建筑环境测试技术第七章-流速及流量测量课件

第七章流速及流量测量§7-1流速测量§7-2流速测量仪表的标定§7-3流量测量方法和分类§7-4差压式流量测量§7-5叶轮式流量计§7-6电磁流量计§7-7涡街流量计§7-8容积式流量计第七章流速及流量测量§7-1流速测量1

§7-1流速测量测量方法：直接：1.机械式风速仪:利用流动气体的动压推动机械装置。

2.散热率法：热电风速仪热线风速仪间接：1.动力测压法，毕托管2.激光测速法一、机械方法测量流速1.原理：置于流体中的叶轮的转动角速度与流体的流速成正比。

§7-1流速测量22.分类：①翼式：叶片为几片扭成一定角度的铝薄片。②杯式：叶片为铝制的半球形叶片2.分类：3建筑环境测试技术第七章-流速及流量测量课件4建筑环境测试技术第七章-流速及流量测量课件52）工作过程通电带热体被测气流 Q散~V

VQ散，若I一定Q热一定VT热测出T热~V三、热线风速仪——使用最多的测微风速，测量气流运动情况1）基本原理①以热丝（钨丝或铂丝）或热膜（铂或铬制成薄膜）为探头裸露被测气流中。②并将探头接接入惠斯顿电桥，为一桥臂，热膜外涂石英膜绝缘层——与流体绝缘③当T不变时，热丝上的电功率＝热丝在气流中瞬时耗去的热量。2）工作过程6I——流过热丝电流RW——热丝的电阻——对流换热系数F——热丝表面积TW——热丝表面温度Tf——气流温度

1）热丝电阻RW~T变化Ｒ０——０℃时对应的电阻值——热丝材料的温度电阻系数2）与v气流有关。V散热快。建筑环境测试技术第七章-流速及流量测量课件7∴

A、B——与散热及热丝材料结构等有关的常数。——气流密度以上各式代入等式：若热丝结构等参数已定则：仅有V、TW以及I变化则：又∵

∴上式说明：①I（或T）一定V与T（或I）成单值函数关系。

热线风速仪有恒流、恒温（恒阻）两种设计电路。∴82）恒温法——较为常用①热线感受气流速度＝0时，调节电桥G＝0②进行测量时，热丝TR调节IT（恒温）电桥平衡G＝0（∵最终RW恒定）测量IV2）恒温法——较为常用93）恒流法原理图与热球风速仪类似优点：电路简单缺点：测速探头在变温度阻状态下工作，易使敏感元件老化，稳定性差。3）恒流法10三、动力测压法测量流速工作原理:1)伯努力方程

静压动压全压

毕托管静压，总压三、动力测压法测量流速11实际测量：KP——速度校正系数（0.83~0.87标准0.96）可压缩流：K——流体等熵指数M——马赫数当M<0.2按不可压缩流计算M>0.2按上式计算一般情况下按不可压缩流体计算

实际测量：122）毕托管构成原理小孔M：孔平面与来流垂直每个小孔N：与来流相切进入小孔N的压力——静压进入小孔M的压力——静压＋滞止后动能转变成的一部分压力设M点气体绕流而完全滞止测VM＝0。则

∴

建筑环境测试技术第七章-流速及流量测量课件132.毕托管的形式三种基本型：1）动压测压管结构：感测头、管身、引出管感测头：锥形、圆形、椭圆形。2.毕托管的形式14总压测量：总压孔——感测头端部与内管连通静压测量：静压孔——外管表面靠近感测头端部适当位置有一圈小孔。标准毕托管：上述结构。特点：测量精度高，无需再校正，含尘浓度易堵塞用途：①测清洁空气的流速②对其它仪表进行校定总压测量：总压孔——感测头端部与内管连通15

2）T型毕托管

结构：两根相同的金属管组成感测头部：方向相反的两个相互平行开口。总压:迎着来流的孔；静压：另一孔适合：测含尘较大的气流和粘度较大的液体3）动压平均管，阿牛巴毕托管

为测多点风速而得到平均风速适用：圆形风道风道截面若干相等面积（如图4个相等面积）测出各小面积的总压力值取各总压力平均值平均总压力总压力取压管——笛形管静压管——取压口背向气流2）T型毕托管16三、毕托管的使用1.毕托管使用条件1）毕托管测速下限规定：毕托管总压力孔直径上的流体V太小，则动压太小——测量不准，开口较大

