大連大學(xué)建筑環(huán)境測(cè)試技術(shù)12

1、2022-4-131建筑環(huán)境測(cè)試技術(shù)建筑環(huán)境測(cè)試技術(shù)2第第6 6章章 物位測(cè)量物位測(cè)量 P134P1342.2.浮力式物位檢測(cè)浮力式物位檢測(cè); ;1.1.靜壓式物位檢測(cè)靜壓式物位檢測(cè); ;3.3.電氣式物位檢測(cè)電氣式物位檢測(cè); ;4.4.聲學(xué)式（超聲波）物位檢測(cè)聲學(xué)式（超聲波）物位檢測(cè); ;5.5.射線式物位檢測(cè)。射線式物位檢測(cè)。原理！3差壓變送差壓變送器器差壓變送器作差壓變送器作用：將壓差信用：將壓差信號(hào)變成號(hào)變成標(biāo)準(zhǔn)電標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)流信號(hào)輸出。輸出。6.26.2靜壓式物位檢測(cè)靜壓式物位檢測(cè); ;46.3 6.3 浮力式物位檢測(cè)浮力式物位檢測(cè) P140一、恒浮力式物位檢測(cè)一、恒浮力式物位檢測(cè)5

2、二、變浮力式物位檢測(cè)二、變浮力式物位檢測(cè)xgACH 1. 1. 電容式液位計(jì)電容式液位計(jì) 電容式液位計(jì)利用電容式液位計(jì)利用液位高低液位高低變化變化影響影響電容器電容量大小電容器電容量大小的原理進(jìn)行測(cè)量。的原理進(jìn)行測(cè)量。HrRCln)(212 6.4 6.4 電氣式物位檢測(cè)電氣式物位檢測(cè) P1417用于連續(xù)測(cè)量的電阻式液位計(jì)用于連續(xù)測(cè)量的電阻式液位計(jì)原理圖原理圖1-電阻棒；2-絕緣套；3-測(cè)量電橋電阻式液位計(jì)的原理是電阻式液位計(jì)的原理是基于液位變化引起電極基于液位變化引起電極間電阻變化間電阻變化，由電阻變，由電阻變化反映液位情況化反映液位情況 2. 2. 電阻式液位計(jì)電阻式液位計(jì)83.3.電感式

3、液位計(jì)電感式液位計(jì) 電感式液位電感式液位計(jì)利用電磁感應(yīng)計(jì)利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象，現(xiàn)象，液位變化液位變化引起線圈電感變引起線圈電感變化化，感應(yīng)電流也，感應(yīng)電流也發(fā)生變化。發(fā)生變化。1、3-上下限線圈； 2-浮子96.5 6.5 聲學(xué)式物位檢測(cè)聲學(xué)式物位檢測(cè) 根據(jù)根據(jù)超聲波從發(fā)射到接收反射回波的時(shí)間間隔大小與超聲波從發(fā)射到接收反射回波的時(shí)間間隔大小與被測(cè)介質(zhì)高度成比例關(guān)系被測(cè)介質(zhì)高度成比例關(guān)系的原理，實(shí)現(xiàn)液位測(cè)量。的原理，實(shí)現(xiàn)液位測(cè)量。vtH21（6.5.1）10超聲波液位計(jì)超聲波液位計(jì)116.6 6.6 射線式物位檢測(cè)射線式物位檢測(cè)HeII0IIHlnln10 測(cè)液位測(cè)液位可通過(guò)測(cè)量射線在可通過(guò)測(cè)量射

4、線在穿過(guò)液體時(shí)強(qiáng)度穿過(guò)液體時(shí)強(qiáng)度的的變化量變化量來(lái)來(lái)實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)。 式中式中 吸收系數(shù)，條件固定時(shí)為常數(shù)。變形為：吸收系數(shù)，條件固定時(shí)為常數(shù)。變形為：(6.6.1)1213第第6 6章章 物位測(cè)量物位測(cè)量6.1 6.1 物位檢測(cè)的主要方法和分類物位檢測(cè)的主要方法和分類6.2 6.2 靜壓式物位檢測(cè)靜壓式物位檢測(cè)6.3 6.3 浮力式物位檢測(cè)浮力式物位檢測(cè)6.5 6.5 聲學(xué)式物位檢測(cè)聲學(xué)式物位檢測(cè)6.6 6.6 射線式物位檢測(cè)射線式物位檢測(cè)6.4 6.4 電氣式物位檢測(cè)電氣式物位檢測(cè)u 熟悉理解靜壓式、電容式、超聲波式物位檢測(cè)熟悉理解靜壓式、電容式、超聲波式物位檢測(cè)的檢測(cè)原理。的檢測(cè)原理。u 熟

5、練掌握靜壓式物位檢測(cè)的計(jì)算方法及量程遷熟練掌握靜壓式物位檢測(cè)的計(jì)算方法及量程遷移的方式、遷移量的計(jì)算。移的方式、遷移量的計(jì)算。14第第7 7章章 流速及流量測(cè)量流速及流量測(cè)量7.1 7.1 流速測(cè)量流速測(cè)量常用流速的測(cè)量方法（原理常用流速的測(cè)量方法（原理:簡(jiǎn)答題簡(jiǎn)答題） 機(jī)械方法機(jī)械方法 散熱率法散熱率法 動(dòng)力測(cè)壓法動(dòng)力測(cè)壓法 激光測(cè)速法激光測(cè)速法7.1.1、機(jī)械方法測(cè)量流速、機(jī)械方法測(cè)量流速 根據(jù)置于流體中的葉輪的根據(jù)置于流體中的葉輪的旋轉(zhuǎn)角速度旋轉(zhuǎn)角速度與流體的與流體的流流速成正比速成正比的原理來(lái)進(jìn)行流速測(cè)量的。的原理來(lái)進(jìn)行流速測(cè)量的。原理！15機(jī)械式風(fēng)速儀是利用葉輪測(cè)量流速的實(shí)例：機(jī)械式

6、風(fēng)速儀是利用葉輪測(cè)量流速的實(shí)例： 翼型和杯型翼型和杯型圖圖7.7.116177.1.2、散熱率法測(cè)量流速、散熱率法測(cè)量流速 散熱率法測(cè)量流速的原理，是將發(fā)熱的測(cè)速傳感器置于散熱率法測(cè)量流速的原理，是將發(fā)熱的測(cè)速傳感器置于被測(cè)流體中，利用發(fā)熱的測(cè)速傳感器的被測(cè)流體中，利用發(fā)熱的測(cè)速傳感器的散熱率散熱率與與流體流流體流速速成比例的特點(diǎn)，通過(guò)測(cè)定傳感器的散熱率來(lái)獲得流體成比例的特點(diǎn)，通過(guò)測(cè)定傳感器的散熱率來(lái)獲得流體的流速。的流速。 熱線風(fēng)速儀熱線風(fēng)速儀利用被加熱的金屬絲的熱量損失來(lái)測(cè)量利用被加熱的金屬絲的熱量損失來(lái)測(cè)量氣體流速的。氣體流速的。181920n工作原理：當(dāng)熱線探頭置于流場(chǎng)中時(shí)，流體對(duì)熱線

7、有冷工作原理：當(dāng)熱線探頭置于流場(chǎng)中時(shí)，流體對(duì)熱線有冷卻作用。當(dāng)熱線向流體卻作用。當(dāng)熱線向流體散熱達(dá)到平衡散熱達(dá)到平衡時(shí)，單位時(shí)間熱線時(shí)，單位時(shí)間熱線的發(fā)熱量的發(fā)熱量Q QR R與熱線對(duì)流體的放熱量與熱線對(duì)流體的放熱量Q Q平衡平衡，即即RQQ fT-熱線對(duì)流換熱系數(shù)；熱線對(duì)流換熱系數(shù)；wIwRwT F-流過(guò)熱線的電流；流過(guò)熱線的電流；-熱線的電阻；熱線的電阻；-熱線換熱面積；熱線換熱面積；-分別為熱線和分別為熱線和流體的溫度流體的溫度。)(fwTTFQ （7.1.2）（7.1.1）wwRRIQ2 （7.1.3）21)(2fwnfwwRRubaRRI 式中式中a a、b b皆為常數(shù)。皆為常數(shù)。

