流速及流量测量介绍

四．激光多普勒测速技术
激光多普勒测速仪是利用随流体运动的微 粒散射光的多普勒效应来获得速度信息， 静止的激光光源发射的激光照射到随流体 运动的粒子上，同时粒子又将接收到的光 波向外散射，当静止的光接收器接收散射 光时，光接收器所收到的散射光频率fs与 静止光源的光波频率f0之差与运动粒子的 速度成正比。这个差值就叫多普勒频率。
二．
qm—质量流量 qwFra Baidu bibliotek重量流量 qv—体积流量
表达方式
kg/s kgf/s m3/s
qm qw q v g
转换关系：
•标准体积流量：温度为 20℃，压力为一标 准大气压测得的体积流量为标准体积流量。
流量计分类
1 ．差压式流量计：如：毕托管、孔板、喷嘴、 文丘里管、转子流量计等 2 ．速度式流量计：流体推动叶轮旋转，叶轮转 速与流速成正比。如：水表、涡轮流量计。 3 ．容积式流量计：流量计在被测流体的推动下， 将流体一份份封闭在测量腔体内，并一份份 推送出去，根据单位时间内推送出去的体积 数实现流速的测量。 4．其他类型流量计：电磁流量计、涡街流量计、 超声波流量计、质量流量计等。
四．激光多普勒测速技术
c ve0 v(es e0 ) f D fs f0 f0 f0 f0 c ves c ves
四．激光多普勒测速技术
第二节 流量测量概述
定义
1．流量：单位时间内流过流体的量，亦称瞬 时流量。 2．总流量：在一段时间内流过流体量的总和， 也可用在这段时间内对瞬时流量的积分。 3．平均流量：总流量除以得到总流量的时间 间隔称该段时间内的平均流量。
4
2 P P
' 1

' 2

m3/s
P
' 2
用实际测得的压差代替 P P ，d’用孔板的开 d 口孔径d代替， 用β 表示，并且采用一流出系 D 数C或流量系数α 。上述公式为：
' 1


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CC 2 22 2 22 C 2 22 2 22 2 22 qv d dd P F P P d dd P P F P qq P P F P 0 0 v v 0 4 44 4 44 11 1 4 44
流量公式
f v f g v f g pAf
1 p v f g( f ) Af 2 Q A0 p
由上面两式
Q A0 2 gv f Af
f
由于锥度小，
Q ch
A0 ch
Af
2 gv f
f
流量公式
刻度校正
转子流量计在出厂时，对于测量气体的流量 计，是以空气标定流量的，对于测量液体的 流量计是以水标定流量的。当转子流量计用 于其他气体或液体流量测量时，应进行密度 修正。对应的校正系数为：
8030涡轮式流量传感器
专为轻腐蚀性无固 态的液体设计，整 体涡轮和电子模板 可通过卡式插头快 速方便地连接，传 感器产生一个与流 量成比例，便于发 送和处理的频率信 号。
10
0.1 0.1 0.1
± 3% or 10 位
± 3% or 0.1 位 ± 0.8 ± 1.5
二．散热率法测量流速
原理：散热率与流体的流速成正比。 1．热线风速仪 测量方法：恒电流法、恒温法
I I→ v T
T →v
恒流型
恒温型
三．动力测压法测量流速
1．原理
A B
•当气流速度较小，可不考虑流体的可压缩性，并认 为他的密度为常数，建立伯努利方程：
PJ
（2）静压管：用细管弯成L形，头部为圆球形，
在水平测量断的表面上均匀布置测压孔，一般至 少为6个，另一端接压力表，用来测量静压。
2．静压的测量
注意： ①在不影响静压管强度的前提下，减少静压管 直径D，从而减少对气流的影响。 ②测压孔开在距离管柱 8—10D ，距离端部 3— 6D。使测得静压不受管柱和端部影响。 ③静压管尽可能放置的与气流方向一致，偏离 方向应在不灵敏度范围之内。 ④测压孔一般为0.5—1.0mm，太小易堵，太大 则加入部分动压。
r 2 Vr Vo 1 R
V1 2 V0 （2）紊流：
r0=0.7071R
1 n
r V r Vo 1 R
V1 2 V0
r0=0.762R
所以如果知道被测流 体的状态，可根据流 体的流速分布情况布 置测点，
测点的选择
v kp 2

