1、南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院第八章、流量测量第八章、流量测量热工测试技术热工测试技术本章学习要求：本章学习要求：1.1.流量的概念流量的概念2.2.流量计的类型及选用流量计的类型及选用3.3.几种常用流量计的原理几种常用流量计的原理南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院8.1 8.1 概述概述 第八章、流量测量第八章、流量测量 1 1流量的概念流量的概念 流体在单位时间内流经某一有效截面的体流体在单位时间内流经某一有效截面的体积或质量，前者称体积流量（积或质量，前者称体积流量（m m3 3/s)/s)，后者称质，后者称质量流量量流量(kg/s)(kg/s)。v如果在截面上速度分布
2、是均匀的，则：如果在截面上速度分布是均匀的，则：vFqvAmv如果介质的密度为，那么量q流=量q质南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院8.1 流量测量流量测量 流过管道某截面的流体的速度在截面上各处不流过管道某截面的流体的速度在截面上各处不可能是均匀的，假定在这个截面上某一微小单可能是均匀的，假定在这个截面上某一微小单元面积上元面积上dAdAF F速度是均匀的，流过该单元面积上速度是均匀的，流过该单元面积上的体积流量为的体积流量为,vFdqvdA v为 流 速整个截面上的流量整个截面上的流量q qv v为为vFFqvdA南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院8.1 流量测量流量测量 测量
3、某一段时间内流过的流体总量，即瞬时流量测量某一段时间内流过的流体总量，即瞬时流量对时间的积分，称之累计流量。对时间的积分，称之累计流量。vtmtVq dtMq dt表示和比较流量大小时，表示和比较流量大小时，必须注意单位和量纲的统一必须注意单位和量纲的统一。体积流量要标明相应的流体状态（温度、压力）体积流量要标明相应的流体状态（温度、压力）南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院8.1 流量测量流量测量 二二.流量计的类型流量计的类型 用来测量流量的仪表统称为用来测量流量的仪表统称为流量计流量计或或流量表流量表。测量总量的仪表称为流体计量表或测量总量的仪表称为流体计量表或总量计总量计。如水表。
4、如水表类型：类型：1.容积型流量计容积型流量计 计量单位时间内被测流体充满或排出某一定容容计量单位时间内被测流体充满或排出某一定容容器器V的次数来计算流量。的次数来计算流量。2.速度型流量计速度型流量计 当流通截面确定时，流体的体积流量与截面上的当流通截面确定时，流体的体积流量与截面上的平均流速成正比。平均流速成正比。3.质量型流量计质量型流量计 以测量与流体质量有关的物理效应为基础。以测量与流体质量有关的物理效应为基础。直接测量、推导型（体积流量计密度计）等直接测量、推导型（体积流量计密度计）等南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院8.1 流量测量流量测量 南昌大学机电工程学院南昌大学机电
5、工程学院8.1 流量测量流量测量 三三.流量计的选用原则流量计的选用原则 1.被测流体性质被测流体性质 气体（水蒸汽）：节流式，转子式气体（水蒸汽）：节流式，转子式 浆液：靶式，电磁式浆液：靶式，电磁式 粘性液体：腰轮，椭圆，活塞粘性液体：腰轮，椭圆，活塞 腐蚀流体：转子式腐蚀流体：转子式2.用途用途 功能、价格、测量精度，压力损失要求。功能、价格、测量精度，压力损失要求。3.工况条件工况条件 流量变化范围、温度、压力要求流量变化范围、温度、压力要求4.其他其他 安装条件安装条件南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院8.1 流量测量流量测量 例 发动机流量测量容积式南昌大学机电工程学院南昌大
6、学机电工程学院8.1 流量测量流量测量 质量式5S2S2S称量传感器称量传感器砝码盘砝码盘日用油箱日用油箱油杯油杯加油电磁加油电磁阀阀溢油溢油向发动机供油向发动机供油最低油位最低油位第一次测量开始第一次测量开始结束结束第二次测量开始第二次测量开始结束结束第三次测量开始第三次测量开始最高油位最高油位南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院8.1 流量测量流量测量 四活塞流量计南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院8.1 流量测量流量测量 括板式流量计椭圆齿轮流量计腰轮流量计活塞式流量计容积式计量表每转一周，两个齿轮共送出四个标准体积的流体。南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院8.1 流量测
7、量流量测量 腰轮流量计，即罗茨流量计。腰轮流量计，即罗茨流量计。腰轮上没有齿，它们不是直接相互啮合腰轮上没有齿，它们不是直接相互啮合转动，而是通过安装在体外的传动齿轮转动，而是通过安装在体外的传动齿轮组进行传动组进行传动南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院8.2 8.2 节流式流量计节流式流量计 第八章、流量测量第八章、流量测量 1 1测量原理与流量方程测量原理与流量方程 当充满圆管的流体流经在管当充满圆管的流体流经在管道内部安装的道内部安装的节流装置节流装置时，流束时，流束将在节流件处形成局部收缩，使将在节流件处形成局部收缩，使流速增大，静压力降低，于是在流速增大，静压力降低，于是在节流
