第11章 流量測量

1、第十一章第十一章 流量測量流量測量基本概念基本概念壓差式流量計(jì)壓差式流量計(jì)流體阻力式流量計(jì)流體阻力式流量計(jì)測速式流量計(jì)測速式流量計(jì)振動(dòng)式流量計(jì)振動(dòng)式流量計(jì)質(zhì)量流量計(jì)質(zhì)量流量計(jì)總量流量計(jì)總量流量計(jì)如果在截面上速度分布是均勻的，則：如果在截面上速度分布是均勻的，則：如果介質(zhì)的密度為如果介質(zhì)的密度為，那么質(zhì)量流量，那么質(zhì)量流量vFqvA定義：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。定義：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。一、流量的概念一、流量的概念流量 體積流量體積流量（m3/s）質(zhì)量流量質(zhì)量流量（kg/s）FvFAq =vdA第一節(jié)第一節(jié) 基本概念基本概念mvqq流體總量：流體總

2、量：某一段時(shí)間內(nèi)流過的流體量，即某一段時(shí)間內(nèi)流過的流體量，即瞬時(shí)流瞬時(shí)流量量對(duì)時(shí)間的積分。對(duì)時(shí)間的積分。vtmtVq dtMq dt流量計(jì)：流量計(jì)： 測量流量的儀表的統(tǒng)稱。測量流量的儀表的統(tǒng)稱。 測量總量的儀表稱為測量總量的儀表稱為流體計(jì)量表流體計(jì)量表或或總量計(jì)總量計(jì)。二、流量測量的重要性二、流量測量的重要性 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； 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；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；自來水、污水處理、灌溉等關(guān)系到國計(jì)民生。自來水、污水處理、灌溉等關(guān)系到國計(jì)民生

3、。大型化工企業(yè)中，流量是控制工藝過程和保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素。大型化工企業(yè)中，流量是控制工藝過程和保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素。三、技術(shù)術(shù)語三、技術(shù)術(shù)語粘度、壓縮性、層流、紊流、雷諾數(shù)粘度、壓縮性、層流、紊流、雷諾數(shù)1 1 粘度粘度 (Viscosity) 表征液體內(nèi)部阻礙相對(duì)流動(dòng)特性的物理量，由分子間相互作用表征液體內(nèi)部阻礙相對(duì)流動(dòng)特性的物理量，由分子間相互作用力產(chǎn)生，即一層流體對(duì)另一層流體作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的阻力。力產(chǎn)生，即一層流體對(duì)另一層流體作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的阻力。yxvd.dddvyvyPa s流體速度梯度動(dòng)力粘度，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：使單使單位距離的單位面位距離的

4、單位面積液層，產(chǎn)生單積液層，產(chǎn)生單位流速所需之力位流速所需之力。粘度一般不隨壓力變化；氣體，溫度升高粘度變大；液體，溫度升高粘度變小。粘性系數(shù)為零的流體稱為理想流體，是一種假想的流體。 不可壓縮流體不可壓縮流體： 液體的壓縮性都很小，壓強(qiáng)變化，密度液體的壓縮性都很小，壓強(qiáng)變化，密度僅有微小的變化，在大多數(shù)情況下，可以認(rèn)為液體的密度僅有微小的變化，在大多數(shù)情況下，可以認(rèn)為液體的密度是一個(gè)常數(shù)。是一個(gè)常數(shù)?？蓧嚎s流體可壓縮流體：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。2 2 壓縮性壓縮性流體壓縮性：流體壓縮性：壓強(qiáng)變化引起流體體積（或密度）變化的性質(zhì)。壓強(qiáng)變化引起流體體積（

