內(nèi)燃機(jī)測(cè)試_8分享資料

1、1第八章第八章 流量測(cè)量流量測(cè)量2mVqq第一節(jié)第一節(jié) 流量及其測(cè)量?jī)x表概述流量及其測(cè)量?jī)x表概述 一、流體與流量一、流體與流量 流量通常是指單位時(shí)間內(nèi)通過某有效流通截面的流體數(shù)量，稱瞬時(shí)流量。它可用質(zhì)量單位表示，也可用體積單位表示，分別稱為質(zhì)量流量(kgs)和體積流量(m3s)。質(zhì)量流量與體積流量之間的換算關(guān)系為 在工程實(shí)際中，有時(shí)還需要知道某一段時(shí)間間隔內(nèi)通過某流通截面的流體總量，這就是所謂的累計(jì)流量。累計(jì)流量除以相應(yīng)的時(shí)間間隔，則為該段時(shí)間內(nèi)的平均流量。 為了便于比較流量的大小，還常常將體積流量換算成某統(tǒng)一約定狀態(tài)下的值，如標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(20，0.10133MPa)下的標(biāo)準(zhǔn)體積流量。3二、流量

2、計(jì)的類型1容積型流量計(jì) 容積型流量汁測(cè)量流量的基本依據(jù)是，單位時(shí)間內(nèi)被測(cè)流體充滿(或排出)某一定容積器的次數(shù)，即VqnV 容積型流量計(jì)的工作原理比較簡(jiǎn)單，適合于測(cè)量高粘度、低雷諾數(shù)的流體。其特點(diǎn)是流動(dòng)狀態(tài)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響較小，精確度較高，但不宜用于高溫、高壓和臟污介質(zhì)的流量測(cè)量。 屬于這種類型的流量計(jì)有；橢圓齒輪流量計(jì)、腰輪(羅茨)流量汁、刮板式流量汁、伺服式容積流量計(jì)、皮膜式流量計(jì)和轉(zhuǎn)筒流量計(jì)等。4562速度型流量計(jì) 速度型流量計(jì)以流體一元流動(dòng)的連續(xù)方程為理論依據(jù)，即當(dāng)流通截面確定時(shí)，流體的體積流量與截面上的平均流速成正比。因此，通過測(cè)量流通截面上的流體流速或與流速有關(guān)的各種物理量，就可以計(jì)

3、算出流量。這類流量計(jì)有著良好的使用性能，可用于高溫、高壓流體測(cè)量，且精確度較高。但是，由于它們以平均流速為測(cè)量依據(jù)，因此測(cè)量結(jié)果受流動(dòng)條件(如雷諾數(shù)、渦流以及截面上流速的分布等)的影響很大，這給精確測(cè)量帶來困難。 屬于這種類型的流量計(jì)很多、如差壓式流量計(jì)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、電磁流量計(jì)和超聲波流量計(jì)等，其中差壓式流量計(jì)應(yīng)用最廣。73 質(zhì)量型流量計(jì) 這類流量計(jì)以測(cè)量與流體質(zhì)量有關(guān)的物理效應(yīng)為基礎(chǔ)，分為直接式、推導(dǎo)式和溫度壓力補(bǔ)償式三種。 直接式質(zhì)量流量計(jì)利用與質(zhì)量流量直接有關(guān)的原理(如慣性系中的牛頓第二定律)進(jìn)行測(cè)量。目前常用的有量熱式質(zhì)量流量計(jì)、角動(dòng)量式質(zhì)量流量計(jì)、振動(dòng)陀螺式質(zhì)量流量計(jì)、馬

4、格努斯(Magnus)效應(yīng)式質(zhì)量流量計(jì)和科里奧利(Coriolis)力式質(zhì)量流量計(jì)等。 推導(dǎo)式質(zhì)量流量計(jì)是同時(shí)測(cè)取流體的密度和體積流量。通過運(yùn)算而推導(dǎo)出質(zhì)量流量的。一般，它由速度型流量計(jì)和密度計(jì)組合而成。 溫度壓力補(bǔ)償式質(zhì)量流量計(jì)也可看成是一種推導(dǎo)式質(zhì)量流量計(jì)，只是它不配用密度計(jì)，而是利用溫度、壓力與密度之間的關(guān)系，將溫度、壓力的測(cè)量值轉(zhuǎn)換為密度，再與體積流量進(jìn)行運(yùn)算而得到質(zhì)量流量。由于連續(xù)測(cè)量溫度、壓力比連續(xù)測(cè)量密度容易，因此，目前工業(yè)上所用的推導(dǎo)式質(zhì)量流量計(jì)大多屬于溫度壓力補(bǔ)償式。8三、流量計(jì)的選用原則 (1)根據(jù)被測(cè)介質(zhì)的性質(zhì)選擇 各種流量計(jì)對(duì)被測(cè)介質(zhì)的適應(yīng)性不同。因此，在選擇流量計(jì)時(shí)必

5、須首先明確被測(cè)流體的物態(tài)及其特性。 (2)根據(jù)用途選擇 各種流量計(jì)的功能、測(cè)量精度和價(jià)格不同，而不同的使用場(chǎng)合對(duì)流量計(jì)這些性能的要求也有所側(cè)重。例如，作為計(jì)算使用，要求測(cè)量精度較高時(shí)，可選用腰輪流量計(jì)。(3)根據(jù)工況條件選擇 工況條件包括被測(cè)流體的流量變化范圍、溫度和壓力的高低等。這里要作特別說明的是關(guān)于流量計(jì)流量上限的刻度問題。通常，液體流量計(jì)的流量上限采用20 C的水作為介質(zhì)來刻度，而氣體流量計(jì)的流量上限則以20和0.10133MPa的空氣作為介質(zhì)進(jìn)行刻度。因此，在實(shí)際流量測(cè)量中，當(dāng)被測(cè)流體的密度、溫度、壓力和其他特性與流量計(jì)刻度時(shí)所用介質(zhì)的參數(shù)值不同時(shí)，必須先將實(shí)際狀態(tài)下被測(cè)流體的流量變