8、由傳熱學(xué)和流體力學(xué)知識(shí)推導(dǎo)得出熱線基本方程：由傳熱學(xué)和流體力學(xué)知識(shí)推導(dǎo)得出熱線基本方程： 只要固定只要固定電流或熱線電阻電流或熱線電阻兩個(gè)參數(shù)中的任何一個(gè)，兩個(gè)參數(shù)中的任何一個(gè)，就可以獲得流體速度與另一個(gè)參數(shù)的單值函數(shù)關(guān)系。按就可以獲得流體速度與另一個(gè)參數(shù)的單值函數(shù)關(guān)系。按照上式所示的熱線工作方式可以有兩種型式的熱線風(fēng)速照上式所示的熱線工作方式可以有兩種型式的熱線風(fēng)速儀，即儀，即恒流型恒流型和和恒溫型恒溫型兩種。兩種。-熱線在溫度為熱線在溫度為T(mén) Tf f時(shí)的電阻值。時(shí)的電阻值。fR流體速度是流過(guò)熱線的流體速度是流過(guò)熱線的電流和熱線電阻（熱線電流和熱線電阻（熱線溫度）的函數(shù)溫度）的函數(shù)（7.1

9、.6）22 如果在熱線工作過(guò)程中，人為地用一如果在熱線工作過(guò)程中，人為地用一恒值恒值電流對(duì)熱線加熱電流對(duì)熱線加熱，由于流體對(duì)熱線對(duì)流冷卻，由于流體對(duì)熱線對(duì)流冷卻，且且冷卻能力隨著流速的增大而加強(qiáng)冷卻能力隨著流速的增大而加強(qiáng)。當(dāng)流速呈。當(dāng)流速呈穩(wěn)態(tài)時(shí)，則可根據(jù)熱線電阻值的大小確定流體穩(wěn)態(tài)時(shí)，則可根據(jù)熱線電阻值的大小確定流體的速度。的速度。1. 恒流型熱線風(fēng)速儀恒流型熱線風(fēng)速儀 熱線電阻隨溫度變化。熱線電阻隨溫度變化。（7.1.7）fwnnfwRIubaubaRR2)()( 23電路簡(jiǎn)單電路簡(jiǎn)單wI電流一定，風(fēng)速越大，溫度越低。電流一定，風(fēng)速越大，溫度越低。 風(fēng)場(chǎng)fwnnfwRIubaubaRR2

10、)()( 變溫變阻狀態(tài)變溫變阻狀態(tài)下工作，敏感下工作，敏感原件易老化，原件易老化，穩(wěn)定性差。穩(wěn)定性差。242. 恒溫型熱線風(fēng)速儀恒溫型熱線風(fēng)速儀 如果在熱線工作過(guò)程中，始終如果在熱線工作過(guò)程中，始終保持熱線的溫度不保持熱線的溫度不變變，則可通過(guò)，則可通過(guò)測(cè)得流經(jīng)熱線的電流值來(lái)確定流體的測(cè)得流經(jīng)熱線的電流值來(lái)確定流體的速度速度。 恒溫風(fēng)速計(jì)的基本原理就是利用反饋電路使熱線溫恒溫風(fēng)速計(jì)的基本原理就是利用反饋電路使熱線溫度和電阻保持恒定。度和電阻保持恒定。 當(dāng)風(fēng)速增加當(dāng)風(fēng)速增加熱線變冷熱線變冷（探頭溫度降低）（探頭溫度降低） 熱敏熱敏電阻電阻R R增大增大電流降低電流降低 提高橋路電壓提高橋路電壓電

11、流電流增大增大 熱敏熱敏電阻電阻R R降低降低溫度基本恒定溫度基本恒定測(cè)量出測(cè)量出電壓電壓的變化即可反映風(fēng)速的變化。的變化即可反映風(fēng)速的變化。252() () nwwfwfwfwfIab uRRaaR RRRbbR R（7.1.8）（7.1.9）nBuAE 2圖7.1.3在實(shí)際測(cè)量電路中，測(cè)量的不是流經(jīng)電路的電流，而是惠斯在實(shí)際測(cè)量電路中，測(cè)量的不是流經(jīng)電路的電流，而是惠斯頓電橋的橋頂電壓。根據(jù)橋路電壓即可測(cè)出相應(yīng)風(fēng)速。頓電橋的橋頂電壓。根據(jù)橋路電壓即可測(cè)出相應(yīng)風(fēng)速。267.1.3、動(dòng)力測(cè)壓法測(cè)量流速、動(dòng)力測(cè)壓法測(cè)量流速 在靜止氣體中，由于不存在切向力，故這個(gè)力與所在靜止氣體中，由于不存在切向

12、力，故這個(gè)力與所取面積的方向無(wú)關(guān)，稱為取面積的方向無(wú)關(guān)，稱為靜壓力靜壓力。 對(duì)于運(yùn)動(dòng)流體而言，靜壓可用對(duì)于運(yùn)動(dòng)流體而言，靜壓可用垂直垂直于于流體運(yùn)動(dòng)方向流體運(yùn)動(dòng)方向單位面積上的作用力來(lái)衡量。單位面積上的作用力來(lái)衡量。 總壓力是指流體在總壓力是指流體在某點(diǎn)速度等熵滯止到零某點(diǎn)速度等熵滯止到零時(shí)所達(dá)到時(shí)所達(dá)到的壓力。的壓力。 總壓與靜壓之差稱為總壓與靜壓之差稱為動(dòng)壓動(dòng)壓。u幾個(gè)概念幾個(gè)概念27 臨界點(diǎn)臨界點(diǎn)(滯止壓力點(diǎn)滯止壓力點(diǎn)) 滯止壓力是指在沒(méi)有外力的作用下，流體速度絕熱地減速滯止壓力是指在沒(méi)有外力的作用下，流體速度絕熱地減速到零時(shí)所產(chǎn)生的壓力，此時(shí)，流體的全部動(dòng)能全部絕熱地到零時(shí)所產(chǎn)生的壓力

13、，此時(shí)，流體的全部動(dòng)能全部絕熱地轉(zhuǎn)變成壓力能。轉(zhuǎn)變成壓力能。 應(yīng)用動(dòng)力測(cè)壓法應(yīng)用動(dòng)力測(cè)壓法測(cè)量流速的壓力測(cè)量流速的壓力感受元件為感受元件為測(cè)壓測(cè)壓管。管。28 測(cè)壓管的基本測(cè)量原理是依據(jù)測(cè)壓管的基本測(cè)量原理是依據(jù)伯努利伯努利方程式方程式。 測(cè)壓管的測(cè)壓管的使用上限使用上限不超過(guò)相當(dāng)于馬赫數(shù)為不超過(guò)相當(dāng)于馬赫數(shù)為0.25時(shí)的時(shí)的流速。流速。 測(cè)壓管的測(cè)壓管的使用下限使用下限為被測(cè)量的流速在全壓孔直徑上為被測(cè)量的流速在全壓孔直徑上的雷諾數(shù)需超過(guò)的雷諾數(shù)需超過(guò)200。0 dpudu 根據(jù)一元穩(wěn)定流動(dòng)的微分方程式，可得：根據(jù)一元穩(wěn)定流動(dòng)的微分方程式，可得：（7.1.10）Pu -流體的總壓和靜壓；流體

14、的總壓和靜壓；- - 流體速度；流體速度；- - 流體密度。流體密度。292211222002222()upupCuppCuppPP 、0u -流體的總壓和靜壓；流體的總壓和靜壓；- - 流體速度；流體速度；- - 流體密度。流體密度。只要測(cè)得流體的總壓和靜只要測(cè)得流體的總壓和靜壓之差及流體密度，就可壓之差及流體密度，就可得出流體流動(dòng)速度得出流體流動(dòng)速度（7.1.11）（7.1.12）當(dāng)氣流速度較小時(shí)，考慮為不可壓縮流體，將上式積分當(dāng)氣流速度較小時(shí)，考慮為不可壓縮流體，將上式積分可得，即：可得，即：壓力與流速壓力與流速30202401(1)2242421ppuMkMppu對(duì)于可壓縮氣體有：對(duì)于

15、可壓縮氣體有：（7.1.137.1.13） Mk-氣體壓縮性修正系數(shù)；氣體壓縮性修正系數(shù)；- - 馬赫數(shù)；馬赫數(shù)；-氣體的絕熱指數(shù)氣體的絕熱指數(shù)。31測(cè)壓差的方法測(cè)壓差的方法（1）利用）利用總壓管總壓管、靜壓管靜壓管，分別測(cè)量流體的分別測(cè)量流體的總壓和靜壓總壓和靜壓，以確定以確定流體速度流體速度。（2）利用專門(mén)設(shè)計(jì)的）利用專門(mén)設(shè)計(jì)的復(fù)合測(cè)復(fù)合測(cè)壓管壓管，同時(shí)測(cè)量流體的，同時(shí)測(cè)量流體的總壓總壓和靜壓和靜壓（或兩者之差），以（或兩者之差），以確定流體速度。確定流體速度。由由測(cè)壓管、連接管和顯示或測(cè)壓管、連接管和顯示或記錄儀表記錄儀表三部分組成的測(cè)壓三部分組成的測(cè)壓系統(tǒng)，就可以測(cè)量流體的流系統(tǒng)，就可

