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1、第八章第八章 流量測量流量測量石磊石磊 博士博士講師講師Email：shi_8.1流速法測流量流速法測流量8.2壓差法測流量壓差法測流量8.3渦輪流量計渦輪流量計8.4電磁流量計電磁流量計8.5超聲波流量計超聲波流量計8.6渦街流量計渦街流量計8.7流量計的校準和標定流量計的校準和標定流量流量是流體在單位時間內(nèi)通過管道或設(shè)備某橫截面處的數(shù)量。質(zhì)量流量質(zhì)量流量：是單位時間內(nèi)通過的流體質(zhì)量，用qm表示，單位為kg/s。體積流量體積流量：是單位時間內(nèi)通過的流體體積，用qV表示，單位為m3/s。質(zhì)量流量是表示流量的最好方法。它們之間可以互相換算。質(zhì)量流量和體積流量有下列關(guān)系：qm=qv8-1流速法測量

2、8-2壓差法測流量 當流體流經(jīng)管道中急驟收縮的局部截面時，將產(chǎn)生增速當流體流經(jīng)管道中急驟收縮的局部截面時，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)象作為流量測量依據(jù)的儀表簡稱降也越大。以這種節(jié)流現(xiàn)象作為流量測量依據(jù)的儀表簡稱為差壓式流量計或節(jié)流式流量計。為差壓式流量計或節(jié)流式流量計。差壓式流量計由節(jié)流裝置、差壓信號管道（導壓管）和差壓式流量計由節(jié)流裝置、差壓信號管道（導壓管）和差壓計三部分組成。差壓計三部分組成。使用最廣泛的方法:u進口流量計（也稱雙紐線流量計）u節(jié)流式流量計節(jié)流裝置：節(jié)流裝置：包括改變

3、流束截面的節(jié)流元件，取壓裝置和前后一定距離的管道。標準孔板、標準孔板、文丘里噴嘴、文丘里噴嘴、標準噴嘴、標準噴嘴、文丘里管文丘里管 孔板：構(gòu)造最簡單，安裝容易，但壓力損失大，精度稍差標準噴嘴：流量系數(shù)大，壓力損失比孔板小，精度比孔板高，可測量溫度和壓力較高的蒸汽、氣體流量，但價格較孔板高，制造較復雜，僅限于中等口徑；文丘里管：流體阻力最小，但結(jié)構(gòu)、加工和安裝都較復雜，研究還不如孔板深入；文丘里噴嘴：介于噴嘴和文丘里管之間的節(jié)流元件，壓力損失比噴嘴低。取壓裝置：取壓裝置：角接取壓適用于孔板和噴嘴；角接取壓適用于孔板和噴嘴；法蘭取壓僅適用于孔板法蘭取壓僅適用于孔板節(jié)流原理：節(jié)流原理：流量越大，壓差

4、越大；流量越大，壓差越大；流體運動的慣性，使得流體運動的慣性，使得流束收縮最厲害的位置流束收縮最厲害的位置不在節(jié)流孔中，而是位不在節(jié)流孔中，而是位于節(jié)流孔之后；于節(jié)流孔之后；由于克服摩擦阻力和消由于克服摩擦阻力和消耗于節(jié)流件后形成的旋耗于節(jié)流件后形成的旋渦等能量損失，壓力不渦等能量損失，壓力不能恢復到原值。能恢復到原值。不可壓縮流體：不可壓縮流體：可壓縮流體：可壓縮流體：膨脹系數(shù)膨脹系數(shù)流量系數(shù)：查手冊流量系數(shù)：查手冊8-3渦輪流量計渦輪流量計8-4電磁流量計電磁流量計電磁流量計是根據(jù)法拉第電磁感應定律法拉第電磁感應定律制成的一種測量導電液體體積流量的儀表?？梢詼y量各種腐蝕性介質(zhì)：酸、堿、鹽溶

