流速面積法教材

4.3常用流量計(jì)簡(jiǎn)介4.3.1基于速度—面積法的流量測(cè)量

體積流量平均流速流通面積11）平均流速問題辦法：找一點(diǎn)，該點(diǎn)的流速正好是平均流速；在截面上找一系列的點(diǎn)，然后求出流速平均值。層流：對(duì)于在足夠長(zhǎng)的等直徑直管段中充分發(fā)展的層流，流速分布曲線是一定的。管道中心的流速等于2倍平均流速；距離管壁r=0.293R處的流速為平均流速。用一點(diǎn)流速代替平均流速4.3.1基于速度—面積法的流量測(cè)量

2紊流：流速分布曲線隨流速（）變化,中心流速與平均流速的比值也是變化的： 充分發(fā)展的紊流r=（0.238~0.246）R處流速為 對(duì)于未充分發(fā)展的紊流的位置不確定。選點(diǎn)測(cè)速法求平均流速實(shí)際上，足夠長(zhǎng)的直管段不易得到保證，因此，管流往往達(dá)不到充分發(fā)展，這時(shí)用測(cè)量多點(diǎn)的平均法可以求出平均流速。選點(diǎn)方法 對(duì)數(shù)——切比雪夫法； 對(duì)數(shù)——線性法； 三次方切比雪夫積分法等。4.3.1基于速度—面積法的流量測(cè)量

3整流器在較小的直管段上使流動(dòng)狀態(tài)滿足規(guī)定要求，可以加裝整流器。整流器的形式有：管式、篩孔式、組合式等。4.3.1基于速度—面積法的流量測(cè)量

42）點(diǎn)流速的測(cè)量

動(dòng)壓測(cè)量原理應(yīng)用條件：沿同一流線，定常流動(dòng)，無粘性，不可壓縮，只有重力作用下的流體。

由流體力學(xué)中的伯努力方程：三者之和稱為總水頭，具有長(zhǎng)度量綱。壓力水頭流速水頭位置水頭4.3.1基于速度—面積法的流量測(cè)量

5B點(diǎn)流速為零，稱之為駐點(diǎn)

總壓＝動(dòng)壓+靜壓

結(jié)論： 若能測(cè)出流體中某一點(diǎn)的總壓和靜壓， 按照伯努力方程就可以求出該點(diǎn)的流速。4.3.1基于速度—面積法的流量測(cè)量

6在圖中，A端是測(cè)量總壓的管口，形成駐點(diǎn)，vA為流速，pZ為流體的滯止壓力，則有：因?yàn)閷?shí)際上，pz和pA無法同時(shí)測(cè)出，如果在管道截面上靜壓力可以被認(rèn)為是相等的，用pJ代替pA則有：4.3.1基于速度—面積法的流量測(cè)量

73）實(shí)用的動(dòng)壓測(cè)量管

特點(diǎn)：靜壓和總壓測(cè)量管組成一體。

基本型動(dòng)壓測(cè)量管（皮托管）皮托管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，用途很廣。如飛機(jī)頭部或機(jī)翼前緣常裝設(shè)皮托管，測(cè)量相對(duì)空氣的飛行速度，又稱空速管。其中：動(dòng)壓測(cè)量管的校準(zhǔn)系數(shù)，基本型=1

流體可壓縮性修正系數(shù)，液體=14.3.1基于速度—面積法的流量測(cè)量

84.3.1基于速度—面積法的流量測(cè)量

9動(dòng)壓平均管（阿紐巴管、笛形管）用一根圓管（總壓平均管）沿被測(cè)管道直徑插入管道，在總壓平均管上按照要求開幾個(gè)孔（取壓口），總壓在管中平均后由細(xì)管引出，靜壓從背后引出：其中，由試驗(yàn)確定，由于只能單方向平均，故只適用于圓形管道。4.3.1基于速度—面積法的流量測(cè)量

104.3.1基于速度—面積法的流量測(cè)量

114.3.1基于速度—面積法的流量測(cè)量

12翼形動(dòng)壓管目的：提高△P的值，（常用于矩形管道）。結(jié)構(gòu)：截面為機(jī)翼形的測(cè)量管特點(diǎn)：流量系數(shù)穩(wěn)定，輸出差壓信號(hào)較大，可測(cè)矩形管道。4.3.1基于速度—面積法的流量測(cè)量

134.3.1基于速度—面積法的流量測(cè)量

14動(dòng)壓文丘里管目的：提高△P，增加靈敏度，降低壓力損失。是流量測(cè)量中一種重要的傳感器，多用于大截面管道。4.3.1基于速度—面積法的流量測(cè)量