16、以測(cè)量流體的流速。速。321. 流體總壓、靜壓的測(cè)量流體總壓、靜壓的測(cè)量(1) 流體總壓測(cè)量與測(cè)壓管流體總壓測(cè)量與測(cè)壓管測(cè)量流體總壓的總壓管在使用時(shí)，其感壓孔軸線測(cè)量流體總壓的總壓管在使用時(shí)，其感壓孔軸線應(yīng)對(duì)準(zhǔn)來(lái)流方向。應(yīng)對(duì)準(zhǔn)來(lái)流方向。希望總壓管對(duì)流動(dòng)方向越不敏感越好。希望總壓管對(duì)流動(dòng)方向越不敏感越好。33L形總壓管形總壓管 制造容易，使制造容易，使用安裝方便。用安裝方便。 它對(duì)流動(dòng)偏斜它對(duì)流動(dòng)偏斜角的靈敏性取角的靈敏性取決于壓力孔直決于壓力孔直徑與管子外徑徑與管子外徑之比以及總壓之比以及總壓管頭部的形狀。管頭部的形狀。圖圖7.1.434圓柱形總壓管圓柱形總壓管 可以制作得很小，慣可以制作得很

17、小，慣性不大，工藝性好，性不大，工藝性好，制造容易，使用方便。制造容易，使用方便。圖圖7.1.5 圓柱形總壓管圓柱形總壓管35套管式總壓管套管式總壓管 在馬赫數(shù)變化較大范在馬赫數(shù)變化較大范圍內(nèi)，它對(duì)流動(dòng)偏斜圍內(nèi)，它對(duì)流動(dòng)偏斜角的不靈敏度達(dá)到角的不靈敏度達(dá)到(4050)套管式總壓管套管式總壓管36（2）流體的靜壓測(cè)量與測(cè)壓管）流體的靜壓測(cè)量與測(cè)壓管u測(cè)量被繞流體表面上某點(diǎn)的壓力或流道壁面上流體測(cè)量被繞流體表面上某點(diǎn)的壓力或流道壁面上流體的壓力。的壓力。這時(shí)可利用在通道壁面或繞流物體表面開(kāi)這時(shí)可利用在通道壁面或繞流物體表面開(kāi)靜壓孔靜壓孔的的方法進(jìn)行測(cè)量。方法進(jìn)行測(cè)量。u確定流場(chǎng)中某點(diǎn)的壓力，也就是

18、確定流場(chǎng)中某點(diǎn)的壓力，也就是運(yùn)動(dòng)流體的壓力運(yùn)動(dòng)流體的壓力。這時(shí)可以利用尺寸較小具有一定形狀的測(cè)壓管插入流體這時(shí)可以利用尺寸較小具有一定形狀的測(cè)壓管插入流體中，進(jìn)行流體壓力測(cè)量。中，進(jìn)行流體壓力測(cè)量。L L形靜壓管、盤(pán)形靜壓管、套管形靜壓管形靜壓管、盤(pán)形靜壓管、套管形靜壓管需要測(cè)量平直流道內(nèi)的需要測(cè)量平直流道內(nèi)的流體靜壓流體靜壓時(shí)可采用在流道壁面開(kāi)時(shí)可采用在流道壁面開(kāi)靜壓孔的方法來(lái)測(cè)量。靜壓孔的方法來(lái)測(cè)量。37圖圖7.1.6 壁面靜壓測(cè)量壁面靜壓測(cè)量382. 畢托管畢托管分別分別采用總壓管和靜壓管測(cè)得流體的總壓和靜壓，然后采用總壓管和靜壓管測(cè)得流體的總壓和靜壓，然后利用公式計(jì)算得到流體速度利用公

19、式計(jì)算得到流體速度。缺點(diǎn)：不能同時(shí)測(cè)得某一點(diǎn)的流體的總壓和靜壓。缺點(diǎn)：不能同時(shí)測(cè)得某一點(diǎn)的流體的總壓和靜壓?？赏瑫r(shí)測(cè)得流體總壓和靜壓之差的復(fù)合測(cè)壓管稱為可同時(shí)測(cè)得流體總壓和靜壓之差的復(fù)合測(cè)壓管稱為畢托畢托管管（動(dòng)壓管、速度探針）。（動(dòng)壓管、速度探針）。l特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用、制造方便，價(jià)格便宜，堅(jiān)固特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用、制造方便，價(jià)格便宜，堅(jiān)固可靠，精度高?？煽浚雀?。l畢托管測(cè)量的是空間某點(diǎn)處的平均速度，它的頭部尺畢托管測(cè)量的是空間某點(diǎn)處的平均速度，它的頭部尺寸決定了它的空間分辨率寸決定了它的空間分辨率l根據(jù)所測(cè)量的流體性質(zhì)，將畢托管設(shè)計(jì)成不同的形狀，根據(jù)所測(cè)量的流體性質(zhì)，將畢托管設(shè)計(jì)成不

20、同的形狀，常用的有常用的有L形和形和T形。形。39（1）L形畢托管形畢托管)(20PPu 流體速度流體速度u - - 流體速度；流體速度；- - 流體密度。流體密度。式中式中0P， -流體的總壓和靜壓；流體的總壓和靜壓；P圖圖7.1.740（2）T形畢托管形畢托管)(20PPu 總壓靜壓來(lái)流方向敏感壁面、含塵、粘度大41測(cè)量流體測(cè)量流體總壓總壓測(cè)量流動(dòng)測(cè)量流動(dòng)方向方向 能同時(shí)測(cè)出流體的總壓及流速的大小和方向的測(cè)壓管稱為復(fù)合測(cè)能同時(shí)測(cè)出流體的總壓及流速的大小和方向的測(cè)壓管稱為復(fù)合測(cè)壓管。壓管。 在平面流場(chǎng)的測(cè)量中，常用二元復(fù)合測(cè)壓管測(cè)量流體的總壓、靜在平面流場(chǎng)的測(cè)量中，常用二元復(fù)合測(cè)壓管測(cè)量流體

21、的總壓、靜壓及流速的大小和方向。壓及流速的大小和方向。 圓柱形、管束形和楔形。圓柱形、管束形和楔形。3. 流動(dòng)方向的測(cè)量與復(fù)合測(cè)壓管流動(dòng)方向的測(cè)量與復(fù)合測(cè)壓管圖圖7.1.9 圓柱形復(fù)合測(cè)壓管圓柱形復(fù)合測(cè)壓管42 當(dāng)光源和反射體或散射體之間存在相對(duì)當(dāng)光源和反射體或散射體之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收到的聲波頻率與入射聲波運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收到的聲波頻率與入射聲波頻率存在差別的現(xiàn)象稱頻率存在差別的現(xiàn)象稱光學(xué)多普勒效應(yīng)光學(xué)多普勒效應(yīng)，是奧地利學(xué)者多普勒于是奧地利學(xué)者多普勒于18421842年發(fā)現(xiàn)。年發(fā)現(xiàn)。 當(dāng)單色光束入射到當(dāng)單色光束入射到運(yùn)動(dòng)體運(yùn)動(dòng)體上某點(diǎn)時(shí)，光上某點(diǎn)時(shí)，光波在該點(diǎn)被運(yùn)動(dòng)體散射，散射光頻率與波在該

22、點(diǎn)被運(yùn)動(dòng)體散射，散射光頻率與入射光頻率相比，產(chǎn)生了正比于物體運(yùn)入射光頻率相比，產(chǎn)生了正比于物體運(yùn)動(dòng)速度的頻率偏移，稱動(dòng)速度的頻率偏移，稱多普勒頻移多普勒頻移。 激光測(cè)速的激光測(cè)速的原理原理：是測(cè)量通過(guò)激光束的：是測(cè)量通過(guò)激光束的示蹤粒子示蹤粒子的多普勒信號(hào)，再根據(jù)速度與的多普勒信號(hào)，再根據(jù)速度與多普勒頻率的關(guān)系得到粒子速度。測(cè)得多普勒頻率的關(guān)系得到粒子速度。測(cè)得了粒子的速度，也就是流體流動(dòng)的速度。了粒子的速度，也就是流體流動(dòng)的速度。7.1.47.1.4、激光多普勒測(cè)速技術(shù)、激光多普勒測(cè)速技術(shù)非接觸測(cè)量技術(shù)非接觸測(cè)量技術(shù) P155P15516.8W/套43(7.1.15)(7.1.15) 激光多

