機(jī)械工程測(cè)試流體參量測(cè)

機(jī)械工程測(cè)試流體參量測(cè)第1頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

第一節(jié)壓力的測(cè)量壓力的定義

流體或固體垂直作用在單位面積（S）上的力（F）稱為壓力（p），也稱壓強(qiáng)。而工程上則習(xí)慣于稱其為壓力。壓力單位是Pa(帕)，1Pa=1N/m2.1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓=101325Pa=1.01325工程大氣壓

工程中常采用的壓力有絕對(duì)壓力（pa）、表壓力（pg）、真空（pv）和差壓等幾種。第2頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

第3頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

壓力的分類壓力：靜態(tài)壓力和動(dòng)態(tài)壓力靜態(tài)壓力：不隨時(shí)間變化或變化非常緩慢的壓力。動(dòng)態(tài)壓力：隨時(shí)間變化的壓力。壓力測(cè)量方法靜態(tài)壓力測(cè)量：一般采用壓力表、壓力變送器進(jìn)行測(cè)量。動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量:彈性變形測(cè)壓法,將敏感元件感受壓力而產(chǎn)生的彈性變形量轉(zhuǎn)換為電量再進(jìn)行測(cè)量。第4頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

一、壓力測(cè)量的彈性元件壓力測(cè)量彈性元件通常有波登管、膜片、波紋管等。▲利用彈性敏感元件的應(yīng)力應(yīng)變特性彈性敏感元件在被測(cè)壓力作用下產(chǎn)生應(yīng)力、應(yīng)變，利用應(yīng)力、應(yīng)變來測(cè)量壓力的，如應(yīng)變式壓力傳感器等；▲利用彈性敏感元件的壓力集中力特性彈性敏感元件將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成集中力，利用測(cè)量集中力來測(cè)量壓力的，如壓電式壓力傳感器；▲利用彈性敏感元件的壓力位移特性將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換為彈性敏感元件的位移來測(cè)量的，如電容式壓力傳感器；第5頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

波紋管波登管波登管第6頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

二、常用壓力傳感器1.應(yīng)變式壓力傳感器(1)膜片應(yīng)變式壓力傳感器的主要元件是含有半導(dǎo)體應(yīng)變片的特殊膜片，利用壓阻效應(yīng)工作。該傳感器的彈性敏感元件是周邊固定的平圓膜片，在上面粘貼一個(gè)組合應(yīng)變片，當(dāng)膜片在被測(cè)壓力作用下發(fā)生彈性變形時(shí)，應(yīng)變片也發(fā)生相應(yīng)的變化，從而使應(yīng)變片的阻值發(fā)生變化，由四個(gè)電阻組成的電橋就有相應(yīng)的輸出信號(hào)。第7頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

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εr、εt—徑向、切向應(yīng)變；p—被測(cè)流體壓力(Pa)；E—材料彈性模量(N/m2)；μ—材料泊桑比；h—膜片厚度(m)；R—膜片半徑(m)；r—膜片任意位置的半徑(m)。工作過程被測(cè)壓力作用

膜片膜片應(yīng)變

電阻應(yīng)變片電阻變化

電量的輸出粘外接電路第9頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

（2）筒式應(yīng)變壓力傳感器膜片式壓力傳感器是作為腔體的密封元件?？梢栽谀て砻嬲迟N應(yīng)變片測(cè)量應(yīng)變。第10頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

膜片式壓力傳感器一般膜片式壓力傳感器是作為腔體的密封元件。膜片中心在流體壓力作用下產(chǎn)生位移，可以用位移傳感器測(cè)量該位移。

式中E—材料的彈性模量(N/m2)；μ—材料的泊桑比；h—膜片厚度(m)；R—膜片半徑(m)yc—膜片中心位移(m)。當(dāng)yc/h<1/3時(shí)，(yc/h)3<<(yc/h)，故可忽略高次項(xiàng)，p與yc近似成線性關(guān)系。第11頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

