檢測(cè)技術(shù)及儀表 第2版 課件4.1 流量基本概念

第四章流量檢測(cè)及儀表教學(xué)目的及要求：1、掌握流量測(cè)量的基本概念和基本原理；2、熟知流量測(cè)量的幾類基本手段，并了解這些基本流量檢測(cè)儀表的結(jié)構(gòu)、工作原理及應(yīng)用中應(yīng)注意的主要問(wèn)題；3、掌握流量測(cè)量中的一些基本計(jì)算方法；4、分析流量測(cè)量中一些主要技術(shù)參數(shù)的計(jì)算和查表方法。流量測(cè)量主要外語(yǔ)詞匯

Flowmeter,Volumeflow,Massflow,Throttletypeflowmeter,orificeplate,differentialpressureflowmeter,PositiveDisplacement(PD)Flowmetersnozzle,venturitube,elbow,pitottubeflowcoefficient,compressiblecoefficient,targetflowmeter,rotameter,rotometer,rotaryflowmeterelectromagneticflowmeter,turbineflowmeterultrasonicflowmeter,vortexflowmeterCoriolisMassFlowmeter,ThermalMassFlowmeter4.1流量基本概念4.2容積式流量計(jì)4.3節(jié)流式流量計(jì)4.4靶式流量計(jì)4.5浮子式流量計(jì)4.6電磁流量計(jì)4.7其他流量計(jì)4.8流量計(jì)的選用4.9流量測(cè)量實(shí)例主要研究?jī)?nèi)容

流量測(cè)量是研究物質(zhì)量變的科學(xué)，，凡是需要掌握流體流動(dòng)的地方都有流量測(cè)量的問(wèn)題。

工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程是流量測(cè)量與儀表應(yīng)用的一大領(lǐng)域，對(duì)流體流量進(jìn)行正確測(cè)量和調(diào)節(jié)是保證生產(chǎn)過(guò)程安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低物質(zhì)消耗、提高經(jīng)濟(jì)效益、實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理的基礎(chǔ)。在整個(gè)過(guò)程檢測(cè)儀表中，流量?jī)x表的產(chǎn)值約占1/5～1/4。4.1.1流量的定義流量（瞬時(shí)流量）：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過(guò)管道某一截面的流體的數(shù)量。

體積流量(Q)：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過(guò)某截面的流體的體積。（工作狀態(tài)下）單位：（m3/s）4.1流量的基本概念