15為進(jìn)一步提高△P，還可以采用雙級(jí)動(dòng)壓文丘里管：4.3.1基于速度—面積法的流量測(cè)量

16雙級(jí)動(dòng)壓文丘里管動(dòng)壓文丘里管4.3.1基于速度—面積法的流量測(cè)量

174.3.2電磁流量計(jì)

——非接觸、導(dǎo)電液體184.3.2電磁流量計(jì)——非接觸導(dǎo)電液體1）概述

依據(jù)： 據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，測(cè)量管道內(nèi)的流動(dòng)的導(dǎo)電液體（等效于許多連續(xù)的導(dǎo)電薄圓盤）做垂直于磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，電勢(shì)大小與流量相關(guān)。磁場(chǎng)：

恒定磁場(chǎng)：適于測(cè)量時(shí)不易產(chǎn)生極化現(xiàn)象的非電解液； 交變磁場(chǎng)：工業(yè)用的大部分形式（可減小極化現(xiàn)象）。優(yōu)點(diǎn)：壓損極小；可測(cè)流量范圍大；適用管徑范圍寬（最大可達(dá)3m）；測(cè)量精度高，線性度好。不足：只能測(cè)量導(dǎo)電液體（電導(dǎo)率），不能測(cè)氣體、蒸汽及純凈水。192）測(cè)量模型

感應(yīng)電勢(shì)的方向由右手定則確定，大小由下式?jīng)Q定：4.3.2電磁流量計(jì)——非接觸導(dǎo)電液體204.3.2電磁流量計(jì)——非接觸導(dǎo)電液體21體積流量：若采用交變磁場(chǎng)：磁感應(yīng)強(qiáng)度管道直徑液體的平均流速感應(yīng)電勢(shì)4.3.2電磁流量計(jì)——非接觸導(dǎo)電液體223）特殊問題討論

感應(yīng)電勢(shì)測(cè)量要求：利用轉(zhuǎn)換器將微弱的感應(yīng)電勢(shì)放大、轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)并抑制主要干擾。正交干擾及其抑制正交干擾：指由于交變磁場(chǎng)作用，相位與感應(yīng)電勢(shì)相差90

的感應(yīng)信號(hào)。產(chǎn)生原因：電磁流量計(jì)工作時(shí)，管道中充滿導(dǎo)電液體，從而使被測(cè)液體、電極、電極引線和轉(zhuǎn)換器的輸入阻抗構(gòu)成閉合回路，當(dāng)閉合回路中有交變磁場(chǎng)時(shí)就產(chǎn)生了電勢(shì)，此電勢(shì)與被測(cè)電勢(shì)頻率相同相位相差90

，故稱為正交電勢(shì)。4.3.2電磁流量計(jì)——非接觸導(dǎo)電液體23自動(dòng)對(duì)消法：如圖，從一個(gè)電極上引出兩根導(dǎo)線，分別繞過磁極形成兩個(gè)閉合回路，當(dāng)磁力線穿過這兩個(gè)回路時(shí)，分別產(chǎn)生兩個(gè)方向相反的干擾電流，在Ry上相互抵消。電路抑制法：在后續(xù)的轉(zhuǎn)換電路中采取抑制措施。

消除方法：自動(dòng)對(duì)消法+電路抑制法4.3.2電磁流量計(jì)——非接觸導(dǎo)電液體24選用及安裝要求

被測(cè)流體必須是導(dǎo)電液體。不能測(cè)氣體、蒸汽、石油制品、甘油、酒精及純凈水等；量程的選擇：常用流量最好超過滿量程的50％。常用流速為2～4m/s最合適；壓力的選擇：使用壓力必須低于電磁流量計(jì)額定工作壓力，一般不超過16

105Pa；溫度的選擇。被測(cè)介質(zhì)溫度不能超過村里材料的容許使用溫度，一般

200

C。4.3.2電磁流量計(jì)——非接觸導(dǎo)電液體25推薦垂直安裝，且被測(cè)流體是自下而上流動(dòng)。也可水平安裝，但要使兩電極在同一水平面上，要保證測(cè)量導(dǎo)管都充滿液體。流量計(jì)的外殼、屏蔽線、測(cè)量導(dǎo)管都要接地。要求單獨(dú)設(shè)置接地點(diǎn)，不要連接在電機(jī)或上、下管道上。（因信號(hào)較弱，滿量程時(shí)只有幾毫伏，且流量很小時(shí)，只有幾微伏，外界稍有干擾就會(huì)影響測(cè)量精度。）

