流体测量技术
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1、第第8 8章章 流量测量技术流量测量技术8.1 8.1 流量测量的基础知识流量测量的基础知识8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表8.3 8.3 流量标准装置流量标准装置 流量测量技术和仪表的应用领域流量测量技术和仪表的应用领域 工业生产过程能源计量 一次能源（煤炭、原油、瓦斯气、石油一次能源（煤炭、原油、瓦斯气、石油气、天然气气、天然气）二次能源（电力、焦炭、煤气、成品油、二次能源（电力、焦炭、煤气、成品油、液化石油气、蒸汽）及含能工质（压缩液化石油气、蒸汽）及含能工质（压缩空气、氧、氮、氢、水）等空气、氧、氮、氢、水）等生物技术 交通运输 环保工程 空气污染空气污染( (烟废气排放烟废气
2、排放 ) )、水污染、水污染 管道输送管道输送 8.1 8.1 流量测量的基础知识流量测量的基础知识 8.1.1 8.1.1流量和流量计流量和流量计8.1.2 8.1.2 流体的物理性质与管流基础知识流体的物理性质与管流基础知识8.1.3 8.1.3 流量测量方法与流量仪表的分类流量测量方法与流量仪表的分类AudtdVtVqtv0limAudtdMtMqtm0lim V V -体积；MM-质量；t t-时间； A A-截面面积； -流体密度单位：m3/s单位：Kg/svmqAuqAdAuAquAvu 平均流速平均流速 ：流体在流过截面上各点的流速。 体积流量和质量流量关系：单位：m3单位：Kg
3、dtqQtvvdtqQtmm4. 4. 雷诺数雷诺数雷诺数是流体流动的惯性力与粘滞力之比n 雷诺数小，意味着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，意味着惯性力占主要地位，流体呈紊流流动状态，一般管道雷诺数Re2000为层流状态，Re4000为紊流状态，Re20004000为过渡状态。n 在不同的流动状态下，流体的运动规律流速的分布等都是不同的，因而管道内流体的平均流速与最大流速max的比值也是不同的。因此雷诺数的大小决定了粘性流体的流动特性。 研究具有圆形截面的管内流动情况，当管内流体为层流状态时，沿半径方向上的流速分布可用下式表
4、示： 2max1Rruuxxxu距管中心距离xr处的流速；maxu管中心处最大流速；xr 距管中心径向距离；R 管内半径。 当管内流体为紊流状态时，沿半径方向上的流速分布为：nxxRruu/1max1n随流体雷诺数不同而变化的系数 圆管内的流速分布 通过测流速求流量的流量计一般是检测出平均流速然后求得流量。对于层流，平均流速是管中心最大流速的0.5倍( )； 紊流时的平均流速与值有关： max5 . 0 uu max2) 1212unnnu表表8-1 8-1 雷诺数与雷诺数与 n n的关系的关系nnn2.5610.5420.5632.007.07.38.08.338.453.670.084.4
5、8.58.89.09.2110.0152.0198.0278.09.49.79.89.9410eDR410eDR410eDR 任取一管段，设截面、截面处的面积、流体密度和截面上流体的平均流速分别为A1、 、 和A2、 、 。 1A11u2A22u=11u22u(2) (2) 伯努利方程伯努利方程 当理想流体在重力作用下在管内定常流动时，对于管道中任意两个截面和有如下关系式（伯努利方程）：2222222111upgZupgZ :重力加速度； :截面和相对基准线的高度； :截面和上流体的静压力； :截面和上流体的平均流速。21,ZZ21,pp21,uug 实际流体具有粘性，在流动过程中要克服流体与