5、或密度）變化的性質(zhì)。 壓力增大，體積縮小；壓力減小，體積增大。壓力增大，體積縮?。粔毫p小，體積增大。 層流：層流：流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，其質(zhì)點(diǎn)沿著與管軸平行的方向作平流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，其質(zhì)點(diǎn)沿著與管軸平行的方向作平滑直線運(yùn)動(dòng)，各層流動(dòng)不相混合?；本€運(yùn)動(dòng)，各層流動(dòng)不相混合。3 3 層流和紊流層流和紊流實(shí)際流體由于存在粘滯性而具有的兩種流動(dòng)形態(tài)。實(shí)際流體由于存在粘滯性而具有的兩種流動(dòng)形態(tài)。紊流（紊流（湍流）湍流）：流體質(zhì)點(diǎn)作不規(guī)則運(yùn)動(dòng)、互相混摻、軌跡混亂流體質(zhì)點(diǎn)作不規(guī)則運(yùn)動(dòng)、互相混摻、軌跡混亂的流動(dòng)的流動(dòng)。 工程所涉及的流動(dòng)，工程所涉及的流動(dòng)，一般為紊流。一般為紊流。evDR4 4 雷諾數(shù)雷諾數(shù)（

6、Reynolds number）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。Re4000 紊流紊流2000Re4000 過渡狀態(tài)過渡狀態(tài)結(jié)論：流動(dòng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)由流體密度、管道直徑、流速、流體粘度決定。結(jié)論：流動(dòng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)由流體密度、管道直徑、流速、流體粘度決定。表征流體表征流體流動(dòng)中流動(dòng)中慣性力與粘滯力的相對(duì)大小，記作慣性力與粘滯力的相對(duì)大小，記作R Re e 連續(xù)性方程（流體流動(dòng)時(shí)的質(zhì)量守恒定律）連續(xù)性方程（流體流動(dòng)時(shí)的質(zhì)量守恒定律）伯努利方程（運(yùn)動(dòng)流體機(jī)械能守恒方程伯努利方程（運(yùn)動(dòng)流體機(jī)械能守恒方程 ）四、基本流體方程四、基本流體方程流體在管道內(nèi)作流體在管道內(nèi)作穩(wěn)定流動(dòng)穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)

7、（任意點(diǎn)的流速不隨時(shí)間變化），時(shí)（任意點(diǎn)的流速不隨時(shí)間變化），流經(jīng)管道各截面的質(zhì)量流量相等流經(jīng)管道各截面的質(zhì)量流量相等 ，即：，即：1 1 連續(xù)性方程連續(xù)性方程1 11222v Av A不可壓縮的流體在穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，流過各截面的體積為常量。不可壓縮的流體在穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，流過各截面的體積為常量。如果密度如果密度1 = 21122v Av A2 2 伯努利方程伯努利方程動(dòng)能動(dòng)能壓力能壓力能勢能勢能+流體能流體能無粘性不可壓縮流體（無粘性不可壓縮流體（理想流體理想流體）在作）在作穩(wěn)定流動(dòng)穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)的機(jī)械能守恒方程。 221122122222mvmpmvmpmghmghvghp常數(shù)五、流量計(jì)分類五、流量計(jì)

8、分類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速式測速式流體振動(dòng)式流體振動(dòng)式體積體積流量計(jì)流量計(jì)質(zhì)量質(zhì)量流量計(jì)流量計(jì)一、差壓式管道用流量計(jì)一、差壓式管道用流量計(jì)A1,v1,p1A2,v2,p2第二節(jié)第二節(jié) 壓差式流量計(jì)壓差式流量計(jì)2211221222vpvpghgh12221122222112222hhvpvpvvppp1 122vqAvA v2222221221vAppqA vAAA測節(jié)流裝置上、下游的壓力差測節(jié)流裝置上、下游的壓力差21AA1 1、工作原理、工作原理2mvqqAp為流量系數(shù)，和取壓方式及位置有關(guān)。為膨脹系數(shù)。對(duì)不可壓縮

9、流體，=1，對(duì)可壓縮流體，1。 、均由實(shí)驗(yàn)方法測定。A為節(jié)流件的最小截面積；質(zhì)量流量（經(jīng)驗(yàn)公式）質(zhì)量流量（經(jīng)驗(yàn)公式）2vpqA體積流量（經(jīng)驗(yàn)公式）體積流量（經(jīng)驗(yàn)公式）主要組成部分：主要組成部分：節(jié)流裝置節(jié)流裝置和和測量靜壓差的測量靜壓差的差壓計(jì)差壓計(jì)。節(jié)流裝置安裝在流體管道中，節(jié)流裝置安裝在流體管道中，使流體的流通截面發(fā)生變化，使流體的流通截面發(fā)生變化，進(jìn)而引起流體靜壓變化。進(jìn)而引起流體靜壓變化。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、孔板噴嘴、孔板。文丘利管壓力損失文丘利管壓力損失最小最小，而孔板壓力損失而孔板壓力損失最大最大。文丘利管文丘利管噴嘴噴嘴孔板孔板文丘利管流量計(jì)

