第七章第一节至第三节3

压力测量的重要性
压力为直接检测和控制的参数 锅炉的汽包压力、炉膛压力、烟道压力 化工生产中的反应釜压力、加热炉压力等 通过压力间接测量其它量 液位 流量
2. 测量原理
流束将在节流件处形成 局部收缩,流速增加, 静压力降低，在节流件 前后便产生了压差。 流体流量愈大,压差愈大， 依据压差来衡量流量的 大小 以流体连续性方程 (质量守恒定律) 和伯努利方程 （能量守恒定律） 为基础的
1 2
(7.2.2)
P
' 1
v
2
2 1
P
' 2
v
2
2 2
式中，P’1、v1——截面I—I处的压力和速度； P’2、v1 ——截面Ⅱ—Ⅱ处的压力和速度。
根据流体的连续性方程得：
A1v1 A2 v 2
A2 v1 v2 A1
' ' 2 ( P P 2 1 2) v2 A2 2 代入式（7.2.2）得 [1 ( ) ] A1 对于截面积Ⅱ—Ⅱ代入质量流量方程得
2. 质量流量的测量方法
（1）直接法： 利用检测元件，使输出信号直接反映质量流量。 热式质量流量计； 科里奥利力质量流量计。 （2）间接法： 用两个检测元件分别测出两个相应参数，通过运算 间接获取流体的质量流量。 ①ρqv2检测元件和ρ检测元件的组合 (差压流量计+密度计)； ② qv检测元件和ρ检测元件的组合 (体积流量计+密度计)； ③ ρqv2检测元件和qv检测元件的组合 End the 7.1 (差压流量计+体积流量计)。
式中，p、ρ、v分别为流体的压强、密度和速度； h为铅垂高度；g为重力加速度；c为常量 单位体积流体的压力能 p、重力势能ρgh和动能 (1/2)*ρv2，在沿流线运动过程中，总和保持不变，即总能
量守恒
设被测流体为不可压缩的理想流体（液体）， 根据伯努利方程，对截面I—I、Ⅱ—Ⅱ处 沿管中心的流体有以下能量关系： 被测流体是等温不可压缩的
第7章 流量检测
日常生活：水、煤气、燃油、污水排放 工业生产：生产过程各种被控介质流量 水、蒸汽、燃油、煤气、水煤浆等 商业：贸易计量 原油、油漆、液体药剂等 国防：陆海空军用燃料、火箭推进剂等
流量测量
流量参数的特殊 性以及流量测量的重 要性决定了流量传感 器是能源计量和环境 保护的重要技术手 段，是保证工业生产 质量的关键技术基 础；在国防科技领域 具有重要应用背景。
压力
速度
孔板附近的流速和压力分布
测量原理
当流体流经管道内的节流件时，流束将在节流件 处形成局部收缩，因而流速增加，静压力降低， 于是在节流件前后便产生了压差。 流体流量愈大，产生的压差愈大，这样可依据压 差来衡量流量的大小。 基础：流体连续性方程（质量守恒定律）和伯努 利方程（能量守恒定律）。 压差影响因素： 流量、节流装置形式、管道内流体的物理性质 （密度、粘度）
流量测量复杂性
被测流体多样性：气体、液体、混合流体 参数差异大：流体的温度、压力、流量不同 要求不同：测量准确度，过程控制、贸易计量
7.1 流量的基本概念
7.1.1 流量测量的基本概念 7.1.2 流量检测的方法和分类
7.1.2 流量检测的方法和分类
按检测量的不同分为：
体积流量 质量流量
1. 体积流量的测量方法
（2）速度法： 先测出管道内的平均流速，再乘以管道截面积求 得流体的体积流量。 较宽的使用条件，可用于各种工况下的流体的流 量检测; 利用平均流速计算流量，管路条件的影响大，流 动产生涡流以及截面上流速分布不对称等都会给 测量带来误差。
检测管道内流速的方法
①节流式检测方法（差压流量检测法）； ②电磁式检测方法 电磁流量计 ③变面积式检测方法 转子流量计 ④旋涡式检测方法 涡街流量计 ⑤涡轮式检测方法 涡轮流量计 ⑥声学式检测方法 超声波流量计 ⑦热学式检测方法 热线风速仪
q m CA0 C
2 ( P1 P2 ) 1 4 A0 2 P
1 4
d D
上式为针对不可压缩的理想流体而得出的流量公式。 对于可压缩流体(如各种气体、蒸汽)流过节流装置时， 压力发生改变必然引起密度的改变，对于可压缩流体 应引入气体可膨胀系数 ，则
qm
流量 传感器 仪表Fra bibliotek第7章 流量检测 7.1 流量的基本概念
7.1.1 流量测量的基本概念 7.1.2 流量检测的方法和分类
7.1.1 流量测量的基本概念
单位时间内流体通过一定截面积的数量。 瞬时体积流量－用流体的体积来表示（qv）， 单位为m3/s
q v dA
A
瞬时质量流量－用流量的质量来表示（qm）， 简称质量流量，单位为kg/s
1. 体积流量的测量方法
