內(nèi)容提要：

§10-1壓力的測(cè)量

§10-2流量的測(cè)量第十章流體參量測(cè)量

在液壓馬達(dá)的效率試驗(yàn)中，要同時(shí)測(cè)量液壓馬達(dá)的進(jìn)口壓力、出口壓力、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、流量等參量，并據(jù)此計(jì)算出液壓馬達(dá)的容積效率、機(jī)械效率和總效率。壓力和流量測(cè)量裝置在原理或結(jié)構(gòu)上有差別，共同特點(diǎn)：

1)中間轉(zhuǎn)換元件→壓力、流量→中間機(jī)械量→傳感器→電量輸出；

2)測(cè)量裝置的精確度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)不僅與傳感器本身及組成測(cè)量裝置的特性有關(guān)，還和由傳感器、連接管路等組成的流體系統(tǒng)的特性有關(guān)。第十章流體參量測(cè)量§10-1壓力測(cè)量

垂直并均勻作用于單位面積上的力稱(chēng)為壓強(qiáng)(壓力)1．從測(cè)量角度分：

1)靜定壓每秒鐘的變化量為壓力計(jì)分度值的1%或每分鐘的變化量為5%以下的壓力。

2)變動(dòng)壓每單位時(shí)間的變化量超過(guò)靜定壓限度的壓力。非周期變化的壓力稱(chēng)為波動(dòng)壓力；不連續(xù)且變化大的壓力稱(chēng)為沖擊壓力。

3)脈動(dòng)壓壓力隨時(shí)間作周期性的變化，且其變化的速度超過(guò)靜定壓力限度的壓力。第十章流體參量測(cè)量

2．按測(cè)量方法分1)絕對(duì)壓力以絕對(duì)真空作為零點(diǎn)壓力標(biāo)準(zhǔn)的壓力在單位符號(hào)后面加上符號(hào)“abs”表示2)表壓力以大氣壓作為零點(diǎn)壓力標(biāo)準(zhǔn)的壓力通常所指壓力就是表壓力，在壓力單位后面用字母“G”表示3)差壓力以大氣壓以外的任意壓力為零點(diǎn)壓力標(biāo)準(zhǔn)的壓力第十章流體參量測(cè)量表壓力與絕對(duì)壓力之間關(guān)系為絕對(duì)壓力＝表壓力十大氣壓力國(guó)際度量系統(tǒng)規(guī)定壓力單位：Pa、kPa、MPa

作用在確定面積上的流體壓力很容易轉(zhuǎn)換成力，同力測(cè)量。常用壓力測(cè)量方法：靜重比較法和彈性變形法靜重比較法多用于各種壓力測(cè)量裝置的靜態(tài)校準(zhǔn)。彈性變形法是構(gòu)成壓力計(jì)和壓力傳感器的基礎(chǔ)。第十章流體參量測(cè)量一、彈性式壓力敏感元件指針式壓力表(壓力計(jì))和壓力傳感器根據(jù)彈性變形原理工作，采用某種形式的彈式元件作為壓力感受元件，用其變形的位移量來(lái)代表壓力值。常用彈性式壓力敏感元件有彈簧管、膜片、波紋管和金屬筒等。測(cè)量彈性元件變形，可以用機(jī)械機(jī)構(gòu)放大，帶動(dòng)指針，制成壓力計(jì)；可以用機(jī)電轉(zhuǎn)換裝置，把位移變?yōu)殡娏?，制成壓力傳感器，用儀表顯示出壓力值。第十章流體參量測(cè)量

1．彈簧管壓力計(jì)