8、件前后产生压力差该压力节流件前后产生压力差该压力差通过差通过差压计差压计检出流体的体积检出流体的体积流量或质量流量与差压计所测得流量或质量流量与差压计所测得的差压值有确定的数值关系。的差压值有确定的数值关系。南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院8.2 节流式测量计节流式测量计 二二.节流装置节流装置 安装在流体管道中，使流体的流通截面发生变化，安装在流体管道中，使流体的流通截面发生变化，引起流体静压变化的一种装置。常用的节流装置有文丘引起流体静压变化的一种装置。常用的节流装置有文丘利管、喷嘴和孔板，如图所示。利管、喷嘴和孔板，如图所示。文丘利管压力损失最小，文丘利管压力损失最小，而孔板压力
9、损失最大。而孔板压力损失最大。文丘利管文丘利管 喷嘴喷嘴南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院8.2 节流式测量计节流式测量计 标准孔板是用不锈钢或标准孔板是用不锈钢或其它金属材料制造的薄其它金属材料制造的薄板，它具有圆形开孔并板，它具有圆形开孔并与管道同心，其直角入与管道同心，其直角入口边缘非常锐利，且相口边缘非常锐利，且相对于开孔轴线是旋转对对于开孔轴线是旋转对称的。标准孔板的形状称的。标准孔板的形状如图所示如图所示南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院8.2 节流式测量计节流式测量计 标准喷嘴即标准喷嘴即ISAl932喷喷嘴它是一个以管道喉部嘴它是一个以管道喉部开孔轴线为中心线的旋转
10、开孔轴线为中心线的旋转对称体，由两个圆弧曲面对称体，由两个圆弧曲面构成的入口收缩部分及与构成的入口收缩部分及与之相接的圆筒形喉部所组之相接的圆筒形喉部所组成其结构如图所示成其结构如图所示南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院8.2 节流式测量计节流式测量计 标准文丘利喷嘴是标准文丘利管的一种型式，如图标准文丘利喷嘴是标准文丘利管的一种型式，如图所示它由廓形修圆的收敛部分，圆筒形喉部和扩所示它由廓形修圆的收敛部分，圆筒形喉部和扩散段组成喉部取压平面之前上游平面散段组成喉部取压平面之前上游平面A、入口圆、入口圆弧弧B、C和喉部的圆筒和喉部的圆筒E部分与标准喷嘴完全相同部分与标准喷嘴完全相同南昌大
11、学机电工程学院南昌大学机电工程学院8.2 节流式测量计节流式测量计 取压方式取压方式 差压式流量计是通过测量节流件前后压力差差压式流量计是通过测量节流件前后压力差 p来实现来实现流量测量的，而压力差流量测量的，而压力差 p的值与取压孔位置和取压方式的值与取压孔位置和取压方式紧密相关。节流装置的取压方式有以下紧密相关。节流装置的取压方式有以下5种，各种取压方种，各种取压方式及取压孔位置如图式及取压孔位置如图37所示所示(1)角接取压角接取压:上下游取压管上下游取压管位于孔板位于孔板(或喷嘴或喷嘴)的的前后端前后端面处面处。角接取压包括单独钻孔和环室取压。如图。角接取压包括单独钻孔和环室取压。如图
12、37中中ll位置。位置。(2)法兰取压：法兰取压：上下游侧取压孔上下游侧取压孔的轴线至孔板上、下游侧的轴线至孔板上、下游侧端面之间的距离均为端面之间的距离均为25.40.8mm（1inch)。取压孔开在。取压孔开在孔板上下游侧的法兰上如图孔板上下游侧的法兰上如图37中中22位置位置南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院8.2 节流式测量计节流式测量计（3)径距取压：径距取压：上游侧取压孔上游侧取压孔的轴线至孔板上游端面的距的轴线至孔板上游端面的距离为离为1Dm0.1Dm，下游侧取压孔下游侧取压孔的轴线至孔极下游端面的轴线至孔极下游端面的距离为的距离为0.5Dm。如图。如图37中的中的3.3位
13、置（位置（Dm管道直径）。管道直径）。(4)理论取压：理论取压：上游侧取压孔上游侧取压孔的轴线至孔板上游端面的距的轴线至孔板上游端面的距离为离为l Dm0.1Dm，下游侧取压孔下游侧取压孔的轴线至孔板上游端面的轴线至孔板上游端面的距离因的距离因 值不同而异。该距离值不同而异。该距离理论上就是流束收缩到最理论上就是流束收缩到最小截面小截面的距离。如图的距离。如图37中的中的44位置。位置。(5)管接取压：管接取压：上游侧取压孔上游侧取压孔的轴线至孔板上游端面的距的轴线至孔板上游端面的距离为离为2.5Dm，下游侧取压孔的轴线至孔板下游端面的距离，下游侧取压孔的轴线至孔板下游端面的距离为为8Dm如图
14、如图37中的中的55位置该方法使用很少位置该方法使用很少南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院8.2 节流式测量计节流式测量计 南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院8.2 节流式测量计节流式测量计 标准取压装置是国家标形中规定的两种取压装置，即标准取压装置是国家标形中规定的两种取压装置，即角接取压装置和法兰取压装置。其中角接取压适用于角接取压装置和法兰取压装置。其中角接取压适用于孔板和喷嘴，而法兰取压仅用于孔板。孔板和喷嘴，而法兰取压仅用于孔板。(1)角接取压装置角接取压装置角接取压装置可以采用环室或夹紧环角接取压装置可以采用环室或夹紧环(单独钻孔单独钻孔)取得节流件前后的差压。取得节流