V太小，灵敏度下降T型测速V>3m/s2）减少测量误差：（最大<0.04）

（相对粗糙度）管道内径>100mm3）使用前用标准毕托管校正校正系数4）总压孔与流体流动方向相对，且轴线与流体流动方向一致。5）防止静压孔堵塞三、毕托管的使用172.测点选择1）测点位置已经达到典型的紊流速度分布。①测出管道中心流速V平均②测距管道内壁处流速V平均选择方法：①中间距形法——应用最广管道若干面积相等小截面，则该小截面V各小截面的平均流速V平均a.圆形管道分成圆环再分2倍，测点选在面积等分线上。2.测点选择18在以ri为半径的圆环上要选四个等分点作测点则（测点数）圆形管道内流体的V平均＝各测点V测n测量精度b)矩形管道截面分成数量与测点数相同的等面积矩形测区，长:宽＝1~2测点等面积的矩心上。②流体测定断面分区数多少根据所需准确度，流速分布的均匀性。与管道断面尺寸无关。准确度——与使用场合有关。流速分布的均匀性——与被测流体断面位置有关。

在以ri为半径的圆环上要选四个等分点作测点193.平均流速的计算∵

∴

N——测点数

四、激光多普勒测速技术

1.测速原理——随流体运动的微粒散射光的多普勒效应获得速度信息。20世纪60年代发展起来的一门新技术3.平均流速的计算20静止的激光源（f0)粒子（随流体运动）粒子接受到的光波频率（散射光频率fs）

——多普勒频移

u——粒子速度∴C——光速es——粒子散射光相对于接收器方向的单位向量e0——粒子散射光在光速方向的单位向量∵u<<c，又则静止的激光源（f0)粒子（随流体21（在空气中时，用光源在真空中的波长代替）2.组成1）光学系统三种模式：参考光模式、单光束模式、双光束模式（在空气中时，用光源在真空中的波长代替）22①IFL聚焦于测量点P②流经测量点的粒子接受两个方向的相同入射光照射后，向四周发出散射光接收光栏接收透镜汇聚到光检测器上电信号信号处理器取出速度信息计算机分析显示建筑环境测试技术第七章-流速及流量测量课件232）多普信号处理：电信号计算机处理分析3.特点①非接触测量：不扰动流场②分辩率高：测速范围宽③准确确定流动方向缺点：①流场中加适当尺寸和浓度的粒子②被测设备上设置透光窗③价格昂贵2）多普信号处理：电信号计算机处理分析24

§7-2流速测量仪表的标定流速测量仪在出厂前，实际使用过程中必须进行标定目前较多的是在专门设备——校正风洞中用比较法进行校定。一、风洞的原理结构风洞——具有一定形状的管道。在管道中造成具有一定参数的气流。结构：风机段、扩散段、测量段、细收缩段、工作段、粗收缩、稳定段。§7-2流速测量仪表的标定25风机段：轴流风机，导流器——产生一定参数的动力稳定段：蜂窝器阻尼网，一定长度直段——气流导入工作段：校验中速风速仪表的直管段测量段：校验高速风速仪表的直管段二、风速仪表的校验原则：被校风速仪表与标准风速仪表进行对比，以标准仪表真值。校验被校仪表。标准风速仪：传感器——毕托管二次仪表——补偿式微压计

∵V~T、H、P故同时测出T、H、P1.中风速仪表校验——工作段进行风机段：轴流风机，导流器——产生一定参数的动力262.微风速仪表校验——被校风速仪工作段标准毕托管——测量段3.高风速仪表校验——测量段进行4.毕托管校验确定毕托管动压校正系数——毕托管系数1）过程标准毕托管被校毕托管从低高从高低重复上述过程取二者读数2.微风速仪表校验——被校风速仪工作段27