彈簧管壓力計(jì)主要由彈簧管2、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、指針等組成。

彈簧管(波登管)橫截面為扁圓形或橢圓形，截面的短軸方向與管子彎曲的徑向方向一致。彈簧管的自由端封閉，其位移作為輸出信號(hào)。開(kāi)口端固定在儀表外殼上。當(dāng)彈簧管內(nèi)通入壓力流體時(shí)，使管子截面有變圓的趨勢(shì)，產(chǎn)生彈性變形。自由端要向管子伸直的方向移動(dòng)，當(dāng)變形引起的彈性力和被測(cè)壓力產(chǎn)生的作用力相平衡時(shí)，變形停止第十章流體參量測(cè)量第十章流體參量測(cè)量C型彈簧管端部位移量最大為2～5mm。為增大管端位移量，采用盤(pán)旋型或螺旋型彈簧管。彈簧管尺寸已經(jīng)系列化，不同材料的彈簧管適用于不同的被測(cè)壓力和被測(cè)介質(zhì)。當(dāng)壓力低于20MPa時(shí)，一般采用磷青銅，壓力高于20MPa時(shí)則采用不銹鋼或其他高強(qiáng)度合金鋼。彈簧管壓力計(jì)測(cè)量壓力范圍10-4～103MPa，特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低，使用方便，固有頻率低，存在彈性滯后現(xiàn)象，不宜測(cè)量動(dòng)態(tài)壓力。彈簧管壓力計(jì)的測(cè)量誤差一般在0.5%～1%以?xún)?nèi)。第十章流體參量測(cè)量

2．膜片式壓力計(jì)金屬膜片作為敏感元件

膜片周邊固定，當(dāng)膜片兩側(cè)面受不同壓力時(shí)，膜片中心位移與其上壓力(差)近似成正比關(guān)系，通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，使指針偏轉(zhuǎn)。膜片按形式分平膜片、波紋膜片，按剛度分彈性膜片和撓性膜片。平膜片結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，位移小，測(cè)量較高壓力，達(dá)100MPa。波紋膜片通常用磷青銅、鈹青銅或不銹鋼制作，位移大，靈敏度高，應(yīng)用普遍，測(cè)量范圍1Pa～1MPa。

撓性膜片用橡膠或塑料制成，幾乎沒(méi)有彈性，起隔離流體作用，壓力由其上的彈簧承受，測(cè)量0～10-2Pa壓力。第十章流體參量測(cè)量第十章流體參量測(cè)量

3．波紋管壓力計(jì)波紋管作為敏感元件波紋管是表面上有許多同心環(huán)狀波形皺紋的薄壁圓管，一端開(kāi)口為流體入口，另一端密封與機(jī)電轉(zhuǎn)換元件連接。

波紋管規(guī)格已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，其軸向位移及軸向應(yīng)力與內(nèi)部的壓力成正比。波紋管在軸向容易變形，靈敏度高，缺點(diǎn)是遲滯大(5～6%)。波紋管用鈹青銅或不銹鋼制作。第十章流體參量測(cè)量

二、常用壓力傳感器壓力傳感器是壓力測(cè)試系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)，將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。根據(jù)轉(zhuǎn)換形式的不同，壓力傳感器有應(yīng)變式、壓電式、壓阻式、電容式、電感式、霍爾式、振弦式等。

1．應(yīng)變式壓力傳感器常用應(yīng)變式壓力傳感器：平膜片式、應(yīng)變管式

共同特點(diǎn)：

當(dāng)敏感元件在被測(cè)壓力作用下產(chǎn)生彈性變形時(shí)，粘貼在彈性敏感元件上的應(yīng)變片阻值發(fā)生變化，引起電橋電路的相應(yīng)輸出信號(hào)，從而測(cè)得流體壓力。第十章流體參量測(cè)量(1)平膜片式壓力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖

平圓膜片周邊固定。當(dāng)其一面受流體壓力作用時(shí)，膜片發(fā)生彎曲變形，在另一面(應(yīng)變片粘貼面)產(chǎn)生徑向應(yīng)變?chǔ)舝和切向應(yīng)變?chǔ)舤

第十章流體參量測(cè)量膜片應(yīng)變分布曲線(xiàn)

當(dāng)r=0時(shí)εr和εt相等，且都達(dá)到最大值

當(dāng)r=r0(膜片邊緣處)時(shí)，εt=0，εr達(dá)到負(fù)的應(yīng)變最大值

第十章流體參量測(cè)量徑向應(yīng)變?chǔ)舝=0εr為正應(yīng)變?chǔ)舝為負(fù)應(yīng)變

根據(jù)膜片應(yīng)變分布考慮應(yīng)變片的粘貼位置和方向第十章流體參量測(cè)量

箔式組合應(yīng)變片電阻R1、R3感受正的切向應(yīng)變?chǔ)舤，應(yīng)變片敏感柵沿圓周方向排列；電阻R2、R4感受負(fù)的徑向應(yīng)變?chǔ)舝，敏感柵按半徑方向排列。應(yīng)變片組成全橋電路靈敏度大。膜片厚度

