第八章第八章 流量測(cè)量流量測(cè)量石磊石磊 博士博士講師講師Email：shi_8.1流速法測(cè)流量流速法測(cè)流量8.2壓差法測(cè)流量壓差法測(cè)流量8.3渦輪流量計(jì)渦輪流量計(jì)8.4電磁流量計(jì)電磁流量計(jì)8.5超聲波流量計(jì)超聲波流量計(jì)8.6渦街流量計(jì)渦街流量計(jì)8.7流量計(jì)的校準(zhǔn)和標(biāo)定流量計(jì)的校準(zhǔn)和標(biāo)定流量流量是流體在單位時(shí)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(shí)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(shí)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(cè)量8-2壓差法測(cè)流量 當(dāng)流體流經(jīng)管道中急驟收縮的局部截面時(shí)，將產(chǎn)生增速當(dāng)流體流經(jīng)管道中急驟收縮的局部截面時(shí)，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(cè)量依據(jù)的儀表簡(jiǎn)稱降也越大。以這種節(jié)流現(xiàn)象作為流量測(cè)量依據(jù)的儀表簡(jiǎn)稱為差壓式流量計(jì)或節(jié)流式流量計(jì)。為差壓式流量計(jì)或節(jié)流式流量計(jì)。差壓式流量計(jì)由節(jié)流裝置、差壓信號(hào)管道（導(dǎo)壓管）和差壓式流量計(jì)由節(jié)流裝置、差壓信號(hào)管道（導(dǎo)壓管）和差壓計(jì)三部分組成。差壓計(jì)三部分組成。使用最廣泛的方法:u進(jìn)口流量計(jì)（也稱雙紐線流量計(jì)）u節(jié)流式流量計(jì)節(jié)流裝置：節(jié)流裝置：包括改變流束截面的節(jié)流元件，取壓裝置和前后一定距離的管道。標(biāo)準(zhǔn)孔板、標(biāo)準(zhǔn)孔板、文丘里噴嘴、文丘里噴嘴、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、文丘里管文丘里管 孔板：構(gòu)造最簡(jiǎn)單，安裝容易，但壓力損失大，精度稍差標(biāo)準(zhǔn)噴嘴：流量系數(shù)大，壓力損失比孔板小，精度比孔板高，可測(cè)量溫度和壓力較高的蒸汽、氣體流量，但價(jià)格較孔板高，制造較復(fù)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(fù)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，壓差越大；流量越大，壓差越大；流體運(yùn)動(dòng)的慣性，使得流體運(yùn)動(dòng)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(fù)到原值。能恢復(fù)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(cè)流量系數(shù)：查手冊(cè)8-3渦輪流量計(jì)渦輪流量計(jì)8-4電磁流量計(jì)電磁流量計(jì)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)定律制成的一種測(cè)量導(dǎo)電液體體積流量的儀表?？梢詼y(cè)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。此流量計(jì)無機(jī)械慣性，反應(yīng)靈敏，可以測(cè)量脈沖流量，而且線性較好，可以直接進(jìn)行等分刻度。只能測(cè)量導(dǎo)電液體，因此對(duì)于氣體、蒸氣以及含大量氣泡的液體，或者電導(dǎo)率很低的液體不能測(cè)量。由于測(cè)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(jì)還不能用于測(cè)量高溫介質(zhì)。設(shè)在均勻磁場(chǎng)中，垂直于磁場(chǎng)設(shè)在均勻磁場(chǎng)中，垂直于磁場(chǎng)方向有一個(gè)直徑為方向有一個(gè)直徑為D的管道。的管道。管道由不導(dǎo)磁材料制成，當(dāng)導(dǎo)管道由不導(dǎo)磁材料制成，當(dāng)導(dǎo)電的液體在導(dǎo)管中流動(dòng)時(shí)，導(dǎo)電的液體在導(dǎo)管中流動(dòng)時(shí)，導(dǎo)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(chǎng)及流動(dòng)方向垂直的方向上產(chǎn)場(chǎng)及流動(dòng)方向垂直的方向上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，如安裝一對(duì)電生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，如安裝一對(duì)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(yīng)電動(dòng)勢(shì)：為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，為磁感應(yīng)強(qiáng)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(diǎn)：特點(diǎn)：壓力損失小，使用壽命長(zhǎng)不需修正（體積流量計(jì)，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(jī)械慣性，反應(yīng)靈敏缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：不能測(cè)氣體、蒸汽和導(dǎo)磁率低的液體介質(zhì)不能測(cè)高溫高壓流體8-5 超聲波流量計(jì)超聲波流量計(jì)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。傳播速度差法的基本原理為：測(cè)量超聲波脈沖在順流和逆流傳測(cè)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(cè)流體的流速。播過程中的速度之差來得到到被測(cè)流體的流速。根據(jù)測(cè)量的物理量的不同，可以分為時(shí)差法(測(cè)量順、逆流傳播時(shí)由于超聲波傳播速度不同而引起的時(shí)間差)、相差法(測(cè)量超聲波在順、逆流中傳播的相位差)、頻差法(測(cè)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(cè)量方法，它是在前兩種測(cè)量方法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。在測(cè)量管道中，裝兩個(gè)超聲波發(fā)射換能器F1和F2以及兩個(gè)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(dòng)，速度為v，此時(shí)由F1到J1超聲波傳播速度為F2到J2超聲波傳播速度為：時(shí)差法時(shí)差法如果超聲波發(fā)生器發(fā)射一短小脈沖，順流傳播時(shí)間為逆流傳播的時(shí)間為8-6 渦街流量計(jì)渦街流量計(jì)（Vortex flow meter)是利用流體流過阻礙物時(shí)產(chǎn)是利用流體流過阻礙物時(shí)產(chǎn)生穩(wěn)定的漩渦，通過測(cè)量其漩渦產(chǎn)生頻率而實(shí)現(xiàn)流量計(jì)量的。生穩(wěn)定的漩渦，通過測(cè)量其漩渦產(chǎn)生頻率而實(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顯示儀表兩部分構(gòu)成。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“卡門渦街”原理。在流動(dòng)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(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)生如圖所示不對(duì)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(duì)渦列的穩(wěn)定條件進(jìn)行了研究，于1911年得到結(jié)論：只有當(dāng)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(shí)，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(jì)等配套使用,測(cè)量蒸汽、氣體和液體的流量。八、流量計(jì)的校準(zhǔn)和標(biāo)定