6、化范圍換算成流星計(jì)刻度狀態(tài)下相應(yīng)介質(zhì)(如水或空氣)的流量大小， 并以此作為選擇流量計(jì)量程的依據(jù)。9(4)其他 除上述問題外，選擇流量計(jì)時(shí)還應(yīng)該考慮流量計(jì)的安裝條件，包括安裝位置、安裝尺寸以及流通管路的振動(dòng)情況等，有時(shí)還要考慮測(cè)量過程產(chǎn)生的永久壓力損失帶來額外耗能費(fèi)用的大小。例如，對(duì)于泵送費(fèi)用昂貴的大口徑輸送管道的流量計(jì)量，應(yīng)該選用永久壓力損失系數(shù)較小或無阻擋式的流量計(jì)，雖然這種流量計(jì)的價(jià)格較貴，但能夠減省附加的泵送費(fèi)用，因而從長(zhǎng)遠(yuǎn)看來是合算的。1011第二節(jié) 流速法測(cè)量流量測(cè)量出面積為A的流通截面上的平均流速，然后用下式計(jì)算流體的體積流量：VmqA12第三節(jié) 差壓式流量計(jì)一、測(cè)量原理與節(jié)流裝置

7、 當(dāng)流體流經(jīng)管道中急驟收縮的局部截面時(shí)，將產(chǎn)生增速降壓的節(jié)流現(xiàn)象，流體的流速越大，即流量越大，節(jié)流壓降也越大。以這種節(jié)流現(xiàn)象作為流量測(cè)量依據(jù)的儀表，簡(jiǎn)稱為差壓式流量計(jì)或節(jié)流式流量計(jì)。 差壓式流量計(jì)由節(jié)流裝置、差壓信號(hào)管道(導(dǎo)壓管)和差壓計(jì)三部分組成。流體通過節(jié)流元件所產(chǎn)生的差壓信號(hào)經(jīng)導(dǎo)壓管傳入差壓計(jì)，差壓計(jì)根據(jù)具體的測(cè)量要求把差壓信號(hào)以不同的形式傳遞給顯示儀表，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)流體差壓或流量的顯示、記錄和自動(dòng)控制。 1. 測(cè)量原理13 節(jié)流件的形式很多，我們把幾種標(biāo)準(zhǔn)化了的節(jié)流件(標(biāo)準(zhǔn)孔板、標(biāo)準(zhǔn)噴咀和文丘利管)，規(guī)定了的取壓方式和規(guī)定長(zhǎng)度的前后直線段總稱為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置。對(duì)它們?cè)谝?guī)定的流體種類和流

8、動(dòng)條件下進(jìn)行了大量試驗(yàn)，得出流量與壓差的關(guān)系，并形成了標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)推薦“采用孔板和噴咀測(cè)量流體的流量”，于1967年出版了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISOR54l，1968年出版了ISOR781作為節(jié)流裝置的正式國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。1976年制定的IS05167又取代了ISOR541和ISOR781。我國(guó)參照ISOR541制定了“流量測(cè)量節(jié)流裝置國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)”。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件可以根據(jù)計(jì)算結(jié)果制造和使用，不必用試驗(yàn)方法進(jìn)行單獨(dú)標(biāo)定。它們主要用于測(cè)量清潔流體的流量。此外，工業(yè)上還應(yīng)用其他型式的節(jié)流件來解決一部分臟污、高粘度等流體的流量測(cè)量問題。由于對(duì)它們的研究還不夠深透，缺乏足夠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，所以尚未標(biāo)準(zhǔn)化，故稱為“

9、特殊節(jié)流件”，如l4圓噴咀、錐形入口孔板、偏心孔板、因缺孔板、道爾管等等。特殊節(jié)流件也可以利用已有的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行估算，但要進(jìn)行精確測(cè)量還應(yīng)該用試驗(yàn)方法單獨(dú)標(biāo)定，否則會(huì)有一定的誤差。各種節(jié)流件的簡(jiǎn)圖如下。2. 節(jié)流元件14常見的節(jié)流元件的結(jié)構(gòu)型式1516 (1)角接取壓，上下游取壓孔中心至孔板(噴咀)前后端的間距各等于取壓孔直徑的一半或等于取壓環(huán)隙寬度的一半，因而取壓孔穿透處與孔板端面正好相平。(2)法蘭取壓：上下游取壓孔中心至孔板前后端向的間距均為25.40.8mm。 (3)徑距取壓：上游取壓孔中心至孔板前端面的間距為D，下游取壓孔中心至孔板(噴咀)前端面的間距為1/2D。(4)理論取壓： 上