安裝地點(diǎn)要遠(yuǎn)離一切磁源。（如大功率電機(jī)、變壓器等）流量計(jì)前必須有10D左右的直管段，以消除各種局部阻力對(duì)流線分布對(duì)稱性的影響。安裝注意事項(xiàng)：

4.3.2電磁流量計(jì)——非接觸導(dǎo)電液體264.3.3渦街流量計(jì)27基本原理： 流體流經(jīng)阻擋體或者是特制的元件時(shí)，產(chǎn)生了流動(dòng)振蕩，通過測(cè)定其振蕩頻率來反映通過的流量。特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：無可動(dòng)部件，壽命長(zhǎng)；準(zhǔn)確度高，線性范圍寬；量程范圍寬（100：1）；壓力損失小；不受P、t、η、ρ等流體參數(shù)變化的影響；氣、液均可以使用，可用于大口徑管道的氣液測(cè)量。缺點(diǎn)：干擾引起的流量振蕩時(shí)影響較大。4.3.3渦街流量計(jì)1）基本原理及特點(diǎn)渦街流量計(jì)外形圖28渦街產(chǎn)生原理：當(dāng)流體流動(dòng)受到一個(gè)垂直于流動(dòng)方向的非流線形柱體的阻礙時(shí)，柱體的下游兩側(cè)會(huì)發(fā)生明顯的旋渦，成為卡門渦列，渦列的形成與流體雷諾數(shù)有關(guān)。附面層流動(dòng)穩(wěn)定附面層外流體流動(dòng)壓力增大，速度下降。從流速分布線上可以看出，越接近柱面，速度越低。產(chǎn)生倒流現(xiàn)象4.3.3渦街流量計(jì)柱面v=029流體流經(jīng)柱體時(shí)，速度上升，壓力下降（節(jié)流），在圓柱體后速度下降，壓力上升。當(dāng)ReD>60時(shí)，附面層分離，產(chǎn)生旋向相反，且交替出現(xiàn)的旋渦。且當(dāng)渦街寬度h/相鄰旋渦間距l(xiāng)=0.2806時(shí)，渦街達(dá)到穩(wěn)定。4.3.3渦街流量計(jì)30數(shù)量關(guān)系：當(dāng)ReD=200~50000時(shí)：渦列頻率斯特羅哈數(shù)渦列發(fā)生體兩側(cè)流體的平均流速渦列發(fā)生體迎流面的最大寬度渦列發(fā)生體兩側(cè)的流通截面積

體積流量斯特羅哈數(shù)St主要與漩渦發(fā)生體的形狀和雷諾數(shù)有關(guān)，形狀確定后，在一定雷諾數(shù)范圍內(nèi)St為常數(shù)。4.3.3渦街流量計(jì)312）頻率檢測(cè)方法主要方法：壓力脈動(dòng)測(cè)量法、流速脈動(dòng)測(cè)量法、頻率直接檢測(cè)法；熱電阻法（P脈動(dòng)）：

把圓柱做成空心，中間放入一個(gè)加熱的電阻絲，在隔板層開幾個(gè)導(dǎo)壓孔，當(dāng)一側(cè)產(chǎn)生渦列時(shí)，P變化（脈動(dòng)），另一側(cè)未變，所以流體經(jīng)過導(dǎo)壓孔突然流過電阻絲，使之冷卻，溫度降低，電阻減小，另一側(cè)再產(chǎn)生渦列時(shí)，流體反而再次冷卻，電阻減小，測(cè)出電阻下降的次數(shù)就可以推出f。4.3.3渦街流量計(jì)32熱敏電阻法（靈敏度高）： 在三角柱體的迎流面上對(duì)稱的嵌入兩個(gè)熱敏電阻，熱敏電阻中通入恒定的電流，使之溫度在流體靜止的情況下比流體高出10℃左右。未起漩時(shí)，流體的溫度相同，交替旋轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)生漩渦的一側(cè)，能量損失，因此流速降低，此側(cè)對(duì)電阻的冷卻作用下降，可以產(chǎn)生一個(gè)脈沖。4.3.3渦街流量計(jì)33電磁檢測(cè)法： 旋渦發(fā)生體后設(shè)置一個(gè)信號(hào)電極，并使電極處于一個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的永久磁場(chǎng)中，流體旋渦的振動(dòng)使電極同頻率振動(dòng)，切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。特點(diǎn)：不怕管道振動(dòng)，剛剛興起的渦街頻率檢測(cè)方法。4.3.3渦街流量計(jì)344.3.4質(zhì)量流量計(jì)