23、普勒測(cè)速光學(xué)布置有參考光模式、單光束模式和激光多普勒測(cè)速光學(xué)布置有參考光模式、單光束模式和雙光束模式三種雙光束模式三種。)(200eeufsDDf0ese0 -粒子散射光在光速方向的向量；-多普勒頻移；-粒子散射光相對(duì)于接收器方向的向量；-光源在真空中的波長(zhǎng)。 測(cè)速原理是利用隨流體運(yùn)動(dòng)的微粒散射光的多普勒效應(yīng)測(cè)速原理是利用隨流體運(yùn)動(dòng)的微粒散射光的多普勒效應(yīng)來(lái)獲得速度的信息。分析可知多普勒頻移關(guān)系式為：來(lái)獲得速度的信息。分析可知多普勒頻移關(guān)系式為： 粒子在空氣中運(yùn)動(dòng)時(shí)，當(dāng)光源、運(yùn)動(dòng)粒子和光接收器三粒子在空氣中運(yùn)動(dòng)時(shí)，當(dāng)光源、運(yùn)動(dòng)粒子和光接收器三者之間的相對(duì)位置固定時(shí)，就可以從檢測(cè)到的頻移確定粒子

24、者之間的相對(duì)位置固定時(shí)，就可以從檢測(cè)到的頻移確定粒子的速度，也就是流體流動(dòng)的速度。的速度，也就是流體流動(dòng)的速度。44VPII光源光源;S;S光接收器光接收器;M;M反射鏡反射鏡;F;F分光鏡分光鏡;L;L透鏡透鏡;N;N光欄光欄圖7.1.12 雙光束雙散射模式光路系統(tǒng)I IS SM MF FL LN N 來(lái)自光源來(lái)自光源I I的一束激光被分光鏡的一束激光被分光鏡F F和反射鏡和反射鏡M M分為兩束相同分為兩束相同的光束，經(jīng)透鏡的光束，經(jīng)透鏡L L聚焦于測(cè)量點(diǎn)聚焦于測(cè)量點(diǎn)P P。流經(jīng)測(cè)量點(diǎn)的粒子接受兩。流經(jīng)測(cè)量點(diǎn)的粒子接受兩個(gè)方向的相同的入射光照射后，向四周發(fā)出散射光。散射光個(gè)方向的相同的入射光

25、照射后，向四周發(fā)出散射光。散射光經(jīng)接收光欄經(jīng)接收光欄N N及接收透鏡后，匯聚到光檢測(cè)器上，光檢測(cè)器及接收透鏡后，匯聚到光檢測(cè)器上，光檢測(cè)器將接收到的光信號(hào)（將接收到的光信號(hào)（多普勒頻移多普勒頻移）轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳輸給信號(hào)）轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳輸給信號(hào)處理系統(tǒng)。處理系統(tǒng)。（P156）45221光源光接收器透鏡接收透鏡平面鏡分光鏡 激光器激光器1 1發(fā)射出來(lái)的單色平行光經(jīng)發(fā)射出來(lái)的單色平行光經(jīng)聚焦透鏡聚焦透鏡2 2聚焦到聚焦到被測(cè)流被測(cè)流體區(qū)域內(nèi)體區(qū)域內(nèi)，運(yùn)動(dòng)粒子運(yùn)動(dòng)粒子使一部分激光散射，散射光與未散光之使一部分激光散射，散射光與未散光之間發(fā)生間發(fā)生頻移頻移。散射光與未散射光分別由兩個(gè)。散射光與未散射光分

26、別由兩個(gè)接收透鏡接收透鏡3 3和和4 4接接收，再經(jīng)收，再經(jīng)平面鏡平面鏡5 5和分光鏡和分光鏡6 6重合后，在重合后，在光電倍增管光電倍增管7 7中疊加中疊加產(chǎn)生頻差，光電倍增管將輸出一個(gè)與頻差產(chǎn)生頻差，光電倍增管將輸出一個(gè)與頻差f f 相關(guān)的交流相關(guān)的交流信號(hào)；對(duì)這個(gè)頻差信信號(hào)；對(duì)這個(gè)頻差信號(hào)進(jìn)行處理，即可獲號(hào)進(jìn)行處理，即可獲得運(yùn)動(dòng)粒子的流速得運(yùn)動(dòng)粒子的流速u u。即流體的流速。即流體的流速。 46處理器處理器激光器激光器發(fā)射器發(fā)射器接受透鏡接受透鏡光電倍增管光電倍增管 測(cè)量系統(tǒng)包括激光器、激光耦合器、信號(hào)處理器、數(shù)據(jù)處測(cè)量系統(tǒng)包括激光器、激光耦合器、信號(hào)處理器、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)以及激光發(fā)射和接

27、收器等。一般情況下，它的測(cè)速理系統(tǒng)以及激光發(fā)射和接收器等。一般情況下，它的測(cè)速范圍是范圍是-90-90283m/s283m/s，可測(cè)粒徑范圍是，可測(cè)粒徑范圍是0.50.59090m m，此范圍，此范圍還可通過(guò)更換發(fā)射鏡頭加以擴(kuò)大。還可通過(guò)更換發(fā)射鏡頭加以擴(kuò)大。 利用多普勒效應(yīng)制成的儀器有激光多普勒測(cè)量?jī)x、超聲多利用多普勒效應(yīng)制成的儀器有激光多普勒測(cè)量?jī)x、超聲多普勒測(cè)量?jī)x等，具普勒測(cè)量?jī)x等，具有精度高、非接觸、有精度高、非接觸、不擾亂流場(chǎng)、響應(yīng)不擾亂流場(chǎng)、響應(yīng)快、空間分辨率高、使用方便的特點(diǎn)，廣泛用于流速測(cè)量、快、空間分辨率高、使用方便的特點(diǎn)，廣泛用于流速測(cè)量、工業(yè)中鋼板、鋁材測(cè)量、醫(yī)學(xué)中血液循

28、環(huán)監(jiān)測(cè)、醫(yī)學(xué)診斷工業(yè)中鋼板、鋁材測(cè)量、醫(yī)學(xué)中血液循環(huán)監(jiān)測(cè)、醫(yī)學(xué)診斷等。等。47 多普勒聲納一般安裝在船體底部，由一個(gè)發(fā)射器和一個(gè)接收器組多普勒聲納一般安裝在船體底部，由一個(gè)發(fā)射器和一個(gè)接收器組成，發(fā)射器沿著固定的傾角成，發(fā)射器沿著固定的傾角斜向海底發(fā)射一束超聲波。該束超聲波斜向海底發(fā)射一束超聲波。該束超聲波在海底漫反射，其中必有一定強(qiáng)度的波沿在海底漫反射，其中必有一定強(qiáng)度的波沿POPO方向反射回接收器。由于方向反射回接收器。由于超聲波在水中的傳播速度（約超聲波在水中的傳播速度（約1500m1500ms-1s-1）大大超過(guò)船舶前進(jìn)的速度，）大大超過(guò)船舶前進(jìn)的速度，所以在超聲波沿所以在超聲波沿OP

29、OP方向來(lái)回傳播期間船舶前進(jìn)的距離是很小的，利用方向來(lái)回傳播期間船舶前進(jìn)的距離是很小的，利用多普勒頻移原理可測(cè)出船舶前進(jìn)的速度。多普勒頻移原理可測(cè)出船舶前進(jìn)的速度。487.2 7.2 流速測(cè)量?jī)x表的校準(zhǔn)流速測(cè)量?jī)x表的校準(zhǔn) P156P156風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室。風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室。小結(jié)：熟練掌握常用機(jī)械法、散熱率法、動(dòng)力測(cè)小結(jié)：熟練掌握常用機(jī)械法、散熱率法、動(dòng)力測(cè)壓法測(cè)量流速的測(cè)量方法和工作原理。壓法測(cè)量流速的測(cè)量方法和工作原理。L形畢托管：形畢托管：)(20PPu 497.3 7.3 流量測(cè)量方法和分類流量測(cè)量方法和分類u流量流量流體在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)管道或設(shè)備某橫流體在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)管道或設(shè)備某橫 截面處的數(shù)量