10、實(shí)物圖文丘利管流量計(jì)實(shí)物圖孔板式流量計(jì)實(shí)物圖孔板式流量計(jì)實(shí)物圖4 4、特點(diǎn)、特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)： （1）結(jié)構(gòu)牢固,性能穩(wěn)定可靠,使用壽命長； （2）應(yīng)用范圍最為廣泛；缺點(diǎn)：(1)測量精度普遍偏低； (2)范圍度窄，一般僅3:1-4:1；(3)現(xiàn)場安裝條件要求高；(4)壓損大(指孔板、噴嘴等)。221211()22gHvg Hhv二、壓差式明渠用堰式流量計(jì)二、壓差式明渠用堰式流量計(jì)1v2vH 堰頂與上游水面距離（堰頭）堰頂與上游水面距離（堰頭）h 堰后離原始液面的深度堰后離原始液面的深度非滿管狀態(tài)流動(dòng)的水路稱為非滿管狀態(tài)流動(dòng)的水路稱為明渠明渠；在明渠內(nèi)設(shè)置一裝置，阻隔上游流體，并使液流通過該裝在明渠內(nèi)設(shè)置

11、一裝置，阻隔上游流體，并使液流通過該裝置的頂部、缺口或孔口向下游流去，這一裝置稱為堰。置的頂部、缺口或孔口向下游流去，這一裝置稱為堰。22120022d2dAAvvghvghqvAgh A堰前流速堰前流速v v1 1很小很小 矩形截面堰矩形截面堰3/20dd22d23HvAHLAL hqghL hgLH修正后：修正后：3/2223vqCgLH 三角截面堰三角截面堰520822()tan( )d2tan( )2152HvqCghHhhCgH2()tan( / 2)dd2()tan( / 2)dLHhAL hHhhn 流量是堰的幾何尺寸和堰頭流量是堰的幾何尺寸和堰頭H的單值函數(shù)。的單值函數(shù)。n 堰

12、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示儀表流量顯示儀表組成。組成。C為堰釋放系數(shù)，為堰釋放系數(shù)，C1一、工作原理一、工作原理第三節(jié)第三節(jié) 流體阻力式流量計(jì)流體阻力式流量計(jì) 在流體介質(zhì)的管道中置入一個(gè)相應(yīng)的阻力體，隨著流量在流體介質(zhì)的管道中置入一個(gè)相應(yīng)的阻力體，隨著流量的變化，阻力體的受力大小、阻力體的位置相應(yīng)改變。的變化，阻力體的受力大小、阻力體的位置相應(yīng)改變。 根據(jù)阻力體受力大小或位移來測量流量。根據(jù)阻力體受力大小或位移來測量流量。 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)二、轉(zhuǎn)子二、轉(zhuǎn)子( (浮子浮子) )流量計(jì)流量計(jì)力平衡條件

13、：力平衡條件：WBF重力浮力阻力重力浮力阻力結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：錐形管浮子錐形管浮子2001,2fffdfWVBVFv C A00ffdfVCvA-浮子比重-浮子體積-流體比重-流體密度-浮子阻力系數(shù)-環(huán)形流通面積的平均流速-浮子最大迎流面積20000122()fffdfffdfVVv C AVvC A設(shè)環(huán)形流通面積為設(shè)環(huán)形流通面積為A0，則則體積流量體積流量為：為：00002()1ffvdfVqA vACA00,00000002()2()ffggffffvffVVgqA vAAAA1/dC令：令：22220022000()(2tantan)2()(2tantan)2() (2tan )ffvffff

