1、第八章 流量計量2瞬時流量： dQi = vi * dFi計算流量時，需注意幾個問題：（1）流體必須是均體同質(zhì)的，不能含有太多的異相物質(zhì)， 如水中不能含有太多的空氣。（2）流體中不能含有過多、過大的固體雜質(zhì)。（3）流體流經(jīng)某一截面時，必須是連續(xù)的，不能有間斷。瞬時流量： Q = v * F質(zhì)量流量： m = * v * F56一 差壓式流量計一、基本原理 : 流體流過孔板、噴嘴或文丘里管等節(jié)流元件時，將產(chǎn)生局部收縮，其流速增加，靜壓降低，在節(jié)流元件前后產(chǎn)生靜壓差，測出這個壓差就可以算出流量。由節(jié)流件、取壓裝置、阻流件、中間管道組成。由節(jié)流件、取壓裝置、阻流件、中間管道組成。上游第二上游第二個阻

2、流件個阻流件上游第一上游第一個阻流件個阻流件節(jié)流件節(jié)流件取壓裝置取壓裝置下游第一下游第一個阻流件個阻流件中間管道中間管道一 差壓式流量計Qm質(zhì)量流量d流量系數(shù)1節(jié)流件上、下游側(cè)取壓處流體密度Ad節(jié)流件在開孔狀態(tài)下的開孔面積P節(jié)流件上、下游側(cè)的靜壓力差流體流速膨脹系數(shù)8一 差壓式流量計節(jié)流原理節(jié)流原理流速收縮：沿管道軸向流動流速收縮：沿管道軸向流動的流體，當遇到節(jié)流裝置時，的流體，當遇到節(jié)流裝置時，近壁處的流體由于受到節(jié)流近壁處的流體由于受到節(jié)流裝置的阻擋最大，促使流體裝置的阻擋最大，促使流體的一部分動壓頭轉(zhuǎn)換為靜壓的一部分動壓頭轉(zhuǎn)換為靜壓頭，體現(xiàn)在頭，體現(xiàn)在P1的升高。的升高。P的產(chǎn)生：由于節(jié)

3、流裝置造的產(chǎn)生：由于節(jié)流裝置造成流束的局部收縮，同時流成流束的局部收縮，同時流體又是保持連續(xù)流動，因此體又是保持連續(xù)流動，因此在截面積最小流速達到最大，在截面積最小流速達到最大，而壓力最低。而壓力最低。流量越大，流束的局部收縮流量越大，流束的局部收縮和能量轉(zhuǎn)換越顯著，因此節(jié)和能量轉(zhuǎn)換越顯著，因此節(jié)流裝置兩端的壓差也越大。流裝置兩端的壓差也越大。一 差壓式流量計一 差壓式流量計一 差壓式流量計文氏流量計的結(jié)構(gòu)示意圖文氏流量計的結(jié)構(gòu)示意圖一 差壓式流量計例：20苯在1334mm的鋼管中流過，為測量苯的流量，在管道中安裝一孔徑為75mm的標準孔板流量計。當孔板前后U形壓差計的讀數(shù)R為80mmHg時，

4、試求管中苯的流量（m3/h）（已知流量系數(shù)為0.648）。 一 差壓式流量計一 差壓式流量計3kg/m880/h)48.96(m/s)m(0136. 0880)88013600(81. 908. 02075. 0785. 0648. 0)(2d3320dRgAqV解：解：查得20苯的物性：由公式可求得苯的體積流量：P2P1h1h20PxPxPxPx平薄片波紋片膜盒一 差壓式流量計16差壓式流量計優(yōu)點：l可靠性高、復現(xiàn)性好、結(jié)構(gòu)簡單又沒有可動元件，適應性廣泛。缺點：l安裝要求嚴、流量計前后要求有較長直管段、測量范圍窄；l壓力損失大。差壓式流量計的測量準確度通常為1%2%一 差壓式流量計17二 轉(zhuǎn)

