流体流量的测量方法
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质量流量： qm
qV 容积流量：
dm dt
(kg/s)
(m 3 /s)
dV dt
qm qV
• 对于气体流量，常将测得的体积流量qV换算成标 准状态下的体积流量qVn，称为标准体积流量 （m3/s）。
迄今为止，存在流量测量的准确度较低、 流量计通用性差等问题。产生的原因有： 1）流动状态的多样性。如，层流、紊流；旋 转流、脉动流等。 2）流体性质的多样性。如，流体粘度的差别； 单相流体与多相流体的区别等等。由于这 些物性会影响流动状态，在流量测量中必 须加以修正，但又很难精确。
§8.1 容积式流量测量方法
容积式流量测量方法是通过测量单位时间内 经流量计排出的固定容积V的数目n实现流 量测量的。 qV=nV n：单位时间内排出固定容积的数目； V：固定容积。
1 椭圆齿轮流量计
1）测量原理
椭圆齿轮流量计
2）容积流量计性能分析
在原理上，容积式流量计的准确度受流量大小、流 体粘性的影响很小。
压力变化
检测方式 检测元件 超声波 发热体引起 热线、热敏电阻 的温度变化 压力（差）变化 模片＋电容 挡体产生应力 压电元件
教材所介绍的方法即为流速变化检测方法
• 三角柱体中迎流面对称嵌入两个热敏电阻，电阻通电加热，使其温度比 流体温度高。热敏电阻作为电桥相邻臂。 • 未产生漩涡时，柱体两侧流体流速相同，热敏电阻散热量相同，热敏电 阻温度相同。电桥平衡。 • 当柱体一侧产生漩涡，该侧流速降低，该侧热敏电阻散热量降低，电阻 温度升高，热敏电阻值减小。电桥产生一个电压脉冲。 • 电压脉冲经放大、整形后，得到漩涡产生频率。
为了使K确定，需要形成典型的层流或紊流分 布。 速度式流量计的特点：要求在流量计前后有 足够长的直管道。
1 漩涡流量计
1）测量原理 在流体中垂直于流向插入一根有对称形状的非流线 型柱体。该柱体即成为一个漩涡发生体。当流速 大于一定值时，在柱体的下游形成“卡门涡街”。
当h/L=0.281时，“卡门涡街”是稳定的。 此时，单侧的漩涡产生频率f与柱体两侧的流速 v有以下关系： f=St· v/l， v=f· l/St 式中 St－斯特劳哈尔数，无量纲。是以柱体 特征尺寸l计算流体Rel的函数。Rel在500～ 1.5×105范围内，St基本不变。 注意，f只与流速有关，而与流体的物性无关。
2 l l 2 m 1 [ 1 ( ) arcsin( l / D)] D D
当l/D<0.3时，m=1-1.25l/D
流量方程： qV
D 2
4wk.baidu.com
v
D 2
4
mv
D 2
4
(1 1.25
l fl ) D St
即，只要测得漩涡频率f就可测得流量。
2） 信号检测方式
检测对象 音速变化 流速变化
3）流量计的安装
• 漩涡发生体上游至少要有20D的直管段。 • 漩涡发生体下游至少要有5D的直管段。
4）漩涡流量计的特点 （1）漩涡的频率只与流速有关，在一定雷诺 数范围内，几乎不受流体性质（压力、温 度、粘度和密度）变化的影响，故不需单 独标定； （2）测量精度高，不存在零点漂移的问题； （3）压损小，测量范围可达100:1，宽于其 他流量计，适于大口径管道的流量测量。
3）管路系统的多样性。如，管壁光滑与粗糙 情况不同；管道截面积大小不同；管道的 直与弯曲的区别等等，都会影响流动状态。 因此，应针对被测对象（流体和管路） 的实际情况选择合适的流量计。 使用时，应认真了解流量计的工作原理 和充分满足技术要求。否则很难达到预期 的准确度。
• 测量系统的一般组成：
• I-----与流量有关的某个物理量，如压差、速度等。 • I2----电信号。 目前，已投入使用的流量计有100多种，从 不同的角度出发有不同的分类方法。按测量方法， 一般可分为容积式、速度式、质量式。
对于工业圆管，一般Rel=1000~105。对于工业测量， 可认为St基本不变。 体积流量： D 2
qV 4 v
v 为无柱体处管内截面平均流速；
D为管道直径。
由连续性原理得： A V v Av AV 、A分别为柱体、无柱体处流通截面积。 截面比 m AV v
A v
对于直径为D的圆管有：
流量计精度主要取决于加工精度
椭圆齿轮与壳体之间存在间隙，在压差的作用下， 会产生滑漏量，引起误差。 （1）误差与流量的关系： • 流量小，滑漏量相对值比较大，误差大； • 流量大，滑漏量相对值比较小，误差小； 但流量过大，压差增大，滑漏量增大，误差增大。
（2）误差与流体粘度的关系 • 粘度大，滑漏量小，误差小； • 粘度小，滑漏量大，误差大。 由此可见，同一种流体不同流量时，误差不 同； 不同流体，粘度不同，误差不同。 为了保证准确度，一般要用实液进行标定。
§8.2 速度式流量测量方法
速度式流量测量方法是通过直接测量管道内流体速 度v实现流量测量。 • 若测得的流速是管道截面平均速度 v， 则流量 qV vA ； • 若测得的流速是某一点的流速v，则需换算到平 均流速，流量 qV KvA 。 K为截面上的平均流速与被测点流速的比值。 K与管内流体流速分布有关。因此，该方法测量的 准确度不仅取决于流量计本身的准确度，还与流 速分布有关。