( P0 Pj）
kp为速度校正系数，一般情况下毕托管在使用 之前需要进行标定，以确定速度校正系数。
想知道分类吗
（1）L形毕托管：标准形毕托管，
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（ 2 ） T形毕托管：迎着 流体的开口端测量流 体的总压，背着流体 的开口端测量流体的 静压。一般用于测量 含尘浓度较高的空气 流速，速度校正系数 一般为0.83—0.87。 例如测量烟气流速。
角接取压的取压孔位于孔板 或喷嘴上下游两侧端面处。
法兰取压的取压孔轴线 与孔板上下游两侧端面 的 距 离 各 为 25.4±1mm 。
（2）流体条件及管道要求
1）标准节流装置只适用于圆形截面的管道中单项、 均质流体的流量，流体应充满圆管并连续稳定流 动，流速应小于亚音速，流体在到达节流件前应 是充分发展的紊流。 2）节流件上下游的直管段长度应符合标准的要求。
Pj v P0 0
1 2 2
v

2
( P0 Pj ) _________动力测压法基本公式
结论：测出全压和静压即可测得流体流速。
1.测量原理
对于可压缩性气体总压和静压之间关系式为：
2 P0 Pj 1 v (1 ) 2
可压缩性修正系数
M 2 2 k 4绝热指数 M 4 24 马赫数 •在通风空调工程中，气体流速一般低于40m/s，空 气温度为20℃，常温下音速为343m/s，
组成：节流装置、导压管、显示仪表
信号变换
仪表组成
1.节流件的工作原理
（以孔板为例）
流体的连续运动方程：
1 4
D v1 d v2
2 1 4 '2
1 2 2 ' 2 1 2 2
伯努利方程：
P v1 P v 2 •结论：截面 2 处流速最大。 截面 2 处流体的静压最低。
以等环面法为例：
圆形管道 1. 将截面分成面积相等的数个 同心圆环。一般n>=5，直径 小于300mm时，n=3 2. 按中间矩形法布置测点。在 每一个圆环内布置测点，测 点所在圆周恰将圆环面积平 分，推荐均布四个。也可按 切比雪夫法布置测点。 3. 平均流速等于各点平均
二．利用节流装置进行流量测量
代入2式
v2
1 d 1 D
'

4
P
2
' 1
P2'

qv F v2

'2 d 4
1 d' 1 D
4
P
2
' 1
P2'