2、壓阻式壓力傳感器壓阻式傳感器的結(jié)構(gòu)如圖所示。其核心部分是一圓形的硅膜片。在沿某晶向切割的N型硅膜片上擴(kuò)散四個(gè)阻值相等的P型電阻，構(gòu)成平衡電橋。硅膜片周邊用硅杯固定，其下部是與被測(cè)系統(tǒng)相連的高壓腔，上部為低壓腔，通常與大氣相通。在被測(cè)壓力作用下，膜片產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變，P型電阻產(chǎn)生壓阻效應(yīng)，其電阻發(fā)生相對(duì)變化。第12頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

3壓電式壓力傳感器膜片式壓電傳感器因此，在性能穩(wěn)定性和勤務(wù)性上都大大優(yōu)于活塞式結(jié)構(gòu)，目前正在逐漸取代后者。由于膜片質(zhì)量小，和壓電元件相比，剛度也很小，如果提供合適的預(yù)緊力，傳感器的固有頻率可達(dá)100kHz以上。膜片式壓電測(cè)壓傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。它用金屬膜片代替活塞，膜片起著傳遞壓力、實(shí)現(xiàn)預(yù)壓和密封三個(gè)作用。膜片用微束等離子焊和本體焊接，整個(gè)結(jié)構(gòu)是密封的。第13頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

活塞式壓電傳感器活塞式壓電壓力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。該傳感器主要由傳感器本體、活塞、砧盤、晶體、導(dǎo)電片、引出導(dǎo)線等組成。傳感器在裝配時(shí)用頂螺絲給晶片組件一定的預(yù)緊力，以保證活塞、砧盤、晶片、導(dǎo)電片之間壓緊，避免受沖擊時(shí)因有間隙而使晶片損壞，并可提高傳感器的固有頻率。測(cè)量時(shí)，傳感器通過螺紋安裝到測(cè)壓孔上，錐面起密封作用。被測(cè)壓力作用在活塞的端面上，并通過活塞的另一頭把壓力傳送到壓電晶體上。第14頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

測(cè)氣體壓力的電感傳感器(自感型)電感式壓力傳感器電感式壓力傳感器一般由兩部分組成，一部分是彈性元件，用來感受壓力并把壓力轉(zhuǎn)換成位移量，另一部分是由線圈和銜鐵組成的電感式傳感器。可分為自感型和差動(dòng)變壓器型。圖為其結(jié)構(gòu)原理圖。為由膜盒與變氣隙自感傳感器構(gòu)成的壓力傳感器，流體壓力使膜盒變形，從而推動(dòng)固定在膜盒自由端的銜鐵上移引起電感變化。第15頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

被測(cè)壓力作用

膜片電感變化(δ)

外接電路電量的輸出第16頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

差動(dòng)變壓器式微壓傳感器圖為膜盒與差動(dòng)變壓器構(gòu)成的微壓力傳感器。銜鐵固定在膜盒的自由端。無壓力時(shí)，銜鐵在差動(dòng)變壓器線圈的中部，輸出電壓為零，當(dāng)被測(cè)壓力通過接頭輸入膜盒后，膜盒變形推動(dòng)銜鐵移動(dòng)，使差動(dòng)變壓器輸出正比與被測(cè)壓力的電壓。第17頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

測(cè)壓系統(tǒng)的定度（標(biāo)定）靜態(tài)標(biāo)定和動(dòng)態(tài)標(biāo)定

靜態(tài)標(biāo)定的目的:確定系統(tǒng)靜態(tài)特性指標(biāo)，如線性度、靈敏度、滯后和重復(fù)性等。

動(dòng)態(tài)標(biāo)定的目的:確定系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)，如頻率響應(yīng)函數(shù)、時(shí)間常數(shù)、固有頻率及阻尼比等。1、測(cè)壓系統(tǒng)的靜態(tài)標(biāo)定常用的靜壓發(fā)生裝置有：活塞式壓力發(fā)生器、杠桿式壓力發(fā)生器及彈簧測(cè)力計(jì)式壓力發(fā)生器。第18頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