10、游取壓孔中心至孔板前端面的間距為1D0.1D，下游取壓孔中心至孔板前端面的間距見下表。3. 節(jié)流裝置的取壓方式17185)管接取壓：上游取壓孔中心至孔板前端面為2.5D，下游取壓孔中心至孔板后端面為8D。4. 標(biāo)準(zhǔn)孔板 孔扳開孔上游側(cè)的直角入口邊緣應(yīng)銳利、無毛刺和劃痕。若直角入口邊緣形成圓弧，其圓弧半徑R應(yīng)小于或等于0.0004d，或用肉眼檢查必須看不到反射光。圓筒厚度e和孔板厚度E不能過大， e0.005D0.02D，Ee-0.05D。在各處測(cè)得的e值間的偏差和E值間的偏差應(yīng)分別不得大于0.001D和0.005D。整個(gè)孔板的不平度在1以內(nèi)。195. 標(biāo)準(zhǔn)孔板取壓裝置結(jié)構(gòu) 角接取壓的取壓裝置結(jié)

11、構(gòu)見右圖，有單獨(dú)鉆孔和環(huán)室兩種。環(huán)形縫隙通常是管道的整個(gè)圓周均被切通；也可以是均勻分布在圓周上的切口，每個(gè)環(huán)室至少有四個(gè)切口，每個(gè)切口面積至少為12mm2。單獨(dú)鉆孔的取壓孔中心線應(yīng)盡可能垂直于管道軸線，與孔扳上下端面形成的夾角小于或等于3。1) 角接取壓202) 法蘭取壓 法蘭取壓標(biāo)準(zhǔn)孔板適用范圍：50mm D 750mm；0.1 =d/D 0.75；8103 Re 107216. 標(biāo)準(zhǔn)噴咀及其取壓裝置結(jié)構(gòu) 標(biāo)準(zhǔn)噴嘴適用范圍：50mm D 1000mm；0.32 0.8；2104 Re 2105 取壓裝置的結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)孔板相同，也有單獨(dú)鉆孔和環(huán)室兩種，但只有角接取壓一種型式。227. 文丘利管

12、文丘利管是由收縮段、圓筒形喉部與圓錐形擴(kuò)散管三部分組成的。按收縮段的形狀不同，又分為古典文丘利管和文丘利噴咀。(1)古典文丘利管：古典文丘利管由入口圓筒段A、圓錐形收縮段B、圓筒形喉部C和圓錐形擴(kuò)散段E所組成。古典文丘利管又可分為若干種，現(xiàn)以用得較多的粗焊鐵板收縮段式古典文丘利管為例加以說明。入口圓筒段A、收縮段B和圓筒形喉部C各相連線段不應(yīng)有連接曲面。適用范圍：200mm D 1200mm；0.4 0.7；2105 Re 210623(2)文丘利噴咀：文丘利噴咀的型線如右圖所示。它是由呈弧形的收縮段、圓筒形喉部和擴(kuò)散段所構(gòu)成。 收縮段與噴咀相同，喉部由長(zhǎng)度0.3d的部分E和長(zhǎng)度0.4d到0.

13、45d的部分E所組成。擴(kuò)散段的夾角/2應(yīng)小于或等于30。當(dāng)擴(kuò)散段當(dāng)擴(kuò)散段出口直徑小于直徑出口直徑小于直徑D D時(shí)，稱為截頭時(shí)，稱為截頭式的式的文丘利管；如果擴(kuò)散段出口直徑等于利管；如果擴(kuò)散段出口直徑等于D D時(shí)，時(shí)，稱為非截頭式文丘里管稱為非截頭式文丘里管。擴(kuò)散段長(zhǎng)度L的長(zhǎng)短并不影響流量系數(shù)，但擴(kuò)散段的夾角對(duì)壓力損失有影響。文丘里噴咀的適用范圍：65mm D 500mm；0.316 0.7775；1.5105 Re 2106；d50mm24(一)流量方程式224Vpqd 根據(jù)流動(dòng)的連續(xù)性方程和伯努利方程，可推導(dǎo)出反應(yīng)流量與節(jié)流壓降關(guān)系的流量方程為式中，qv為流體的體積流量(m3s)；為流量系數(shù)

14、；為流體膨脹校正系數(shù)(對(duì)不可壓縮流體，=1)；d為節(jié)流元件的開孔直徑(m)； 為流體流經(jīng)節(jié)流元件前后的差壓(Pa)；為流體在工作狀態(tài)下的密度(kgm3)。12ppp (一)流量方程式二、流量方程式與修正系數(shù)25(二)流量方程中有關(guān)系數(shù)的確定1流量系數(shù) 流量系數(shù)“與節(jié)流元件的形式、取壓方法、直徑比(dD，D為流動(dòng)管道直徑)以及流動(dòng)狀態(tài)(雷諾數(shù)Re)等諸多因素有關(guān)。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的流量系數(shù)是通過試驗(yàn)求得的，即讓密度為的不可壓縮流體(1)流過開孔直徑為d的節(jié)流元件，通道實(shí)測(cè)流量qv和相應(yīng)的壓降P后，利用流量方程式(8-3)反推出流量系數(shù)。 對(duì)于給定的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，或在幾何相似的節(jié)流裝置中，由于直徑比多

15、為定值，則流量系數(shù)僅與雷諾數(shù)ReD有關(guān)。當(dāng)ReD較小時(shí)，隨ReD變化；但當(dāng)ReD增大到某一數(shù)值后， 不再變化，而是趨向某一定值。該定值稱為原始流量系數(shù)，用0表示， 0的所對(duì)應(yīng)的最小雷諾數(shù)稱為臨界雷諾數(shù)，用Rec表示。26 測(cè)量時(shí)，如果ReD Rec ，則流量系數(shù)0，它可根據(jù)的大小，從有關(guān)的數(shù)據(jù)表格或計(jì)算公式中求取。流量系數(shù)還與試驗(yàn)管道內(nèi)壁的表面粗糙度有關(guān)，原始流量系數(shù)是在光滑管道、 ReD Rec 的穩(wěn)定流動(dòng)狀態(tài)下，用新的節(jié)流元件進(jìn)行試驗(yàn)得到的。因此，實(shí)際測(cè)量時(shí)，如果出現(xiàn)ReD Rec、管壁粗糙或者節(jié)流元件的開孔磨損等情況，則應(yīng)該對(duì)流量系數(shù)進(jìn)行修正。1230K K K式中，K1為粘度修正系數(shù)；

