)測(cè)量值得值的影響微小。流體密度變化對(duì)測(cè)量值得值的影響微小。87利用傳熱原理，即流動(dòng)中的流體與熱源之間熱量交換關(guān)系來測(cè)量流量