30、。截面處的數(shù)量。l體積流量體積流量q qv v 用流體的體積來(lái)表示，單位為用流體的體積來(lái)表示，單位為m m3 3/h/h。l質(zhì)量流量質(zhì)量流量q qm m 用流量的質(zhì)量來(lái)表示，單位為用流量的質(zhì)量來(lái)表示，單位為kg/hkg/h。u常用流量表示方法：常用流量表示方法：50u瞬時(shí)流量和累積流量瞬時(shí)流量和累積流量瞬時(shí)流量瞬時(shí)流量在單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)管道或明渠某一截在單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)管道或明渠某一截 面的流體的量。面的流體的量。累積流量累積流量在某一時(shí)間間隔內(nèi)流體通過(guò)的總量。在某一時(shí)間間隔內(nèi)流體通過(guò)的總量。 該總量可以用在該段時(shí)間間隔內(nèi)的瞬該總量可以用在該段時(shí)間間隔內(nèi)的瞬 時(shí)流量對(duì)時(shí)間的積分而得到，所以也時(shí)流量

31、對(duì)時(shí)間的積分而得到，所以也 叫積分流量。叫積分流量。u累積流量除以流體流過(guò)的時(shí)間間隔，為累積流量除以流體流過(guò)的時(shí)間間隔，為平均流量。平均流量。 質(zhì)量流量和體積流量關(guān)系：質(zhì)量流量和體積流量關(guān)系：vmqq 51（1 1）速度法速度法測(cè)出管道內(nèi)的測(cè)出管道內(nèi)的平均流速平均流速，再乘以管道，再乘以管道截面積截面積求得流求得流體的體的體積流量體積流量。 較寬的使用條件，可用于各種工況下流體的流量檢測(cè)。利用平均較寬的使用條件，可用于各種工況下流體的流量檢測(cè)。利用平均流速計(jì)算流量，管路條件影響大，流動(dòng)產(chǎn)生渦流以及截面上流速分布流速計(jì)算流量，管路條件影響大，流動(dòng)產(chǎn)生渦流以及截面上流速分布不對(duì)稱等都會(huì)帶來(lái)測(cè)量誤差

32、。不對(duì)稱等都會(huì)帶來(lái)測(cè)量誤差。 （2 2）容積法容積法單位時(shí)間單位時(shí)間內(nèi)以內(nèi)以標(biāo)準(zhǔn)固定體積標(biāo)準(zhǔn)固定體積對(duì)流動(dòng)介質(zhì)對(duì)流動(dòng)介質(zhì)連續(xù)連續(xù)不斷地不斷地進(jìn)行度量，以排出進(jìn)行度量，以排出流體固定容積數(shù)流體固定容積數(shù)來(lái)計(jì)算流量。來(lái)計(jì)算流量。 受流體的流動(dòng)狀態(tài)影響小，適用于測(cè)量高粘度、低雷諾數(shù)的流體。受流體的流動(dòng)狀態(tài)影響小，適用于測(cè)量高粘度、低雷諾數(shù)的流體。（3 3）通過(guò)直接或間接的方法測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)管道截面的流體質(zhì)）通過(guò)直接或間接的方法測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)管道截面的流體質(zhì)量數(shù)。量數(shù)。 u流量測(cè)量方法流量測(cè)量方法通常有三種：通常有三種：527.4 7.4 差壓式流量測(cè)量方法及測(cè)量?jī)x表差壓式流量測(cè)量方法及測(cè)量?jī)x

33、表 P161 P161 u差壓式流量測(cè)量方法，根據(jù)差壓式流量測(cè)量方法，根據(jù)伯努利方程伯努利方程提供的基本原理，提供的基本原理，通過(guò)測(cè)量通過(guò)測(cè)量流體差壓信號(hào)流體差壓信號(hào)來(lái)來(lái)反映流體流量反映流體流量的測(cè)量方法。的測(cè)量方法。7.4.1、利用畢托管測(cè)量流量、利用畢托管測(cè)量流量inivuNFq 1流體的體積流量為：流體的體積流量為：(7.4.1)流體的質(zhì)量流量為：流體的質(zhì)量流量為： vmqq畢托管測(cè)量的是管道內(nèi)畢托管測(cè)量的是管道內(nèi) 的流速。的流速。某一點(diǎn)某一點(diǎn)管道截面積管道截面積管道截面等分?jǐn)?shù)管道截面等分?jǐn)?shù)平均流速平均流速53獲得管道內(nèi)的獲得管道內(nèi)的平均流速平均流速的方法的方法P162。圖圖7.4.17

34、.4.1圖圖7.4.27.4.2管道內(nèi)速度分布管道內(nèi)速度分布547.4.2、差壓式流量計(jì)！、差壓式流量計(jì)！u差壓式流量計(jì)是由將被測(cè)流體的差壓式流量計(jì)是由將被測(cè)流體的流量流量轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換成壓差壓差信號(hào)的信號(hào)的節(jié)流裝置節(jié)流裝置、壓力信號(hào)傳輸管道、壓力信號(hào)傳輸管道和用來(lái)測(cè)量差壓的和用來(lái)測(cè)量差壓的差壓計(jì)差壓計(jì)組成。組成。u常用節(jié)流裝置常用節(jié)流裝置: l 標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)孔板孔板(雙重孔板、圓缺孔板、雙斜孔板雙重孔板、圓缺孔板、雙斜孔板);l 噴嘴噴嘴;l 文丘利噴嘴文丘利噴嘴;l 文丘利管文丘利管。55圖圖7.4.37.4.3前后產(chǎn)生壓力差！前后產(chǎn)生壓力差！檢測(cè)原理檢測(cè)原理：當(dāng)充滿圓管的流體流經(jīng)在管道內(nèi)部安裝的

35、節(jié)流：當(dāng)充滿圓管的流體流經(jīng)在管道內(nèi)部安裝的節(jié)流裝置時(shí)，流束將在節(jié)流件處形成裝置時(shí)，流束將在節(jié)流件處形成局部收縮，使流速增大，局部收縮，使流速增大，靜壓力靜壓力降低降低，于是在，于是在節(jié)流件前后產(chǎn)生壓力差節(jié)流件前后產(chǎn)生壓力差。流體流量愈。流體流量愈大，產(chǎn)生壓差愈大，這樣可依據(jù)差壓計(jì)檢出的壓差來(lái)衡量大，產(chǎn)生壓差愈大，這樣可依據(jù)差壓計(jì)檢出的壓差來(lái)衡量流量的大小。流量的大小。56P壓力損失壓力損失孔板前后靜孔板前后靜壓力壓力流速流速圖圖7.4.47.4.457 推導(dǎo)過(guò)程見(jiàn)（推導(dǎo)過(guò)程見(jiàn)（7.4.4）（7.4.7）式，則有）式，則有：式中式中 -節(jié)流元件的流量系數(shù)節(jié)流元件的流量系數(shù); ; - -流束膨脹系

36、數(shù)流束膨脹系數(shù); ; d- d-節(jié)流裝置的開(kāi)孔直徑節(jié)流裝置的開(kāi)孔直徑; ; 1 1-節(jié)流元件上游處流體密度節(jié)流元件上游處流體密度; ; - -節(jié)流裝置前后實(shí)際測(cè)得的壓力差節(jié)流裝置前后實(shí)際測(cè)得的壓力差. .1. 差壓式流量計(jì)差壓式流量計(jì)工作原理工作原理及流量基本公式及流量基本公式理論基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)：流體：流體連續(xù)性方程連續(xù)性方程（質(zhì)量守恒定律）和（質(zhì)量守恒定律）和伯努利方伯努利方程程（能量守恒定律）。（能量守恒定律）。（7.4.8）Pdqm 1224 58Pdqv 1224 流體的體積流量為：流體的體積流量為：適用于可壓縮流體及不可壓縮流體。適用于可壓縮流體及不可壓縮流體。Pdqm 1224 流量