被標(biāo)定的壓力傳感器或壓力儀表安裝在壓力計(jì)的接頭上。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪時(shí)，加壓油缸的活塞往前移動(dòng)使油缸增壓，并把壓力傳至各部分。當(dāng)壓力達(dá)到一定值時(shí)，將精密活塞連同上面所加的標(biāo)準(zhǔn)砝碼頂起，輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)砝碼盤，使精密活塞與砝碼旋轉(zhuǎn)，以減小活塞與缸體之間的磨擦力。此時(shí)油壓與砝碼（連同活塞）的重力相平衡。第19頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

傳感器或壓力儀表受到的壓力等于砝碼（連同活塞）的重力與活塞的有效面積之比可表示為p為油缸的壓力（Pa）；m1為標(biāo)準(zhǔn)砝碼的質(zhì)量（kg）；m2為活塞的質(zhì)量（kg）；D為活塞的直徑（m）；g為當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣龋╩/s2）。第20頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

壓力標(biāo)定過程

標(biāo)定時(shí)，以一定的壓力間距逐點(diǎn)加壓，記錄下所加的壓力值Pi，以及相應(yīng)的記錄儀器的電壓偏移量Vi，標(biāo)定時(shí)所施加的最大壓力應(yīng)略大于待測(cè)壓力的最大值。然后，再逐次減小壓力，記錄下測(cè)壓系統(tǒng)記錄儀器的電壓偏移量Vi，并重復(fù)3-5次。第21頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

測(cè)壓系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)標(biāo)定要獲得一個(gè)令人滿意的周期或階躍的壓力源；動(dòng)態(tài)壓力源的分類如下：

穩(wěn)態(tài)周期性壓力源：活塞與缸筒、凸輪控制噴嘴、聲諧振器、驗(yàn)音盤等；

非穩(wěn)態(tài)壓力源：快速卸荷閥、脈沖膜片、閉式爆炸器、激波管及落錘液壓動(dòng)標(biāo)裝置等；第22頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

1．穩(wěn)態(tài)標(biāo)定法常見的活塞和缸筒裝置就是一種簡(jiǎn)單的穩(wěn)態(tài)周期性校準(zhǔn)壓力源?；钊\(yùn)動(dòng)源的一種變型是傳動(dòng)膜片、膜盒或彈簧管，通過連桿與管端連接的偏心輪使彈簧管彎曲，這樣來使用彈簧管，效果很好。第23頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

2．非穩(wěn)態(tài)標(biāo)定

采用穩(wěn)態(tài)周期性壓力源來確定壓力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性時(shí)，往往受到所能產(chǎn)生的壓力幅值和頻率的限制。高壓和穩(wěn)態(tài)頻率很難同時(shí)獲得。為此，在較高壓力振幅范圍內(nèi)，為了確定壓力傳感器的高頻響應(yīng)特性，必須借助于階躍函數(shù)理論。第24頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

可采用各種方法來產(chǎn)生所需要的脈沖。最簡(jiǎn)單的一種方法是在液壓源與傳感器之間使用一個(gè)快速卸荷閥，從0上升到90%的全壓力的時(shí)間為10ms。采用脈沖膜片也可獲得階躍壓力。用薄塑料膜片或塑料薄板。把兩個(gè)空腔隔開，由撞針或尖刀使膜片產(chǎn)生機(jī)械損壞。由此發(fā)現(xiàn)，降壓而不是升壓，可產(chǎn)生一個(gè)更接近理想的階躍函數(shù)。降壓時(shí)間約為0.25ms。激波管能產(chǎn)生非常接近的瞬態(tài)“標(biāo)準(zhǔn)”壓力。激波管的結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單，它是一根兩端封閉的長(zhǎng)管，用膜片分成兩個(gè)獨(dú)立空腔。第25頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