14、ARrhrhVgqhrhAgVrhA舉例：舉例：錐形管、圓形浮子tanRrhqv與與h近似成線性關(guān)系。近似成線性關(guān)系。流量系數(shù)流量系數(shù)標(biāo)定流體的密度為標(biāo)定流體的密度為0 0，實(shí)測流體的密度為實(shí)測流體的密度為，則在同一個(gè)，則在同一個(gè)A0處處: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，為實(shí)測值。，為實(shí)測值。流體流量的修正：流體流量的修正：其測量元件是一個(gè)在測量管中其測量元件是一個(gè)在測量管中心并垂直于流向的圓板，稱為心并垂直于流向的圓板，稱為“靶靶”。通過

15、測量流體作用在。通過測量流體作用在靶上的力實(shí)現(xiàn)流量測量。靶上的力實(shí)現(xiàn)流量測量。 三、靶式流量計(jì)三、靶式流量計(jì)結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：力變送器顯示力變送器顯示靶所受力靶所受力=流體和靶表面的摩擦力壓差阻力流體和靶表面的摩擦力壓差阻力當(dāng)流體雷諾數(shù)達(dá)到一定數(shù)值，阻力系數(shù)當(dāng)流體雷諾數(shù)達(dá)到一定數(shù)值，阻力系數(shù) 不隨雷諾數(shù)變化，不隨雷諾數(shù)變化，保持保持常數(shù)常數(shù)22,/42vFAdA結(jié)論：流量與靶輸出力結(jié)論：流量與靶輸出力F F的平方根成正比。的平方根成正比。2222222()2()421/vvFvFAADdDdFqFAdD式中： 為流量系數(shù)， 為管道內(nèi)徑。因此可得環(huán)隙中的平均流速：因此可得環(huán)隙中的平均流速：靶式流量計(jì)特

16、點(diǎn)：靶式流量計(jì)特點(diǎn)：1 1、結(jié)構(gòu)簡單，安裝維護(hù)方便，不易阻塞；、結(jié)構(gòu)簡單，安裝維護(hù)方便，不易阻塞；2 2、除可測一般液體氣體外，尤其適合于測量低雷諾數(shù)的流、除可測一般液體氣體外，尤其適合于測量低雷諾數(shù)的流體（大粘度、小流量）及含固體顆粒的漿液及腐蝕介質(zhì)。體（大粘度、小流量）及含固體顆粒的漿液及腐蝕介質(zhì)。3 3、測量精度可達(dá)、測量精度可達(dá)0.5%0.5%?；窘Y(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu): 均勻磁場均勻磁場非導(dǎo)磁管道（內(nèi)非導(dǎo)磁管道（內(nèi)襯絕緣襯里）襯絕緣襯里）一對(duì)電極一對(duì)電極 一、電磁流量計(jì)一、電磁流量計(jì)工作原理工作原理: : 基于法拉第電磁感應(yīng)定律。導(dǎo)體作切割磁力線運(yùn)基于法拉第電磁感應(yīng)定律。導(dǎo)體作切割磁力線運(yùn)動(dòng)

17、時(shí)會(huì)感應(yīng)電勢。動(dòng)時(shí)會(huì)感應(yīng)電勢。磁極導(dǎo)管電極儀表種類：種類：1.1.電磁流量計(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)第四節(jié)第四節(jié) 測速式流量計(jì)測速式流量計(jì)測量原理：測量原理：導(dǎo)電液體在內(nèi)徑為導(dǎo)電液體在內(nèi)徑為D，磁場強(qiáng)度磁場強(qiáng)度為為B的導(dǎo)管內(nèi)以平均速度的導(dǎo)管內(nèi)以平均速度v流動(dòng)時(shí)，流動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的電位差為：產(chǎn)生的電位差為：EBDv則體積流量與感應(yīng)電動(dòng)勢成正比：則體積流量與感應(yīng)電動(dòng)勢成正比：244vDDEqvB勵(lì)磁方式：勵(lì)磁方式：1 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)磁低頻方波勵(lì)磁優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：受交流電磁場干擾小；：受交流電磁場干擾小；缺點(diǎn)