37、系數(shù)與節(jié)流元件的形式、取壓方式、孔徑比、流量系數(shù)與節(jié)流元件的形式、取壓方式、孔徑比、流體的流動(dòng)狀態(tài)（雷諾數(shù)）等因素有關(guān)。流體的流動(dòng)狀態(tài)（雷諾數(shù)）等因素有關(guān)。流量流量與與壓力差壓力差的的平方根平方根成正比成正比! 恒截面、變壓差式流量計(jì)恒截面、變壓差式流量計(jì)59 取壓方式 環(huán)室取壓環(huán)室取壓 單獨(dú)鉆孔取壓?jiǎn)为?dú)鉆孔取壓 法蘭取壓法蘭取壓 標(biāo)準(zhǔn)噴嘴取壓方式標(biāo)準(zhǔn)噴嘴取壓方式 標(biāo)準(zhǔn)孔板的幾種取壓方式標(biāo)準(zhǔn)孔板的幾種取壓方式 標(biāo)準(zhǔn)孔板可采用角接取壓、法蘭取壓標(biāo)準(zhǔn)孔板可采用角接取壓、法蘭取壓 標(biāo)準(zhǔn)噴嘴采用角接取壓標(biāo)準(zhǔn)噴嘴采用角接取壓2.標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的取壓標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的取壓(P)方式：方式：60l 儀表性能方面儀

38、表性能方面(1) (1) 精確度、重復(fù)性、線性度、流量范圍；精確度、重復(fù)性、線性度、流量范圍； 壓力損失。壓力損失。l 流體特性方面流體特性方面 流體物性參數(shù)的確定流體物性參數(shù)的確定流體條件流體條件 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置只適用于測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置只適用于測(cè)量圓形截面管道圓形截面管道中的中的單相單相、均質(zhì)流體均質(zhì)流體的流量，流體應(yīng)充滿管道并作連續(xù)、穩(wěn)定流動(dòng)，的流量，流體應(yīng)充滿管道并作連續(xù)、穩(wěn)定流動(dòng)，流速小于音速。流速小于音速。 流體在流過(guò)節(jié)流元件前應(yīng)是充分發(fā)展的流體在流過(guò)節(jié)流元件前應(yīng)是充分發(fā)展的紊流紊流。 (2)(2)流體的腐蝕、磨蝕、結(jié)垢、臟污等。流體的腐蝕、磨蝕、結(jié)垢、臟污等。3.選用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置考慮

39、要點(diǎn)選用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置考慮要點(diǎn) P166P16661l 安裝條件方面安裝條件方面管道條件管道條件 流件前后有必要直管段長(zhǎng)度流件前后有必要直管段長(zhǎng)度 。l 環(huán)境條件方面環(huán)境條件方面 引壓管線、環(huán)境溫度等。引壓管線、環(huán)境溫度等。 節(jié)流裝置不能反向安裝！節(jié)流裝置不能反向安裝！62 雙波紋管差壓計(jì)；雙波紋管差壓計(jì)； 膜盒式差壓計(jì)等。膜盒式差壓計(jì)等。 差壓式流量測(cè)量系統(tǒng)組成差壓式流量測(cè)量系統(tǒng)組成節(jié)流裝置節(jié)流裝置：安裝于管道中產(chǎn)生差壓，節(jié)流件前后差壓與流量成開(kāi)方：安裝于管道中產(chǎn)生差壓，節(jié)流件前后差壓與流量成開(kāi)方關(guān)系。關(guān)系。引壓導(dǎo)管引壓導(dǎo)管：取節(jié)流裝置前后產(chǎn)生的差壓，傳送給差壓變送器。：取節(jié)流裝置前后產(chǎn)生的差

40、壓，傳送給差壓變送器。差壓變送器差壓變送器：產(chǎn)生的差壓轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)（：產(chǎn)生的差壓轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)（4-20mA4-20mA）。）。4. 4. 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的配套儀表標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的配套儀表63 配配u u型管液柱式差壓計(jì)型管液柱式差壓計(jì) 注意注意u u型管液柱和流量的變化！型管液柱和流量的變化！64配差壓式流量測(cè)量系統(tǒng)配差壓式流量測(cè)量系統(tǒng) 節(jié)流裝置節(jié)流裝置引壓管引壓管差壓變差壓變送器送器節(jié)流裝置節(jié)流裝置1P2P1P2P圖圖7.4.77.4.765孔板流量計(jì)能量損耗較大，文丘里流量計(jì)如圖所示。孔板流量計(jì)能量損耗較大，文丘里流量計(jì)如圖所示。7.4.3、其他差壓式流量計(jì)、其他差壓式流量計(jì)66轉(zhuǎn)子流

41、量計(jì)主要由轉(zhuǎn)子流量計(jì)主要由轉(zhuǎn)子（浮子）、轉(zhuǎn)子（浮子）、帶刻度線的帶刻度線的錐形管錐形管及支撐連接部及支撐連接部分分組成。組成。從轉(zhuǎn)子的懸浮高度直接讀取流從轉(zhuǎn)子的懸浮高度直接讀取流量數(shù)值。量數(shù)值。1. 1. 轉(zhuǎn)子流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)67 轉(zhuǎn)子采用轉(zhuǎn)子采用不銹鋼、銅及塑料不銹鋼、銅及塑料等各種抗腐蝕材料制成，適用等各種抗腐蝕材料制成，適用于中小流量的測(cè)定，耐壓在于中小流量的測(cè)定，耐壓在 300400 kPa范圍。范圍。 68應(yīng)用改變流通面積的方法檢測(cè)流量應(yīng)用改變流通面積的方法檢測(cè)流量 變面積式測(cè)量方法示意圖變面積式測(cè)量方法示意圖 檢測(cè)原理檢測(cè)原理錐形管錐形管-由下往上逐漸擴(kuò)大管由下往上逐漸擴(kuò)大管轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)

42、子-阻力件阻力件 當(dāng)流體自下而上流經(jīng)當(dāng)流體自下而上流經(jīng)錐形管與轉(zhuǎn)子之間的錐形管與轉(zhuǎn)子之間的環(huán)形環(huán)形流通面積流通面積時(shí)，由于受到流時(shí)，由于受到流體的沖擊，轉(zhuǎn)子便要向上體的沖擊，轉(zhuǎn)子便要向上運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)。 69分析可知，轉(zhuǎn)子與玻璃管環(huán)隙的流通面積為分析可知，轉(zhuǎn)子與玻璃管環(huán)隙的流通面積為 ：)44(42200hnnhdF （7.4.12）式中式中 n n錐形管的錐度，一般較小；錐形管的錐度，一般較??； d d0 0轉(zhuǎn)子直徑。轉(zhuǎn)子直徑。htgDdhho 202020202020)2(4)2(4)(4dhnddhtgddDF 0F70式中式中 F F0 0轉(zhuǎn)子與玻璃管環(huán)隙的面積，轉(zhuǎn)子與玻璃管環(huán)隙的面積，m

43、 m2 2 q qV V流體的體積流量，流體的體積流量，m m3 3/s/sPFqv 20根據(jù)柏努利方程導(dǎo)出流量公式為：根據(jù)柏努利方程導(dǎo)出流量公式為：（7.4.11）nhdhnnhdF02200)( 由于由于n n很小，故有：很小，故有：)()44(42202200hnnhdhnnhdF 71 作用在轉(zhuǎn)子上的壓差力（向上沖力）等于轉(zhuǎn)子本身垂作用在轉(zhuǎn)子上的壓差力（向上沖力）等于轉(zhuǎn)子本身垂直向下的重力和流體對(duì)轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的垂直向上的浮力之和。直向下的重力和流體對(duì)轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的垂直向上的浮力之和。 gVpFfff)( （7.4.13）fffFgVp)( 即：即： 當(dāng)轉(zhuǎn)子的上升力等于轉(zhuǎn)子的凈重力時(shí)，轉(zhuǎn)子在

44、流體中當(dāng)轉(zhuǎn)子的上升力等于轉(zhuǎn)子的凈重力時(shí)，轉(zhuǎn)子在流體中處于平衡狀態(tài)。處于平衡狀態(tài)。gVff 轉(zhuǎn)子的重力轉(zhuǎn)子的重力 gVf 流體的浮力流體的浮力 72PFqv 20fffFgVp)( 將將代入代入fffvFgVFq )(20 得：得：nhdF00 由于：由于：代入上式得：代入上式得：fffvFgVnhdq )(20 （7.4.14）可見(jiàn)：可見(jiàn)：hqv 73轉(zhuǎn)子流量計(jì)特點(diǎn)：轉(zhuǎn)子流量計(jì)特點(diǎn)：恒壓差、變截面式流量計(jì)。恒壓差、變截面式流量計(jì)?？潭葥Q算刻度換算u儀表出廠前標(biāo)定儀表出廠前標(biāo)定u條件：條件：溫度溫度20 20 ，壓力，壓力0.10133MPa0.10133MPa； 液體：水（液體：水（ 1000