根據(jù)膜片允許的最大應(yīng)變?chǔ)舝和傳感器量程p，并選定膜片半徑后可求得膜片厚度h

。第十章流體參量測(cè)量壓力p與膜片中心位移關(guān)系

p和yc間非線(xiàn)性關(guān)系：在變形較小情況下，(yc/h)3比yc/h小得多，可以忽略，彎曲應(yīng)力占支配地位，近似認(rèn)為p和yc成線(xiàn)性關(guān)系。變形較大，p和yc呈非線(xiàn)性關(guān)系。如果要求p和yc間的非線(xiàn)性誤差小于5%，膜片中心的最大變形必須小于膜片厚度的1/3。第十章流體參量測(cè)量

周邊固定的彈性膜片有無(wú)窮多階固有頻率，最低階固有圓頻率

溫度對(duì)膜片式壓力傳感器的性能影響較大。原因：1)應(yīng)變片與被測(cè)流體之間僅隔著一層很薄的膜片，流體的溫度變化對(duì)應(yīng)變片的工作帶來(lái)影響；2)當(dāng)被測(cè)流體溫度變化時(shí)，膜片內(nèi)、外表面形成溫差，使膜片向溫度高的一面凸起，在膜片上引起附加的應(yīng)力；3)被測(cè)流體溫度的變化使膜片材料的E和μ發(fā)生變化→影響傳感器靈敏度。第十章流體參量測(cè)量(2)應(yīng)變管式壓力傳感器傳感器示意圖

當(dāng)管內(nèi)充以流體時(shí)，內(nèi)壁受到壓力，外壁呈現(xiàn)平面應(yīng)力狀態(tài)，兩個(gè)主應(yīng)力方向已知，且切向應(yīng)力σt大于軸向應(yīng)力σa。應(yīng)變片沿切線(xiàn)方向粘貼，溫度補(bǔ)償片貼在圓管末端不變形的部位，以得到較大靈敏度。假設(shè)薄壁圓管內(nèi)徑d，外徑D，外壁切向應(yīng)變?chǔ)舤為：第十章流體參量測(cè)量薄壁圓管，若壁厚為h，D/d+1≈2，得

一般認(rèn)為，應(yīng)變管工作段長(zhǎng)度可取(5～10)D范圍指出：1)應(yīng)變管在最大工作壓力時(shí)的應(yīng)力，遠(yuǎn)小于材料的彈性極限。2)產(chǎn)生足夠應(yīng)變量，使傳感器具有一定的靈敏度。

第十章流體參量測(cè)量2．壓阻式壓力傳感器

工作原理：半導(dǎo)體壓阻效應(yīng)結(jié)構(gòu)示意圖

壓力敏感元件為單晶硅膜片4。鋼膜片將被測(cè)介質(zhì)與硅膜片隔開(kāi)，中間充滿(mǎn)低粘度硅油，用以傳遞壓力和隔熱。鋼膜片高彈性和液體不可壓縮性，保證被測(cè)壓力直接傳遞到硅膜片上。

硅膜片形狀：周邊固支圓形硅膜片，周邊固支方形或矩形硅膜片。第十章流體參量測(cè)量

壓阻式壓力傳感器采用集成電路，尺寸很小→測(cè)量局部區(qū)域壓力。電阻直接擴(kuò)散到膜片上，沒(méi)有粘貼層→零漂小，靈敏度高，重復(fù)性好。通常用于中、低壓力以及微壓和壓差的測(cè)量。固有頻率一般都在10kHz以上，適用于靜態(tài)和動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量。

3．壓電式壓力傳感器

工作原理：壓電材料壓電效應(yīng)，用于動(dòng)態(tài)或瞬態(tài)壓力測(cè)量。

結(jié)構(gòu)形式：活塞式、膜片式第十章流體參量測(cè)量活塞式壓電壓力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖

被測(cè)壓力通過(guò)活塞2、砧盤(pán)3將壓力傳遞給壓電元件4，壓電元件產(chǎn)生的電荷由插頭座5輸出與儀表相連?；钊娣e小，適用于中、高壓測(cè)量。由于活塞質(zhì)量和剛度、活塞桿前端所測(cè)流體粘度等因素的影響，自振頻率不高，一般在20～30kHz之間。第十章流體參量測(cè)量膜片式壓電壓力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖

承壓膜片3只起密封、預(yù)壓和傳遞壓力的作用。膜片質(zhì)量很小，壓電晶體剛度很大→傳感器固有頻率很高(達(dá)100kHz以上)→動(dòng)態(tài)或瞬態(tài)壓力測(cè)量。常用壓電材料有石英晶體、鋯鈦酸鉛和鈦酸鋇。

壓電式壓力傳感器需采用高輸入阻抗的電荷放大器前置放大。

第十章流體參量測(cè)量

壓電晶體具有質(zhì)量，振動(dòng)條件下工作時(shí)產(chǎn)生與振動(dòng)加速度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)，對(duì)中、高量程傳感器產(chǎn)生的附加電荷比起被測(cè)壓力對(duì)晶體作用產(chǎn)生的電荷相對(duì)較小，對(duì)小量程傳感器就不容忽略。帶加速度補(bǔ)償?shù)膲毫鞲衅?/p>

在傳感器內(nèi)部設(shè)置一個(gè)附加質(zhì)量和一組極性相反的補(bǔ)償壓電晶體，補(bǔ)償加速度的影響。三、壓力測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性

第十章流體參量測(cè)量四、壓力測(cè)量系統(tǒng)校準(zhǔn)靜態(tài)校準(zhǔn)、動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)靜態(tài)校準(zhǔn)確定壓力傳感器或壓力測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)靈敏度及靜態(tài)誤差，動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)確定動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。1．壓力測(cè)量裝置靜態(tài)校準(zhǔn)活塞壓力計(jì)——產(chǎn)生靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)壓力的裝置搖動(dòng)手輪使液壓缸的活塞1左移，舉起砝碼2及柱塞，系統(tǒng)中產(chǎn)生一定的壓力作為標(biāo)準(zhǔn)值，與被校壓力表5讀數(shù)進(jìn)行比較，確定壓力表的刻度誤差。第十章流體參量測(cè)量系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)壓力

高精度校準(zhǔn)時(shí)，產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)壓力還應(yīng)考慮空氣對(duì)砝碼的浮力及柱塞與缸體間隙帶來(lái)的誤差，進(jìn)行修正。

關(guān)閉通往砝碼缸的閥門(mén)，在接頭3上接入比被校壓力表5高一精度等級(jí)的壓力表，移動(dòng)活塞產(chǎn)生壓力，用高一精度等級(jí)壓力表的讀數(shù)作標(biāo)準(zhǔn)，檢查被校驗(yàn)表的讀數(shù)，進(jìn)行相對(duì)標(biāo)定。第十章流體參量測(cè)量2．壓力測(cè)量系統(tǒng)動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)1)確定壓力測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，估計(jì)動(dòng)態(tài)誤差2)校準(zhǔn)動(dòng)態(tài)靈敏度確定測(cè)量系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性方法：建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型、實(shí)驗(yàn)動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)：穩(wěn)態(tài)校準(zhǔn)、瞬態(tài)校準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)校準(zhǔn)采用正弦壓力作激勵(lì)信號(hào)，測(cè)其響應(yīng)獲得頻率響應(yīng)曲線(xiàn)穩(wěn)態(tài)正弦壓力發(fā)生器第十章流體參量測(cè)量

曲柄搖桿帶動(dòng)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，調(diào)整缸體2的容積改變輸出壓力的幅值，不同的曲柄轉(zhuǎn)速產(chǎn)生壓力頻率變化。輸出壓力幅值為6.9MPa時(shí)，頻率可達(dá)100Hz

凸輪4表面形狀為正弦曲線(xiàn)，噴嘴3的出口阻力隨凸輪表面形狀變化而改變→噴嘴內(nèi)壓力按正弦變化壓力幅值取決于壓力源的壓力值，正弦壓力的頻率由凸輪轉(zhuǎn)速?zèng)Q定。輸出壓力幅值為6.9MPa時(shí)，頻率達(dá)3kHz。第十章流體參量測(cè)量