18、缺點(diǎn)：易發(fā)生電極：易發(fā)生電極極化極化。 用直流激勵(lì)或永久磁鐵產(chǎn)生恒定磁場。用直流激勵(lì)或永久磁鐵產(chǎn)生恒定磁場。一般只用于測量一般只用于測量非電解質(zhì)導(dǎo)電液體非電解質(zhì)導(dǎo)電液體，如液態(tài)金屬等。如液態(tài)金屬等。極化：極化：即電解質(zhì)在電場中被電解，在電場力的作用下，負(fù)離子跑向正極，正離子跑向負(fù)極，導(dǎo)致正負(fù)電極分別被相反極性的離子所包圍，使得電極間內(nèi)阻增大，嚴(yán)重影響儀表的正常工作。 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。：電磁干擾大。綜合直流勵(lì)磁和交流勵(lì)磁方式的優(yōu)點(diǎn)。頻率為工頻的綜合直流勵(lì)磁和交流勵(lì)磁方

19、式的優(yōu)點(diǎn)。頻率為工頻的1/2l/10。 在半個(gè)周期內(nèi)，磁場是恒穩(wěn)的直流磁場，它具有直流勵(lì)磁在半個(gè)周期內(nèi)，磁場是恒穩(wěn)的直流磁場，它具有直流勵(lì)磁的特點(diǎn)，受電磁干擾影響很??；的特點(diǎn)，受電磁干擾影響很小； 整個(gè)時(shí)間過程中，方波信號(hào)又是一個(gè)交變的信號(hào)，能克服整個(gè)時(shí)間過程中，方波信號(hào)又是一個(gè)交變的信號(hào)，能克服直流勵(lì)磁易產(chǎn)生的極化現(xiàn)象。直流勵(lì)磁易產(chǎn)生的極化現(xiàn)象。 可測量各種腐蝕性介質(zhì)：酸、堿、鹽溶液以及帶有懸可測量各種腐蝕性介質(zhì)：酸、堿、鹽溶液以及帶有懸浮顆粒的漿液；浮顆粒的漿液； 無機(jī)械慣性，反應(yīng)靈敏，可以測量脈沖流量；無機(jī)械慣性，反應(yīng)靈敏，可以測量脈沖流量； 線性較好線性較好, ,可直接進(jìn)行等分刻度；可

20、直接進(jìn)行等分刻度； 只能測量導(dǎo)電液體只能測量導(dǎo)電液體，不能測量氣體、蒸氣以及大量氣，不能測量氣體、蒸氣以及大量氣泡的液體或者電導(dǎo)率很低的液體；泡的液體或者電導(dǎo)率很低的液體； 不能用于測量高溫介質(zhì)。不能用于測量高溫介質(zhì)。二、渦輪流量計(jì)二、渦輪流量計(jì)在管道中心安放一個(gè)渦輪在管道中心安放一個(gè)渦輪。當(dāng)當(dāng)流體通過管道時(shí)，沖擊渦輪葉流體通過管道時(shí)，沖擊渦輪葉片，對(duì)渦輪產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力矩，使片，對(duì)渦輪產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力矩，使渦輪旋轉(zhuǎn)渦輪旋轉(zhuǎn)。在一定的流量范圍內(nèi)，在一定的流量范圍內(nèi)，渦輪的渦輪的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速與流體與流體平均平均流速成正比流速成正比。當(dāng)鐵磁性渦輪葉片經(jīng)過磁鐵時(shí)，當(dāng)鐵磁性渦輪葉片經(jīng)過磁鐵時(shí)，磁路的磁阻發(fā)生變化，從而

21、產(chǎn)磁路的磁阻發(fā)生變化，從而產(chǎn)生感應(yīng)脈沖信號(hào)。生感應(yīng)脈沖信號(hào)。葉輪的轉(zhuǎn)速正比于流量，葉輪葉輪的轉(zhuǎn)速正比于流量，葉輪的轉(zhuǎn)數(shù)正比于流過的總量。的轉(zhuǎn)數(shù)正比于流過的總量。f流量計(jì)輸出信號(hào)的流量計(jì)輸出信號(hào)的 頻率頻率K流量計(jì)的儀表系數(shù)流量計(jì)的儀表系數(shù)vfqK1 1） 高精確度，高精確度，量程比可達(dá)量程比可達(dá)10:110:1，基本誤差可達(dá)，基本誤差可達(dá)0.250.250.50.5，在所有流量計(jì)中，它屬于最精確的；，在所有流量計(jì)中，它屬于最精確的；2 2）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)；3 3）要求介質(zhì)純凈，不含顆粒，減小磨損，增加軸承壽命；）要求介質(zhì)