質(zhì)量流量(M)：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過(guò)某截面的流體的質(zhì)量。單位：(kg/s)累積流量（總流量）：某一時(shí)段內(nèi)流過(guò)的流體的總合。瞬時(shí)流量在某一時(shí)段的累積量。體積流量(Qn)：折算到標(biāo)準(zhǔn)的壓力和溫度下的體積流量。（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下）流量的國(guó)際單位是千克/秒（kg/s）、立方米/秒（m3/s）。此外，常用的還有噸/小時(shí)（t/h）、千克/小時(shí)（kg/h）、立方米/小時(shí)（m3/h）等；總量的國(guó)際單位是千克（kg）、立方米（m3）。此外，常用的總量單位還有噸（t）。對(duì)于氣體，密度受溫度、壓力變化影響較大，因此在測(cè)量氣體流量時(shí)，必須同時(shí)測(cè)量流體的溫度和壓力。為了便于比較，常將在工作狀態(tài)下測(cè)得的體積流量換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（溫度為20℃，壓力為101325Pa）的體積流量，用符號(hào)Qn表示，單位符號(hào)為Nm3/s。4.1.2流動(dòng)狀態(tài)與流量測(cè)量在流量測(cè)量中，測(cè)量流速是測(cè)定流量的一個(gè)常用方法，流體在管道中流動(dòng)時(shí)，在一個(gè)截面上的各點(diǎn)流速情況與流體的流動(dòng)狀態(tài)有密切的關(guān)系，選擇適當(dāng)?shù)牧鲃?dòng)狀態(tài)進(jìn)行流速測(cè)量對(duì)于保證測(cè)量精度有重要的意義。根據(jù)流體力學(xué)的相關(guān)理論，當(dāng)流體充滿水平管道并水平流動(dòng)時(shí)，流動(dòng)狀態(tài)可分為層流、紊流。（1）層流流體在管內(nèi)流動(dòng)，流速很小時(shí)，流體分層流動(dòng)，互不混合，流體質(zhì)點(diǎn)沿著與管軸平行的方向作平滑直線流動(dòng)。（2）紊流當(dāng)流速增加到很大時(shí)，場(chǎng)中有許多小漩渦，從每個(gè)質(zhì)點(diǎn)的軌跡看，都是曲折錯(cuò)綜的，沒(méi)有確定的規(guī)律性，但是從整個(gè)管道截面來(lái)看，流體每個(gè)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度接近一致。這種流動(dòng)狀態(tài)稱為紊流或湍流。流態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)的雷諾數(shù)稱為臨界雷諾數(shù)。一般管道雷諾數(shù)Re<2100為層流狀態(tài)，Re>4000為紊流狀態(tài)，Re=2100~4000時(shí)為過(guò)渡狀態(tài)。在通過(guò)測(cè)量流速確定流量的方法中，一般需要流體流動(dòng)狀態(tài)為紊流，流體的臨界雷諾數(shù)要大于4000。4.1.3流體流動(dòng)中的能量狀態(tài)轉(zhuǎn)換（1）靜壓能和動(dòng)壓能靜壓是由于流體分子不規(guī)則運(yùn)動(dòng)與物體表面摩擦接觸產(chǎn)生的，靜壓對(duì)任何方向均有作用。

流體在管道中流動(dòng)時(shí)，通過(guò)任何一個(gè)截面，勢(shì)必受到截面處的流體靜壓力作用。這就要截面上游流體作一定的功以克服靜壓力的作用，因此越過(guò)截面的流體便帶著與這個(gè)功相當(dāng)?shù)牧髁窟M(jìn)入系統(tǒng)。把與這部分功相當(dāng)?shù)哪芰糠Q為靜壓能。

動(dòng)壓指流體流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的壓力，只要管道內(nèi)流體流動(dòng)就具有一定的動(dòng)壓，其作用方向?yàn)榱黧w的流動(dòng)方向。動(dòng)壓是截面上流體運(yùn)動(dòng)具備的能量，故也稱動(dòng)壓能。

（2）能量轉(zhuǎn)換和伯努利方程理想流體：如果流體在流動(dòng)過(guò)程中的密度不會(huì)隨壓力變化而發(fā)生變化。理想流體在水平管道任意截面上的靜壓能和動(dòng)壓能存在一種守恒關(guān)系，可表示為：

為單位重量流體具有的靜壓能.

為單位重量流體具有的動(dòng)壓能.4.1.4流量檢測(cè)方法主要方法及流量計(jì)分類體積流量：直接測(cè)量法；間接測(cè)量法直接測(cè)量：按流量的定義測(cè)量，即容積法。間接測(cè)量：用與流體的流動(dòng)速度有關(guān)的物理現(xiàn)象測(cè)量。1）節(jié)流式檢測(cè)方法：利用節(jié)流件前后的差壓與流速之間的關(guān)系，通過(guò)差壓值獲得流體的流速；

2）變面積式檢測(cè)方法：它是基于力平衡原理，通過(guò)在錐形管內(nèi)的轉(zhuǎn)子把流體的流速轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子的位移，相應(yīng)的流量檢測(cè)儀表稱為轉(zhuǎn)子流量計(jì)；3）電磁式檢測(cè)方法：導(dǎo)電流體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，感應(yīng)電勢(shì)的大小正比于流體的平均流速；

4）旋渦式檢測(cè)方法：流體在流動(dòng)中遇到一定形狀的物體會(huì)在其周圍產(chǎn)生有規(guī)則的旋渦，旋渦釋放的頻率正比于流速。

用來(lái)檢測(cè)管內(nèi)流速的方法或儀器主要有：

5）渦輪式檢測(cè)方法：流體對(duì)置于管內(nèi)渦輪的作用力，使渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)動(dòng)速度在一定流速范圍內(nèi)與管內(nèi)流體的流速成正比；