正弦壓力發(fā)生器的壓力受到氣源壓力幅值的限制，頻率受曲柄或凸輪轉(zhuǎn)速限制，在確定壓力測(cè)量系統(tǒng)在較高壓力下的高頻特性時(shí)，采用瞬態(tài)校準(zhǔn)。壓力源常用階躍壓力信號(hào)

激波管階躍壓力發(fā)生器，由兩段等截面的長(zhǎng)管4、6及膜片穿孔器2等組成。6段管為高壓腔，4段管為低壓腔，二者用膜片5隔離，低壓腔連接被校壓力計(jì)。第十章流體參量測(cè)量

校準(zhǔn)時(shí)，用穿孔器2將膜片5刺破，從高壓腔向低壓腔產(chǎn)生壓力波(激勵(lì))，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)穿越原高壓區(qū)的膨脹波。從原高壓區(qū)的端部反射出減壓波，它被疊加到氣體粒子上而使粒子速度進(jìn)一步加強(qiáng)，使階躍壓力以更高的速度沿管子傳播。若已知液體的性質(zhì)，通過(guò)安裝在管壁上的兩個(gè)壓力檢測(cè)器所提供的信息確定傳播速度的數(shù)值，可求得階躍壓力的大小。激波管產(chǎn)生相對(duì)壓力表正的壓力階躍信號(hào)，其上升時(shí)間約為10-9s，壓力達(dá)4MPa。第十章流體參量測(cè)量

將壓力傳感器接到具有一定壓力的容器上，用快速開(kāi)啟閥門(mén)或擊穿容器等方法將壓力釋放，可產(chǎn)生負(fù)的壓力階躍信號(hào)，其下降時(shí)間約為10-4s，壓力1.5MPa。利用壓力發(fā)生器把瞬變壓力加到壓力傳感器或壓力測(cè)量系統(tǒng)上，測(cè)得響應(yīng)特性計(jì)算出該壓力傳感器或測(cè)壓系統(tǒng)在整個(gè)頻帶內(nèi)的響應(yīng)。第十章流體參量測(cè)量§10-2流量測(cè)量

流體密度隨流體壓力、溫度變化。在說(shuō)明容積流量時(shí)，同時(shí)指明流體的壓力和溫度(特別是氣體)流量測(cè)量方法：直接測(cè)量法、間接測(cè)量法單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某一管道流體的體積Q(體積流量，m3/s或m3/h)或質(zhì)量G(質(zhì)量流量，kg/s)G=ρQ第十章流體參量測(cè)量

直接測(cè)量法——直接測(cè)量出某一間隔時(shí)間內(nèi)流過(guò)的流體總量，算出平均流量。間接測(cè)量法——通過(guò)中間變換元件或機(jī)構(gòu)，將管道中流動(dòng)的液體流量轉(zhuǎn)換為壓差、位移、力、轉(zhuǎn)速等參量→轉(zhuǎn)換成電量輸出。

一、常用流量計(jì)

1．差壓式流量計(jì)當(dāng)流體流過(guò)節(jié)流元件時(shí)，產(chǎn)生局部收縮，流束截面縮小，流動(dòng)速度加快，根據(jù)伯努利方程，壓力下降，在節(jié)流元件前后產(chǎn)生靜壓差，間接算出流量。通過(guò)測(cè)量流體經(jīng)過(guò)節(jié)流裝置產(chǎn)生的靜壓差實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量。第十章流體參量測(cè)量

組成：將流量轉(zhuǎn)換為差壓信號(hào)的節(jié)流裝置，傳輸差壓信號(hào)的管路及測(cè)量差壓值的差壓計(jì)(或差壓傳感器)。

標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置由節(jié)流元件、取壓設(shè)備和節(jié)流元件前后的直管段組成，只要其結(jié)構(gòu)、加工和使用條件符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，流量就可由壓差通過(guò)計(jì)算確定，不再另行標(biāo)定。節(jié)流元件孔板、噴嘴和文丘利噴嘴一般用于