16、K2為管壁表面粗糙度修正系數(shù)；K3為孔板磨損修正系數(shù)。文丘里管K3=1。272流體膨脹校正系數(shù) 可壓縮流體流經(jīng)節(jié)流元件時(shí)，壓力的變化將引起流體體積的變化。所以，應(yīng)用節(jié)流裝置測(cè)量可壓縮流體時(shí)，應(yīng)該考慮流體體積變化對(duì)流量計(jì)算結(jié)果的影響，為此引人流體膨脹校正系數(shù) 。 流體膨脹校正系數(shù)與節(jié)流元件前后的壓比p2p1(或pp1)、被測(cè)流體的等熵指數(shù)以及直徑比等因素有關(guān)。以下介紹國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB2624結(jié)出的有關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式，相應(yīng)的數(shù)據(jù)表格可以查問該標(biāo)淮。 采用角接取壓標(biāo)準(zhǔn)孔板時(shí)，在p2/p1 0.75； 50mm D 1000mm；0.22 0.8可壓縮流體的膨脹校正系數(shù)為0.935142110.37070.31

17、841xpp 28 采用法蘭取壓標(biāo)準(zhǔn)孔板時(shí)，在p2/p1 0.75； 50mm D 750mm；0.1 0.75，可壓縮流體的膨脹校正系數(shù)為41110.410.35pp 標(biāo)準(zhǔn)噴嘴，在p2/p1 0.75； 50mm D 750mm；0.1 0.75，可壓縮流體的膨脹校正系數(shù)為112241214111111111pppppppp 29 在實(shí)際測(cè)量中，由于流量在一定范圍內(nèi)變化，即使用同一標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置測(cè)量同一流體，其值也會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)，從而引起測(cè)量誤差。因此，在一般設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，應(yīng)當(dāng)取常用流量qu下的pp1(pp1)u。值計(jì)算值。常用流量所對(duì)應(yīng)的差壓pu為2maxmaxuuqppqmaxmaxqp、 分別

18、為流量計(jì)的流量刻度上限值和與此對(duì)應(yīng)的差壓計(jì)的刻度上限值。 在沒有給出常用流量值qu的情況下，可取流量計(jì)流量刻度上限的70作為常用流量進(jìn)行計(jì)算。30三、差壓計(jì) 差壓計(jì)是差壓式流量計(jì)的信號(hào)撿出部分。差壓計(jì)的種類很多，按其工作原理分有浮子式、環(huán)秤式、鐘罩式、雙管式、波紋管式、膜片式和電容式等，其中后三種型式的差壓計(jì)由于結(jié)構(gòu)緊湊、測(cè)量精度和自動(dòng)化程度都很高，得到較廣泛的應(yīng)用。各種差壓計(jì)的基本工作原理巳在第六章中作了論述，將它們用于流量測(cè)量時(shí)，應(yīng)根據(jù)其各自的性能特點(diǎn)和具體的測(cè)量要求加以合理選擇。31四、差壓式流量計(jì)測(cè)量結(jié)果的修正224Vpqd1節(jié)流元件開孔尺寸d因溫度變化的修正 被測(cè)流體的工作溫度偏離室

19、溫較多時(shí)，應(yīng)該考慮材料熱脹冷縮現(xiàn)象對(duì)節(jié)流元件開孔尺寸的影響，修正方法如下1LddTT2ddcdVdVqc qL為節(jié)流元件材料的線脹系數(shù)；cd為節(jié)流元件孔徑變化的流量修正系數(shù)；322. 被測(cè)流體密度變化的修正引起被測(cè)流體密度變化的主要因素包括成分、溫度和壓力，該項(xiàng)修正系數(shù)可統(tǒng)一表達(dá)為VVqc qc0000T p ZT p ZZ0和Z分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)和工作狀態(tài)下的壓縮系數(shù)當(dāng)流量計(jì)按氣體的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，修正系數(shù)為00T p ZcT p Z333綜合修正系數(shù)當(dāng)同時(shí)考慮上述兩項(xiàng)影響因素時(shí)，流量測(cè)量結(jié)果：VVqcqdcc c34第四節(jié) 渦輪流量計(jì)一、構(gòu)造與原理 當(dāng)被測(cè)流體流經(jīng)渦輪并推動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)、高導(dǎo)磁性的

20、渦輪葉片就周期性地掃過磁電轉(zhuǎn)換器的永久磁鐵，使磁路的磁阻產(chǎn)生相應(yīng)的變化，致使通過感應(yīng)線圈的磁通量也隨之發(fā)生周期性變化，從而在線圈內(nèi)產(chǎn)生交變的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，即輸出交流電脈沖信號(hào)。該脈沖信號(hào)的變化頻率f就是渦輪轉(zhuǎn)過葉片的頻率，它與渦輪的轉(zhuǎn)速n成正比，即35fzn 根據(jù)渦輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方程可以推出，渦輪的轉(zhuǎn)速n與被測(cè)流體的平均流速成正比，亦即與被測(cè)流量的大小成正比。因此，轉(zhuǎn)換器輸出的電脈沖頻率與被測(cè)流量之間的關(guān)系可表達(dá)為VfqK式中，K為流量計(jì)的儀表常數(shù)，也稱流量系數(shù)，它與渦輪流量變送器的結(jié)構(gòu)以及被測(cè)流體的性質(zhì)等因素有關(guān)、一般通過試驗(yàn)標(biāo)定的方法確定。( 8-22)36二、渦輪流量計(jì)的特性及其主要影響因素

