《热工信号处理技术》课件第8章流体流量的测量方法

1、第8章 流体流量的测量方法质量流量： 容积流量： 对于气体流量，常将测得的体积流量qV换算成标准状态下的体积流量qVn，称为标准体积流量（m3/s）。 迄今为止，存在流量测量的准确度较低、流量计通用性差等问题。产生的原因有：1）流动状态的多样性。如，层流、紊流；旋转流、脉动流等。2）流体性质的多样性。如，流体粘度的差别；单相流体与多相流体的区别等等。由于这些物性会影响流动状态，在流量测量中必须加以修正，但又很难精确。3）管路系统的多样性。如，管壁光滑与粗糙情况不同；管道截面积大小不同；管道的直与弯曲的区别等等，都会影响流动状态。 因此，应针对被测对象（流体和管路）的实际情况选择合适的流量计。

2、使用时，应认真了解流量计的工作原理和充分满足技术要求。否则很难达到预期的准确度。测量系统的一般组成：I-与流量有关的某个物理量，如压差、速度等。I2-电信号。 目前，已投入使用的流量计有100多种，从不同的角度出发有不同的分类方法。按测量方法，一般可分为容积式、速度式、质量式。8.1 容积式流量测量方法容积式流量测量方法是通过测量单位时间内经流量计排出的固定容积V的数目n实现流量测量的。 qV=nV n：单位时间内排出固定容积的数目； V：固定容积。1 椭圆齿轮流量计1）测量原理 椭圆齿轮流量计2）容积流量计性能分析在原理上，容积式流量计的准确度受流量大小、流体粘性的影响很小。流量计精度主要取

3、决于加工精度椭圆齿轮与壳体之间存在间隙，在压差的作用下，会产生滑漏量，引起误差。（1）误差与流量的关系：流量小，滑漏量相对值比较大，误差大；流量大，滑漏量相对值比较小，误差小；但流量过大，压差增大，滑漏量增大，误差增大。（2）误差与流体粘度的关系粘度大，滑漏量小，误差小；粘度小，滑漏量大，误差大。由此可见，同一种流体不同流量时，误差不同；不同流体，粘度不同，误差不同。为了保证准确度，一般要用实液进行标定。8.2 速度式流量测量方法速度式流量测量方法是通过直接测量管道内流体速度v实现流量测量。若测得的流速是管道截面平均速度 ， 则流量 ；若测得的流速是某一点的流速v，则需换算到平均流速，流量 。

4、 K为截面上的平均流速与被测点流速的比值。K与管内流体流速分布有关。因此，该方法测量的准确度不仅取决于流量计本身的准确度，还与流速分布有关。为了使K确定，需要形成典型的层流或紊流分布。速度式流量计的特点：要求在流量计前后有足够长的直管道。1 漩涡流量计1）测量原理在流体中垂直于流向插入一根有对称形状的非流线型柱体。该柱体即成为一个漩涡发生体。当流速大于一定值时，在柱体的下游形成“卡门涡街”。当h/L=0.281时，“卡门涡街”是稳定的。此时，单侧的漩涡产生频率f与柱体两侧的流速v有以下关系： f=Stv/l， v=fl/St 式中 St斯特劳哈尔数，无量纲。是以柱体特征尺寸l计算流体Rel的函

5、数。Rel在5001.5105范围内，St基本不变。 注意，f只与流速有关，而与流体的物性无关。 对于工业圆管，一般Rel=1000105。对于工业测量，可认为St基本不变。体积流量： 为无柱体处管内截面平均流速； D为管道直径。由连续性原理得： AV 、A分别为柱体、无柱体处流通截面积。 截面比对于直径为D的圆管有：当l/D0.3时，m=1-1.25l/D流量方程： 即，只要测得漩涡频率f就可测得流量。2） 信号检测方式检测对象 检测方式 检测元件 音速变化 超声波流速变化 发热体引起 热线、热敏电阻 的温度变化压力变化 压力（差）变化 模片电容 挡体产生应力 压电元件教材所介绍的方法即为流速变化检测方法三角柱体中迎流面对称嵌入两个热敏电阻，电阻通电加热，使其温度比流体温度高。热敏电阻作为电桥相邻臂。未产生漩涡时，柱体两侧流体流速相同，热敏电阻散热量相同，热敏电阻温度相同。电桥平衡。当柱体一侧产生漩涡，该侧流速降低，该侧热敏电阻散热量降低，电阻温度升高，热敏电阻值减小。电桥产生一个电压脉冲。电压脉冲经放大、整形后，得到漩涡产生频率。3）流量计的安装漩涡发生体上游至少要有20D的直管段。漩涡发生体下游至少要有5D的直管段。4）漩涡流量计的特点（1）漩涡的频率只与流速有关，在一定雷诺数范围内，几乎不