激波管用激波管標(biāo)定壓力（或力）傳感器是目前最常用的方法。它具有以下特點(diǎn)：壓力幅度范圍寬，便于改變壓力值；頻率范圍廣（2kHz~2.5MHz）；便于分析研究和數(shù)據(jù)處理。激波管是產(chǎn)生激波的核心部分，由高壓室1和低壓室2組成。1、2之間由鋁或塑料膜片3隔開，激波壓力的大小由膜片的厚度來決定。標(biāo)定時(shí)根據(jù)要求對(duì)高、低壓室充以壓力不同的壓縮氣體（通常采用壓縮空氣），低壓室一般為一個(gè)大氣壓，僅給高壓室充以高壓氣體。當(dāng)高、低壓室的壓力差達(dá)到一定程度時(shí)膜片破裂，高壓氣體迅速膨脹進(jìn)入低壓室，形成激波。該激波的波陣面壓力保持恒定，接近理想的階躍波，并以超音速施加于被標(biāo)定的傳感器上。傳感器在激波的激勵(lì)下按固有頻率產(chǎn)生一個(gè)衰減振蕩。如圖13-20所示。其波形由顯示系統(tǒng)記錄下來，以供確定傳感器的動(dòng)態(tài)特性之用。第26頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

131434 5761 210118912激波管標(biāo)定裝置系統(tǒng)原理框圖1-激波管的高壓室2-激波管的低壓室3-激波管高低壓室間的膜片4-側(cè)面被標(biāo)定的傳感器5-底面被標(biāo)定的傳感器6、7-各為測(cè)速壓力傳感器8-測(cè)速前置級(jí)9-數(shù)字式頻率計(jì)10-測(cè)壓前置級(jí)11-記錄記憶裝置12-氣源13-氣壓表14-泄氣門第27頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

第二節(jié)流量的測(cè)量流量的概念：流體在單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)某一有效截面的體積或質(zhì)量，前者稱體積流量（m3/s)，后者稱質(zhì)量流量(kg/s)。通常流體流量有體積流量qv和質(zhì)量流量qm之分，它們之間的關(guān)系為:ρ為流體的密度在某一段時(shí)間內(nèi)流體流量的總和，稱為總流量。如果在截面上速度分布是均勻的，則：第28頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

一、常用的流量計(jì)1壓差式流量計(jì)節(jié)流式流量計(jì)主要由兩部分組成：節(jié)流裝置和測(cè)量靜壓差的差壓計(jì)。節(jié)流裝置是安裝在流體管道中，使流體的流通截面發(fā)生變化，引起流體靜壓變化的一種裝置。常用的節(jié)流裝置有文丘利管、噴嘴和孔板，如圖所示。第29頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

當(dāng)充滿圓管的流體流經(jīng)在管道內(nèi)部安裝的節(jié)流裝置時(shí)，流束將在節(jié)流件處形成局部收縮，使流速增大，靜壓力降低，于是在節(jié)流件前后產(chǎn)生壓力差．該壓力差通過差壓計(jì)檢出．流體的體積流量或質(zhì)量流量與差壓計(jì)所測(cè)得的差壓值有確定的數(shù)值關(guān)系。第30頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

當(dāng)它流經(jīng)管道內(nèi)節(jié)流件時(shí)，流束將在節(jié)流件處形成局部收縮。因而流速增加，靜壓力降低，于是在節(jié)流件前后便產(chǎn)生了壓差，流體流量愈大，產(chǎn)生的壓差愈大，因而可依據(jù)壓差來衡量流量的大小。壓差流量計(jì)原理與壓力分布情況如圖所示。第31頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

流體的體積流量或質(zhì)量流量與差壓計(jì)所測(cè)得的差壓值有確定的數(shù)值關(guān)系。a—流量系數(shù)E—流體壓縮系數(shù)。對(duì)不可壓縮流體，E=1；對(duì)可壓縮流體，E<1；

A0—孔板的最小截面積ρ為流體的密度常用的節(jié)流裝置有標(biāo)準(zhǔn)孔板，噴嘴和文杜里管等。

文丘利管壓力損失最小，而孔板壓力損失最大。第32頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

流體阻力式流量計(jì)工作原理管道內(nèi)置入一阻力體。流量大小阻力體受力變化阻力體

運(yùn)動(dòng)位置變化根據(jù)阻力體不同，這類流量計(jì)有：

轉(zhuǎn)子(浮子)流量計(jì)