>50mm管道中，高溫、高壓時(shí)宜選前兩種，低溫時(shí)選后一種。第十章流體參量測(cè)量

噴嘴及文丘利噴嘴對(duì)流體產(chǎn)生的壓力損失小。對(duì)于易使節(jié)流裝置臟污、磨損和腐蝕的介質(zhì)，選擇噴嘴比孔板好。

孔板取壓：角接取壓時(shí)，在緊靠孔板兩側(cè)取壓。法蘭取壓時(shí)，在孔板前后25.4±0.8mm處。

徑距取壓時(shí)，p1和p2分別在D和0.5D處。噴嘴取壓只用角接取壓。第十章流體參量測(cè)量

節(jié)流裝置一般安裝在水平管道內(nèi)，節(jié)流元件前后的直管段，對(duì)于不同的節(jié)流裝置不同(具體長(zhǎng)度參見(jiàn)推薦值)。

孔板作為節(jié)流元件的差壓流量計(jì)

第十章流體參量測(cè)量

分析表明，若在節(jié)流裝置前后端面(角接取壓)處取壓p1和p2，流量Q為

A0——節(jié)流裝置開(kāi)孔截面積，m2；ρ——流體的密度，kg/m3；ε——?dú)怏w的膨脹校正系數(shù)，對(duì)液體ε=1；α——流量系數(shù)，與流道尺寸、取壓方式和流速分布狀態(tài)有關(guān)，無(wú)量綱量。

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件的結(jié)構(gòu)、尺寸，以圖線(xiàn)或表格形式給出α和ε值。第十章流體參量測(cè)量

流量—壓差關(guān)系雖然簡(jiǎn)單，但確定α十分麻煩。α除與孔口對(duì)管道的面積比、取壓方式、流速分布狀態(tài)有關(guān)外，還受管道粗糙度影響。實(shí)驗(yàn)表明，只有在流體接近充分紊流時(shí)，即雷諾數(shù)Re大于某一界限值時(shí)，α才是與流體狀態(tài)無(wú)關(guān)的常數(shù)。差壓流量計(jì)測(cè)量精確度為±1%～±2%。實(shí)際使用時(shí)，由于雷諾數(shù)及流體溫度、粘度、比重等的變化及孔板孔口邊緣的腐蝕磨損程度不同，精確度將低于±2%。第十章流體參量測(cè)量2．速度式流量計(jì)渦輪流量計(jì)、葉輪式水表1)渦輪流量計(jì)

渦輪流量計(jì)結(jié)構(gòu)圖

導(dǎo)磁材料制作的渦輪表面有螺旋狀葉片，在被測(cè)流體的作用下旋轉(zhuǎn)。渦輪旋轉(zhuǎn)角速度ω與流量Q關(guān)系θ渦輪葉片與軸線(xiàn)的夾角；C系數(shù)；r渦輪的平均半徑；A渦輪葉柵通流截面積第十章流體參量測(cè)量

轉(zhuǎn)動(dòng)葉片使磁電傳感器磁路中的磁阻發(fā)生周期性變化→產(chǎn)生脈沖電壓信號(hào)→頻率f與渦輪轉(zhuǎn)速成正比

Q=f/ξ

ξ——儀器常數(shù)，表示通過(guò)單位體積流體所產(chǎn)生的脈沖數(shù)。

用頻率計(jì)測(cè)出頻率換算出被測(cè)流量。將渦輪轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電信號(hào)方法：磁電法、光電法、放射性同位素法、霍耳效應(yīng)法等→配以顯示儀表→測(cè)量流量。第十章流體參量測(cè)量

流量較大時(shí)，儀器常數(shù)ξ=常數(shù)。流量很小時(shí)流速很慢，渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)力矩小，阻力矩作用明顯→ξ較小。流體速度增加，流體為層流狀態(tài)，ξ值逐漸增大。

從層流狀態(tài)過(guò)渡到紊流時(shí)，流體粘性摩擦阻力矩由小變大，ξ值又有所下降。流體處于充分紊流時(shí)，ξ值保持恒定，與流量無(wú)關(guān)。渦輪流量計(jì)特性受粘度影響較大。粘度越大，儀器常數(shù)ξ達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的流量也越大(ν1<ν2<ν3)。第十章流體參量測(cè)量

