流量測(cè)量方法

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根據(jù)測(cè)量原理，將流量測(cè)量方法分為幾大類，下面分別說(shuō)明其測(cè)量方法、特性等，并介紹幾種常用的流量計(jì)。
1．差壓式流量計(jì)
流體流動(dòng)的伯努利方程就是流體運(yùn)動(dòng)的能量方程，其含義是：在流體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，不同性質(zhì)的機(jī)械能可以相互轉(zhuǎn)換，但總的機(jī)械能守恒，差壓式流量計(jì)正是利用了壓能與動(dòng)能的轉(zhuǎn)換和守恒原理而測(cè)量流量的。
（1）節(jié)流式流量計(jì)
充滿圓管的單相連續(xù)流體，流經(jīng)管內(nèi)節(jié)流件時(shí)，由于節(jié)流件的流通截面比管道截面小，流束形成局部收縮，在壓頭作用下，流體加速，動(dòng)能增加，靜壓下降，在節(jié)流前后形成壓力差（簡(jiǎn)稱壓差）?p，?p=p1-p2。設(shè)流體是理想流體和不可壓縮的，在兩截面之間，按伯努利方程和連續(xù)方程就可導(dǎo)出不可壓縮實(shí)際流體的流量方程：
式中 C——流出系數(shù)，據(jù)節(jié)流流束的收縮特性，取壓孔的位置和速度分布而確定；
A1，A2——分別為所取兩個(gè)斷面的截面積，m2；
m——截面比A2/A1；
?p——兩截面間壓差。
（2）浮子流量計(jì)
浮子流量計(jì)是由一根自下向上的垂直錐形管和一個(gè)沿著錐管軸上下移動(dòng)的浮子所組成，如圖4.10-1所示。被測(cè)流體自下而上經(jīng)過(guò)錐管和浮子形成的環(huán)隙時(shí)，浮子上下端產(chǎn)生差壓形成浮子上升的力，當(dāng)浮子所受上升力大于浸在流體中浮子重量時(shí)，浮子便上升，環(huán)隙面積隨之增大，該處流體流速下降，浮子上下端差壓降低，作用于浮子的上升力亦隨著減小，直到上升力等于浸在流體中浮子重量時(shí)，浮子便穩(wěn)定在某一高度。浮子在錐管中高度和通過(guò)的流量有對(duì)應(yīng)關(guān)系。

1.錐形管 2.浮子 3.流通環(huán)隙

圖4.10-1浮子流量計(jì)原理示意圖

2．容積式流量計(jì)

典型的容積式流量計(jì)（橢圓齒輪式）的工作原理如圖4.10-2所示。兩個(gè)橢圓形齒輪具有相互滾動(dòng)進(jìn)行接觸旋轉(zhuǎn)的形狀，當(dāng)流體流過(guò)流量計(jì)時(shí)，作用在流量計(jì)進(jìn)出口之間的壓力差使兩個(gè)齒輪產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，并將流體由入口排向出口。在一次循環(huán)過(guò)程中，流量計(jì)排出四個(gè)由齒輪與殼壁圍成的初月形空腔的流體體積，該體積稱為流量計(jì)的“循環(huán)體積”。設(shè)流量計(jì)“循環(huán)體積”為υ，一定時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)為N，則在該時(shí)間內(nèi)流過(guò)流量計(jì)的流體體積為：

V=Nυ（4.10-16）

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圖4.10-2橢圓齒輪流量計(jì)工作示意圖

3．速度式流量計(jì)
已測(cè)量流體流速來(lái)得到流量的流量計(jì)統(tǒng)稱為速度式流量計(jì)。它的種類很多，近年來(lái)發(fā)展也很快，下面分別介紹之。
（1）渦輪流量計(jì)
如圖4.10-3所示，被測(cè)流體流入傳感器，經(jīng)過(guò)導(dǎo)流體沖擊葉輪。由于葉輪的葉片與流體流向之間有一傾角，流體沖力使葉輪產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，克服阻力矩后葉輪開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，當(dāng)兩力矩平衡時(shí)葉輪便恒速旋轉(zhuǎn)。在一定條件下轉(zhuǎn)速與流量成正比，因此測(cè)出葉輪轉(zhuǎn)速就可求得流量。
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圖4.10-3渦輪流量傳感器原理圖

（1）渦街流量計(jì)當(dāng)非流線型組流體垂直插入流體中，隨著流體流動(dòng)，阻流體就產(chǎn)生漩渦分離，此漩渦形成了有規(guī)矩的排列，稱此排列為渦街。據(jù)卡門(mén)研究，大多數(shù)排列情況或多或少地有些不穩(wěn)定，只有排列成兩排內(nèi)旋且互相交錯(cuò)的漩渦列，渦列寬度h與漩渦間距ι之比為0.2806時(shí)，渦列才是穩(wěn)定的，稱為卡門(mén)渦街。產(chǎn)生卡門(mén)渦街的阻流體叫漩渦發(fā)生體。

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圖4.10-4渦街流量計(jì)原理圖

根據(jù)卡門(mén)渦街原理。漩渦頻率f與流速間有下列關(guān)系：
[自控實(shí)踐] 流量測(cè)量方法及流量計(jì)資料分享" /> 式中：υ1——漩渦發(fā)生體兩側(cè)的流速，m/s；d——漩渦發(fā)生體特征寬度，m；
      sf——斯特勞哈爾數(shù)，在一定雷諾數(shù)范圍內(nèi)為一常數(shù)。
管內(nèi)瞬時(shí)體積流量qv則為：
[自控實(shí)踐] 流量測(cè)量方法及流量計(jì)資料分享" /> 式中：D——管道內(nèi)徑，m；υ——管內(nèi)平均流速，m/s；m——漩渦發(fā)生體兩側(cè)流通面積與管道截面積之比。
上式經(jīng)變換得到：
[自控實(shí)踐] 流量測(cè)量方法及流量計(jì)資料分享" /> 式中：Kv——渦街流量計(jì)的儀表系數(shù)，（m3）-1。
（2）電磁流量計(jì)
電磁流量計(jì)的測(cè)量原理是法拉第電磁感應(yīng)定律，導(dǎo)體在磁場(chǎng)中切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)在其兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。導(dǎo)電性液體在垂直于磁場(chǎng)的非磁性測(cè)量管內(nèi)流動(dòng)，與它們垂直的方向上產(chǎn)生于體積流量成比例的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，電動(dòng)勢(shì)的方向按“弗來(lái)明右手規(guī)則”，其值為：

E=KBDυ

式中：E——感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，V；
K——系數(shù)；
B——磁感應(yīng)強(qiáng)度，T；
D——測(cè)量管內(nèi)徑，m；
υ——平均流速，m/s。
設(shè)液體的體積流量為qv（m3/s）；則：
式中：為儀表常數(shù)