22、純凈，不含顆粒，減小磨損，增加軸承壽命；4 4）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)。渦輪流量計(jì)的特點(diǎn)渦輪流量計(jì)的特點(diǎn):原理原理：超聲波在流速不同的流體中傳播速度變化，通過測量超聲波在流速不同的流體中傳播速度變化，通過測量改變的超聲波信號(hào)，檢測流體的流速，進(jìn)而得到流量值。改變的超聲波信號(hào)，檢測流體的流速，進(jìn)而得到流量值。三、超聲波流量計(jì)三、超聲波流量計(jì)測量方法：測量方法：傳播速度差法傳播速度差法和和多普勒法多普勒法。1 1. .傳播速度差法傳播速度差法 通過測量超聲波在順流和逆流傳播過程中通過測量超聲波在順流和逆流傳播過程中的速度之差來得到被測流體的流速。的

23、速度之差來得到被測流體的流速。F F1 1到到J J2 2超聲波傳播速度為：超聲波傳播速度為：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：122cosccv順流傳播時(shí)間為：順流傳播時(shí)間為：逆流傳播時(shí)間為：逆流傳播時(shí)間為：2/sincosDtcv時(shí)間差為：時(shí)間差為：212222c2|ccosvcDv tgDvttttgcvc 1/sincosDtcv測量順、逆流傳播時(shí)由于測量順、逆流傳播時(shí)由于超聲波脈超聲波脈沖沖傳播速度不同而引起的時(shí)間差。傳播速度不同而引起的時(shí)間差。測量順、逆流傳播時(shí)超聲波信測量順、逆流傳播時(shí)超聲波信號(hào)的相位差。號(hào)的相位差。22cD

24、tgvc流量正比于相位差：流量正比于相位差：222tan42c16vDcDcqAvDtgfF F1 1和和F2發(fā)射發(fā)射角頻率為角頻率為的的連續(xù)超聲波連續(xù)超聲波，則則J J1 1和和J2到達(dá)信號(hào)相位差為：到達(dá)信號(hào)相位差為：脈沖重復(fù)頻率：脈沖重復(fù)頻率：在單通道中一個(gè)發(fā)射脈沖被接收之后，立即在單通道中一個(gè)發(fā)射脈沖被接收之后，立即發(fā)射出另一個(gè)脈沖，即為脈沖重復(fù)頻率發(fā)射出另一個(gè)脈沖，即為脈沖重復(fù)頻率頻差法是目前常用的測量方法，它是在前兩種測量方法的頻差法是目前常用的測量方法，它是在前兩種測量方法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的?；A(chǔ)上發(fā)展起來的。測量順、逆流傳播時(shí)超聲脈沖的重復(fù)頻率差。測量順、逆流傳播時(shí)超聲脈沖的重復(fù)

25、頻率差。 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:11221cos1(cos )sinsin1cos1(cos )sinsinc vfc vtDDc vfc vtDD1223sin24sin24sin2vfffvDDD fDfq 多普勒效應(yīng)：當(dāng)聲源和目標(biāo)之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，會(huì)引起接收聲波與聲多普勒效應(yīng)：當(dāng)聲源和目標(biāo)之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，會(huì)引起接收聲波與聲源在頻率上的變化，這種頻率變化正比于它們之間的相對(duì)速度。源在頻率上的變化，這種頻率變化正比于它們之間的相對(duì)速度。2 2. .多普勒法多普勒法 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。112(coscos)ifv2

