第十一章流速及流量測(cè)量-機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)

機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)——

流速與流量測(cè)量（2）第十一章內(nèi)容1、流速測(cè)量方法2、流量測(cè)量方法3、測(cè)量裝置的標(biāo)定重點(diǎn)：掌握各種流速與流量測(cè)量方法的原理、特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合

流速：流體在管道流動(dòng)的速度V單位：m/s、mm/s基本方法測(cè)壓管測(cè)速熱線風(fēng)速儀激光測(cè)速儀（下章介紹）1、流速測(cè)量測(cè)壓管測(cè)速

不可壓縮性流體（密度ρ是常數(shù)）流體速度v與流體總壓p0以及靜壓ps關(guān)系為：可壓縮性流體（密度ρ隨速度變化）流體速度v與流體總壓p0以及靜壓ps關(guān)系為：可壓縮性修正系數(shù)ε根據(jù)馬赫數(shù)M大?。ê土魉儆嘘P(guān)）取值利用總壓、靜壓或兩者之差可以求出流體流速1、流速測(cè)量測(cè)壓管測(cè)速總壓測(cè)量

流體繞流時(shí)，物體上有些點(diǎn)上流體完全滯止（速度為零），這些點(diǎn)上的壓力被稱為滯止壓力，也叫做流體總壓，在該點(diǎn)引出的壓力就是總壓1、流速測(cè)量總壓靜壓各種取壓的測(cè)量元件測(cè)壓管測(cè)速靜壓測(cè)量流體繞流時(shí)，流體的壓力等于未擾動(dòng)流體的壓力，這些點(diǎn)的壓力被稱為流體靜壓，在該點(diǎn)引出的壓力就是靜壓

靜壓測(cè)量有兩種方法:與流速方向垂直取壓利用在通道壁面或繞流物體表面開靜壓孔利用尺寸較小具有一定形狀的測(cè)壓管插入流體中測(cè)量1、流速測(cè)量總壓靜壓測(cè)壓管測(cè)速一般測(cè)壓管的設(shè)計(jì)制造要求：在慣性不大的情況下，測(cè)壓管感受部分的尺寸盡量小對(duì)流動(dòng)偏斜角不靈敏在M變化較大的范圍內(nèi)，測(cè)壓管的校正系數(shù)要穩(wěn)定1、流速測(cè)量畢托管

將測(cè)壓裝置總壓管和靜壓管組合在一起，同時(shí)測(cè)量總壓與靜壓之差的復(fù)合測(cè)壓管

Ku為校正系數(shù)（一般小于1）特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，制造容易，價(jià)格便宜，堅(jiān)固可靠流體v總壓測(cè)孔p0靜壓測(cè)孔ps側(cè)面分布的小孔或縫隙1、流速測(cè)量流體管道畢托管

L形畢托管

靜壓孔可以是沿側(cè)面分布（等距）的小孔或狹縫；測(cè)量值對(duì)流動(dòng)方向很敏感T形畢托管

為兩根針管彎成L形，焊在一起。

迎氣流壓力孔測(cè)總壓，另一壓力孔測(cè)靜壓，這種測(cè)壓管對(duì)流動(dòng)方向變化敏感1、流速測(cè)量氣流圓柱形復(fù)合測(cè)壓管——流向原理

在一個(gè)圓柱形的支桿上，離開端部一定距離（一般大于2d）并垂直于桿子軸線的平面上有三個(gè)孔，中間一個(gè)孔用來(lái)測(cè)量流體總壓，兩側(cè)孔與中間孔對(duì)稱，并相隔一定的角度，用來(lái)測(cè)量流動(dòng)方向

需要三個(gè)壓力計(jì)：兩個(gè)側(cè)孔——壓力計(jì)——調(diào)整測(cè)流方向中孔＋側(cè)孔（1個(gè)）——壓力計(jì)——壓差中孔——壓力計(jì)——中孔與大氣的壓差實(shí)際使用：對(duì)向測(cè)量法、不對(duì)向測(cè)量法對(duì)向測(cè)量法就是方向管繞其本身的軸轉(zhuǎn)動(dòng)，直到由兩側(cè)孔所指示的壓力相等。這時(shí)兩側(cè)孔的對(duì)稱中心就與流動(dòng)方向一致，就可以決定流動(dòng)方向角不對(duì)向測(cè)量法是將方向管軸固定在某個(gè)參考方向，測(cè)量?jī)蓚?cè)孔的壓力差，根據(jù)校正曲線（側(cè)孔壓力與流動(dòng)方向的關(guān)系）決定流動(dòng)方向的參數(shù)1、流速測(cè)量熱線風(fēng)速儀