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质量流量： qm
qV 容积流量：
dm dt
(kg/s)
(m 3 /s)
dV dt
qm qV
• 对于气体流量，常将测得的体积流量qV换算成标 准状态下的体积流量qVn，称为标准体积流量 （m3/s）。
迄今为止，存在流量测量的准确度较低、 流量计通用性差等问题。产生的原因有： 1）流动状态的多样性。如，层流、紊流；旋 转流、脉动流等。 2）流体性质的多样性。如，流体粘度的差别； 单相流体与多相流体的区别等等。由于这 些物性会影响流动状态，在流量测量中必 须加以修正，但又很难精确。
§8.1 容积式流量测量方法
容积式流量测量方法是通过测量单位时间内 经流量计排出的固定容积V的数目n实现流 量测量的。 qV=nV n：单位时间内排出固定容积的数目； V：固定容积。
1 椭圆齿轮流量计
1）测量原理
椭圆齿轮流量计
2）容积流量计性能分析
在原理上，容积式流量计的准确度受流量大小、流 体粘性的影响很小。
压力变化
检测方式 检测元件 超声波 发热体引起 热线、热敏电阻 的温度变化 压力（差）变化 模片＋电容 挡体产生应力 压电元件
教材所介绍的方法即为流速变化检测方法
• 三角柱体中迎流面对称嵌入两个热敏电阻，电阻通电加热，使其温度比 流体温度高。热敏电阻作为电桥相邻臂。 • 未产生漩涡时，柱体两侧流体流速相同，热敏电阻散热量相同，热敏电 阻温度相同。电桥平衡。 • 当柱体一侧产生漩涡，该侧流速降低，该侧热敏电阻散热量降低，电阻 温度升高，热敏电阻值减小。电桥产生一个电压脉冲。 • 电压脉冲经放大、整形后，得到漩涡产生频率。
为了使K确定，需要形成典型的层流或紊流分 布。 速度式流量计的特点：要求在流量计前后有 足够长的直管道。
1 漩涡流量计
1）测量原理 在流体中垂直于流向插入一根有对称形状的非流线 型柱体。该柱体即成为一个漩涡发生体。当流速 大于一定值时，在柱体的下游形成“卡门涡街”。
当h/L=0.281时，“卡门涡街”是稳定的。 此时，单侧的漩涡产生频率f与柱体两侧的流速 v有以下关系： f=St· v/l， v=f· l/St 式中 St－斯特劳哈尔数，无量纲。是以柱体 特征尺寸l计算流体Rel的函数。Rel在500～ 1.5×105范围内，St基本不变。 注意，f只与流速有关，而与流体的物性无关。
2 l l 2 m 1 [ 1 ( ) arcsin( l / D)] D D
当l/D<0.3时，m=1-1.25l/D
流量方程： qV
D 2
4wk.baidu.com
v
D 2
4
mv
D 2
4
(1 1.25
l fl ) D St
即，只要测得漩涡频率f就可测得流量。
2） 信号检测方式
检测对象 音速变化 流速变化
3）流量计的安装
• 漩涡发生体上游至少要有20D的直管段。 • 漩涡发生体下游至少要有5D的直管段。
4）漩涡流量计的特点 （1）漩涡的频率只与流速有关，在一定雷诺 数范围内，几乎不受流体性质（压力、温 度、粘度和密度）变化的影响，故不需单 独标定； （2）测量精度高，不存在零点漂移的问题； （3）压损小，测量范围可达100:1，宽于其 他流量计，适于大口径管道的流量测量。
3）管路系统的多样性。如，管壁光滑与粗糙 情况不同；管道截面积大小不同；管道的 直与弯曲的区别等等，都会影响流动状态。 因此，应针对被测对象（流体和管路） 的实际情况选择合适的流量计。 使用时，应认真了解流量计的工作原理 和充分满足技术要求。否则很难达到预期 的准确度。
• 测量系统的一般组成：
• I-----与流量有关的某个物理量，如压差、速度等。 • I2----电信号。 目前，已投入使用的流量计有100多种，从 不同的角度出发有不同的分类方法。按测量方法， 一般可分为容积式、速度式、质量式。
对于工业圆管，一般Rel=1000~105。对于工业测量， 可认为St基本不变。 体积流量： D 2
qV 4 v
v 为无柱体处管内截面平均流速；
D为管道直径。
由连续性原理得： A V v Av AV 、A分别为柱体、无柱体处流通截面积。 截面比 m AV v
A v
对于直径为D的圆管有：
流量计精度主要取决于加工精度
椭圆齿轮与壳体之间存在间隙，在压差的作用下， 会产生滑漏量，引起误差。 （1）误差与流量的关系： • 流量小，滑漏量相对值比较大，误差大； • 流量大，滑漏量相对值比较小，误差小； 但流量过大，压差增大，滑漏量增大，误差增大。
（2）误差与流体粘度的关系 • 粘度大，滑漏量小，误差小； • 粘度小，滑漏量大，误差大。 由此可见，同一种流体不同流量时，误差不 同； 不同流体，粘度不同，误差不同。 为了保证准确度，一般要用实液进行标定。
§8.2 速度式流量测量方法
速度式流量测量方法是通过直接测量管道内流体速 度v实现流量测量。 • 若测得的流速是管道截面平均速度 v， 则流量 qV vA ； • 若测得的流速是某一点的流速v，则需换算到平 均流速，流量 qV KvA 。 K为截面上的平均流速与被测点流速的比值。 K与管内流体流速分布有关。因此，该方法测量的 准确度不仅取决于流量计本身的准确度，还与流 速分布有关。