K0——标准毕托管系数-----被校毕托管系数——标准毕托管第i次测量的动压值——被校毕托管第i次测量的动压值——对调位置后标准第i次测量的动压值——对调位置后被校第i次测量的动压值

n——被测量次数建筑环境测试技术第七章-流速及流量测量课件282）毕托管动压校正系数速度校正系数KP2）毕托管动压校正系数速度校正系数KP29

§7-3流量测量方法和分类

一、流量——在单位时间内通过管道或设备某横截面处的数量分：质量流量

体积流量瞬时流量 重量流量三者之间关系：累积流量——在一段时间内通过管道截面的流体总量 §7-3流量测量方法和分类30二、流量测量方法1.速度式流量测量方法直接测出管内流体的流速，根据方法有：差压式（节流式）流量测量：测流体压差信号V叶轮式流量计——测量叶轮转动次数电磁式流量计——测量流体感应电动势超声波式流量计——通过超声波测量流量涡街式流量计——通过漩涡产生的频率2.容积式流量测量方法通过测量单位时间内经过流量仪表排出的流体的固定容积数目。二、流量测量方法31方法有：椭圆齿轮流量计腰轮流量计刮板式流量计湿式流量计3.流体质量数测量

通过直接或间接的方法测量单位时间内流过管道截面的流体质量数。如：叶轮式质量流量计温度压力自动补偿流量计方法有：32

§7-4差压式流量测量一、利用毕托管测量流体流量前节介绍了毕托管流速如能测出管道截面上的流体的平均流速流量。关键问题：测平均流速方法：①将管道横截面划分成若干面积相等的部分。②用毕托管测量每一部分中某一特征点的流体速度。则 §7-4差压式流量测量331.矩形管道将管道分成若干个面积相等的小矩形2.圆形管道可采用中间矩形法切比雪夫积分法对数曲线法中间矩形法：将圆截面分成几个面积相等的同心圆环圆形外圆半径为各圆环中又求一圆，将圆环分成两个面积相等的圆环则半径为1.矩形管道34则：等分数n测量准确一般要求另：管道内流动不是对称分布，故每个测点圆周上最好应布置四个测点。则：35二、差压式流量计1.差压流量计的组成：三部分①节流装置——QP节流件，取压装置②导压管——P仪表处③显示仪表——显示压差信号显示被测流量转换成标准电压或气压信号显示，输出二、差压式流量计362.节流件的工作原理节流件——节流装置的核心部分，差压流量计的传感器，流量信号差压信号2.节流件的工作原理37管道中安插节流装置时，在节流元件处形成局部收缩，由于流体有惯性，流速收缩到最小截面位置不在节流元件处，而在节流元件后的B处，此时，VB，压力PB,在C截面，流体速度恢复到节流前的速度，但是由于产生漩涡及沿程摩阻等损失，压力PC不能恢复到PA。管道中安插节流装置时，在节流元件处形成局部收缩，由于流体有惯38节流现象：

①VAVBVC②静压力产生压差③V

测量

V节流时：流速受到节流装置阻挡动压头静压头P1（管壁处）且管壁处P>中心处静压P，在节流处湍面产生径向压差径向附加速度Vr，流体流向改变近管壁处流体质点流向与管中心轴线倾斜流束收缩。节流现象：①VAVBVC节流时：流速受到节流装置39④V在流束截面积最小处后最大，此时静压力最小∴入口侧P1>出口侧静压P2（＋，正压）（－，负压）

且

Q△P

节流原理3.流量基本方程式及压力损失公式1）不可压缩流体流量方程式质量流量体积流量2）可压缩流体流量方程质量流量

④V在流束截面积最小处后最大，此时静压力最小40体积流量——流束膨胀系数－流量系数3）节流元件压力损失——能量损失4.实用流量方程5.流量系数的确定它与节流元件形式，取压方式，孔径比及流体流动状态等因素有关。由于影响因素复杂，一般通过实验确定

体积流量416.标准节流装置1）标准节流件标准孔板标准喷嘴文丘里管6.标准节流装置422）标准取压装置标准孔板：角接取压、法兰取压标准喷嘴：角接取压3）标准节流装置使用的流体条件和管道条件。⑴流体条件a.连续流动b.稳定牛顿流体：单相，节流时不相变节流前已达到充分发展的紊流⑵管道条件a.直的圆形管道b.内壁洁净：光滑（粗糙度）c.足够的直管段。2）标准取压装置43三、转子式流量计1.转子流量计的特点——面积式流量计结构简单、使用方便、价格低廉最程比大：可达10：1，差压式流量计为3：1最程比－－最大流量与最小流量之比直观性好测量液体（气体）体积流量测量范围：液：L/h~几百m3/h气：几千m3/h建筑环境测试技术第七章-流速及流量测量课件442.结构及工作过程转子、锥形管、支撑连接部分锥形管锥度：1:20~1:200（被测流量而定）