——測(cè)量流體的平均速度、脈動(dòng)速度等流體參數(shù)原理

將一根通電加熱的細(xì)金屬絲（稱熱線）置于氣流中，熱線在氣流中的散熱量與流速有關(guān)，而散失熱量導(dǎo)致熱線溫度變化而引起電阻變化，流速信號(hào)即轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。

工作模式：①恒流式。通過(guò)熱線的電流保持不變，溫度變化時(shí)，熱線電阻改變，因而兩端電壓變化，由此測(cè)量流速②恒溫式。熱線的溫度保持不變，如保持150℃，根據(jù)所需施加的電流可度量流速

恒溫式比恒流式應(yīng)用更廣泛1、流速測(cè)量風(fēng)速儀探頭

熱線探頭長(zhǎng)度0.5～2毫米，直徑1～10微米，材料為鉑、鎢或鉑銠合金優(yōu)點(diǎn)：熱慣性小，頻率響應(yīng)范圍寬；工作溫度高，最高可達(dá)800℃

缺點(diǎn)：強(qiáng)度低、承受電流小、不適應(yīng)在液體或帶顆粒氣流中工作熱膜探頭很薄(厚度小于0.1微米)金屬膜代替金屬絲，但多測(cè)量液體流速

優(yōu)點(diǎn)：強(qiáng)度高，可在惡劣流場(chǎng)中工作，熱傳導(dǎo)損失小，信噪比高

缺點(diǎn)：頻響窄，工作溫度低，測(cè)量精度不高，損壞不易修復(fù)組合式:用以測(cè)量各個(gè)方向的速度分量1、流速測(cè)量風(fēng)速儀探頭

測(cè)量電路熱線風(fēng)速儀的傳遞函數(shù)是一個(gè)一階慣性系統(tǒng)，該系統(tǒng)的帶寬在0~10kHz之間，很容易適用于多數(shù)紊流檢測(cè)，以及滿足檢測(cè)渦旋要求測(cè)量流體脈動(dòng)流速時(shí)，必須考慮熱線的熱慣性（時(shí)間常數(shù)）采用細(xì)和短的熱線在電子線路上采取補(bǔ)償方法——恒溫型1、流速測(cè)量保持溫度不變風(fēng)速儀探頭

KA31熱線式風(fēng)速儀

1、流速測(cè)量定義瞬時(shí)流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間流過(guò)某截面的流體的量——q累計(jì)流量：瞬時(shí)流量的積分——Q平均流量：累計(jì)流量除以相應(yīng)的時(shí)間表示法質(zhì)量流量重量流量體積流量累計(jì)流量測(cè)量方法——容積式、速度式、質(zhì)量式、節(jié)流式應(yīng)用：水、氣、油等流體的流量2、流量測(cè)量gρ容積式：分割——計(jì)量利用機(jī)械測(cè)量元件，把流體連續(xù)不斷地分割成單個(gè)已知的體積V部分根據(jù)計(jì)量室逐次、重復(fù)地充滿和排放該體積部分流體的次數(shù)n，來(lái)測(cè)量流量體積總量種類橢圓齒輪流量計(jì)腰輪流量計(jì)刮板流量計(jì)濕式氣體流量計(jì)測(cè)量：轉(zhuǎn)軸計(jì)數(shù)2、流量測(cè)量橢圓齒輪流量計(jì)

腰輪流量計(jì)

刮板式流量計(jì)濕式氣體流量計(jì)

容積式測(cè)量誤差

測(cè)量累計(jì)流量準(zhǔn)確度很高；測(cè)量瞬時(shí)流量，誤差較大

考慮因素（1）滑漏量:齒輪等運(yùn)動(dòng)部件與殼體間存在間隙引起；（2）流量：流量不能太大，否則壓差引起誤差增大；（3）粘度：粘度較高時(shí)滑漏量小，誤差小；（4）提高儀表準(zhǔn)確度方法：采用伺服容積流量計(jì)。使用要點(diǎn)入口加慮網(wǎng)：防止雜物進(jìn)入，卡死運(yùn)動(dòng)部件儀表側(cè)留有旁路，便于經(jīng)常清洗不能超過(guò)儀表的規(guī)定范圍2、流量測(cè)量容積式2、流量測(cè)量LC-13型橢圓齒輪流量變送器