15、件前后的差压。(2)法兰取压装置法兰取压装置法兰取压装置由两个带取压孔的取压法兰组成。法兰取压装置由两个带取压孔的取压法兰组成。标标 准准 取取 压压 装装 置置南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院8.2 节流式测量计节流式测量计 南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院8.2 节流式测量计节流式测量计 南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院8.3 8.3 涡轮流量计涡轮流量计 第八章、流量测量第八章、流量测量 1 1工作原理工作原理 涡轮流量计是一种典涡轮流量计是一种典型的速度型流量计，它利型的速度型流量计，它利用安装于流动通道中的涡用安装于流动通道中的涡轮叶片感受流体流动的冲轮叶片感
16、受流体流动的冲击而产生的旋转速度来反击而产生的旋转速度来反映流体的流量。映流体的流量。南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院8.3 涡轮测量计涡轮测量计 通过磁电式传感器可测量电转换器输出的电脉冲频率通过磁电式传感器可测量电转换器输出的电脉冲频率南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院8.3 涡轮测量计涡轮测量计 确定的涡轮变送器，其确定的涡轮变送器，其K值是在特定的条件下标定的。当被测流体的工作状值是在特定的条件下标定的。当被测流体的工作状态偏离标定条件时，流量计的特性将发生变化，从而引起测量误差。态偏离标定条件时，流量计的特性将发生变化，从而引起测量误差。如流体粘度、密度、压力、温度、流
17、动状态如流体粘度、密度、压力、温度、流动状态南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院8.4 8.4 光纤流量计光纤流量计 第八章、流量测量第八章、流量测量 1 1光纤位移传感器光纤位移传感器反射镜反射型反射镜反射型根据输入输出光强的相对变化测量膜片位移的大小。根据输入输出光强的相对变化测量膜片位移的大小。南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院8.4 光纤测量计光纤测量计 二二.光纤差压式流量计光纤差压式流量计三三.光纤膜片式流量计光纤膜片式流量计南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院8.4 光纤测量计光纤测量计 四四.光纤卡门涡街流量计光纤卡门涡街流量计利用流体流过阻碍物时产生稳定的漩涡，
18、通过测量其漩涡利用流体流过阻碍物时产生稳定的漩涡，通过测量其漩涡产生频率而实现流量计量的。产生频率而实现流量计量的。涡街流量计实现流量测量的理论基础是流体力学中著名的涡街流量计实现流量测量的理论基础是流体力学中著名的“卡门涡街卡门涡街”原理。在流动的流体中放置一根其原理。在流动的流体中放置一根其轴线与流向轴线与流向垂直的非流线性柱形体垂直的非流线性柱形体(加三角柱、圆柱等加三角柱、圆柱等)，称之为漩涡发，称之为漩涡发生体，见图。当流体沿漩涡发生体绕流时，会在漩涡发生体生体，见图。当流体沿漩涡发生体绕流时，会在漩涡发生体下游产生如图所示下游产生如图所示不对称但有规律的交替漩涡列，这就是所不对称但
19、有规律的交替漩涡列，这就是所谓的卡门涡街。谓的卡门涡街。只有当两漩涡列之间的距只有当两漩涡列之间的距离离h和同列的两漩涡之间的和同列的两漩涡之间的距离距离l之比满足之比满足时，所产生的涡街才是稳定时，所产生的涡街才是稳定的的南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院8.4 光纤测量计光纤测量计 知道通道流通截面积后，利用光纤测量涡街频率，就可以计算出体积流量。知道通道流通截面积后，利用光纤测量涡街频率，就可以计算出体积流量。南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院8.5 8.5 超声波流量计超声波流量计 第八章、流量测量第八章、流量测量 1 1基本原理基本原理 当超声波在流体中传播时，会载带流体
20、流速的信息。当超声波在流体中传播时，会载带流体流速的信息。因此，根据对接收到的超声波信号进行分析计算，可以检因此，根据对接收到的超声波信号进行分析计算，可以检测到流体的流速，进而可以得到流量值。超声波流量测量测到流体的流速，进而可以得到流量值。超声波流量测量方法有很多，本节主要介绍利用时间差法测量速度差。方法有很多，本节主要介绍利用时间差法测量速度差。南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院8.5 超声波测量计超声波测量计 南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院8.6 8.6 质量流量计质量流量计 第八章、流量测量第八章、流量测量 1 1冲量式固体粉粒流量计冲量式固体粉粒流量计 南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院8.6 质量测量计质量测量计 二二.热式质量流量计热式质量流量计 南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院8.7 8.7 其它流量计其它流量计第八章、流量测量第八章、流量测量 南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院8.7 其它流量计其它流量计