45、kg/m1000kg/m3 3 ），）， 氣體：空氣（氣體：空氣（ 1.2kg/m1.2kg/m3 3） 垂直安裝；垂直安裝；74 轉(zhuǎn)子流量計(jì)指示值修正轉(zhuǎn)子流量計(jì)指示值修正液體流量的修正液體流量的修正kqqffvv )()(氣體流量的修正氣體流量的修正 01010101QTPTPQ 修改量程修改量程 fffvvFgVkhkqq )(2 vvqq 、-分別為修正前和修正后的流量；分別為修正前和修正后的流量；f -分別為標(biāo)定流體和實(shí)際流體密度；分別為標(biāo)定流體和實(shí)際流體密度； 、-轉(zhuǎn)子材料密度；轉(zhuǎn)子材料密度；75幾種流量計(jì)特點(diǎn)流量計(jì)流量計(jì)測(cè)速管測(cè)速管 孔板流量計(jì)孔板流量計(jì)文丘里文丘里流量計(jì)流量計(jì)轉(zhuǎn)子

46、流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)目的量目的量點(diǎn)速度點(diǎn)速度平均速度平均速度平均速度平均速度平均速度平均速度特征特征_變壓差變壓差變壓差變壓差變流通截面變流通截面基本公基本公式式系數(shù)系數(shù)C0.9810.60.70.9810.98 PPCu 02762. 2. 動(dòng)壓平均管動(dòng)壓平均管-笛形管笛形管圖圖7.4.137.4.13基于畢托管DPFuFqv2777.5 7.5 葉輪式流量計(jì)葉輪式流量計(jì)7.5.1、水表、水表 切線流葉輪式、豎式葉輪式、軸流式葉輪式；切線流葉輪式、豎式葉輪式、軸流式葉輪式； 濕式水表、干式水表。濕式水表、干式水表。圖圖7.5.17.5.1787.5.2、渦輪流量計(jì)、渦輪流量計(jì)流量流量渦輪轉(zhuǎn)速渦輪

47、轉(zhuǎn)速磁電轉(zhuǎn)換器計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)磁電轉(zhuǎn)換器計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù) 轉(zhuǎn)換顯示出流量轉(zhuǎn)換顯示出流量圖圖7.5.37.5.3主要應(yīng)用，廣泛79rtgvzznzf 220 磁電轉(zhuǎn)換器檢測(cè)線圈感應(yīng)出的脈沖信號(hào)頻率為：磁電轉(zhuǎn)換器檢測(cè)線圈感應(yīng)出的脈沖信號(hào)頻率為：式中式中 n n渦輪轉(zhuǎn)速；渦輪轉(zhuǎn)速； z z渦輪葉片數(shù)。渦輪葉片數(shù)。0vFqv 流通截面積為流通截面積為F的管道內(nèi)流體的的管道內(nèi)流體的體積流量體積流量為：為：vqrFztgf 2 8081 渦輪流量計(jì)變送器必須渦輪流量計(jì)變送器必須水平安裝；水平安裝； P174827.6 7.6 電磁流量計(jì)電磁流量計(jì) 電磁流量計(jì)是根據(jù)電磁流量計(jì)是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律法拉第電磁感應(yīng)定

48、律研制出的研制出的一種測(cè)量一種測(cè)量導(dǎo)電液體體積流量導(dǎo)電液體體積流量的儀表。的儀表。 法拉第電磁感應(yīng)定律法拉第電磁感應(yīng)定律說(shuō)明，當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中切割說(shuō)明，當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中切割磁力線時(shí)，將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。該電動(dòng)勢(shì)的大小與磁感應(yīng)磁力線時(shí)，將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。該電動(dòng)勢(shì)的大小與磁感應(yīng)強(qiáng)度強(qiáng)度B，磁場(chǎng)中做垂直切割磁力線方向運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體長(zhǎng)，磁場(chǎng)中做垂直切割磁力線方向運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體長(zhǎng)度度L和導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做垂直切割磁力線方向運(yùn)動(dòng)的速和導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做垂直切割磁力線方向運(yùn)動(dòng)的速度度v成正比。成正比。 P17583vLvBe （7.6.1） 檢測(cè)原理檢測(cè)原理 磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度B，導(dǎo)體長(zhǎng)度，導(dǎo)體長(zhǎng)度L和運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)速度v三者互相垂三

49、者互相垂直時(shí)，感生電動(dòng)勢(shì)直時(shí)，感生電動(dòng)勢(shì)e的大小為：的大小為：圖圖7.6.17.6.1圖圖7.6.27.6.2BV84D 由圖可知，將切割磁力線導(dǎo)體長(zhǎng)度近似取為液柱由圖可知，將切割磁力線導(dǎo)體長(zhǎng)度近似取為液柱直徑直徑D，液體平均流速近似作為導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)的速度液體平均流速近似作為導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)的速度v，可得：可得： VBDe （7.6.2）則導(dǎo)電液體體積流量為：則導(dǎo)電液體體積流量為：eBDVAqv4 V85特點(diǎn)：特點(diǎn)：使用電磁流量計(jì)的前提是，被測(cè)流體必須是導(dǎo)電的。使用電磁流量計(jì)的前提是，被測(cè)流體必須是導(dǎo)電的。86 當(dāng)超聲波在流體中傳播時(shí)，會(huì)載帶流體流速的信息。當(dāng)超聲波在流體中傳播時(shí)，會(huì)載帶流體流速的信息。因

50、此，根據(jù)對(duì)接收到的超聲波信號(hào)進(jìn)行分析計(jì)算，可因此，根據(jù)對(duì)接收到的超聲波信號(hào)進(jìn)行分析計(jì)算，可以檢測(cè)到流體的流速，進(jìn)而可以得到流量值。以檢測(cè)到流體的流速，進(jìn)而可以得到流量值。7.7 7.7 超聲波流量計(jì)超聲波流量計(jì) 利用利用超聲波在流體中的傳播速度會(huì)隨被測(cè)流體流速而超聲波在流體中的傳播速度會(huì)隨被測(cè)流體流速而變化變化的特點(diǎn)而發(fā)展起來(lái)的新型流量測(cè)量?jī)x表。的特點(diǎn)而發(fā)展起來(lái)的新型流量測(cè)量?jī)x表。 超聲波流量測(cè)量方法有很多，根據(jù)測(cè)量的物理量超聲波流量測(cè)量方法有很多，根據(jù)測(cè)量的物理量的不同，分的不同，分時(shí)差法時(shí)差法、相差法相差法、頻差法頻差法和和多普勒多普勒方法等。方法等。超聲波流量計(jì)超聲波流量計(jì) P17687

51、時(shí)差法時(shí)差法-測(cè)量順、逆流傳播時(shí)由于超聲波傳播速度不同測(cè)量順、逆流傳播時(shí)由于超聲波傳播速度不同而引起的時(shí)間差；而引起的時(shí)間差；相差法相差法-測(cè)量超聲波在順、逆流中傳播的相位差；測(cè)量超聲波在順、逆流中傳播的相位差；頻差法頻差法-測(cè)量順、逆流情況下超聲脈沖的循環(huán)頻率差測(cè)量順、逆流情況下超聲脈沖的循環(huán)頻率差) )。 傳播速度差法的傳播速度差法的基本原理基本原理為：為：測(cè)量超聲波脈沖在測(cè)量超聲波脈沖在順流和逆流傳播過(guò)程中的速度之差來(lái)得到到被測(cè)流體順流和逆流傳播過(guò)程中的速度之差來(lái)得到到被測(cè)流體的流速。的流速。 頻差法頻差法是目前常用的測(cè)量方法，它是在前兩種測(cè)是目前常用的測(cè)量方法，它是在前兩種測(cè)量方法的基

52、礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。量方法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。88 在測(cè)量管道中，裝兩個(gè)超聲波發(fā)射換能器在測(cè)量管道中，裝兩個(gè)超聲波發(fā)射換能器F F1 1和和F F2 2及兩及兩個(gè)接收換能器個(gè)接收換能器J J1 1和和J J2 2，F(xiàn) F1 1J J1 1和和F F2 2J J2 2與管道軸線夾角為與管道軸線夾角為a a，管，管徑為徑為D D，流體由左向右流動(dòng)，速度為，流體由左向右流動(dòng)，速度為v v，此時(shí)由，此時(shí)由F F1 1到到J J1 1超聲超聲波傳播速度為波傳播速度為F F2 2到到J J2 2超聲波傳播速度為：超聲波傳播速度為：1.1.時(shí)差法時(shí)差法順流逆流89 如果超聲波發(fā)生器發(fā)射一短小脈沖，其順流傳播時(shí)如