采用新型磁敏集成傳感器，可輸出脈沖信號(hào)和模擬信號(hào)，配套測(cè)量?jī)x表，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制允許基本誤差（％）：±0.2、±5被測(cè)液體粘度（MPa.s）：0.6-200被測(cè)液體溫度（℃）：-10℃～+50℃發(fā)送裝置：GF/QF脈沖型、MF-1模擬量型速度式——渦輪流量計(jì)當(dāng)流體通過(guò)流量計(jì)時(shí)，推動(dòng)渦輪，使其以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，此轉(zhuǎn)速是流體流量的函數(shù)非接觸式磁電式傳感器輸出信號(hào)的頻率與渦輪的轉(zhuǎn)速成正比2、流量測(cè)量支撐導(dǎo)流器磁電式傳感器渦輪軸承殼體支撐轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電脈沖方法：磁阻方法（導(dǎo)磁不銹鋼作葉片——切割磁力線）：適用于清潔、有潤(rùn)滑性的液體和氣體、不含固體顆粒（防磨損）流體感應(yīng)方法（葉片不導(dǎo)磁，磁鋼埋在渦輪內(nèi)腔——檢測(cè)線圈）：可用于非潤(rùn)滑性氣體，含微小顆粒和腐蝕性流體，以及液態(tài)氣體速度式——渦輪流量計(jì)安裝使用保證流量計(jì)流速分布均勻儀表前加濾網(wǎng)，防止雜質(zhì)進(jìn)入注意不能超過(guò)規(guī)定最高溫度、壓力和轉(zhuǎn)速儀表應(yīng)加逆止閥，防止渦輪倒轉(zhuǎn)水平安裝，流體流動(dòng)方向和儀表殼體所標(biāo)箭頭一致，儀表軸線和管道軸線一致渦流流量計(jì)的特點(diǎn)測(cè)量精度高，重復(fù)性好，基本誤差在±0.25％～1.5％之間測(cè)量范圍較寬，可測(cè)的小流量為40kg/h，最大流量可達(dá)16×106kg/h慣性小，可用于瞬時(shí)流量的測(cè)量2、流量測(cè)量速度式渦輪流量計(jì)2、流量測(cè)量產(chǎn)品型號(hào)公稱通徑（mm）流量范圍（m3/h）最大工作壓力（mpa）安裝形式精確度前置放大器電源（v）lwgy(a)-4

lwgy(a)-4-b40.01～0.256.3螺紋0.5

1+12lwgy(a)-6

lwgy(a)-6-b60.1～0.66.3螺紋0.5

1+12lwgy(a)-10

lwgy(a)-10-b100.2～1.26.3螺紋0.5

1+12lwgy(a)-15

lwgy(a)-15-b150.6～66.3螺紋0.5

1+12lwgy(a)-25

lwgy(a)-25-b251～106.3螺紋0.5

1+12工作電壓：＋24VDC（兩線制）輸出信號(hào)：4－20mA或1－5V（對(duì)應(yīng)流量零點(diǎn)和滿度）信號(hào)傳輸距離：小于250米速度式——渦街流量傳感器原理在流體中放置一個(gè)對(duì)稱形狀的非流線型柱體時(shí)，在它的下游兩側(cè)就會(huì)交替出現(xiàn)有規(guī)則的旋渦，兩側(cè)漩渦旋轉(zhuǎn)方向相反，并輪流地從主體上分離出來(lái)，在下游側(cè)形成“渦街”——卡門渦街現(xiàn)象

漩渦形成的振動(dòng)波頻率f與柱體附近的流體流速v成正比，與柱體特征尺寸d成反比：2、流量測(cè)量速度式——渦街流量傳感器頻率檢測(cè)方法：隨漩渦變化的交變壓力①、流體振動(dòng)頻率的檢測(cè)

——電熱絲（自熱式鉑電阻絲或熱敏電阻）對(duì)于圓柱形漩渦發(fā)生體，發(fā)生漩渦之側(cè)面壓力較大，交變壓力隨漩渦的發(fā)生而發(fā)生，使流體在孔中往復(fù)流動(dòng)，小孔中電加熱鉑電阻絲的電阻阻值隨之而改變，與漩渦頻率相對(duì)應(yīng)靈敏度高，但機(jī)械強(qiáng)度低②、流體作用力頻率的檢測(cè)

——漩渦發(fā)生體內(nèi)安裝膜片采用應(yīng)變計(jì)、壓電式力傳感器或電容式位移傳感器等方法可測(cè)出該交變力。該方法具有壽命長(zhǎng)，不受污染，且結(jié)構(gòu)牢靠2、流量測(cè)量導(dǎo)壓孔空腔隔墻電熱絲流體速度式——渦街流量傳感器特點(diǎn)精度高，誤差約為1％輸出是頻率信號(hào)，抗干擾能力強(qiáng)漩渦流量計(jì)的安裝避免管道振動(dòng)不宜測(cè)量腐蝕性較強(qiáng)、含有懸浮物或纖維的流體口徑選擇根據(jù)量程選擇應(yīng)保證在漩渦發(fā)生體處不產(chǎn)生空穴現(xiàn)象2、流量測(cè)量速度式——渦街流量傳感器2、流量測(cè)量LUGB－21/ZX渦街流量傳感器感應(yīng)元件不直接與被測(cè)介質(zhì)接觸，故性能穩(wěn)定，可靠性高，傳感器內(nèi)無(wú)可動(dòng)部件因而壓損小，維護(hù)量小，使用壽命長(zhǎng)測(cè)量介質(zhì)：液體、氣體、過(guò)熱/飽和蒸汽工作壓力：0—2.5MPA精度等級(jí)：液體±1%；氣體±1%；蒸汽±1.5%輸出信號(hào)：三線制電壓脈沖（占空比為50%）；二線制電流信號(hào)4—20MA供電：24VDC節(jié)流式