6、管壁以及流体内部的相互摩擦阻力而作功，这将使流体的一部分机械能转化为热能而耗散。因此，实际流体的伯努利方程可写为： wghupgZupgZ2222222111wgh截面和之间单位质量实际流体流动 产生的能量损失。 8.1.3 8.1.3 流量测量方法与流量仪表的分类流量测量方法与流量仪表的分类1. 1. 流量测量方法流量测量方法流量测量方法大致可以归纳为以下几类：(1)利用伯努利方程原理，通过测量流体差压信号来反映流量的差压式流量测量法； (2)通过直接测量流体流速来得出流量的速度式流量测量法；(3)利用标准小容积来连续测量流量的容积式测量；(4)以测量流体质量流量为目的的质量流量测量法。 类
7、 别工作原理测量精度体积流量计差压流量式流体流过通管道中的阻力件时产生的压力差与流量之间有确定关系，通过测量差压值求得流量1212140.55容流积量式计直接对仪表排出的定量流体计数确定流量0.20.50.2速流度量式计通过测量管道截面上流体平均流速来测量流量0.10.50.510.51.51直接式直接检测与质量流量成比例的量来质量流量10.220.15间接式同时测体积流量和流体密度来计算质量流量0.5体积流量计质量流量计3. 3. 流量仪表的主要技术参数流量仪表的主要技术参数特性特性1：流量范围及量程比：流量范围及量程比流量计的流量范围指可测最大流量和最小流量所限定的范围。在这个范围内，仪表
8、在正常使用条件下示值误差不超过最大允许误差。最大流量与最小流量的比值称为量程比量程比，一般表达为某数与 1 之比，流量计量程比量程比的大小受仪表的原理与结构所限制。特性特性2：测量精确度和误差：测量精确度和误差 流量计的精确度用误差表示。流量计在出厂时均要进行标定，仪表所标出的精确度为基本误差。在现场使用中由于偏离标定条件会带来附加误差.流量计的实际测量精确度为基本误差与附加误差的合成，这种合成的估算很复杂，可以参照有关规定计算。 流量仪表的精度等级是根据允许误差的大小来划分的，其精度等级有：0.02、0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5等。特性特性3：压力损失：压力损失
9、安装在流通管道中的流量计实际上是一个阻力件，流体在通过流量计时将产生压力损失，这会带来一定的能源消耗。各种流量计的压力损失大小是仪表选型的一个重要指标。 压力损失小，流体能消耗小，输运流体的动力要求小，测量成本低。反之则能耗大，经济效益相应降低。故希望流量计的压力损失愈小愈好8.2 8.2 流量测量仪表流量测量仪表8.2.1 8.2.1 差压式流量计差压式流量计8.2.2 8.2.2 容积式流量计容积式流量计8.2.4 8.2.4 质量流量计质量流量计8.2.3 8.2.3 速度式流量计速度式流量计8.2.1 差压式流量计差压式流量计 测量对象测量对象：流体方面，单相、混相、洁净、脏污；工作状
10、态工作状态：常压、高压、真空、常温、高温、低温；管径方面管径方面：从几毫米到几米；流动条件流动条件：亚音速流、临界流、脉动流历史悠久、技术成熟、应用最广泛。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。孔孔板板引压管引压管差压计差压计1. 1. 节流式流量计节流式流量计l 优点：结构简单，无可动部件；可靠性较高；复现性能好；适应性较广，它适用于各种工况下的单相流体，适用的管道直径范围宽，可以配用通用差压计；装置已标准化。l 缺点：安装要求严格；流量计前后要求较长直管段；测量范围窄，一般范围度为 3 : 1；压力损失较大；对于较小直径的管道测量比较困难 ；精确度不够
11、高(1% 2%)。1-节流元件 2-引压管路3-三阀组 4-差压计 流体流经节流件时压力和流速变化图2222222111upup 11u24D=22u24d (1)(1)测量原理及流量方程测量原理及流量方程21pp、截面1和2上流体的静压力； 截面1和2上流束直径；21uu、截面1和2上流体的平均流速； 1、2截面1和2上流体的密度 D、d 体积流量： 21242224/11ppdDdAuqv质量流量： 21242224/11ppdDdAuqm以实际采用的某种取压方式所得到的压差p来代替21pp 的值；同时引入流出系数C 对上式进行修正： pdpdCqv24241224pdpdCqm24241