26、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= =2cossf vfc 11212cos2cosvffffvcAcqff 從發(fā)射晶體從發(fā)射晶體T T1 1發(fā)射的超聲波發(fā)射的超聲波束遇到流體中運(yùn)動(dòng)顆粒或氣束遇到流體中運(yùn)動(dòng)顆?；驓馀?，再反射回來由接收晶體泡，再反射回來由接收晶體R R1 1接收。接收。發(fā)射信號(hào)與接收信號(hào)的多普發(fā)射信號(hào)與接收信號(hào)的多普勒頻移與流體流速成正比。勒頻移與流體流速成正比。適合于渾濁液體。適合于渾濁液體。超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：流體中不插入任何元件，對(duì)流速無影響，無壓力損失；流體中不插入任何元件，對(duì)流速無影響，無壓力

27、損失；能用于任何液體，也能測量氣體的流量；能用于任何液體，也能測量氣體的流量；非接觸式儀表，適于測量不易接觸和觀察的流體以及大管徑流非接觸式儀表，適于測量不易接觸和觀察的流體以及大管徑流量；量；輸出與流量之間呈線性。輸出與流量之間呈線性。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：不適用于溫度變化大、介質(zhì)物理性質(zhì)變化大的流體（不適用于溫度變化大、介質(zhì)物理性質(zhì)變化大的流體（c c變化）；變化）；精度不太高，約為精度不太高，約為1 1。利用流體流過阻礙物時(shí)產(chǎn)生穩(wěn)定的漩渦，通過測量漩渦發(fā)生利用流體流過阻礙物時(shí)產(chǎn)生穩(wěn)定的漩渦，通過測量漩渦發(fā)生頻率而實(shí)現(xiàn)流量計(jì)量。頻率而實(shí)現(xiàn)流量計(jì)量。 第五節(jié)第五節(jié) 振動(dòng)式流量計(jì)振動(dòng)式流量計(jì)在流動(dòng)的流體

28、中放置一根軸線與流在流動(dòng)的流體中放置一根軸線與流向垂直的非流線型柱形體向垂直的非流線型柱形體(如三角如三角柱、圓柱等柱、圓柱等)，稱之為漩渦發(fā)生體。，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)在當(dāng)流體沿漩渦發(fā)生體繞流時(shí)，會(huì)在漩渦發(fā)生體下游交替產(chǎn)生不對(duì)稱但漩渦發(fā)生體下游交替產(chǎn)生不對(duì)稱但有規(guī)律的漩渦列，稱為卡門渦街。有規(guī)律的漩渦列，稱為卡門渦街。馮馮.卡門于卡門于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)兩漩渦列之間的距離h和同列的兩漩和同列的兩漩渦之間的距離渦之間的距離l之比滿足下面的關(guān)系時(shí)，所之比滿足下面的關(guān)系時(shí)，所產(chǎn)生的渦街才是穩(wěn)定的。產(chǎn)生的渦街才是穩(wěn)定的。0.281

29、hl0.21tvvfSdd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：其中其中St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)，稱為斯特羅哈數(shù)。綱數(shù)，稱為斯特羅哈數(shù)。三角柱體后漩渦發(fā)生的頻率為：三角柱體后漩渦發(fā)生的頻率為：110.16tvvfSdd25Re3 10 2 10 當(dāng)雷諾數(shù)當(dāng)雷諾數(shù) S St t數(shù)幾乎不變。數(shù)幾乎不變。d1：三角柱扁平面寬度：三角柱扁平面寬度2()4tDfdQDdS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)部空腔相圓柱體表面開有導(dǎo)壓孔，與圓柱體內(nèi)部空腔相通，空腔由隔板分成二部分。通，空腔由隔板分成二部分?，F(xiàn)象：現(xiàn)象：當(dāng)漩渦在圓柱體下側(cè)產(chǎn)生時(shí)，出于升力

30、的作用圓柱當(dāng)漩渦在圓柱體下側(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)漩渦在圓柱體上側(cè)產(chǎn)生時(shí)，體下方的壓力比上方高，反之當(dāng)漩渦在圓柱體上側(cè)產(chǎn)生時(shí)，上方壓力比下方高。上方壓力比下方高。漩渦頻率的可能檢測方案漩渦頻率的可能檢測方案:1.鉑電阻絲溫度計(jì)法鉑電阻絲溫度計(jì)法2.電阻應(yīng)變法電阻應(yīng)變法3.壓電晶體法壓電晶體法4.超聲波法超聲波法 無機(jī)械可動(dòng)部件，幾乎不受流體溫度、無機(jī)械可動(dòng)部件，幾乎不受流體溫度、密度、粘度、壓力等因素的影響；密度、粘度、壓力等因素的影響； 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、氣體和蒸應(yīng)用范圍廣泛，可適用