流体从下上转子向上转子与锥形管的面积V转子受到向上推力重力＝流体作用力转子停在某一高度Q高度Ql3.转子流量计工作原理在某高度h，处于平衡时，

2.结构及工作过程45∴

——转子材料密度——转子体积————转子最大横截面积∴伯努力方程：∴46体积流量Q与转子高度或线性刻度成正比。又因为N－锥形管的锥度，其值较小，n2可忽略体积流量Q与转子高度或线性刻度成正比。又因为N－锥形管的47四、刻度校正出厂刻度标定的介质与被测介质、温度、压力不同介质密度、粘度变化校正原刻度以水为介质T、P粘度变化不大对作校正，则

——原介质密度——工作时密度——转子材料密度

Q——校正后介质流量——仪表原刻度的流量四、刻度校正482.原刻度以空气为介质P、T核正

∴2.原刻度以空气为介质49

§7-5叶轮式流量计叶轮式流量计——通过测量叶轮旋转次数测量流量。一、水表根据水流特点可分为：切线流叶轮式水表竖式叶轮式水表轴流式叶轮式水表1.切线流叶轮式水表水流沿切线流入表内叶轮旋转旋转圈数流量特点：简单、价廉，适中于中、小管径的管道，水平安装。§7-5叶轮式流量计502.竖式叶轮式水表水流方向与叶轮的转动轴垂直，水流从下面向上推动叶轮旋转。特点：启动流量小，压力损失小，要水平安装适用于中、小管径的管道3.轴流式叶轮式水表水流方向与叶轮的转动轴平行。特点：压力损失小，能够以任何位置安装，适用于大管径的管道。二、涡轮流量计——速度式流量计1.组成2.竖式叶轮式水表511.组成2.工作原理及结构涡轮——将流量信号——电信号指示积算仪——显示Q，转换成校准电流。①涡轮——传感器流体流经变送器时，推动安装在摩擦力很小的滚珠轴承上的涡轮。流体流过K-K，VPK-K与K’-K’之间不等静压场。抵销流体的轴向推力。1.组成52②导流器：进入涡轮前使流体先导直，避免自旋③磁电转换装置：线圈，磁钢组成流体流过~涡轮旋转叶片周期性改变磁路磁阻磁通量线圈内感应出与Q成比例的脉冲信号④前置放大器：放大电信号，传递到二次仪表②导流器：进入涡轮前使流体先导直，避免自旋533.输入与输出关系当叶轮处于匀速转动的平衡状态，并忽略涡轮上所有阻力矩时，可得涡轮运动的稳态公式——涡轮角速度——涡轮与涡轮轴线夹角r——涡轮叶片的平均半径——流体流过涡轮叶片时的轴向平均速度3.输入与输出关系——涡轮角速度54此时检测线圈感应出的电脉冲信号频率为：流通截面积为F的管道内流体的体积流量为K——仪表常数则：

n——涡轮转速z——涡轮叶片数此时检测线圈感应出的电脉冲信号频率为：流通截面积为F的管道内554.安装要求涡轮流量器必须水平安装，其上游应装过滤器上游侧应有15~20D直管段下游侧应有5~10D直管段装消气器——保证流体为单相

4.安装要求56

§7-6电磁流量计一、工作原理导体在磁场运动并切割磁力线时，导体中产生感应电势法拉弟电磁感应电磁流量计原理。E——感应电势B——磁感应强度D——流体直径V——液体流速∴

K——仪表常数§7-6电磁流量计57二、组成变送器、转换器、二次仪表

§7-7涡街流量计一、涡街流量计：应用流体振荡原理测量流量的新型仪表特点：1管道无可动部件2无需外接电源3对气体、蒸汽、液体均适合二、组成特点：581.原理1）卡门旋涡列：如图：在流体中有对称形状的非流线形状柱体漩涡发生体物体后出现附面层分离，形成两列非对称有规律的旋涡列卡门涡街实验证明：h、l满足一定条件旋涡列稳定圆柱体满足：h／l＝0.2811.原理实验证明：h、l满足一定条件旋涡列稳定592）旋涡频率：与物体形状、V有关圆柱体:St