靶式流量計(jì)第33頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

2.轉(zhuǎn)子流量計(jì)（浮子流量計(jì)）

轉(zhuǎn)子流量計(jì)又名浮子流量計(jì)或面積流量計(jì)。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用維護(hù)方便，對(duì)儀表前后直管段長(zhǎng)度要求不高，壓力損失小且恒定，測(cè)量范圍比較寬，工作可靠且線性刻度，可測(cè)氣體、蒸汽(電、氣遠(yuǎn)傳金屬浮子流量計(jì))和液體的流量，適用性廣等特點(diǎn)．當(dāng)被測(cè)流體自錐管下端流入流量計(jì)時(shí)，由于流體的作用，浮子上下端面產(chǎn)生一差壓，該差壓即為浮子的上升力。當(dāng)差壓值大于浸在流體中浮子的重量時(shí)，浮子開始上升。隨著浮子的上升．浮子最大外徑與錐管之間的環(huán)形面積逐漸增大，流體的流速則相應(yīng)下降，作用在浮子上的上升力逐漸減小，直至上升力等于浸在流體中的浮子的重量時(shí)，浮子便穩(wěn)定在某一高度上。這時(shí)浮子在錐管中的高度與所通過的流量有對(duì)應(yīng)的關(guān)系。第34頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

只要保持流量系數(shù)a為常數(shù)，則流量與浮子高度h之間就存在一一對(duì)應(yīng)的近似線性關(guān)系．顯然，對(duì)于不同的流體，由于密度發(fā)生變化，所以qv與h之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系也將發(fā)生變化。第35頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

3.靶式流量計(jì)靶式流量計(jì)是以管內(nèi)流動(dòng)的流體給予插入管中的靶的推力F來測(cè)量流量的一種測(cè)量裝置。它的結(jié)構(gòu)原理如圖所示。當(dāng)被測(cè)流體通過裝有圓靶的管道時(shí)，流體沖擊圓靶使其受推力F作用，經(jīng)杠桿將力傳遞給粘有應(yīng)變片的懸臂梁（也可采用其它形式的力傳感器）。這樣應(yīng)變電橋就輸出與力F成正比的電壓。由測(cè)得的F值就可根據(jù)下述關(guān)系確定流量的大小。第36頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

式中，F(xiàn)為靶受到流體的阻力；為阻力系數(shù)；A1為靶迎流面積，d為靶直徑；v為靶和管壁間環(huán)面積中的平均流速；為介質(zhì)密度。靶式流量計(jì)的結(jié)構(gòu)如圖所示，在被測(cè)管道中心迎著流速方向安裝一個(gè)靶，當(dāng)介質(zhì)流過時(shí)，靶受到流體的作用力。第37頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

流量與靶輸出力F的平方根成正比．測(cè)量靶所受的力F，就可以測(cè)定被測(cè)介質(zhì)的流量．第38頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

4.渦輪流量計(jì)在管道中心安放一個(gè)渦輪，兩端由軸承支撐。當(dāng)流體通過管道時(shí)，沖擊渦輪葉片，對(duì)渦輪產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力矩，使渦輪克服摩擦力矩和流體阻力矩而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。在一定的流量范圍內(nèi)，渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度與流體流速成正比。由此，流體流速可通過渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度得到，從而可以計(jì)算得到通過管道的流體流量。qv=f/Kf－流量計(jì)輸出信號(hào)的頻率；

K－流量計(jì)的儀表系數(shù)；第39頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

渦輪流量計(jì)的特點(diǎn)1）高精確度，基本誤差可達(dá)±0.25％－±1.5％，在所有流量計(jì)中，它屬于最精確的。

2）重復(fù)性好，短期重復(fù)性可達(dá)0.05％-0.2％；3）輸出脈沖頻率信號(hào)，無零點(diǎn)漂移，抗干擾能力強(qiáng)。

4）測(cè)量范圍度寬，中大口徑可達(dá)40:1-10:1。

5）結(jié)構(gòu)緊湊輕巧，安裝維護(hù)方便。

6）適用高壓測(cè)量，儀表表體上不必開孔，易制成高壓型儀表。

7）難以長(zhǎng)期保持校準(zhǔn)特性，需要定期校驗(yàn)。第40頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

