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第第7章章 流速及流量测量流速及流量测量 1第二节第二节 流量测量概述流量测量概述定义定义v流量流量：单位时间内流过管道或设备某截面流：单位时间内流过管道或设备某截面流体的数量，亦称瞬时流量。体的数量，亦称瞬时流量。v总流量总流量：在一段时间内流过流体量的总和，：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，又也可用在这段时间内对瞬时流量的积分，又叫累积流量。叫累积流量。v平均流量平均流量：总流量除以得到总流量的时间间：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隔称该段时间内的平均流量2qm质量流量质量流量kg/sqw重量流量重量流量N/sqv体积流量体积流量m3/s转换关系：转换关系：v按数量表示方法分类：按数量表示方法分类：质量质量流量、流量、体积体积流量流量和和重量重量流量流量v标准体积流量标准体积流量：温度为：温度为20，压力为，压力为101325Pa测得的体积流量为标准体积流量。测得的体积流量为标准体积流量。3速速度度式式流流量量计计：通通过过测测量量管管道道内内流流速速求求得得流流体的体积流量。体的体积流量。差压式：孔板、文丘里管、毕托管、转子流量计差压式：孔板、文丘里管、毕托管、转子流量计叶轮转速：水表、涡轮流量计叶轮转速：水表、涡轮流量计超声波式、电磁式、涡街流量计超声波式、电磁式、涡街流量计容容积积式式流流量量计计：流流体体在在单单位位时时间间内内经经过过流流量量仪仪表表排排出出的的固固定定容容积积数数量量的的多多少少来来测测量量流流量量。如：腰轮、椭圆齿轮、刮板流量计等如：腰轮、椭圆齿轮、刮板流量计等质量流量计质量流量计流量计分类流量计分类4第三第三节节 差差压压式流量式流量计计一、利用毕托管测量流量 利利用用毕毕托托管管所所测测得得的的是是点点流流速速，而而由由于于流流体体的的粘粘性性作作用用，管管道道内内截截面面上上各各点点的的分分布布并并不不均均匀匀，而而要要想想得得到到管管道道内内流流体体的的流流量量需需要要得得到到管管道道内内的的平平均均流流速速，而而管管道道内内哪哪一一点点的的流流体体流流速速等等于于平平均均流流速速呢呢？问题？问题？5（1 1）层流层流：r0=0.7071R（2 2）紊流紊流：r0=0.762R所以知道被测流体的所以知道被测流体的状态，就可根据流体状态，就可根据流体的流速分布情况布置的流速分布情况布置测点测点先看看管道内流体的速度分布先看看管道内流体的速度分布6矩形管道矩形管道：矩形每边长度为：矩形每边长度为200mm左右，在小矩形左右，在小矩形的中心布置测点的中心布置测点圆形管道圆形管道：可采用中间矩形法和对数线性法：可采用中间矩形法和对数线性法测点布置测点布置7v以等环面法为例：以等环面法为例：将截面分成几个面积相等的将截面分成几个面积相等的同心圆环。一般要求同心圆环。一般要求n5，直径小于直径小于300mm时，可取时，可取n=3按中间矩形法布置测点：在按中间矩形法布置测点：在每一个圆环内布置测点，测每一个圆环内布置测点，测点所在圆周恰将圆环面积平点所在圆周恰将圆环面积平分，推荐均布四个。也可按分，推荐均布四个。也可按切比雪夫法布置测点。切比雪夫法布置测点。中间矩形法测中间矩形法测点布置图点布置图平均流速等于平均流速等于各点流速的平均值各点流速的平均值8二利用节流装置进行流量测量二利用节流装置进行流量测量v组成：节流装置、导压管、显示仪表组成：节流装置、导压管、显示仪表信号变换信号变换仪表组成仪表组成9节流现象 连续流动的流体流连续流动的流体流过安装在管道内的节流过安装在管道内的节流装置时，管内流束局部装置时，管内流束局部收束，从而使流速增加，收束，从而使流速增加，静压降低。在节流装置静压降低。