——熱式質(zhì)量流量計(jì)（測(cè)氣體）35直接式質(zhì)量流量計(jì)

振動(dòng)加速度法（科里奧利）

熱學(xué)法差壓法 動(dòng)量法推導(dǎo)式質(zhì)量流量計(jì)

雙通道檢測(cè)法（測(cè)兩個(gè)與流量有關(guān)的信號(hào)，處理后得到質(zhì)量流量） 組合法（差壓+體積流量；體積流量+密度計(jì)；差壓+密度計(jì)…） 補(bǔ)償法（體積流量+溫度+壓力）4.3.4質(zhì)量流量計(jì)熱式質(zhì)量流量計(jì)（測(cè)氣體）364.3.4質(zhì)量流量計(jì)熱式質(zhì)量流量計(jì)（測(cè)氣體）熱式流量?jī)x表用得最多有兩類：利用流動(dòng)流體傳遞熱量改變測(cè)量管壁溫度分布的熱分布式流量計(jì)（thenmaI

prohIe

fIowmeter）曾稱量熱式TMF;利用熱消散（冷卻）效應(yīng)的金氏定律（KingsIaw）TMF。由于結(jié)構(gòu)上檢測(cè)元件伸入測(cè)量管內(nèi)，也稱浸入型（immersiontype）或侵入型（intrusiontype）。有些在使用時(shí)從管外插入工藝管內(nèi)的儀表稱作插入式（insertiontype）。37熱分布式TMF

薄壁測(cè)量管3外壁繞著兩組兼作加熱器和檢測(cè)元件的繞組2，組成惠斯登電橋，由恒流電源5供給恒定熱量。

在流量為零時(shí)，測(cè)量管上的溫度分布如圖虛線所示，上下游是對(duì)稱的，電橋處于平衡狀態(tài)；當(dāng)流體流動(dòng)時(shí)，流體將上游的部分熱量帶給下游，導(dǎo)致溫度分布變化如實(shí)線所示，由電橋測(cè)出兩組線圈電阻值的變化，求得兩組線圈平均溫度差ΔT。便可導(dǎo)出質(zhì)量流量qm

4.3.4質(zhì)量流量計(jì)熱式質(zhì)量流量計(jì)（測(cè)氣體）38熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)基于金氏定律的浸入型TMF

兩溫度傳感器（熱電阻）分別置于氣流中兩金屬細(xì)管內(nèi)，一熱電阻測(cè)得氣流溫度T；另一細(xì)管經(jīng)功率恒定的電熱加熱，其溫度Tv高于氣流溫度，氣體靜止時(shí)Tv最高，隨著流速增加，氣流帶走更多熱量，溫度下降，測(cè)得溫度差ΔT=Tv-T.這種方法稱作“溫度差測(cè)量法”或“溫度測(cè)量法”。

4.3.4質(zhì)量流量計(jì)熱式質(zhì)量流量計(jì)（測(cè)氣體）39特點(diǎn)

熱分布式可測(cè)量低流速（氣體0.02~2m/s）微小流量；浸入式可測(cè)量低~中偏高流速(氣體2~60m/s)，插入式更適合于大管徑；無活動(dòng)部件，無分流管的熱分布式儀表無阻流件，壓力損失很小；帶分流管的熱分布式儀表和浸入性儀表，雖置有阻流件，但壓損不大；使用性能相對(duì)可靠，組成簡(jiǎn)單，故障概率?。豁憫?yīng)慢，對(duì)小流量而言儀表會(huì)給被測(cè)氣體帶來熱量；被測(cè)氣體若在管壁沉積垢層影響測(cè)量值，須定期清洗；對(duì)脈動(dòng)流在使用上將受到限制；液體用TMF對(duì)于粘性液體在使用上亦受到限制。4.3.4質(zhì)量流量計(jì)熱式質(zhì)量流量計(jì)（測(cè)氣體）404.3.5渦輪流量計(jì)41原理： 渦輪機(jī)原理。（流體沖過渦輪葉片時(shí)發(fā)生動(dòng)量變化，給葉片一個(gè)沿圓周的切向推力，從而形成了葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)力距，使得葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)）由渦論的叫速度可以推出流量。特點(diǎn)： 準(zhǔn)確度高；動(dòng)態(tài)性能好（時(shí)間常數(shù)為ms級(jí)）；頻率輸出，線性好； 對(duì)流速分布和粘度變化敏感，不易測(cè)量高粘以及臟污流體； 有可動(dòng)部件，有磨損問題，