31、液體、氣體和蒸氣；氣； 精確度為中上水平（約為精確度為中上水平（約為1 ）； 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)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；核算等所需要的都是質(zhì)量，并非體積； 在測量工作中，常需將測出的體積流量，乘以密度換算在測量工作中，常需將測出的體積流量，乘以密度換算成質(zhì)量流量，設(shè)備復(fù)雜，測量耗時(shí)；成質(zhì)量流量，設(shè)備復(fù)雜，測量耗時(shí)； 密度隨溫度、壓力而變化，在溫度、壓力變化比較頻繁密度隨溫度、壓力而變化，在溫度、壓力變化比較頻繁的情況下，難以達(dá)到測量的目的。的情況下，難以達(dá)到測量的目的。 用質(zhì)量流量計(jì)來直接測量質(zhì)量流量，則無

32、需再進(jìn)行上述用質(zhì)量流量計(jì)來直接測量質(zhì)量流量，則無需再進(jìn)行上述人工換算。人工換算。 兩大類：直接式、推導(dǎo)式兩大類：直接式、推導(dǎo)式 第六節(jié)第六節(jié) 質(zhì)量流量計(jì)質(zhì)量流量計(jì)當(dāng)質(zhì)量為當(dāng)質(zhì)量為m的質(zhì)點(diǎn)以速度的質(zhì)點(diǎn)以速度v在繞在繞P軸以角速度軸以角速度 旋轉(zhuǎn)的管道內(nèi)旋轉(zhuǎn)的管道內(nèi)移動(dòng)時(shí)，質(zhì)點(diǎn)具有兩個(gè)分量的加速度及相應(yīng)的加速度力。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。(1) 法向加速度法向加速度ar ：即向心加速：即向心加速度度ar= 2r ，方向朝向方向朝向P軸。軸。(2) 切向加速度切向加速度at：即科里奧利加即科里奧利加速度速度at=2 v ，方向與方向與ar垂直。垂直。直接檢測與質(zhì)量流量成比例

33、的量直接檢測與質(zhì)量流量成比例的量。常見的有。常見的有兩種兩種： 科里奧利質(zhì)量流量計(jì)科里奧利質(zhì)量流量計(jì) 熱熱式式質(zhì)量流量計(jì)質(zhì)量流量計(jì)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流動(dòng)時(shí)，任何一流動(dòng)時(shí)，任何一段長度為段長度為 x 的管道都受到一個(gè)切向的科里奧利力的管道都受到一個(gè)切向的科里奧利力 Fc 的作用。的作用。22mqvAcmFv A xx q 因此，測得因此，測得科里奧利力就可得到質(zhì)量流量?？评飱W利力就可得到質(zhì)量流量。通過旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生科里奧利力是困難的，目前產(chǎn)品均代之以通過旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生科里奧利力是困難的，目前產(chǎn)品均代之以管道振動(dòng)產(chǎn)生的管道振動(dòng)產(chǎn)生的。U形測量管質(zhì)量流量計(jì)形測量管質(zhì)量流量計(jì)缺點(diǎn)： 對(duì)外界振動(dòng)干擾較為敏感，安裝固定要求較高。不能用于較大管徑，目前尚局限于150（200）mm以下。有較大的體積和重量。壓力損失也較大。價(jià)格昂貴，約為同口徑電磁流量計(jì)的2 8倍；科里奧利質(zhì)量流量計(jì)特點(diǎn)科里奧利質(zhì)量流量計(jì)特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 精度高、量程大、動(dòng)態(tài)特性好 可測量流體范圍廣泛，包括高粘度的各種液體、含有固形物的漿液等。 流體密度變化對(duì)測量值的影響微小。利用傳熱原理，即流動(dòng)中的流體利用傳熱原理，即流動(dòng)中的流體與熱源之間熱量交換關(guān)系來測量與熱源之間熱量交換