——斯特罗哈尔系数

圆柱体

f~V.d(特征长度)3）体积流量插入旋涡发生体时，旋涡发生体处流通截面积

若，则

2）旋涡频率：与物体形状、V有关60∴在一定Re内为St常数Q1与f成线性关系。

若f已知Q2.流量信号的检测1）原理：旋涡发生在圆柱体右下侧时，圆柱体周围形成一个环流环流与圆柱体下侧流体流动方向相反V，上侧流动方向相同VP（由下向上的升力作用在圆柱体周围）P导上<P导下流体从下方导压孔吸入从上方导压孔吹出2）检测①隔墙中央小孔装一柏电阻丝通电使T>T流∴61流体通过电阻丝时带走热量R

R~f（旋涡频率）~Q②内腔安装贴有应变片的膜片，输出与旋涡频率成比例的电脉冲信号。Q~f~R~电脉冲信号。③前置放大器：放大电信号，传递到二次仪表§7-8容积式流量计分类：椭圆齿轮、腰轮（罗茨）、活塞式、湿式等流量计。原理：在一定容积的空间里充满的液体，随流量计内部的运动元件的移动被送出出口，测量出送出流体的次数流体体积流体通过电阻丝时带走热量R§7-8容积式流量计621.椭圆齿轮流量计1）结构2）原理一对椭圆形齿轮流体从左右生产力矩齿轮转动上轮：左下侧压力右下侧压力

上半圆形容积内液体排出出口带动下轮逆时针转将一定液体封入下轮与壳体，上、下轮都有转动力矩继续转动达到位置3，作用于轮上的力矩＝0。但下轮：P左上侧>P右上侧下轮为主动轮带动上轮继续旋转，并将下半圆形液体排出。1.椭圆齿轮流量计但下轮：P左上侧>P右上侧下轮为主动63椭圆齿轮转一周排出四个半圆形液体则n——转轮转数r/sV0——计量室标定体积（半圆形容积）Q~n：精度较高0.5~1.0级2.腰轮（罗茨）流量计原理：与椭圆齿轮流量计相同不同：运动部件形状略有不同精度很高达到0.2级测量介质：液体、气体流量 建筑环境测试技术第七章-流速及流量测量课件64建筑环境测试技术第七章-流速及流量测量课件65第七章流速及流量测量§7-1流速测量§7-2流速测量仪表的标定§7-3流量测量方法和分类§7-4差压式流量测量§7-5叶轮式流量计§7-6电磁流量计§7-7涡街流量计§7-8容积式流量计第七章流速及流量测量§7-1流速测量66

§7-1流速测量测量方法：直接：1.机械式风速仪:利用流动气体的动压推动机械装置。

2.散热率法：热电风速仪热线风速仪间接：1.动力测压法，毕托管2.激光测速法一、机械方法测量流速1.原理：置于流体中的叶轮的转动角速度与流体的流速成正比。

§7-1流速测量672.分类：①翼式：叶片为几片扭成一定角度的铝薄片。②杯式：叶片为铝制的半球形叶片2.分类：68建筑环境测试技术第七章-流速及流量测量课件69建筑环境测试技术第七章-流速及流量测量课件702）工作过程通电带热体被测气流 Q散~V

VQ散，若I一定Q热一定VT热测出T热~V三、热线风速仪——使用最多的测微风速，测量气流运动情况1）基本原理①以热丝（钨丝或铂丝）或热膜（铂或铬制成薄膜）为探头裸露被测气流中。②并将探头接接入惠斯顿电桥，为一桥臂，热膜外涂石英膜绝缘层——与流体绝缘③当T不变时，热丝上的电功率＝热丝在气流中瞬时耗去的热量。2）工作过程71I——流过热丝电流RW——热丝的电阻——对流换热系数F——热丝表面积TW——热丝表面温度Tf——气流温度

1）热丝电阻RW~T变化Ｒ０——０℃时对应的电阻值——热丝材料的温度电阻系数2）与v气流有关。V散热快。建筑环境测试技术第七章-流速及流量测量课件72∴

A、B——与散热及热丝材料结构等有关的常数。——气流密度以上各式代入等式：若热丝结构等参数已定则：仅有V、TW以及I变化则：又∵

∴上式说明：①I（或T）一定V与T（或I）成单值函数关系。

热线风速仪有恒流、恒温（恒阻）两种设计电路。∴732）恒温法——较为常用①热线感受气流速度＝0时，调节电桥G＝0②进行测量时，热丝TR调节IT（恒温）电桥平衡G＝0（∵最终RW恒定）测量IV2）恒温法——较为常用743）恒流法原理图与热球风速仪类似优点：电路简单缺点：测速探头在变温度阻状态下工作，易使敏感元件老化，稳定性差。3）恒流法75三、动力测压法测量流速工作原理:1)伯努力方程