容積式流量計(jì)這類儀表用儀表內(nèi)的一個(gè)固定容量的容積連續(xù)地測(cè)量被測(cè)介質(zhì)，最后根據(jù)定量容積稱量的次數(shù)來決定流過的總量。習(xí)慣上人們把計(jì)量表也稱為流量計(jì)。根據(jù)它的結(jié)構(gòu)不同，這類儀表主要有橢圓齒輪流量計(jì)、腰輪流量汁、活塞式流量計(jì)等。第41頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

橢圓齒輪流量計(jì)其主要部分是殼體和裝在殼體內(nèi)的一對(duì)相互嚙合的橢圓齒輪，它們與蓋板構(gòu)成了一密閉的流體計(jì)量空間，流體的進(jìn)出口分別位于兩個(gè)橢圓齒輪軸線構(gòu)成平面的兩側(cè)殼體上，如圖所示。第42頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

流體進(jìn)入流量計(jì)時(shí)，進(jìn)出口壓力差Dp=p1-p2的存在，使得橢圓齒輪受到力矩的作用而轉(zhuǎn)動(dòng)。A、B兩輪交替帶動(dòng)，以橢圓齒輪與殼體間固定的月牙型計(jì)量空間為計(jì)量單位，不斷地把入口處的流體送到出口。圖所示僅為橢圓齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)1/4周的情況，相應(yīng)排出的流體量為一個(gè)月牙型空腔容積。所以，橢圓齒輪每轉(zhuǎn)一周所排流體的容積為固定的月牙型計(jì)量空間容積V0的4倍。若橢圓齒輪的轉(zhuǎn)數(shù)為n，則通過橢圓齒輪流量計(jì)的流量為:已知排量q值的橢圓齒輪流量計(jì)，只要測(cè)量出轉(zhuǎn)數(shù)n，便可確定通過流量計(jì)的流量大小。第43頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

腰輪轉(zhuǎn)子流量計(jì)腰輪轉(zhuǎn)子流量計(jì)對(duì)流體的計(jì)量過程，同橢圓齒輪流量計(jì)相類似，是通過腰輪（轉(zhuǎn)子）與殼體之間所形成的固定計(jì)量空間來實(shí)現(xiàn)的。每當(dāng)腰輪轉(zhuǎn)過一圈，便排出四個(gè)固定計(jì)量體積的流體，只要記下腰輪的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)數(shù)，就可得到被測(cè)流體的體積流量。已知排量q值的腰輪轉(zhuǎn)子流量計(jì)，只要測(cè)量出轉(zhuǎn)數(shù)n，便可確定通過流量計(jì)的流量大小。第44頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

上述兩種轉(zhuǎn)子型式的容積流顯計(jì)，可用于各種液體流量的測(cè)量，尤其是用于油流量的準(zhǔn)確測(cè)量，在高壓力、大流量的氣體流量測(cè)量中，這類流量計(jì)也有應(yīng)用．由容積流量計(jì)的外伸軸一般帶有機(jī)械計(jì)數(shù)器，由它的讀數(shù)便可確定流量計(jì)的總流量。這種流量計(jì)同秒表配合，可測(cè)出平均流量。但由于用秒表測(cè)量的人為誤差大，因此測(cè)量精度較低?，F(xiàn)在大多數(shù)橢圓齒輪流量計(jì)的外伸軸都帶有測(cè)速發(fā)電機(jī)或光電測(cè)速盤。再同二次儀表相連，可準(zhǔn)確地顯示出平均流量和累積流量。第45頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

渦街（Vortex)流量計(jì)利用流體流過阻礙物時(shí)產(chǎn)生穩(wěn)定的漩渦，通過測(cè)量其漩渦產(chǎn)生頻率而實(shí)現(xiàn)流量計(jì)量。由渦街流量傳感器和流量顯示儀表兩部分構(gòu)成。第46頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

理論基礎(chǔ):“卡門渦街”原理在流動(dòng)的流體中放置一根其軸線與流向垂直的非流線型柱形體(如三角柱、圓柱等)，稱之為漩渦發(fā)生體。當(dāng)流體沿漩渦發(fā)生體繞流時(shí)，會(huì)在漩渦發(fā)生體下游產(chǎn)生如圖所示不對(duì)稱但有規(guī)律的交替漩渦列，這就是所謂的卡門渦街。第47頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