5、子流量計轉(zhuǎn)子流量計是工業(yè)生產(chǎn)過程中應用較為廣泛的一類用于測量中小流量的流量計。它又稱浮子流量計、恒壓降變截面流量計。按錐形管材料的不同可分為玻璃管轉(zhuǎn)子流量計和金屬管轉(zhuǎn)子流量計。玻璃管轉(zhuǎn)子流量計耐壓能力低，一般為就地直讀式。金屬管轉(zhuǎn)子流量計耐壓能力高，一般有就地指示型和信號遠傳型。181 工作原理02()ffvfgVqAAqv流體的體積流量流量系數(shù)A0浮子與錐形管之間的環(huán)形面積g重力加速度Vf浮子體積Af浮子最大直徑處截面積f浮子的密度被測流體密度20三 渦輪流量計渦輪流量計的測量原理及組成渦輪流量計是一種速度流量計。其工作原理為，當液體流過傳感器渦輪葉片時，對渦輪產(chǎn)生驅(qū)動力矩，使渦輪克服摩擦力

6、矩和流體阻力矩而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。在一定的流量范圍內(nèi)，對一定的流體粘度，渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度與流體流量成正比。21渦輪流量計主要由渦輪、導流器、磁電轉(zhuǎn)換器組成，結(jié)構(gòu)如圖所示。1 磁電感應式檢測器；2 葉輪；3 渦輪三 渦輪流量計三 渦輪流量計三 渦輪流量計 當磁場垂直于薄片時，電子受到洛侖茲力的作用，向內(nèi)側(cè)（d 側(cè)）偏移，在半導體薄片c、d方向的端面之間建立起霍爾電勢。流量一轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)換原理 當渦輪處于勻速轉(zhuǎn)動的平衡狀態(tài)時，假設不計葉輪轉(zhuǎn)動的摩擦阻力、流體粘性阻力及感應線圈中感應電流所引起的電磁反作用力矩的影響。輸出脈沖的頻率與渦輪的轉(zhuǎn)速成正比，流體的體積流量與脈沖頻率之間的關系為：VfqK渦輪流量計的特性

7、曲線K:儀表常數(shù)三 渦輪流量計渦輪流量計具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、運動部件少、耐高壓、重復性好，準確度可達0.2% 0.1%、壓力損失較小、采用數(shù)字脈沖輸出、便于遙測、維修方便等優(yōu)點。在石油，化工，冶金，城市燃氣管網(wǎng)等行業(yè)中具有廣泛的使用價值。 缺點是對測量介質(zhì)潔凈度要求較高，使用期限受到限制。受被測流體粘度變化的影響較大。三 渦輪流量計26四 渦街流量計渦街流量計，又稱卡門旋渦流量計，它是利用流體自然振蕩原理制成的，是70年代發(fā)展起來的一種新型流量計。它適用于氣體流量和液體流量測量。27利用了流體力學中的卡門渦街現(xiàn)象，即在流體中放置一個外形為對稱形狀的非流線型柱體，在一定的范圍內(nèi)，它的下游兩側(cè)就

8、會交替產(chǎn)生兩列不對稱的的漩渦，兩側(cè)漩渦的旋轉(zhuǎn)方向相反，并輪流從柱體上分離出來，在下游側(cè)形成所謂的“渦街”1 測量原理實驗表明，當hL=0.281時，產(chǎn)生的渦街是穩(wěn)定的，這就是“卡門渦街”28式中 St斯特羅哈爾數(shù)； l 一柱體的特征尺寸。vfStl由圓柱形成的單側(cè)的漩渦脫落的頻率f 與柱體附近的流體流速v成正比，與柱體的特征尺寸l成反比，即29式中 d三角柱扁平面寬度； D 管道直徑1 1.25/StvfdDd由三角柱形成卡門渦街，其單列漩渦脫落的頻率f為：30由以上可以看到，當St近似為常數(shù)時，單列漩渦產(chǎn)生的頻率與流體的流速成正比，而與流體的溫度、壓力、成分、粘度和密度等參數(shù)無關，測得頻率f

9、 即可得到流速v，進而得到流量qv。渦街流量計主要由漩渦發(fā)生體和漩渦頻率檢測機構(gòu)組成。漩渦發(fā)生體主要有圓柱形和三角柱兩種。31渦街流量計具有以下的特點：l漩渦的頻率只與流速有關，在一定范圍內(nèi)，幾乎不受流體性質(zhì)（壓力、溫度、粘度和密度等）變化的影響，故可不需單獨標定。l測量精度高，誤差約為1級，重復性約0.5級，不存在零點漂移的問題。l壓力損式小，流量測量范圍寬。渦街流量計特別適于大口徑管道的流量測量。32五 靶式流量計靶式流量計是一種適用于測量高粘度的流量測量儀表，例如用于測量重油、瀝青、含固體顆粒的漿液及腐蝕性介質(zhì)的流量。 22BFku A F流體對靶的作用力u流體流速； 密度；AB靶的受力