21、(一)渦輪流量計(jì)的特性1線性特性 從式( 8-22)可見，當(dāng)渦輪流量計(jì)的儀表常數(shù)K是一恒定不變的常數(shù)時(shí)，被測(cè)流量與相應(yīng)的脈沖信號(hào)頻率之間具有理想的線性關(guān)系；反之，是非線性的。因此，渦輪流量計(jì)的線性特性反映了儀表常數(shù)K在流量測(cè)量范圍內(nèi)的變化特性，故常用K-qV曲線表示線性特性。設(shè)計(jì)流量計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量減輕葉輪質(zhì)量，減少渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)部分的磨擦阻力矩。選用流量計(jì)時(shí)，盡量使測(cè)量范圍位于流量計(jì)特性曲線的線性段。372壓力損失特性 當(dāng)流體流經(jīng)渦輪流量計(jì)推動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，需要克服各種阻力矩，因而產(chǎn)生壓力損失。一方面，流量越大，渦輪的轉(zhuǎn)速越高，相應(yīng)的慣性力矩和摩擦阻力矩也就越大，引起的壓力損失增加；另一方面，流體的粘度

22、越大，產(chǎn)生的粘性阻力矩越大，壓力損失也就越大。此外，壓力損失還與流量計(jì)的結(jié)構(gòu)尺寸和工藝水平有關(guān)。38(二)被測(cè)流體物性對(duì)流量計(jì)特性的影響 對(duì)于確定的渦輪變送器，其K值是在特定的條件下標(biāo)定的。當(dāng)被測(cè)流體的工作狀態(tài)偏離標(biāo)定條件時(shí)，流量計(jì)的特性將發(fā)生變化，從而引起測(cè)量誤差。所以，對(duì)于有關(guān)影響因素應(yīng)予以重視，必要時(shí)應(yīng)對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正。1流體粘度的影響 渦輪流量計(jì)的儀表常數(shù)K與流體的粘度密切相關(guān)，隨著流體(尤其指液體)粘度的增大，流量計(jì)的線性測(cè)量范圍縮小。儀表制造廠所給定購(gòu)儀表常數(shù)通常是用常溫的水標(biāo)定的。試驗(yàn)表明，這種儀表用于測(cè)量運(yùn)動(dòng)粘度為1x10-6m2s左右的輕質(zhì)油或其他液體介質(zhì)時(shí)，可獲得滿意的結(jié)

23、果；用于測(cè)量運(yùn)動(dòng)粘度大于110-6m2s而小于15xl0-6m2s的液體時(shí)，盡管流量計(jì)的儀表常數(shù)與標(biāo)定時(shí)的數(shù)值有所偏離、但其測(cè)量精度尚能符合工業(yè)測(cè)量的要求。當(dāng)液體的運(yùn)動(dòng)粘度大于1510-6m2s時(shí)，流量計(jì)的測(cè)量誤差明顯增大，其變送器特性必須在工作條件下重新標(biāo)定。392流體密度的影響 渦輪流量計(jì)是一種渦輪流量計(jì)是一種速度型流量計(jì)速度型流量計(jì)，它根據(jù)流體速度的大小測(cè)量流體的，它根據(jù)流體速度的大小測(cè)量流體的體積流量，體積流量，流體推動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)的過程實(shí)際上是將流體的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能流體推動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)的過程實(shí)際上是將流體的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的過程，也就是說，推動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)的的過程，也就是說，推動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩

24、力矩不僅與流體的不僅與流體的流速流速成正比，還與成正比，還與流體的流體的密度密度成正比。成正比。流體密度的變化流體密度的變化也會(huì)引起渦輪轉(zhuǎn)速的變化，因而引起也會(huì)引起渦輪轉(zhuǎn)速的變化，因而引起渦輪流量計(jì)渦輪流量計(jì)體積流量讀數(shù)的測(cè)量誤差體積流量讀數(shù)的測(cè)量誤差。因此，當(dāng)被測(cè)流體的密度值受狀態(tài)。因此，當(dāng)被測(cè)流體的密度值受狀態(tài)參數(shù)參數(shù)( (溫度、壓力溫度、壓力) )的影響而發(fā)生明顯變化時(shí)，應(yīng)在測(cè)量回路中加入密度的影響而發(fā)生明顯變化時(shí)，應(yīng)在測(cè)量回路中加入密度( (或或溫度、壓力溫度、壓力) )補(bǔ)償器，以補(bǔ)償流體狀態(tài)參數(shù)變化帶來的體積流量的測(cè)量誤差。補(bǔ)償器，以補(bǔ)償流體狀態(tài)參數(shù)變化帶來的體積流量的測(cè)量誤差。40