粘度對(duì)特性曲線(xiàn)的影響與管道直徑有關(guān)，管徑越大，影響越小，反之影響越大。流量計(jì)出廠時(shí)提供的儀器常數(shù)值和特性曲線(xiàn)以水作為介質(zhì)校準(zhǔn)，使用時(shí)根據(jù)被測(cè)流體重新校準(zhǔn)。各種型號(hào)渦輪流量計(jì)規(guī)定了不同的管道直徑、測(cè)量不同粘度流體時(shí)的最小測(cè)量流量。為保證測(cè)量精度，最小流量為最大量程的50%以上。渦輪流量計(jì)測(cè)量精度高，量程大，慣性小，測(cè)試信號(hào)便于遠(yuǎn)傳，不易受干擾。渦輪流量計(jì)第十章流體參量測(cè)量

流量計(jì)前安裝過(guò)濾器，防止雜質(zhì)進(jìn)入。測(cè)量易汽化或含有氣體的流體時(shí)，流量計(jì)前安裝消氣器，提高測(cè)量精度和儀器使用壽命。渦輪流量計(jì)測(cè)量液體流量范圍為0.04～6000m3/h，測(cè)量氣體流量范圍為1.5～2000m3/h。

3．容積式流量計(jì)基本原理：標(biāo)準(zhǔn)容器流量計(jì)內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)元件與殼體形成一個(gè)測(cè)量室，被測(cè)流體通過(guò)流量計(jì)時(shí)，使流量計(jì)進(jìn)、出口產(chǎn)生壓力差，壓力差推動(dòng)運(yùn)動(dòng)元件不斷將流體從入口排向出口。第十章流體參量測(cè)量

測(cè)量室具有固定容積，運(yùn)動(dòng)元件每轉(zhuǎn)一圈排出的液體體積恒定——流量計(jì)排量。測(cè)量運(yùn)動(dòng)元件的平均轉(zhuǎn)速→平均流量。累計(jì)運(yùn)動(dòng)元件轉(zhuǎn)數(shù)→通過(guò)液體總體積。

容積式流量計(jì)：橢圓齒輪流量計(jì)、腰輪流量計(jì)等。橢圓齒輪流量計(jì)工作原理圖

流量計(jì)入口壓力比出口壓力高(p1>p2)，圖a中橢圓齒輪A上受轉(zhuǎn)矩使其轉(zhuǎn)動(dòng)，橢圓齒輪B上的力矩接近于零，被齒輪A帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)動(dòng)到圖c位置時(shí)，橢圓齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)半周，輪B成為主動(dòng)，帶動(dòng)輪A轉(zhuǎn)動(dòng)。第十章流體參量測(cè)量

每個(gè)橢圓齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周，將齒輪與腔壁形成的兩個(gè)新月型腔室內(nèi)的流體排出流量計(jì)→測(cè)出齒輪轉(zhuǎn)速→流量。

橢圓齒輪流量計(jì)顯示：通過(guò)齒輪傳動(dòng)及棘輪機(jī)構(gòu)推動(dòng)數(shù)字盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)顯；通過(guò)測(cè)速發(fā)電機(jī)或光電傳感器→模擬或脈沖電信號(hào)→轉(zhuǎn)速計(jì)或頻率計(jì)測(cè)出轉(zhuǎn)速→換算流量值。第十章流體參量測(cè)量

橢圓齒輪流量計(jì)由固定容積計(jì)量流量——測(cè)量精度與流體的流態(tài)(雷諾數(shù))及粘度無(wú)關(guān)→安裝橢圓齒輪流量計(jì)的前后無(wú)需增加直管段。用腰形輪代替橢圓齒輪制成腰輪流量計(jì)。腰輪沒(méi)有齒，當(dāng)流體中含有雜質(zhì)時(shí)，不容易堵塞，儀表壽命長(zhǎng)，可制成大口徑流量計(jì)。4．靶式流量計(jì)工作原理：壓力差原理制成示意圖第十章流體參量測(cè)量