53、果超聲波發(fā)生器發(fā)射一短小脈沖，其順流傳播時(shí)間為間為而逆流傳播的時(shí)間為而逆流傳播的時(shí)間為2/sincosDtcv一般情況下，有一般情況下，有c v，即，即c2 v2，則則 cos22212vcDvctgttt 2122cDvctgttt 90 Dctgtcv22 tKDctgtcDvAqv24222.2.相差法相差法 所謂相差法，既是通過(guò)測(cè)量超聲波在順流和逆流時(shí)所謂相差法，既是通過(guò)測(cè)量超聲波在順流和逆流時(shí)傳播的傳播的相位差相位差來(lái)得到流速。來(lái)得到流速。91 上述兩種方法必須已知聲速上述兩種方法必須已知聲速c c，而聲速要隨溫度而變化，而聲速要隨溫度而變化，故只有進(jìn)行聲速修正，才能提高測(cè)量精度。故

54、只有進(jìn)行聲速修正，才能提高測(cè)量精度?；颍夯颍簍ft 2（7.7.3）tf-超聲波的頻率。超聲波的頻率。tKqv 由由可得到流量與相位差的關(guān)系?？傻玫搅髁颗c相位差的關(guān)系。 Kqv923.3.頻差法頻差法 此法是通過(guò)測(cè)量順流和逆流時(shí)超聲脈沖的重復(fù)頻率差此法是通過(guò)測(cè)量順流和逆流時(shí)超聲脈沖的重復(fù)頻率差去測(cè)量流速。去測(cè)量流速。lvfff212 （7.7.4） 可見(jiàn)流速只與頻率差有關(guān)，而與聲速無(wú)關(guān)，消除了聲可見(jiàn)流速只與頻率差有關(guān)，而與聲速無(wú)關(guān)，消除了聲速的影響。速的影響。頻差法頻差法93 多普勒法是利用聲學(xué)多普勒原理確定流體流量的。多普勒法是利用聲學(xué)多普勒原理確定流體流量的。多普勒效應(yīng)是當(dāng)聲源和目標(biāo)之間有

55、相對(duì)運(yùn)動(dòng)，會(huì)引起多普勒效應(yīng)是當(dāng)聲源和目標(biāo)之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，會(huì)引起聲波在頻率上的變化，這種頻率變化正比于聲波在頻率上的變化，這種頻率變化正比于運(yùn)動(dòng)的目運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)和靜止的換能器之間標(biāo)和靜止的換能器之間的相對(duì)速度。的相對(duì)速度。2.2.多普勒法多普勒法 94 超聲換能器安裝在管外。從發(fā)射晶體超聲換能器安裝在管外。從發(fā)射晶體T T發(fā)射的超聲發(fā)射的超聲波束遇到流體中運(yùn)動(dòng)著顆?；驓馀荩俜瓷浠貋?lái)由接波束遇到流體中運(yùn)動(dòng)著顆?；驓馀?，再反射回來(lái)由接收晶體收晶體R1R1接收。發(fā)射信號(hào)與接收信號(hào)的多普勒頻率偏接收。發(fā)射信號(hào)與接收信號(hào)的多普勒頻率偏移與流體流速成正比。移與流體流速成正比。95 渦街流量計(jì)（渦街流量計(jì)（V

56、ortex flow meter) Vortex flow meter) 是是利用流體流過(guò)利用流體流過(guò)阻礙物時(shí)產(chǎn)生穩(wěn)定的漩渦，通過(guò)測(cè)量其漩渦產(chǎn)生頻率而阻礙物時(shí)產(chǎn)生穩(wěn)定的漩渦，通過(guò)測(cè)量其漩渦產(chǎn)生頻率而實(shí)現(xiàn)流量計(jì)量的。實(shí)現(xiàn)流量計(jì)量的。渦街流量計(jì)由渦街流量傳感器和流量渦街流量計(jì)由渦街流量傳感器和流量顯示儀表兩部分構(gòu)成，顯示儀表兩部分構(gòu)成，7.8 7.8 渦街流量計(jì)渦街流量計(jì) 流體振動(dòng)流量計(jì)是流體振動(dòng)流量計(jì)是6060年代末期發(fā)展起來(lái)的一種較新年代末期發(fā)展起來(lái)的一種較新的流量測(cè)量技術(shù)。它具有如下一些特點(diǎn)：的流量測(cè)量技術(shù)。它具有如下一些特點(diǎn)：可得到與流量可得到與流量成正比的頻率輸出信號(hào)成正比的頻率輸出信號(hào)

57、；被測(cè)流體本身就是振動(dòng)體，無(wú)；被測(cè)流體本身就是振動(dòng)體，無(wú)機(jī)械可動(dòng)部件，幾乎不受流體組成、密度、粘度、壓力機(jī)械可動(dòng)部件，幾乎不受流體組成、密度、粘度、壓力等因素的影響；所以，該測(cè)量方法越來(lái)越受到人們的重等因素的影響；所以，該測(cè)量方法越來(lái)越受到人們的重視，視，96 渦街流量計(jì)實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量的理論基礎(chǔ)是流體力學(xué)中著渦街流量計(jì)實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量的理論基礎(chǔ)是流體力學(xué)中著名的名的“卡門(mén)渦街卡門(mén)渦街”原理。在流動(dòng)的流體中放置一根其軸線原理。在流動(dòng)的流體中放置一根其軸線與流向垂直的非流線性柱形體與流向垂直的非流線性柱形體( (加三角柱、圓柱等加三角柱、圓柱等) )，稱之，稱之為漩渦發(fā)生體。當(dāng)流體沿漩渦發(fā)生體繞流時(shí)，會(huì)

58、在漩渦發(fā)為漩渦發(fā)生體。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)生如圖所示生體下游產(chǎn)生如圖所示不對(duì)稱但有規(guī)律的交替漩渦列不對(duì)稱但有規(guī)律的交替漩渦列，這，這就是所謂的卡門(mén)渦街。就是所謂的卡門(mén)渦街。9798 由于漩渦之間的相互影響，其形成通常是不穩(wěn)定由于漩渦之間的相互影響，其形成通常是不穩(wěn)定的。馮的。馮. .卡門(mén)對(duì)渦列的穩(wěn)定條件進(jìn)行了研究，于卡門(mén)對(duì)渦列的穩(wěn)定條件進(jìn)行了研究，于19111911年得到結(jié)論：只有當(dāng)兩漩渦列之間的距離年得到結(jié)論：只有當(dāng)兩漩渦列之間的距離h h和同列的和同列的兩漩渦之間的距離兩漩渦之間的距離L L之比滿足之比滿足: :此時(shí)，所產(chǎn)生的渦街才是穩(wěn)定的。此時(shí)，所產(chǎn)生的渦街才是

59、穩(wěn)定的。99圓柱體后漩渦發(fā)生的頻率為：圓柱體后漩渦發(fā)生的頻率為：dvSfr1 dvdvSfr1121.0 （7-68）S Sr r-與雷諾數(shù)有關(guān)的無(wú)量綱數(shù)，稱為斯特羅哈爾數(shù)；與雷諾數(shù)有關(guān)的無(wú)量綱數(shù)，稱為斯特羅哈爾數(shù)； -漩渦發(fā)生體處流體平均流速；漩渦發(fā)生體處流體平均流速；d d柱寬。柱寬。1v25Re310 210范圍內(nèi)范圍內(nèi)s sr r是個(gè)常數(shù)。是個(gè)常數(shù)。100 可推導(dǎo)出圓管中旋渦發(fā)生頻率可推導(dǎo)出圓管中旋渦發(fā)生頻率f f與管內(nèi)平均流速與管內(nèi)平均流速v v的關(guān)的關(guān)系為（系為（7-717-71）式。）式。 最后推導(dǎo)出圓管中體積流量與旋渦發(fā)生頻率最后推導(dǎo)出圓管中體積流量與旋渦發(fā)生頻率f f的關(guān)系的關(guān)系為：為：根據(jù)流體連續(xù)性方程：根據(jù)流體連續(xù)性方程：11FvFv（7-69）1FF、-分別是管道截面積、旋渦發(fā)生體處管道截面積（兩個(gè)分別是管道截面積、旋渦發(fā)生體處管道截面積（兩個(gè)弓形面積之和）。弓形面積之和）。fsdDdDvFqrv)25.11(42 （7-72）101 檢測(cè)原理檢測(cè)原理102 圓柱體表面開(kāi)有導(dǎo)壓