6）聲學(xué)式檢測(cè)方法：根據(jù)聲波在流體中傳播速度的變化可獲得流體的流速；

7）熱學(xué)式檢測(cè)方法：利用加熱體被流體的冷卻程度與流速的關(guān)系來(lái)檢測(cè)流速，基于此方法的流量?jī)x表主要有熱線風(fēng)速儀等。質(zhì)量流量：直接法；推導(dǎo)法直接法：檢測(cè)元件能直接反映出質(zhì)量流量。推導(dǎo)法：同時(shí)檢測(cè)出流體的體積流量和密度，通過(guò)相關(guān)計(jì)算推導(dǎo)出質(zhì)量流量。表4-1流量計(jì)的分類類別儀表名稱體積流量計(jì)容積式流量計(jì)橢圓齒輪流量計(jì)、腰輪流量計(jì)、皮膜式流量計(jì)差壓式流量計(jì)節(jié)流式流量計(jì)、均速管流量計(jì)、彎管流量計(jì)、靶式流量計(jì)，浮子式流量計(jì)等速度式流量計(jì)渦輪流量計(jì)、渦街流量計(jì)、電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)等質(zhì)量流量計(jì)推導(dǎo)式質(zhì)量流量計(jì)體積流量經(jīng)密度補(bǔ)償或溫度、壓力補(bǔ)償求得質(zhì)量流量等直接式質(zhì)量流量計(jì)科里奧利流量計(jì)、熱式流量計(jì)、沖量式流量計(jì)等4.1.5流量計(jì)的測(cè)量特性（1）流量方程式流量與流量計(jì)輸出信號(hào)之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式。（2）流量計(jì)的儀表系數(shù)與流出系數(shù)

儀表系數(shù)K：?jiǎn)挝涣黧w流過(guò)流量計(jì)時(shí)流量計(jì)發(fā)出的脈沖數(shù)，為頻率型流量計(jì)流量特性的主要參數(shù)，定義為：流出系數(shù)C：實(shí)際流量與理想流量的比值：儀表系數(shù)和流出系數(shù)均為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，由對(duì)儀表進(jìn)行標(biāo)定后確定。在測(cè)定儀表系數(shù)或流出系數(shù)時(shí)，流體應(yīng)滿足以下條件：牛頓流體；充滿管道的單相流；充分發(fā)展的湍流速度分布，無(wú)旋渦，軸對(duì)稱分布；穩(wěn)定流動(dòng)。（3）流量范圍及量程比流量計(jì)的流量范圍指可測(cè)最大流量和最小流量所限定的范圍。

量程比：最大流量與最小流量的比值，表達(dá)為某數(shù)與1的比值。

（4）測(cè)量準(zhǔn)確度和誤差流量計(jì)的準(zhǔn)確度用誤差表示。流量計(jì)在出廠時(shí)均需要進(jìn)行標(biāo)定，儀表所標(biāo)出的準(zhǔn)確度為基本誤差。在現(xiàn)場(chǎng)使用中由于偏離標(biāo)定條件會(huì)帶來(lái)附加誤差，所以流量計(jì)的實(shí)際測(cè)量準(zhǔn)確度為基本誤差與附加誤差的合成，這種合成的估算很復(fù)雜，可以參照有關(guān)規(guī)定計(jì)算。（5）壓力損失安裝在流通管道中的流量計(jì)實(shí)際上是一個(gè)阻力件，在流體通過(guò)流量計(jì)時(shí)將產(chǎn)生壓力損失，這會(huì)帶來(lái)一定的能源消耗。

壓力損失通常用流量計(jì)的進(jìn)、出口之間的靜壓差來(lái)表示，它隨流量的不同而不同。各種流量計(jì)的壓力損失大小是儀表選型的一個(gè)重要指標(biāo)。