管道中的圓形靶2作為節(jié)流元件，在流體作用下，靶前、靶后形成壓力差(作用在靶上的力)。流體的流量Q與靶上的作用力F的平方根成正比：kα流量系數(shù)；β靶的結(jié)構(gòu)系數(shù)，β=d/D；d圓靶外徑；D管道內(nèi)徑；ρ流體介質(zhì)的密度。測(cè)得靶上的作用力→流量值1-管道2-靶3-杠桿4-彈性筒5-電阻應(yīng)變片6－殼體7-接線(xiàn)插頭第十章流體參量測(cè)量

通過(guò)杠桿3測(cè)量彈性筒4上應(yīng)變片5的阻值變化→通過(guò)靶2與管道1間環(huán)形縫隙的流量。杠桿3相連懸臂梁自由端或磁電式→流量電信號(hào)→配套儀表顯示、記錄或控制其他機(jī)構(gòu)。1-管道2-靶3-杠桿4-彈性筒5-電阻應(yīng)變片6－殼體7-接線(xiàn)插頭公式第十章流體參量測(cè)量

靶式流量計(jì)的精度主要取決于流量系數(shù)kα，其值與β、D及液體流動(dòng)的雷諾數(shù)有關(guān)，一般由實(shí)驗(yàn)確定。

kα-β-Re實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)管道內(nèi)徑D=53mm，β=d/D=0.7和0.8當(dāng)Re較大時(shí)，kα趨于某一常數(shù)；當(dāng)Re較小時(shí)，kα隨Re值減小顯著減小公式第十章流體參量測(cè)量

在流量計(jì)測(cè)量范圍內(nèi)，希望kα值能基本保持常數(shù)，以保證流量計(jì)的測(cè)量精度。相比差壓式流量計(jì)：靶式流量計(jì)的流量系數(shù)kα趨于常數(shù)的臨界雷諾數(shù)較小→適于測(cè)量粘度較大的液體流量。5．超聲波流量計(jì)工作原理：超聲波在流體中傳播時(shí)的傳播速度與流速有關(guān)原理進(jìn)行檢測(cè)。利用超聲的聲環(huán)頻率差測(cè)量流量示意圖。第十章流體參量測(cè)量

在管道兩側(cè)裝設(shè)超聲探頭TR1和TR2。定時(shí)從TR1發(fā)射超聲波，TR2接收；過(guò)一段時(shí)間改換工作狀態(tài)，從TR2發(fā)射，TRl接收第十章流體參量測(cè)量超聲從TR1→流體→TR2→電路，形成順液流聲環(huán)→超聲傳播速度為聲速與液體流速之和從TR2→TR1為逆流聲環(huán)→超聲傳播速度為聲速與流體流速之差超聲從TR1→TR2與從TR2→TR1傳播的時(shí)間不同時(shí)間的倒數(shù)=頻率，順流與逆流聲環(huán)測(cè)得的頻率不同對(duì)外壁透射型超聲波流量計(jì)，考慮管壁等的影響，順、逆流聲環(huán)頻率差為：第十章流體參量測(cè)量v——流體速度；θ——流速與超聲波發(fā)射方向的夾角；

d——管道內(nèi)徑；τ——固定延遲時(shí)間，等于超聲波在管壁中傳播時(shí)間與電路延遲時(shí)間之和；c——超聲波在流體中傳播速度；k——與流速分布有關(guān)的校正系數(shù)

超聲波流量計(jì)可測(cè)任何流體的流量，特別是高粘度、腐蝕性、非導(dǎo)電液體等。超聲波換能器安裝在管壁外，不與被測(cè)介質(zhì)接觸，不影響流體的流動(dòng)，無(wú)壓力損失，適合于大管徑的流量測(cè)量。附加積算電路還可以測(cè)量一段時(shí)間內(nèi)的總流量。第十章流體參量測(cè)量第十章流體參量測(cè)量6．其他類(lèi)型流量計(jì)對(duì)于導(dǎo)電液體，利用在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)的原理，從導(dǎo)管直徑的兩端測(cè)其正比被測(cè)流量的電勢(shì)——電磁流量計(jì)利用氣流對(duì)浮動(dòng)浮子的浮力，測(cè)定浮子上升的距離來(lái)代表流量——浮子流量計(jì)利用氣體經(jīng)過(guò)非流線(xiàn)型物