第05章流体流量及压力检测技术ppt课件.ppt

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1、热加工测控技术电子教案—第5章材料科学与工程学院2021/8/29第5章流体流量及压力检测技术2本章知识构架2021/8/295.1流体流量及流量计的分类5.1流体流量及流量计的分类5.1.1流量的概念5.1.2流量计分类2021/8/295.1.1流量的概念累积流量瞬时流量体积流量质量流量重量流量流量：指一段时间内的总流量指单位时间内通过管道横截面的流体的量体积流量(qV)是以体积计算的单位时间内通过的流体量，在工程中可用L/h或m3/h等单位表示。假设被测管道内某个横截面的截面积S为A(m3)，取其

2、上的面积微元dS，对应流速为v(m/s)，则：在工程中为了解决流体中各点速度往往不相等的问题，设定截面S上各点有一个平均流速，则有：质量流量(qm)是以质量表示单位时间内通过的流体量，工程中常用kg/h表示。显然，质量流量qm等于体积流量qv与流体密度ρ的乘积。2021/8/295.1.2流量计分类用于流量测量的仪器仪表统称为流量计按测量原理分类，流量计主要可分为差压式、速度式和容积式等三种。输出信号与流体差压有关的称为差压式流量计；与流体速度成正比的称为速度式流量计。差压式流量计是利用流体力学理论来测

3、量流体流量的仪表，通过在管道中放置的节流元件将流量信号变为节流元件前后的差压信号，即以差压信号输出来反映被测流量的大小，如节流式流量计、均速管流量计、楔形流量计、毕托管流量计等都属于差压式流量计。速度式流量计一般通过测量管道中流体截面平均流速来测得流体流量，典型的速度式流量计有涡轮流量计、涡街流量计、电磁流量计、超声流量计、激光流量计等。容积式流量计是利用机械测量元件把流体连续不断地分隔成固定体积并进行累加而计量出流体总量的仪表。如腰轮流量计、椭圆齿轮流量计、刮板流量计、活塞流量计等。2021/8/29

4、流量计分类几种常用的流量计如图5.1所示图5.1常用流量计实物图(a)匀速管流量计(b)涡街流量计(c)涡轮流量计(d)电磁流量计(e)浮子流量计2021/8/295.2常用流量计5.2.1毕托管流量计5.2.2涡街流量计5.2.3涡轮式流量计5.2.4电磁流量计5.2.5浮子式流量计5.2常用流量计2021/8/295.2.1毕托管流量计毕托管流量计属于差压式流量计的范畴。它的使用量大概占整个流量仪表的60%～70%。毕托管流量计是法国工程师毕托发明的，又称为动压测定管，其工作原理见图5.2。与管1相

5、通的型管右方液体将受到全压力的作用，全压力为静压力与动压力（速度压力）的总和，而与管2相通的型管左方液体只受到静压力作用。型管液面差h表示了管1和管2之间的压力差，即：由流体力学可知，流体流速与动压间遵循如下关系：因此，流过截面为的管道的流体流量量为：图5.2毕托管工作原理2021/8/295.2.2涡街流量计图5-3涡街流量计测量原理原理：涡街流量计是建立在卡门涡街原理基础上，其主要部分是检测棒。根据卡门的研究，当流体流过检测棒时，在其后方产生交叉的旋涡列。由于旋涡列在检测棒两侧交替出现，有旋涡侧与无

6、旋涡侧之间就有了压差。因此，当流体由于旋涡出现而通过导压孔来回移动时，电热丝将受到断续的冷却，冷却的次数与旋涡的频率相当。如果把电热丝作为不平衡电桥的一臂，则电桥可输出与旋涡列频率相当的电脉冲，将这一脉冲信号放大、滤波、整形即可由频率计测出旋涡频率。2021/8/29涡街流量计一般情况下，交叉旋涡列是稳定的。每一列旋涡的频率ƒ与流体的流速v和旋涡发生体的直径d存在如下关系：式中，St为斯特劳哈尔数，当雷诺数Re在500~150000内时，它基本上是常数St=0.2。显然，当d一定时，旋涡产生的频率ƒ与流

7、体流速v成正比，由ƒ即可计算出流量。涡街流量计结构简单，管道中无可动部件，运行可靠，安装、维护方便。但是，它也有局限性：两相流、脉动流对测量有影响，在某些情况下可能难以形成旋涡，不宜用于高粘度、低流速、小管径的流体测量。2021/8/295.2.3涡轮式流量计图5-4涡轮流量计原理图式中，K为涡轮流量计的仪表系数，其数值可由实验标定得到。因此，只要用频率计测出脉冲信号的频率，即可算出流体流量。涡轮的轴装在管道的中心线上，流体轴向流过涡轮时推动叶片使涡轮转动，而实践表明流量与涡轮转动角速度成正比，涡轮转速

8、可以采用机械的、磁感应的、光学的方式检测，目前多用磁感应方法，如可采用永久磁铁，涡轮的转动使得每片叶片都会周期性地扫过磁铁，磁路磁阻发生变化，通过线圈的磁通量发生变化，在线圈中感应并输出与流量成正比的交流脉冲信号，信号频率与流量之间有如下关系：原理2021/8/29涡轮式流量计涡轮流量计具有反应迅速、重复性好、精度高的优点，是所有流量计中最精确的流量计；无零点漂移，抗干强；可耐高压，适用温度范围宽；结构紧凑。但是涡轮流量计的使用也会受到一定