静压动压全压

毕托管静压，总压三、动力测压法测量流速76实际测量：KP——速度校正系数（0.83~0.87标准0.96）可压缩流：K——流体等熵指数M——马赫数当M<0.2按不可压缩流计算M>0.2按上式计算一般情况下按不可压缩流体计算

实际测量：772）毕托管构成原理小孔M：孔平面与来流垂直每个小孔N：与来流相切进入小孔N的压力——静压进入小孔M的压力——静压＋滞止后动能转变成的一部分压力设M点气体绕流而完全滞止测VM＝0。则

∴

建筑环境测试技术第七章-流速及流量测量课件782.毕托管的形式三种基本型：1）动压测压管结构：感测头、管身、引出管感测头：锥形、圆形、椭圆形。2.毕托管的形式79总压测量：总压孔——感测头端部与内管连通静压测量：静压孔——外管表面靠近感测头端部适当位置有一圈小孔。标准毕托管：上述结构。特点：测量精度高，无需再校正，含尘浓度易堵塞用途：①测清洁空气的流速②对其它仪表进行校定总压测量：总压孔——感测头端部与内管连通80

2）T型毕托管

结构：两根相同的金属管组成感测头部：方向相反的两个相互平行开口。总压:迎着来流的孔；静压：另一孔适合：测含尘较大的气流和粘度较大的液体3）动压平均管，阿牛巴毕托管

为测多点风速而得到平均风速适用：圆形风道风道截面若干相等面积（如图4个相等面积）测出各小面积的总压力值取各总压力平均值平均总压力总压力取压管——笛形管静压管——取压口背向气流2）T型毕托管81三、毕托管的使用1.毕托管使用条件1）毕托管测速下限规定：毕托管总压力孔直径上的流体V太小，则动压太小——测量不准，开口较大

V太小，灵敏度下降T型测速V>3m/s2）减少测量误差：（最大<0.04）

（相对粗糙度）管道内径>100mm3）使用前用标准毕托管校正校正系数4）总压孔与流体流动方向相对，且轴线与流体流动方向一致。5）防止静压孔堵塞三、毕托管的使用822.测点选择1）测点位置已经达到典型的紊流速度分布。①测出管道中心流速V平均②测距管道内壁处流速V平均选择方法：①中间距形法——应用最广管道若干面积相等小截面，则该小截面V各小截面的平均流速V平均a.圆形管道分成圆环再分2倍，测点选在面积等分线上。2.测点选择83在以ri为半径的圆环上要选四个等分点作测点则（测点数）圆形管道内流体的V平均＝各测点V测n测量精度b)矩形管道截面分成数量与测点数相同的等面积矩形测区，长:宽＝1~2测点等面积的矩心上。②流体测定断面分区数多少根据所需准确度，流速分布的均匀性。与管道断面尺寸无关。准确度——与使用场合有关。流速分布的均匀性——与被测流体断面位置有关。

在以ri为半径的圆环上要选四个等分点作测点843.平均流速的计算∵

∴

N——测点数

四、激光多普勒测速技术

1.测速原理——随流体运动的微粒散射光的多普勒效应获得速度信息。20世纪60年代发展起来的一门新技术3.平均流速的计算85静止的激光源（f0)粒子（随流体运动）粒子接受到的光波频率（散射光频率fs）

——多普勒频移

u——粒子速度∴C——光速es——粒子散射光相对于接收器方向的单位向量e0——粒子散射光在光速方向的单位向量∵u<<c，又则静止的激光源（f0)粒子（随流体86（在空气中时，用光源在真空中的波长代替）2.组成1）光学系统三种模式：参考光模式、单光束模式、双光束模式（在空气中时，用光源在真空中的波长代替）87①IFL聚焦于测量点P②流经测量点的粒子接受两个方向的相同入射光照射后，向四周发出散射光接收光栏接收透镜汇聚到光检测器上电信号信号处理器取出速度信息计算机分析显示建筑环境测试技术第七章-流速及流量测量课件882）多普信号处理：电信号计算机处理分析3.特点①非接触测量：不扰动流场②分辩率高：测速范围宽③准确确定流动方向缺点：①流场中加适当尺寸和浓度的粒子②被测设备上设置透光窗③价格昂贵2）多普信号处理：电信号计算机处理分析89