5、液以及帶有懸浮顆粒的漿液。此流量計無機械慣性，反應靈敏，可以測量脈沖流量，而且線性較好，可以直接進行等分刻度。只能測量導電液體，因此對于氣體、蒸氣以及含大量氣泡的液體，或者電導率很低的液體不能測量。由于測量管內(nèi)襯材料一般不宜在高溫下工作，所以目前一般的電磁流量計還不能用于測量高溫介質(zhì)。設(shè)在均勻磁場中，垂直于磁場設(shè)在均勻磁場中，垂直于磁場方向有一個直徑為方向有一個直徑為D的管道。的管道。管道由不導磁材料制成，當導管道由不導磁材料制成，當導電的液體在導管中流動時，導電的液體在導管中流動時，導電液體切割磁力線，因而在磁電液體切割磁力線，因而在磁場及流動方向垂直的方向上產(chǎn)場及流動方向垂直的方向上產(chǎn)生感

6、應電動勢，如安裝一對電生感應電動勢，如安裝一對電極，則電極間產(chǎn)生和流速成比極，則電極間產(chǎn)生和流速成比例的電位差。例的電位差。E為感應電動勢：為感應電動勢：B為磁感應強度，為磁感應強度，D為管道內(nèi)徑；為管道內(nèi)徑；v為液體在管道內(nèi)平均流速。為液體在管道內(nèi)平均流速。特點：特點：壓力損失小，使用壽命長不需修正（體積流量計，不受介質(zhì)溫度、粘度、密度等參數(shù)的影響）量程范圍寬，線性好，無機械慣性，反應靈敏缺點：缺點：不能測氣體、蒸汽和導磁率低的液體介質(zhì)不能測高溫高壓流體8-5 超聲波流量計超聲波流量計當超聲波在流體中傳播時，會載帶流體流速的信息。因此，根據(jù)對接收到的超聲波信號進行分析計算，可以檢測到流體的流

7、速，進而可以得到流量值。傳播速度差法的基本原理為：測量超聲波脈沖在順流和逆流傳測量超聲波脈沖在順流和逆流傳播過程中的速度之差來得到到被測流體的流速。播過程中的速度之差來得到到被測流體的流速。根據(jù)測量的物理量的不同，可以分為時差法(測量順、逆流傳播時由于超聲波傳播速度不同而引起的時間差)、相差法(測量超聲波在順、逆流中傳播的相位差)、頻差法(測量順、逆流情況下超聲脈沖的循環(huán)頻率差)。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。在測量管道中，裝兩個超聲波發(fā)射換能器F1和F2以及兩個接收換能器J1和J2，F(xiàn)1J1和F2J2與管道軸線夾角為a，管徑為D，流體由左向右流動，速度為

8、v，此時由F1到J1超聲波傳播速度為F2到J2超聲波傳播速度為：時差法時差法如果超聲波發(fā)生器發(fā)射一短小脈沖，順流傳播時間為逆流傳播的時間為8-6 渦街流量計渦街流量計（Vortex flow meter)是利用流體流過阻礙物時產(chǎn)是利用流體流過阻礙物時產(chǎn)生穩(wěn)定的漩渦，通過測量其漩渦產(chǎn)生頻率而實現(xiàn)流量計量的。生穩(wěn)定的漩渦，通過測量其漩渦產(chǎn)生頻率而實現(xiàn)流量計量的。渦街流量計由渦街流量傳感器和流量顯示儀表兩部分構(gòu)成。渦街流量計實現(xiàn)流量測量的理論基礎(chǔ)是流體力學中著名的“卡門渦街”原理。在流動的流體中放置一根其軸線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)，稱之為漩渦發(fā)生體，見圖。當流體沿漩渦發(fā)生體繞流時，會在漩渦發(fā)生體下游產(chǎn)生如圖所示不對稱但有規(guī)律的交替漩渦列，這就是所謂的卡門渦街。由于漩渦之間的相互影響，其形成通常是不穩(wěn)定的。馮.卡門對渦列的穩(wěn)定條件進行了研究，于1911年得到結(jié)論：只有當兩漩渦列之間的距離h和同列的兩漩渦之間的距離L之比滿足h/L=0.281時，所產(chǎn)生的渦街才是穩(wěn)定的。圓柱體后漩渦發(fā)生的頻率為：KTlF型智能流量積算儀與渦街電磁流量計等配套使用,測量蒸汽、氣體和液體的流量。八、流量計的校準和標定