第48頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

第49頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

馮.卡門對(duì)渦街的穩(wěn)定條件進(jìn)行了研究，于1911年得到結(jié)論：

只有當(dāng)兩漩渦列之間的距離H和同列的兩漩渦之間的距離L之比滿足下面的關(guān)系時(shí)，所產(chǎn)生的渦街才是穩(wěn)定的。第50頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

圓柱體后漩渦發(fā)生的頻率為：第51頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

第52頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

圓柱體表面開有導(dǎo)壓孔，與圓柱體內(nèi)部空腔相通．空腔由隔板分成兩部分，在隔板的中央部分有—小孔，在小孔中裝有檢測(cè)流體流動(dòng)的鉑電阻絲．當(dāng)旋渦在圓柱體下游側(cè)產(chǎn)生時(shí)，出于升力的作用，使得圓柱體下方的壓力比上方高一些，圓柱體下方的流體在上下壓力差的作用下，從圓柱體下方導(dǎo)壓孔進(jìn)入空腔，通過隔板中央部分的小孔，流過鉑電阻絲，從上方導(dǎo)壓孔流出。如果將鉑電阻絲加熱到高于流體溫度的某溫度值，則當(dāng)流體流過鉑電阻絲時(shí)，就會(huì)帶走熱量，改變其溫度，也即改變其電阻值。當(dāng)圓柱體上方產(chǎn)生一個(gè)旋渦時(shí)，則流體從上導(dǎo)壓孔進(jìn)入，由下導(dǎo)壓孔流出，又一次通過鉑電阻絲，又改變一次它的電阻值。由此可知：電阻值變化與流動(dòng)變化相對(duì)應(yīng)，也既與旋渦的頻率相對(duì)應(yīng)。所以，可由檢測(cè)鉑電阻絲電阻變化頻率得到渦頻率，進(jìn)而得到流量值。第53頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

第54頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

第55頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

渦街流量計(jì)的特點(diǎn)★被測(cè)流體本身就是振動(dòng)體，無機(jī)械可動(dòng)部件，幾乎不受流體組成、密度、粘度、壓力等因素的影響；★可得到與流量成正比的頻率輸出信號(hào)；★應(yīng)用范圍廣泛，可適用液體、氣體和蒸氣?！餃y(cè)量范圍寬，一般范圍度可達(dá)10：1以上；

★精確度為中上水平；第56頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

測(cè)速式流量計(jì)

速度式流量計(jì)是從直接測(cè)量管道內(nèi)流體流速v作為流量測(cè)量依據(jù)的。若測(cè)得的是管道截面上的平均流速v，則流體的體積流量qv＝A×v；(A為測(cè)量管道橫截面積)。若測(cè)得的是管道橫截面上的某一點(diǎn)流速v，則流體的體積流量qv＝K.A.v(K為截面上的平均流速與被測(cè)點(diǎn)流速的比值，它與管道內(nèi)流速分布有關(guān))．測(cè)速式流量計(jì)主要有渦輪流量計(jì),超聲波流量計(jì)和電磁流量計(jì)幾種。第57頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

電磁流量計(jì)電磁流量計(jì)由電磁流量傳感器、轉(zhuǎn)換器以及顯示儀表等組成，也可由電磁流量傳感器和顯示儀表直接組成。幾乎可適用于所有電導(dǎo)率大于10-5W/cm的導(dǎo)電性液體

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如圖所示，設(shè)在均勻磁場(chǎng)中，垂直于磁場(chǎng)方向有一個(gè)直徑為D的管道。管道由不導(dǎo)磁材料制成，當(dāng)導(dǎo)電的液體在導(dǎo)管中流動(dòng)時(shí)，導(dǎo)電液體切割磁力線，因而在磁場(chǎng)及流動(dòng)方向垂直的方向上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，如安裝一對(duì)電極，則電極間產(chǎn)生和流速成比例的電位差。