25、3流體壓力和溫度的影響 當(dāng)流體的壓力和溫度與流量計(jì)標(biāo)定時(shí)的狀態(tài)有較大偏離時(shí)，將使渦輪變送器的結(jié)構(gòu)及其內(nèi)部的流體體積發(fā)生變化，從而影響流量計(jì)的特性。壓力變化引起渦輪變送器結(jié)構(gòu)尺寸變化的修正系數(shù)為122112RKpSEhER 式中。p為渦輪變送器工作壓力與標(biāo)定壓力之差；為泊松比（在材料的比例極限內(nèi)，由均勻分布的縱向應(yīng)力所引起的橫向應(yīng)變與相應(yīng)的縱向應(yīng)變之比的絕對(duì)值 ）；R為渦輪變送器的公稱半徑，E為渦輪變送器殼體材料的拉伸彈性模量（材料在彈性變形階段，其應(yīng)力和應(yīng)變成正比例關(guān)系（即符合胡克定律），其比例系數(shù)稱為彈性模量。）；S為渦輪變送器葉輪的截面積；h為渦輪變送器殼體的厚度。41 221211Ktt

26、溫度變化引起渦輪變送器結(jié)構(gòu)尺寸變化的修正系數(shù)為式中，1、2分別為渦輪變送器殼體和葉輪材料的熱膨脹系數(shù)；t為渦輪變送器工作溫度與標(biāo)定溫度之差。壓力變化引起渦輪變送器內(nèi)部流體體積變化的修正系數(shù)為00311p ZKpZ式中，P0、P分別為渦輪變送器的標(biāo)定壓力和工作壓力； Z0、Z分別為被測(cè)流體在流量計(jì)標(biāo)定溫度和工作 溫度下的壓縮系數(shù)。42溫度變化溫度變化引起渦輪變送器引起渦輪變送器內(nèi)部流體體積變化內(nèi)部流體體積變化的修正系數(shù)為的修正系數(shù)為41Kt 式中，式中，為被測(cè)流體的熱膨脹系數(shù)。為被測(cè)流體的熱膨脹系數(shù)。因此，流體壓力和溫度變化時(shí)，對(duì)流量計(jì)測(cè)量結(jié)果的綜合修正公式因此，流體壓力和溫度變化時(shí)，對(duì)流量計(jì)測(cè)

27、量結(jié)果的綜合修正公式為為12VVqK K q331244mVVKKqqK KqKK式中，式中， 分別為修正后被測(cè)流體的體積流量和質(zhì)量流量，分別為修正后被測(cè)流體的體積流量和質(zhì)量流量，q qv v為為未經(jīng)修正的流量計(jì)讀數(shù)，未經(jīng)修正的流量計(jì)讀數(shù)，Vmqq、43 4 4流動(dòng)狀態(tài)的影響流動(dòng)狀態(tài)的影響 渦輪流量計(jì)的儀表特性直接受流體流動(dòng)狀態(tài)的影響，其中渦輪流量計(jì)的儀表特性直接受流體流動(dòng)狀態(tài)的影響，其中對(duì)對(duì)渦輪變送器進(jìn)口處的流速分布尤為敏感。渦輪變送器進(jìn)口處的流速分布尤為敏感。進(jìn)口處流速的突變和流進(jìn)口處流速的突變和流體的旋轉(zhuǎn)可使測(cè)量誤差達(dá)到不能忽略的程度，而這些流動(dòng)狀態(tài)的體的旋轉(zhuǎn)可使測(cè)量誤差達(dá)到不能忽略的程

28、度，而這些流動(dòng)狀態(tài)的形成主要取決于該處的管道結(jié)構(gòu)。為了改善進(jìn)口處的流動(dòng)狀態(tài)，形成主要取決于該處的管道結(jié)構(gòu)。為了改善進(jìn)口處的流動(dòng)狀態(tài)，除了在渦輪變送器上安裝除了在渦輪變送器上安裝導(dǎo)流器外導(dǎo)流器外，還必須保證其前后均有一定還必須保證其前后均有一定長(zhǎng)度的直管段。長(zhǎng)度的直管段。44第五節(jié) 光纖流量計(jì) 一、光纖差壓式流量計(jì)光纖差壓式流量計(jì)也是光纖差壓式流量計(jì)也是一種利用流體一種利用流體流動(dòng)的節(jié)流現(xiàn)象進(jìn)行流量測(cè)量的儀表流動(dòng)的節(jié)流現(xiàn)象進(jìn)行流量測(cè)量的儀表，光纖傳感技術(shù)用來檢測(cè)節(jié)流元件前后光纖傳感技術(shù)用來檢測(cè)節(jié)流元件前后的的差壓差壓pp，圖，圖8-108-10所示為其工作原所示為其工作原理示意圖。在節(jié)流元件前后

29、分別安裝理示意圖。在節(jié)流元件前后分別安裝了一組敏感膜片和了一組敏感膜片和Y Y形光導(dǎo)，膜片感受形光導(dǎo)，膜片感受流體壓力的作用而產(chǎn)生位移，流體壓力的作用而產(chǎn)生位移，Y Y形光導(dǎo)形光導(dǎo)則是一種光纖位移傳感器，它根據(jù)輸則是一種光纖位移傳感器，它根據(jù)輸入輸出光強(qiáng)的相對(duì)變化測(cè)量膜片位移入輸出光強(qiáng)的相對(duì)變化測(cè)量膜片位移的大小。在這種傳感器布置方式中，的大小。在這種傳感器布置方式中，每一膜片的位移與其所受的流體壓力每一膜片的位移與其所受的流體壓力成正比，亦即膜片成正比，亦即膜片1 1與膜片與膜片2 2的相對(duì)位的相對(duì)位移與節(jié)流元件前后的差壓移與節(jié)流元件前后的差壓p p 成正比。成正比。通過測(cè)量?jī)赡て南鄬?duì)位移