kg/s
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d
qm F v2 4 d

'2
1 d' 1 D
第三节 差压式流量计
一．利用毕托管测量流量
问题？
利用毕托管可以测得管道内流体的流速， 但毕托管所测得的是点流速，而由于流体 的粘性作用，管道内截面上各点的分布并 不均匀，而要想得到管道内流体的流量需 要得到管道内的平均流速，而管道内哪一 点的流体流速等于平均流速呢？
先看看管道内流体的速度分布吧
（1）层流：
适用范围： 以前：风速范围为 15—20m/s以内，只能测量流速的 平均值，不能测量脉动流。通过机械仪表用指针指 示。 目前：测速范围为 0.25—30m/s ，并且可测量流速的 瞬时值。可将叶轮的转速转换成电信号。
杯式
翼式
一．机械法测量流速
2.测量原理
空气通过转杯时，推动叶片转动。根据 叶片的角位移推算流过的空气量
想想看，还有什么方法可测量静压？
（3）壁面测量静压 测压孔直接开在管 壁上，要求测量孔 附近的壁面要光滑 平整，孔轴要与壁 面垂直，孔径一般 为0.5mm。
3．总压的测量
测量仪器： L形毕托管。
4．毕托管 将测量的全压和静压用 引出管引出，与差压计 相接即可测量动压。实 际应用的毕托管的公式 为：
HH50系列智能金属管浮子流量计
四．动压平均管（阿纽巴管、笛形管） 测量平均动压，即测量平均流速。
大家都见过水表吧
第五节 叶轮式流量计
一．水表 分类：根据水流特点： 切线流： 单流束、多流束 竖式流： 轴流式： 根据流量指示部分位置： 湿式水表：流量指示部分处于水中 干式水表：流量指示部分处于空气中。
二．涡轮流量计
1.传感器组成
二．涡轮流量计
详细结构
2.工作原理
转数
涡轮 磁电转换
脉冲
前置放大 显示仪表
f kQ
当仪表系数k一定时，输出的脉冲频率与流 量成线性关系
3.仪表系数
f kQ
因此在应用涡轮流量计时，尽量使仪表工作在平 直部分。
4.特点与安装
• 特点：精度高，量程比大，惯性小，耐 高压，适应温度范围广，要求介质洁净 •安装：保持水平，减少摩擦，防止涡轮卡 死，仪表前要有15D的直管段，后有5D的 直管段。且一般前要加过滤器。
4．配套仪表
双管差压计、双波 纹管差压计、电容 式差压变送器等。 若直接显示流量， 仪表内需要有开方 器。
思考题：
采用孔板、差压变送器组成的测量系统测 量管道内流体的流量。已知差压变送器的 量程为0—0.6KPa，输出4—20mA，对 应流体的流量为0— 4.0m3 / s 。 1.当仪表的指示流量为 时，对 应的孔板两端的输出压差为多少？ 当差压变送器的输出为12mA时，流体的 流量为多少？
m3/s
qm F0 2P
kg/s
若流体为可压缩性流体，则
qm F0 2P
kg/s
流量系数α 由实验决定，与节流件形式、 取压方式、RED、m管道粗糙度有关。
3．标准节流装置
（1）标准节流装置取压方式
角接取压 法兰取压 环室取压
标准孔板：
直接钻孔取压
标准喷嘴：角接取压 文丘里管：角接取压
第七章 流速及流量测量
空气流速流量测量方法
机械法 转杯风速仪 动压法 毕托管 散热率法 热线风速仪，热球风速仪，可 测低速 节流式 喷嘴 激光测速、超声波 卡门涡街
第一节 流速测量
一．机械法测量流速 二．散热率法测量流速 三. 动压法
一．机械法测量流速
1．种类：翼式、杯式
' 1
2.流量基本方程式
假设流经管道的流体为不可压缩的流体，对截面1、 2列写： 2 '2 1 1 连续运动方程： D v d v （1）
4
伯努利方程：
P v1 P v 2 （2）
' 1 1 2 ' 2 1 2
' 2
2
1
4
2
2
d 由1式得： v1 D v2
（1）介质为液体 k1

f f
0
0
刻度校正
Q ch
Q ch
2 gv f Af
2 gv f Af
f 0 k1 0

f f
0
0
f
（2）介质为空气 0 或 k2
PT 0 P0T
三．转子流量计
•恒压降变截面
流量不同转子的高度不同
qv F0
2

P
看看原理吧
（ 1）当压差 Δ P 对浮子产生 向上的作用力与介质对浮 子的浮力之和等于浮子重 量时，浮子就处于平衡状 态。 （2）随着流量的增加，差压 Δ P增大，所以浮子上升。 （ 3 ）随着流量减少，差压 Δ P 减小，所以浮子 下降，
AVM-03风速计
风速计
檔位 M/S KNOTS
测量范围 0.3-45.0 0.6-88.0
分辨率 0.1 0.1
误差 ± 3% or 0.1 位 ± 3% or 0.1 位
ft/min
Km/hr 温度(AVM-03) 温度(AVM-03) ℃ ℉
60-8800
1-140.0 0-60 32-140
V M 0.12 C
（1+ε ）=1.0034
所以气体的可压缩性程度对于动压的影响很小，一 般情况下可忽略。
1.测量原理
国标中规定：测压管的使用上限流体马赫 数M<0.25，测量下限流速在全压孔的 Re>200。上限或下限的规定都是为了避免 造成过大的测量误差。
2．静压的测量
•（1）测量原理：