§7-2流速测量仪表的标定流速测量仪在出厂前，实际使用过程中必须进行标定目前较多的是在专门设备——校正风洞中用比较法进行校定。一、风洞的原理结构风洞——具有一定形状的管道。在管道中造成具有一定参数的气流。结构：风机段、扩散段、测量段、细收缩段、工作段、粗收缩、稳定段。§7-2流速测量仪表的标定90风机段：轴流风机，导流器——产生一定参数的动力稳定段：蜂窝器阻尼网，一定长度直段——气流导入工作段：校验中速风速仪表的直管段测量段：校验高速风速仪表的直管段二、风速仪表的校验原则：被校风速仪表与标准风速仪表进行对比，以标准仪表真值。校验被校仪表。标准风速仪：传感器——毕托管二次仪表——补偿式微压计

∵V~T、H、P故同时测出T、H、P1.中风速仪表校验——工作段进行风机段：轴流风机，导流器——产生一定参数的动力912.微风速仪表校验——被校风速仪工作段标准毕托管——测量段3.高风速仪表校验——测量段进行4.毕托管校验确定毕托管动压校正系数——毕托管系数1）过程标准毕托管被校毕托管从低高从高低重复上述过程取二者读数2.微风速仪表校验——被校风速仪工作段92

K0——标准毕托管系数-----被校毕托管系数——标准毕托管第i次测量的动压值——被校毕托管第i次测量的动压值——对调位置后标准第i次测量的动压值——对调位置后被校第i次测量的动压值

n——被测量次数建筑环境测试技术第七章-流速及流量测量课件932）毕托管动压校正系数速度校正系数KP2）毕托管动压校正系数速度校正系数KP94

§7-3流量测量方法和分类

一、流量——在单位时间内通过管道或设备某横截面处的数量分：质量流量

体积流量瞬时流量 重量流量三者之间关系：累积流量——在一段时间内通过管道截面的流体总量 §7-3流量测量方法和分类95二、流量测量方法1.速度式流量测量方法直接测出管内流体的流速，根据方法有：差压式（节流式）流量测量：测流体压差信号V叶轮式流量计——测量叶轮转动次数电磁式流量计——测量流体感应电动势超声波式流量计——通过超声波测量流量涡街式流量计——通过漩涡产生的频率2.容积式流量测量方法通过测量单位时间内经过流量仪表排出的流体的固定容积数目。二、流量测量方法96方法有：椭圆齿轮流量计腰轮流量计刮板式流量计湿式流量计3.流体质量数测量

通过直接或间接的方法测量单位时间内流过管道截面的流体质量数。如：叶轮式质量流量计温度压力自动补偿流量计方法有：97

§7-4差压式流量测量一、利用毕托管测量流体流量前节介绍了毕托管流速如能测出管道截面上的流体的平均流速流量。关键问题：测平均流速方法：①将管道横截面划分成若干面积相等的部分。②用毕托管测量每一部分中某一特征点的流体速度。则 §7-4差压式流量测量981.矩形管道将管道分成若干个面积相等的小矩形2.圆形管道可采用中间矩形法切比雪夫积分法对数曲线法中间矩形法：将圆截面分成几个面积相等的同心圆环圆形外圆半径为各圆环中又求一圆，将圆环分成两个面积相等的圆环则半径为1.矩形管道99则：等分数n测量准确一般要求另：管道内流动不是对称分布，故每个测点圆周上最好应布置四个测点。则：100二、差压式流量计1.差压流量计的组成：三部分①节流装置——QP节流件，取压装置②导压管——P仪表处③显示仪表——显示压差信号显示被测流量转换成标准电压或气压信号显示，输出二、差压式流量计1012.节流件的工作原理节流件——节流装置的核心部分，差压流量计的传感器，流量信号差压信号2.节流件的工作原理102管道中安插节流装置时，在节流元件处形成局部收缩，由于流体有惯性，流速收缩到最小截面位置不在节流元件处，而在节流元件后的B处，此时，VB，压力PB,在C截面，流体速度恢复到节流前的速度，但是由于产生漩涡及沿程摩阻等损失，压力PC不能恢复到PA。管道中安插节流装置时，在节流元件处形成局部收缩，由于流体有惯103节流现象：