節(jié)流式流量計(jì)是工業(yè)上使用最多的流量計(jì)，在石油、化工、發(fā)電廠等工業(yè)領(lǐng)域使用的流量測(cè)量?jī)x表中，它所占的比例大約在70％左右工作原理——節(jié)流效應(yīng)在管道內(nèi)裝入節(jié)流件，流體流經(jīng)節(jié)流件時(shí)流束收縮，節(jié)流件前后產(chǎn)生壓差，而壓差和流量有一定關(guān)系，通過(guò)檢測(cè)壓差可以間接地得到流量。在節(jié)流裝置前后端面處取靜壓力p1和p2，則流體體積流量為：節(jié)流式流量計(jì)：節(jié)流裝置、壓力傳送管、差壓儀表節(jié)流件標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置、非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置目前常用的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置：標(biāo)準(zhǔn)孔板、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴2、流量測(cè)量節(jié)流式標(biāo)準(zhǔn)孔板——同心薄壁銳緣孔板

加工安裝都有相應(yīng)要求（國(guó)標(biāo)GB/T2624-1993）取壓方式：角接取壓：兩側(cè)壓力由孔板與管道形成角頂處取出法蘭取壓：在特定法蘭上單獨(dú)鉆孔取壓2、流量測(cè)量法蘭取壓角接取壓環(huán)式取壓鉆孔取壓?jiǎn)为?dú)鉆孔節(jié)流式

標(biāo)準(zhǔn)噴嘴

由具有兩個(gè)圓弧曲面入口收縮部分和圓筒形組成，采取角接取壓標(biāo)準(zhǔn)孔板和標(biāo)準(zhǔn)噴嘴的比較孔板較噴嘴壓損大，適合清潔流體噴嘴比孔板流量系數(shù)穩(wěn)定性好噴嘴比孔板誤差小，精度高，適用于污垢流體孔板比噴嘴加工制造簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜2、流量測(cè)量測(cè)壓管標(biāo)定標(biāo)定目的

不同結(jié)構(gòu)形式的測(cè)壓管，有不同的特性和適用范圍。對(duì)于精確測(cè)量，則必須進(jìn)行標(biāo)定，以確定其校正系數(shù)、方向特性、速度特性標(biāo)定方法標(biāo)定測(cè)壓管的關(guān)鍵是要有一個(gè)已知流體真實(shí)總壓、靜壓和速度的均勻流場(chǎng)目前較多的方法是在專門的設(shè)備——校正風(fēng)洞中用比較法標(biāo)定3、測(cè)量裝置標(biāo)定測(cè)壓管標(biāo)定校正風(fēng)洞在校正風(fēng)洞試驗(yàn)段可以得到均勻的平行氣流，氣流的真實(shí)總壓、靜壓可以準(zhǔn)確地測(cè)量出來(lái)被標(biāo)定測(cè)壓管放在校正風(fēng)洞的試驗(yàn)段，把被標(biāo)定測(cè)壓管測(cè)得的壓力和氣流的真實(shí)壓力相比較，可以得到測(cè)壓管的校正系數(shù)和特性曲線3、測(cè)量裝置標(biāo)定風(fēng)源待測(cè)管收縮段穩(wěn)定段整流柵進(jìn)口過(guò)渡段射流式校正風(fēng)洞試驗(yàn)段熱線風(fēng)速儀標(biāo)定對(duì)每個(gè)熱線探頭隨配套儀器作具體標(biāo)定，以獲取輸出電壓和流速之間的真實(shí)相應(yīng)關(guān)系標(biāo)定表達(dá)式：流速v與輸出電壓E關(guān)系

A、B是與熱線的幾何尺寸、流體物性和流動(dòng)條件有關(guān)的常數(shù)，由標(biāo)定實(shí)驗(yàn)確定，指數(shù)n在一定的速度范圍內(nèi)恒定標(biāo)定方法已知流速的均勻流場(chǎng)v，讀出風(fēng)速儀上相應(yīng)的一個(gè)電壓值E，作出E～v曲線3、測(cè)量裝置標(biāo)定流量計(jì)標(biāo)定標(biāo)定目的流量計(jì)在出廠前需