传感器与检测技术 教学课件 作者 魏学业 第6章 流量式传感器.ppt

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1、第6章流量式传感器第6章流量式传感器在工业自动化生产中，特别是化工、制药和供水等工业中，流量是必须测量和控制的参数。随着产品质量的提高，对流量检测的精度要求也越来越高，需要检测的流量种类也越来越多。由于测量仪表的工作条件不同和测量对象的物理特性不同，应选用适当的流量传感器。6.1流量的基础知识6.1.1流量及其表示方法流体在单位时间内流过管道内某一截面的数量，称为流体的瞬时流量。而在某一段时间内流过管道某一截面的总和，称为流体的总量或累积流量，也称为积分流量。流体的总量除以流体流过的时间间隔，就可得到该时间段的平均流

2、量。工程上讲的流量常指瞬时流量，下面若无特别说明指的就是瞬时流量。瞬时流量有体积流量和质量流量之分。6.1流量的基础知识6.1.1流量及其表示方法体积流量是指流体在单位时间内通过某截面的体积，单位为m3/s。根据定义，体积流量可表示为式中：A为管道的横截面面积（m2）；为管道内平均流速（m/s）；V为流体体积（m3）；t为时间（s）。6.1流量的基础知识6.1.1流量及其表示方法体积流量用体积流量表征流体时，必须同时给出流体的压力和温度，因为流体的体积在不同的压力和温度下是不同的。对于液体，压力的变化对密度的影响非常

3、小，一般可以忽略不计，温度对密度的影响要大一些；对于气体，密度受温度、压力的影响较大，因此对于气体流量检测，通常将某一条件下测得的体积流量转换成标准状态下（温度是20℃，气压是760mmHg）的体积流量，这样做的目的是便于比较。6.1流量的基础知识6.1.1流量及其表示方法质量流量是指流体在单位时间内通过某截面的质量，单位为kg/s。根据定义，质量流量可表示为式中：m为流体的质量（kg）；ρ为流体的密度（kg/m3）；v为管道内平均流速（m/s）。6.1流量的基础知识6.1.1流量及其表示方法流体的主要物理性质（1）

4、流体的密度单位体积的质量称为流体的密度，用数学表达式表示为式中：m为流体质量（kg）；ρ为流体的密度（kg/m3），V为流体的体积（m3）6.1流量的基础知识6.1.1流量及其表示方法流体的主要物理性质（2）流体黏度流体运动过程中阻滞剪切变形的黏滞力与流体的速度梯度和接触面积成正比，并与流体黏性有关，其数学表达式为上式称为牛顿黏性定律。式中：F为黏滞力；A为接触面积；表示流体垂直于速度方向的速度梯度；为流体黏性的比例系数。6.1流量的基础知识6.1.1流量及其表示方法流体的主要物理性质（3）雷诺数雷诺数是流体流动的惯

5、性力与黏滞力之比，表示为式中：为雷诺数（无量纲数）；v为流动横截面的平均流速（m/s）；为动力黏度（）；L为特征长度（m）；为流体的密度（kg/m3）；为运动黏度（m2/s）。6.1流量的基础知识6.1.1流量及其表示方法管流类型（1）单相流和多相流管道中只有一种均匀状态的流体流动称为单相流，两种以上不同相流体同时在管道中流动称为多相流。（2）稳定流和不稳定流当流体流动时，若各处的速度和压力仅和流体质点所处的位置有关，而与时间无关，则流体的这种流动称为稳定流。若各处的速度和压力不仅和流体质点所处的位置有关，而且与时间

6、有关，则流体的这种流动称为不稳定流。6.1流量的基础知识6.1.1流量及其表示方法流体流动的连续性方程和伯努利方程（1）连续性方程任取一管段，设截面Ⅰ、截面Ⅱ处的面积、流体密度和截面上流体的平均流速分别为、、和、、，如图6-1所示。根据物质不灭定律，单位时间流过任一截面的流体质量必定相等，即6.1流量的基础知识6.1.1流量及其表示方法流体流动的连续性方程和伯努利方程（1）连续性方程任取一管段，设截面Ⅰ、截面Ⅱ处的面积、流体密度和截面上流体的平均流速分别为、、和、、，如图所示。根据物质不灭定律，单位时间流过任一截面的

7、流体质量必定相等，即6.1流量的基础知识6.1.1流量及其表示方法（2）伯努利方程当理想流体在重力作用下在管内定常流动时，对于管道中任意两个截面Ⅰ和Ⅱ有如下关系式：（6-1）式中：g为重力加速度；Z1、Z2为截面Ⅰ和Ⅱ相对基准线的高度；P1、P2为截面Ⅰ和Ⅱ上流体的静压力；v1、v2为截面Ⅰ和Ⅱ上流体的平均流速。6.1流量的基础知识6.1.1流量及其表示方法（2）伯努利方程式（6-1）即不可压缩流体的伯努利方程，表明理想流体做稳定流动时，虽然管道上各个截面处流体的位置、压力和流速不同，但是它们的总能量不变。实际流体具

8、有黏性，在流动过程中要克服流体与管壁以及流体内部的相互摩擦阻力而做功，这将使流体的一部分机械能转化为热能而耗散。因此，实际流体的伯努利方程可写为式中：hwg为截面Ⅰ和Ⅱ之间单位质量实际流体流动产生的能量损失。6.1流量的基础知识6.1.2流量的测量方法流体的状态（如介质的温度、压力等）及流体的黏度、腐蚀性、导电性也不同，很难用一种原理或方法测量