①VAVBVC②静压力产生压差③V

测量

V节流时：流速受到节流装置阻挡动压头静压头P1（管壁处）且管壁处P>中心处静压P，在节流处湍面产生径向压差径向附加速度Vr，流体流向改变近管壁处流体质点流向与管中心轴线倾斜流束收缩。节流现象：①VAVBVC节流时：流速受到节流装置104④V在流束截面积最小处后最大，此时静压力最小∴入口侧P1>出口侧静压P2（＋，正压）（－，负压）

且

Q△P

节流原理3.流量基本方程式及压力损失公式1）不可压缩流体流量方程式质量流量体积流量2）可压缩流体流量方程质量流量

④V在流束截面积最小处后最大，此时静压力最小105体积流量——流束膨胀系数－流量系数3）节流元件压力损失——能量损失4.实用流量方程5.流量系数的确定它与节流元件形式，取压方式，孔径比及流体流动状态等因素有关。由于影响因素复杂，一般通过实验确定

体积流量1066.标准节流装置1）标准节流件标准孔板标准喷嘴文丘里管6.标准节流装置1072）标准取压装置标准孔板：角接取压、法兰取压标准喷嘴：角接取压3）标准节流装置使用的流体条件和管道条件。⑴流体条件a.连续流动b.稳定牛顿流体：单相，节流时不相变节流前已达到充分发展的紊流⑵管道条件a.直的圆形管道b.内壁洁净：光滑（粗糙度）c.足够的直管段。2）标准取压装置108三、转子式流量计1.转子流量计的特点——面积式流量计结构简单、使用方便、价格低廉最程比大：可达10：1，差压式流量计为3：1最程比－－最大流量与最小流量之比直观性好测量液体（气体）体积流量测量范围：液：L/h~几百m3/h气：几千m3/h建筑环境测试技术第七章-流速及流量测量课件1092.结构及工作过程转子、锥形管、支撑连接部分锥形管锥度：1:20~1:200（被测流量而定）

流体从下上转子向上转子与锥形管的面积V转子受到向上推力重力＝流体作用力转子停在某一高度Q高度Ql3.转子流量计工作原理在某高度h，处于平衡时，

2.结构及工作过程110∴

——转子材料密度——转子体积————转子最大横截面积∴伯努力方程：∴111体积流量Q与转子高度或线性刻度成正比。又因为N－锥形管的锥度，其值较小，n2可忽略体积流量Q与转子高度或线性刻度成正比。又因为N－锥形管的112四、刻度校正出厂刻度标定的介质与被测介质、温度、压力不同介质密度、粘度变化校正原刻度以水为介质T、P粘度变化不大对作校正，则

——原介质密度——工作时密度——转子材料密度

Q——校正后介质流量——仪表原刻度的流量四、刻度校正1132.原刻度以空气为介质P、T核正

∴2.原刻度以空气为介质114

§7-5叶轮式流量计叶轮式流量计——通过测量叶轮旋转次数测量流量。一、水表根据水流特点可分为：切线流叶轮式水表竖式叶轮式水表轴流式叶轮式水表1.切线流叶轮式水表水流沿切线流入表内叶轮旋转旋转圈数流量特点：简单、价廉，适中于中、小管径的管道，水平安装。§7-5叶轮式流量计1152.竖式叶轮式水表水流方向与叶轮的转动轴垂直，水流从下面向上推动叶轮旋转。特点：启动流量小，压力损失小，要水平安装适用于中、小管径的管道3.轴流式叶轮式水表水流方向与叶轮的转动轴平行。特点：压力损失小，能够以任何位置安装，适用于大管径的管道。二、涡轮流量计——速度式流量计1.组成2.竖式叶轮式水表1161.组成2.工作原理及结构涡轮——将流量信号——电信号指示积算仪——显示Q，转换成校准电流。①涡轮——传感器流体流经变送器时，推动安装在摩擦力很小的滚珠轴承上的涡轮。流体流过K-K，VPK-K与K’-K’之间不等静压场。抵销流体的轴向推力。1.组成117②导流器：进入涡轮前使流体先导直，避免自旋③磁电转换装置：线圈，磁钢组成流体流过~