在节流装置前后产生一定的静压力前后产生一定的静压力差的现象差的现象常用的节流元件型式常用的节流元件型式（a a）孔板（）孔板（b b）喷嘴（）喷嘴（c c）文丘里管）文丘里管10节流元件前后压力和流速变化情况节流元件前后压力和流速变化情况11节流元件前后压力和流速变化情况节流元件前后压力和流速变化情况121314伯努利方程：伯努利方程：流体的连续性方程：流体的连续性方程：结论：结论：截面截面2处流速最大，流体的静压力最低处流速最大，流体的静压力最低1 1、节流件的工作原理、节流件的工作原理15 假假设设流流经经管管道道的的流流体体为为不不可可压压缩缩的的流流体体，对对截截面面1、2列方程式：列方程式：代入代入(2)式得：式得：由由(1)式得：式得：连续运动方程：连续运动方程：（1）伯努利方程：伯努利方程：（2）2、流量基本方程式、流量基本方程式（3）（4）16m3/s对上式进行如下处理：对上式进行如下处理：v引入直径比引入直径比，即，即v引入流束系数比引入流束系数比，即，即v引入取压系数引入取压系数，即，即则式（则式（4）可写为：）可写为：体积流量（以节流件开孔面积计算）为体积流量（以节流件开孔面积计算）为流量系数流量系数17m3/s即体积流量表示为即体积流量表示为m3/s国际上多用国际上多用流出系数流出系数C代替流量系数代替流量系数，两者关系为，两者关系为用流出系数表示的用流出系数表示的体积流量体积流量公式为公式为质量流量质量流量公式为公式为kg/s18若流体为可压缩性流体，则若流体为可压缩性流体，则流量系数流量系数由实验决定，与节流件形式、取压由实验决定，与节流件形式、取压方式、方式、ReD及孔径比及孔径比等有关。等有关。kg/sm3/s19mA0/A2203、标准节流装置、标准节流装置21（1）标准节流装置取压方式）标准节流装置取压方式标准喷嘴标准喷嘴：角接取压：角接取压标准孔板标准孔板：角接取压角接取压环室取压环室取压直接钻孔取压直接钻孔取压法兰取压法兰取压文丘里管文丘里管：角接取压：角接取压22法兰取压法兰取压角接取压角接取压23（2）标准节流装置的适用条件）标准节流装置的适用条件v流体流体条件和条件和流动流动条件条件标准节流装置只适用于标准节流装置只适用于圆形圆形截面的管道中截面的管道中单相单相、均质均质牛顿流体；流经节流装置时牛顿流体；流经节流装置时不发生相变不发生相变流体应流体应充满充满圆管，流速小于亚音速，并圆管，流速小于亚音速，并连续稳定连续稳定流动或随时间流动或随时间缓慢缓慢变化变化流体在到达节流件前应是流体在到达节流件前应是充分发展充分发展的紊流，且流的紊流，且流束与管道轴线平行，不得有束与管道轴线平行，不得有漩涡漩涡24（2）标准节流装置的适用条件）标准节流装置的适用条件v管道管道条件条件安装节流件的管道必须是安装节流件的管道必须是直直的的圆形圆形管道，管道管道，管道内壁洁净内壁洁净节流件上、下游的节流件上、下游的直管段长度直管段长度应符合标准的要应符合标准的要求求节流装置示意图节流装置示意图1-上游侧第二个局部阻力件上游侧第二个局部阻力件2-上游侧第一个局部阻力件上游侧第一个局部阻力件3-节流元件节流元件4-下游侧第一个局部阻力件下游侧第一个局部阻力件25差压式流量计的选用差压式流量计的选用：v管径、直径比和雷诺数范围的限制条件管径、直径比和雷诺数范围的限制条件v测量准确度测量准确度v允许的压力损失允许的压力损失v要求的最短直管段长度要求的最短直管段长度v对被测介质腐蚀、磨损和污染的敏感性对被测介质腐蚀、磨损和污染的敏感性v结构的复杂性和价格、安装使用的方便性及长期结构的复杂性和价格、安装使用的方便性及长期稳定性稳定性4、节流式差压流量计的选用和安装、节流式差压流量计的选用和安装26差压式流量计的安装差压式流量计的安装：v安装时，必须保证节流件的开孔与管道安装时，必须保证节流件的开孔与管道同心同心，节，节流装置端面与管道轴线流装置端面与管道轴线垂直垂直，节流件上、下游有，节流件上、下游有必须必须长度长度的直管段的直管段v将节流件前后的压差用两根导压管传送至测压仪将节流件前后的压差用两根导压管传送至测压仪表，按表，按最短最短距离敷设。两根导压管应尽量保持距离敷设。两根导压管应尽量保持相相同的温度同的温度v导压管应导压管应垂直垂直安装，防止积存气体和水分。水平安装，防止积存气体和水分。水平安装时，倾斜度不小于安装时，倾斜度不小于1：10，顶部设放气阀，底，顶部设放气阀，底部设泄水阀部设泄水阀v测量测量液体液体时，差压计时，差压计低低于节流装置安装；测量于节流装置安装；测量气气体体时，差压计最好时，差压计最好高高于节流装置；测量于节流装置；测量蒸汽蒸汽时，时，相对位置同液体，两导管的冷凝水在相对位置同液体，两导管的冷凝水在同一同一水平面水平面v测量粘性、腐蚀性或易燃流体时，应装测量粘性、腐蚀性或易燃流体时，应装隔离器隔离器27例采用孔板、差压变送器组成的测量系统采用孔板、差压变送器组成的测量系统测量管道内流体的流量。