式中，E為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，D為管道內(nèi)徑；v為液體在管道內(nèi)平均流速。電感應(yīng)電勢(shì)與流量成線性關(guān)系:第59頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

電磁流量計(jì)的特點(diǎn)1.可以測(cè)量各種腐蝕性介質(zhì)：酸、堿、鹽溶液以及帶有懸浮顆粒的漿液；2.無機(jī)械慣性，反應(yīng)靈敏，可以測(cè)量脈沖流量；3.線性較好,可直接進(jìn)行等分刻度；4.只能測(cè)量導(dǎo)電液體，不能測(cè)量氣體、蒸氣以及大量氣泡的液體或者電導(dǎo)率很低的液體；5.不能用于測(cè)量高溫介質(zhì)。第60頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

超聲波流量計(jì)當(dāng)超聲波在流體中傳播時(shí)，會(huì)載帶流體流速的信息。因此，根據(jù)對(duì)接收到的超聲波信號(hào)進(jìn)行分析計(jì)算，可以檢測(cè)到流體的流速，進(jìn)而可以得到流量值。超聲波流量測(cè)量方法有很多，主要介紹傳播速度差方法的基本原理與流量方程．傳播速度差法的基本原理為：測(cè)量超聲波脈沖在順流和逆流傳播過程中的速度之差來得到到被測(cè)流體的流速。根據(jù)測(cè)量的物理量的不同，可以分為時(shí)差法(測(cè)量順、逆流傳播時(shí)由于超聲波傳播速度不同而引起的時(shí)間差)、相差法(測(cè)量超聲波在順、逆流中傳播的相位差)、頻差法(測(cè)量順、逆流情況下超聲脈沖的循環(huán)頻率差)。頻差法是目前常用的測(cè)量方法，它是在前兩種測(cè)量方法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的．第61頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

在流量計(jì)管壁的斜對(duì)面固定兩個(gè)超聲波振子TR1,TR2，兼作為超聲波的發(fā)送和接收元件。由一側(cè)的振子產(chǎn)生的超聲波脈沖穿過管壁→流體→管壁為另一側(cè)的振子所接收，并轉(zhuǎn)換為電脈沖，經(jīng)放大后再用此電脈沖激發(fā)對(duì)面的發(fā)送振子，形成所謂單環(huán)自激振蕩。第62頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

超聲波流量計(jì)的原理：流速不同會(huì)使超聲波在流體中傳播的速度發(fā)生變化，通過分析計(jì)算改變的超聲波信號(hào)，可以檢測(cè)到流體的流速，進(jìn)而可以得到流量值。第63頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

時(shí)差法設(shè)超聲波發(fā)生器與接收器之間的距離為L(zhǎng)，則超聲波到達(dá)上、下游接收器的傳播時(shí)間差為:c—超聲波在靜止介質(zhì)中的傳播速度ν—流體的速度頻差法通過測(cè)量順流和逆流時(shí)超聲脈沖的重復(fù)頻率差來測(cè)量流速。在上、下游等距離處收到超聲波的頻率差為:利用頻率差測(cè)流速時(shí)與超聲波傳播速度c無關(guān)，因此工業(yè)上常用頻率差法。第64頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：流體中不插入任何元件，對(duì)流速無影響，也沒有壓力損失；能用于任何液體，也能測(cè)量氣體的流量；非接觸式儀表，適于測(cè)量不易接觸和觀察的流體以及大管徑流量；量程比較寬，可達(dá)5：1；輸出與流量之間呈線性等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)：只能用于測(cè)量200℃以下的流體；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。

第65頁，共74頁，2023年，2月20日，星期一

質(zhì)量流量計(jì)1.在工業(yè)生產(chǎn)中，由于物料平衡，熱平衡以及儲(chǔ)存、經(jīng)濟(jì)核算等所需要的都是質(zhì)量，并非體積；2.在測(cè)量工作中，常需將測(cè)出的體積流量，乘以密度換算成質(zhì)量流量，設(shè)備復(fù)雜，測(cè)量耗時(shí)；3.密度隨溫度、壓力而變化，在溫度、壓力變化比較頻繁的情況下，難以達(dá)到測(cè)量的目的。