流动的量测与显示技术优秀课件

2、单管压力计
在使用U形压力计时， 必须同时读取二臂液面 高度，再计算压力值， 读数和计算都很麻烦， 不直接。如将U形管的 一臂做成面积很大的容 器，使其工作过程中液 面上、下的变化可以忽 略不计，此时只要读取 一个读数，即可得到测 点的压力，使用方便， 这就是单管压力计。
3、倾斜式压力计
用于测量微小压力值，可减少读数的相对误差。
p1
1 2
v12
v1
2p p1
即可以得到该点的速度，这种组合探针称为皮托管。
总压测孔和静压测孔不可能在同一位置，探头
不可避免对流场有干扰，流体也是有粘性的，必须
对上述理论公式进行修正：
v1
2 p p1
式中 是皮托管的标定系数。
皮托管结构简单，使用方便，价格低廉，被广泛应用。
二、热线（膜）风速计
从原理上说，转子流量计仍属于节流式流量计。
壳体 转子
当流体介质和流道的几何结构确定以后，则相应
的粘度和过水断面的面积A1和A2为已知，故上式可
改写为：
p1 p2
g
z1
z2
qV K
2
从而有：
qV K
p1 p2
g
பைடு நூலகம்
z1
z2
其中: K 为流量系数，与工作介质的粘性和流道
的几何结构有关。
优点：将流量的测量转化为较易实现的压力的测量。
根据上述原理，在流道中加入过流断面几何尺寸变 化的元件，如收缩段、孔板、喷嘴等，在相应部位测出 其压强的变化，即可间接测量出流量。加入的这类元件 称为节流元件，按这一原理做成的流量计统称为节流式 流量计。
p p0 gh p0 gl sin
第二节 流速的测量
流速是描述运动的基本参数之一，流速测量的
方法很多，在这介绍用的较多的皮托管、热线（膜） 风速仪和激光多普勒流速仪。
一、皮托管
将测量总压的总压探针和测量静压的静压探针组
合在一起，同时测出某点的总压p和静压p1 , 设该点
流速为V1，则有：
p
测压管和测压孔的几何尺寸应尽量小，以减少其对流 动的干扰和提高其空间分辨率。 优点：结构简单，使用方便。 缺点：动态响应低，压力值的自动采集和记录较麻烦。
测量精度主要由静压孔的几何参数和测压孔附近的边 界层特性决定。
测压孔径D=0.5~1.0mm，孔深h=3~10D。 测量误差为0.5%~1.0%
2、电磁式压力传感器
利用压力改变时引起电和磁的改变的物理现象做 成的传感器称为电磁式压力传感器。这种传感器种类 很多：
（1）压电晶体压力传感器； （2）电感压力传感器； （3）硅膜片压力传感器； （4）霍尔压力传感器。 优点：动态响应高，便于信号自动采集、传输和处理。
可以在强腐蚀性的工作介质中使用。 缺点：因须插入流体中进行工作，故对流动有干扰，
第三节 流量的测量
流量的测量方法很多，这儿只介绍几种常见的。 一、质量法或容积法测量流量
在一定的时间间隔t内，测出总质量 m 或者量出
其总体积V ,则其质量流量 qm 或其体积流量 qV 分别为：
qm
m t
;
qV
V t
这是最直接，也是最准确的方法。但这种方法不能
实时测量，主要用来测量小流量和对其它流量计进行静 态标定。
常见的节流式流量计主要有： 文丘里流量计；孔板流量计；喷嘴流量计等。 其流量系数在流量计标定时确定。
三、其它常用流量计
1、转子（浮子）流量
由垂直安放的锥形玻璃管中放 置一锥形转子构成，当流体从底部 进入流量计，转子上升，转子和玻 璃管间的节流流道面积增加，节流 力度减小，转子上、下游压力差减 小。至某一高度，由于节流效应引 起的作用在转子上、下底的压力差 和转子的重量平衡，转子悬停在该 位置不动，由转子悬停的位置即可 测出通过流量计的流量。
缺点：对流场有干扰，热线极为脆弱，性能稳定性
不好，探头需经常校正。
三、激光多普勒测速计
波源O发出频率为FO的波，由接受器S接收，接收到的 波动频率为FS，当波源和接收器有相对运动时， FS不等于 FO ，其差值FD与相对运动的速度有关，这就是多普勒效
应。利用多普勒效应做成的测速计称为多普勒测速计。用 激光作波源的多普勒测速计称为激光多普勒测速计。
二、节流式流量计
在总流的任意两个断面1和 2 之间,列伯努力方程，
可得各流动参数间的关系为：
z1
p1
g
v12 2g
z2
p2
g
v22 2g
h
其中: h F (, qV )
由连续方程:
v1
qV A1
;
v2
qV A2
z1
p1
g
1 2g
qv A1
2
z2
p2
g
1 2g
qv A2
2
F ( , q)
热线（膜）风速计是利用高温物体在流体中散热 速度与流体的流速有关这一物理现象来测量流体的速 度。流体的流动速度越快，高温物体散热越快，反之 则越慢。
（1）恒流式热线风速计-----保持电流恒定，测量金 属丝温度的变化。
（2）恒温式热线风速计-----保持金属丝温度恒定， 测量电流的变化。
优点：动态响应高，空间分辨率高，测量精度较高。
流动的量测与显示 技术
第一节 压力的测量
与其它流动参数相比，压力比较容易测量，所以
往往根据测得的压力通过计算来得到流速等其他的流 动参数。几乎所有的流动测量中都有压力测量。
一、压力测量系统
压力测量系统由压力传感器、压力信号变送和处 理以及显示部分组成。
1、测压管和测压孔
它们是在固体壁面上开设的小孔和各种形状的开口管 子，开口管子直接插入流动中测量点感受该点的压力，并 通过传输管与压力表或测压管连通，以测出压力的大小。 它感受的压力是作用在其开口面积上的平均压力。
优点：非接触式测量技术，无插入流场的探头，对流场 没有干扰，动态响应高，空间分辨率高，测量流速范围 大，从几mm/s到1000m/s，而且是绝对测量，无需校准， 其精度取决于数据处理系统。
缺点：只能测量透明的流体，必须开设让激光透入的窗 口，测量的是悬浮粒子的速度，故悬浮粒子必须有很好 的跟随性，数据采集和处理系统价格高。
测量的空间分辨率有待提高。
二、液柱式压力计
液柱式压力计是与测 压孔和测压管连用的压力 显示装置。
1、U形管压力计
设被测流体密度为1,
被测压力为P,U形管 中注入的工作流体密
度为,则 :
p 1gh1 p0 gh p p0 gh 1gh1
改变工作流体的密度 ，
即可放大或缩小压力计的 读数值 h 。