30、可以得到通過測(cè)量?jī)赡て南鄬?duì)位移可以得到節(jié)流節(jié)流差壓差壓pp 。45光纖位移傳感器的原理與特性光纖位移傳感器的原理與特性 由恒定光強(qiáng)的光源發(fā)出的光經(jīng)耦合（一波長(zhǎng)的光功率進(jìn)行分路或合路 ）進(jìn)入入射光纖， 并從入射光纖的出射端射向被測(cè)物體， 被測(cè)物體反射的光一部分被接收光纖接收， 根據(jù)光學(xué)原理可知反射光的強(qiáng)度與被測(cè)物體的距離有關(guān)。 將反射光的強(qiáng)度通過光電轉(zhuǎn)換和處理電路輸出電信號(hào)， 測(cè)量電信號(hào)的變化即可得到物體的位移。 46光纖位移傳感器的工作原理與特性光纖位移傳感器的工作原理與特性（a） 工作原理；工作原理； （b） 光反射原理；光反射原理； （c） 輸出特性輸出特性 47二、光纖膜片式流量計(jì)二、

31、光纖膜片式流量計(jì) 這種流量計(jì)的工作原理是直接把流這種流量計(jì)的工作原理是直接把流量信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槟て系奈灰菩盘?hào)，即流量信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槟て系奈灰菩盘?hào)，即流量越大，膜片受力而產(chǎn)生的向內(nèi)撓曲變量越大，膜片受力而產(chǎn)生的向內(nèi)撓曲變形形( (位移位移) )越大，測(cè)量膜片的位移量就可越大，測(cè)量膜片的位移量就可以確定被測(cè)流量的大小。這種流量計(jì)中以確定被測(cè)流量的大小。這種流量計(jì)中膜片位移的測(cè)量同樣采用膜片位移的測(cè)量同樣采用Y Y形光纖傳感器。形光纖傳感器。一般膜片可采用鋼或銅等材料，為增加一般膜片可采用鋼或銅等材料，為增加反射光強(qiáng)度，膜片內(nèi)側(cè)可鍍鉻或銀。膜反射光強(qiáng)度，膜片內(nèi)側(cè)可鍍鉻或銀。膜片的厚度根據(jù)流量的測(cè)量范圍設(shè)

32、計(jì)，一片的厚度根據(jù)流量的測(cè)量范圍設(shè)計(jì)，一般在般在0.050.050.2mm0.2mm之間。之間。48三、光纖卡門三、光纖卡門(Karman)渦街流量計(jì)渦街流量計(jì) 光纖卡門渦街流量計(jì)與普通渦銜光纖卡門渦街流量計(jì)與普通渦銜流量計(jì)的主要不同之處，在于它采用流量計(jì)的主要不同之處，在于它采用了光纖傳感技術(shù)測(cè)量漩渦頻率。了光纖傳感技術(shù)測(cè)量漩渦頻率。 在流體中垂直插入一根桿狀物體在流體中垂直插入一根桿狀物體( (阻擋物阻擋物) )時(shí)，時(shí)，如果流體流動(dòng)的雷諾數(shù)如果流體流動(dòng)的雷諾數(shù)ReReD D5 510103 3，則在阻擋物，則在阻擋物的下游會(huì)產(chǎn)生兩列相互交替的內(nèi)旋游渦。的下游會(huì)產(chǎn)生兩列相互交替的內(nèi)旋游渦。

33、該漩渦幾乎與流體同速地向下游方向運(yùn)動(dòng)，形成一條街道形狀，故稱為卡門該漩渦幾乎與流體同速地向下游方向運(yùn)動(dòng)，形成一條街道形狀，故稱為卡門渦街。若漩渦之間的距離為渦街。若漩渦之間的距離為l l，兩渦街之間的距離為，兩渦街之間的距離為h h，那么只有當(dāng)，那么只有當(dāng)h hl l0.2810.281時(shí)所產(chǎn)生的渦街才是穩(wěn)定的。大量試驗(yàn)表明，上述漩渦的頻率時(shí)所產(chǎn)生的渦街才是穩(wěn)定的。大量試驗(yàn)表明，上述漩渦的頻率f f為為fSrd式中，式中，SrSr為斯特勞哈爾為斯特勞哈爾(Strouhal)(Strouhal)數(shù)，當(dāng)流體流動(dòng)的雷諾數(shù)數(shù)，當(dāng)流體流動(dòng)的雷諾數(shù)在在5 510103 35 510105 5范圍內(nèi)時(shí)，范圍

34、內(nèi)時(shí)，SrSr為常數(shù)為常數(shù)(0.16(0.160.21)0.21)。49 測(cè)量漩渦頻率的方法很多，光纖測(cè)量漩渦頻率的方法很多，光纖卡門渦街流量計(jì)是采用卡門渦街流量計(jì)是采用Y Y形光纖壓力傳形光纖壓力傳感器測(cè)量漩渦頻率的。當(dāng)卡門渦街中感器測(cè)量漩渦頻率的。當(dāng)卡門渦街中的漩渦按左右交替的規(guī)律從阻擋物表的漩渦按左右交替的規(guī)律從阻擋物表面剝離出來時(shí)，在阻擋物左右兩邊形面剝離出來時(shí)，在阻擋物左右兩邊形成的壓力差也隨之作正負(fù)交替變化。成的壓力差也隨之作正負(fù)交替變化。Y Y形光纖傳感器感受這一壓力差的變化形光纖傳感器感受這一壓力差的變化而輸出相應(yīng)的光脈沖信號(hào)。顯然，該而輸出相應(yīng)的光脈沖信號(hào)。顯然，該光脈沖信號(hào)