已知差压变送器的测量管道内流体的流量。已知差压变送器的量程为量程为00.6KPa，输出，输出420mA，对应流体，对应流体的流量为的流量为0 。求：。求：1）当仪表的指示）当仪表的指示流量为流量为 时，对应的孔板两端的输出压时，对应的孔板两端的输出压差为多少？差为多少？2）当差压变送器的输出为）当差压变送器的输出为12mA时，流体的流量为多少？时，流体的流量为多少？28测量范围：液体：见M系列标准流量范围表；气体：需要根据具体的用途进行计算 量 程 比：1：10（稳定液体）精 度：默认压差（500）毫巴的+/-1%F.S.，相当于液体或气体在推荐条件下的全量程范围10无无高高电磁电磁导电液体导电液体 0.51.522400无无不高不高涡街涡街液、气、液、气、蒸气蒸气0.5115400小小高高腰轮腰轮(椭椭圆齿轮圆齿轮)液、气液、气0.11.010500中等中等(无无)无，需装无，需装过滤器过滤器84本章小结本章小结v流速流速测量方法及工作原理测量方法及工作原理流量流量测量方法测量方法v速度式速度式测流量测流量毕托管毕托管测量：测点的确定；计算公式测量：测点的确定；计算公式节流差压式节流差压式流量计：流量计：标准节流装置的构成；常用节流元标准节流装置的构成；常用节流元件；取压装置；节流原理；流量方程；件；取压装置；节流原理；流量方程；、的特性；管道的特性；管道条件条件涡轮涡轮流量计：工作原理，流量方程流量计：工作原理，流量方程电磁电磁流量计：工作原理流量计：工作原理超声波流超声波流量：工作原理（时差法，声循环法）量：工作原理（时差法，声循环法）v涡街涡街流量计：工作原理，流量方程，频率检出方法流量计：工作原理，流量方程，频率检出方法v容积式流量计容积式流量计85作业v1、10、16、17、22 86作业四作业四 1、采用标准孔板对管道内流体的流量进行测量，、采用标准孔板对管道内流体的流量进行测量，（1）叙述节流原理并推导流量公式。）叙述节流原理并推导流量公式。（2）已）已知差压变送器的测压范围为知差压变送器的测压范围为060kPa，对应的流量，对应的流量范围为范围为012000kg/h，差压变送器输出为，差压变送器输出为420mA，若差压变送器输出为，若差压变送器输出为10 mA，求被测管道内流体，求被测管道内流体的流量。的流量。2、对于超声波流量计，什么是声循环法测量？与、对于超声波流量计，什么是声循环法测量？与时差法比较优点是什么？时差法比较优点是什么？3、涡街流量计是将流量的测量转换成旋涡频率的、涡街流量计是将流量的测量转换成旋涡频率的测量，涡街流量计是如何实现旋涡频率信号检测的测量，涡街流量计是如何实现旋涡频率信号检测的？87双光束双光束双散射模式光路系统双散射模式光路系统I-I-光源光源 S-S-光接收器光接收器 M-M-反射镜反射镜 F-F-分光镜分光镜 L-L-透镜透镜 N-N-光栏光栏88v中间矩形法中间矩形法v对数对数线性法线性法将管道分成若干面积相等的区域，测点是根据流体流过将管道分成若干面积相等的区域，测点是根据流体流过管道的流量在经验分析的基础上计算出来的。各测点流管道的流量在经验分析的基础上计算出来的。各测点流速的加权平均值为通过管道的平均流速速的加权平均值为通过管道的平均流速中间矩形法管道内速中间矩形法管道内速度分布的近似分布度分布的近似分布 89电远传式浮子流量计工作原理图电远传式浮子流量计工作原理图1 1、2-2-磁钢磁钢 3-3-杠杆杠杆 4-4-平衡锤平衡锤 5-5-阻尼器阻尼器 6 6、7 7、8-8-连杆机构连杆机构9-9-标尺标尺 10-10-指针指针 1111121213-13-连杆机构连杆机构 14-14-铁芯铁芯 15-15-差动变压器差动变压器90各种流量计比较各种流量计比较(1)准确度准确度量程量程特殊要求特殊要求孔板孔板(喷嘴喷嘴)3%适用于较大的适用于较大的流量流量转子转子3%5%103kg/h透明液体（金透明液体（金属管可测不透属管可测不透明液体）明液体）涡轮涡轮1%1005105kg/h水表水表2.0%104kg/h91各种流量计比较各种流量计比较(2)精度精度量程量程特殊要求特殊要求超声波流量计超声波流量计1.5%v：016m/s电磁流量计电磁流量计0.5%1005106kg/h液体电导率液体电导率不能过低不能过低涡街流量计涡街流量计1%Re：5002105（一般（一般流量较大）流量较大）92