（1）容积法： 在单位时间内,以标准固定体积对流动介质连续不断 地进行度量，以排出流体固定容积数来计算流量 椭圆齿轮流量计、旋转活塞式流量计和刮板流量计 受流体的流动状态影响小，适用于测量高粘度、低 雷诺数的流体
雷诺数
雷诺数（Reynolds number）一种可用来表征流体流动情况的 无量纲数，以Re表示，Re=ρvd/η，其中v、ρ、η分别为流 体的流速、密度与黏性系数，d为一特征长度。例如流体流过 圆形管道，则d为管道直径。利用雷诺数可区分流体的流动是 层流或湍流，也可用来确定物体在流体中流动所受到的阻力 雷诺数小，流体流动时各质点间的粘性力占主要地位，流体各 质点平行于管路内壁有规则地流动，呈层流流动状态。 雷诺数大，惯性力占主要地位，流体呈紊流(也称湍流)流动状 态 一般管道雷诺数Re<2000为层流状态，Re>4000为紊流状态， Re=2000～4000为过渡状态。
2. 电磁流量计的构成
电磁流量计＝流量传感器＋转换器
（1）电磁流量计流量传感器
外壳 磁路系统 测量管 衬里 电极
①外壳（铁磁材料制成） 功能：保护激磁线圈，隔离外磁场的干扰。 ②磁路系统 功能：产生均匀的直流或交流磁场 直流磁场可用永久磁铁来实现，结构简单 工业现场电磁流量计，一般都采用交变磁场， 磁感应强度为 感应电势为
伯努利方程 Bernoulli’s equation
反映理想流体运动中速度、压强等参数之间关系的方程式 理想流体定常流动的动力学方程，流体在忽略粘性损失的流 动中，流线上任意两点的压力势能、动能与位势能之和保持 不变 对于重力场中的不可压缩均质流体 ，方程为
p+ρgh+(1/2)*ρv2=c
7.2.1差压式流量计组成及测量原理
1. 差压式流量计组成 2. 测量原理
1. 差压式流量计组成
差压式流量计组成框图
节流装置：安装于管道中产生差压， 节流件前后的差压与流量成开方关系； 引压导管：取节流装置前后产生的差压， 传送给差压变送器； 差压变送器：产生的差压转换为标准电信号（4-20mA）
q m A2 v 2 A2
2 ( P1' P2' ) A2 2 1 ( ) A1
(7.2.4)
反映质量流量和孔板前后压差之间关系
q m A2 v 2 A2
2 ( P1' P2' ) A2 2 1 ( ) A1
(7.2.4)
A2代表流束最小收缩截面，因其位置和A2大小均难以确定， 从而使A2面上的静压力也难以确定;为了方便，用孔板的 开孔截面A0代替流束最小收缩截面A2 。 压力差取自距孔板前后端面的固定位置处中的P1-P2，这样 压力易于测量。 式（7.2.4）用一个无量纲数C修正,C称为流出系数。
电磁流量计测量原理
导电性液体在垂直于磁场的非磁性测量管内流动， 与流动方向垂直的方向上产生与流量成比例的感应电势
E BD
2
液体的体积流量
q v D / 4
4qv / ( D )
2
E (4 B / D)qv Kqv
式中, K为仪表常数，K= 4B/(πD)
在管道直径确定，磁感应强度不变的条件下， 体积流量与电磁感应电势有一一对应的线性关系， 而与流体密度、粘度、温度、压力和电导率无关。
ISA 1932喷嘴
长径喷嘴
经典文丘里管
2. 非标准节流装置
(1)低雷诺数：1/4圆孔板，锥形入口孔板， 双重孔板，双斜孔板，半圆孔板等 (2)脏污介质：圆缺孔板，偏心孔板，环状孔板， 楔形孔板，弯管节流件等； (3)低压损：罗洛斯管，道尔管，道尔孔板， 双重文丘里喷嘴，通用文丘里管等； (4)脉动流节流装置； (5)临界流节流装置：音速文丘里喷嘴； (6)混相流节流装置。
qv
1 1 4
1 1 4
C A0 2 1P
差压式流量计的流量公式
C A0
2P
1
节流式差压流量测量
7.2.1 差压式流量计组成及测量原理 7.2.2 节流装置
7.2.2 节流装置
按其标准化程度分： (1)标准节流装置 按照标准文件设计、制造、安装和使用，无须 经实流校准即可确定其流量值，并估算流量测 量误差; (2)非标准节流装置 成熟程度较差，尚未列入标准文件的检测件。
7.2 差压式流量计（DPF）
历史悠久、技术成熟、应用最广泛 按检测件的作用原理分: 节流式、动压头式、水力阻力式、离心式、动 压增益式和射流式等几大类 节流式和动压头式应用最为广泛 节流式特点： 结构简单，使用寿命长，适应能力强，几乎能 测量各种工况下的流量
节流式差压流量测量
7.2.1 差压式流量计组成及测量原理 7.2.2 节流装置
q m q v
累积流量－一段时间内流体体积流量或质量流量的累 积值
累积体积流量 累积质量流量
V qv dt
t1
t2
m qm dt