10、面積。332212vDdFqA ukd管道直徑為D，靶直徑為d，環(huán)隙通道面積為A，則可求出流體體積流量為： 靶式流量計工作原理、實物圖 34五 電磁流量計1 工作原理電磁流量計根據(jù)電磁感應定律工作，用于測量導電液體體積流量的儀表。244vEBvddqvAd vEB令K= d /4BvqKE35l電磁流量計測量準確度不受被測液體的密度、粘度和電導率變化的影響，測量管中沒有任何阻礙液體流動的部件，所以沒有壓力損失。l適當選用測量管中絕緣內(nèi)襯和電極材料，可以測量各種腐蝕性溶液的流量；l在測量含有固體顆粒物的液體更有優(yōu)勢；l準確度高，但價格也高36超聲波測流量的作用原理有傳播速度法、多普勒法、波束偏移

11、法、噪聲法、相關法、流速液面法等多種方法。1 傳播速度法測量原理超聲測速原理4. 超聲波流量計37時差法時差法就是測量超聲波脈沖順流和逆流時傳播的時間差。流體流速 22cutLt1-按順流方向，超聲波到達接收器時間；t2-按逆流方向，超聲波到達接收器時間。2122Lutttc 38超聲波流量計由超聲波換能器、電子線路及流量顯示系統(tǒng)組成。超聲波換能器通常由鋯鈦酸鉛陶瓷等壓電材料制成，通過電致伸縮效應和壓電效應，發(fā)射和接收超聲波。換能器在管道上的配置方式如圖所示 ：超聲波換能器在管道上的配置方式 (2) 超聲波流量計的特點與應用42六 質(zhì)量流量計流體的體積是流體溫度、壓力和密度的函數(shù)。在某些工業(yè)生

12、產(chǎn)中，需要知道流體的質(zhì)量流量。質(zhì)量流量計的測量方法，可分為間接測量和直接測量兩類。間接式測量方法通過測量體積流量和流體密度經(jīng)計算得出質(zhì)量流量，這種方式又稱為推導式；直接式測量方法則由檢測元件直接檢測出流體的質(zhì)量流量。43一般是采用體積流量計和密度計或兩個不同類型的體積流量計組合，實現(xiàn)質(zhì)量流量的測量。常見的組合方式主要有3種。1 差壓式流量計與密度計的組合差壓流量計與密度計組合 一 間接式質(zhì)量流量計442 體積流量計與密度計的組合體積流量計和密度計組合 利用一些體積流量計如電磁流量計、橢圓齒輪流量計、超聲波流量計等和密度計組合 453 體積流量計與差壓計的組合 節(jié)流式流量計和其它體積流量計組合

13、46直接式質(zhì)量流量計的輸出信號直接反映質(zhì)量流量，有許多種型式。1 熱式質(zhì)量流量計TcPqpm 根據(jù)傳熱規(guī)律： pc為流體的定壓比熱;T兩點溫度差。 二 直接式質(zhì)量流量計47熱式質(zhì)量流量計示意圖（托馬斯流量計） 電源：24VDC精度：13%F.S.流通管徑：20200工作溫度：-2060輸出：420mA、05VDC、232接口 48八 水表1 概述水表是專門用于計量流經(jīng)壓力管道內(nèi)的水的總量（累積體計量）的儀表49水表的發(fā)展簡史1825年英國的克路斯發(fā)明了真正具有儀表特征的平衡罐式水表以來，水表的發(fā)展已有近二百年的歷史。期間，水表的結(jié)構(gòu)先后出現(xiàn)了往復式單活塞式水表、旋轉(zhuǎn)活塞式水表、圓盤式水表、旋翼式水表和螺翼式水表等形式。上述水表的工作原理和基本結(jié)構(gòu)仍被各水表制造企業(yè)沿用至今，但在設計、工藝和選材等方面不斷進步，使之提高了水表的計量性能和可靠性，也降低了制造成本。50我國的水表使用和生產(chǎn)起步較晚。1879年，李鴻章為操辦海軍，在旅順口創(chuàng)建了我國第一家水廠。 從此，水表開始進入我國。 到1883年英殖民主義者在上海建立了第二個水廠。但還是沒有生產(chǎn)水表。51直到20世紀30年代，上海光華機械廠（現(xiàn)在的上海光華儀表廠）從國外進口零部件開始組