35、的頻率就是漩渦頻率。這光脈沖信號(hào)的頻率就是漩渦頻率。這一光脈沖信號(hào)經(jīng)光電元件轉(zhuǎn)換成電脈一光脈沖信號(hào)經(jīng)光電元件轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)后送入數(shù)據(jù)處理及顯示裝置，沖信號(hào)后送入數(shù)據(jù)處理及顯示裝置，最終顯示出被測(cè)流體的流量。最終顯示出被測(cè)流體的流量。fSrdmAAqv 當(dāng)漩渦發(fā)生體尺寸一定時(shí)，通過測(cè)量漩渦頻率當(dāng)漩渦發(fā)生體尺寸一定時(shí)，通過測(cè)量漩渦頻率f f就能換算得到待測(cè)流量。就能換算得到待測(cè)流量。50第六節(jié) 超聲波流量計(jì)一、基本理論概述一、基本理論概述 超聲波流量計(jì)的測(cè)量原理是超聲波流量計(jì)的測(cè)量原理是基于基于超聲波在介質(zhì)中的傳播速度超聲波在介質(zhì)中的傳播速度與該介質(zhì)的流動(dòng)速度有關(guān)與該介質(zhì)的流動(dòng)速度有關(guān)這現(xiàn)象。這

36、現(xiàn)象。 F F為超聲波發(fā)射換能器，為超聲波發(fā)射換能器，J J為為超聲波接收換能器。超聲波在順超聲波接收換能器。超聲波在順流中的傳播速度為流中的傳播速度為c+vc+v，逆流中的，逆流中的速度為速度為c-vc-v。顯而易見，超聲波在。顯而易見，超聲波在順流和逆流中的傳播速度差與介順流和逆流中的傳播速度差與介質(zhì)的流動(dòng)速度質(zhì)的流動(dòng)速度v v有關(guān)，測(cè)出這一傳有關(guān)，測(cè)出這一傳播速度差就可求得流速，進(jìn)而折播速度差就可求得流速，進(jìn)而折算為流量。算為流量。51 當(dāng)管道內(nèi)的介質(zhì)靜止時(shí)，超聲波當(dāng)管道內(nèi)的介質(zhì)靜止時(shí)，超聲波在管壁間的傳播軌跡為實(shí)線，其傳播在管壁間的傳播軌跡為實(shí)線，其傳播方向與管道軸線之間的夾角為方向與

37、管道軸線之間的夾角為，傳，傳播速度為聲速播速度為聲速c c。當(dāng)管道內(nèi)為平均流速。當(dāng)管道內(nèi)為平均流速v v的流體時(shí)，超聲波的傳播軌跡如虛線的流體時(shí)，超聲波的傳播軌跡如虛線所示。這時(shí)，超聲波傳播方向與管道所示。這時(shí)，超聲波傳播方向與管道軸線之間的夾角為軸線之間的夾角為，傳播速度，傳播速度c cv v為為v v和和c c的矢量和。通常，因?yàn)榈氖噶亢?。通常，因?yàn)閏 c v v，故可認(rèn)為故可認(rèn)為= = ，即傳播速度的大，即傳播速度的大小為小為 測(cè)量超聲波傳播速度差的方法測(cè)量超聲波傳播速度差的方法很多，很多，常用的有常用的有時(shí)間差法時(shí)間差法、相位差法相位差法和和頻率差頻率差法法，因此也就形成了所謂的，因此

38、也就形成了所謂的時(shí)間差法超時(shí)間差法超聲波流量計(jì)聲波流量計(jì)、相位差法超聲波流量計(jì)相位差法超聲波流量計(jì)和和頻率差法超聲波流量計(jì)等。頻率差法超聲波流量計(jì)等。52coscc超聲波在管壁間逆流傳播的速度大小為coscc與常規(guī)流量計(jì)相比，超聲波流量計(jì)具有以下特點(diǎn)：與常規(guī)流量計(jì)相比，超聲波流量計(jì)具有以下特點(diǎn)：1)1)非接觸測(cè)量，不擾動(dòng)流體的流動(dòng)狀態(tài)，不產(chǎn)生壓力損失。非接觸測(cè)量，不擾動(dòng)流體的流動(dòng)狀態(tài)，不產(chǎn)生壓力損失。2)2)不受被測(cè)介質(zhì)物理、化學(xué)特性不受被測(cè)介質(zhì)物理、化學(xué)特性( (如粘度、導(dǎo)電性等如粘度、導(dǎo)電性等) )的影響的影響3)3)輸出特性呈線性。輸出特性呈線性。53二、時(shí)間差法超聲波流量計(jì)設(shè)超聲波順流方向的傳播時(shí)間為設(shè)超聲波順流方向的傳播時(shí)間為t t1 1，逆流方向的傳播時(shí)間為，逆流方向的傳播時(shí)間為t t2 2，即有，即有1/sincosDtc2/sincosDtc2122cosDtttc 222cosc忽略了2tan2ctD2tan8VDcqAt54 在圖在圖8-168-16所示的測(cè)量系統(tǒng)中，主所示的測(cè)量系統(tǒng)中，主控振蕩器以一定的頻率控制切換器，控振蕩器以一定的頻率控制切換器，使安裝在管道兩側(cè)的兩個(gè)換能器以使