机械工程测试技术基础 第3版 教学课件 作者 熊诗波 黄长艺第十章第十章 第二节.ppt

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1、第十章流体参量的测量第二节流量的测量流体的流量分为体积流量和质量流量,分别表示某瞬时单位时间内流过管道某一截面处流体的体积数或质量数,单位分别为m3/s和kg/s。一般工业用或实验室用液体流量计的基本工作原理是通过某种中间转换元件或机构,将管道中流动的液体流量转换成压差、位移、力、转速等参量,然后再将这些参量转换成电量,从而得到与液体流量成一定函数关系(线性或非线性)的电量(模拟或数字)输出。液体体积流量可用标准容器和秒表(或电子计时装置)来测量,也就是测量液体充满某一确定容积所需的时间。该方法

2、只能用来测量稳定的流量或平均流量。由于它在测量稳定的流量时可以达到很高的精确度,因此也是各种流量计静态定度的基本方法。一、常用的流量计(一)差压式流量计(流量-差压转换法)在流通管道上设置流动阻力件,当液体流过阻力件时,在它前后形成与流量成一定函数关系的压力差,通过测量压力差,即可确定通过的流量。这种流量计主要由产生差压的装置和差压计两部分组成。产生差压的装置有多种型式,包括节流装置(孔板、喷嘴、文杜里管等)、动压管、均速管、弯管等。其他型式的差压式流量计还有转子式流量计、靶式流量计等。在管道中

3、插入一片中心开有锐角孔的圆板(俗称孔板),当液体流过孔板时,流动截面缩小,流动速度加快,根据伯努利方程,压力必定下降。分析表明,若在节流装置前后端面处取静压力p1和p2,则流体体积流量为⒈节流式流量计流量系数α除了与孔口对管道的面积比及取压方式有关之外,还和所采用的节流装置的型式有着密切关系。目前常用的节流元件还有压力损失较小的文杜里管(图10-23c)和喷嘴(图10-23b)等。⒉ 弯管流量计当流体通过管道弯头时,受到角加速度的作用而产生的离心力会在弯头的外半径测与内半径测之间形成差压,此差压

4、的平方根与流体流量成正比。只要测出差压就可得到流量值。弯管流量计如图所示。取压口开在450角处,两个取压口要对准。弯头的内壁应保证基本光滑,在弯头入口和出口平面各测两次直径,取其平均值作为弯头内径。弯头曲率取其外半径与内半径的平均值。弯管流量计的流量方程式为流量系数k与弯管的结构参数有关,也与流体流速有关,需由实验确定。弯管流量计的特点是结构简单、安装维修方便;在弯管内流动无障碍,没有附加压力损失;对介质条件要求低。其主要缺点是产生的差压非常小。它是一种尚未标准化的仪表。一个能上下浮动的转子被置

5、于圆锥形的测量管中,当被测流体自下向上流动时,由于转子和管壁之间形成的环形缝隙的节流作用,在转子上、下端出现压差,此压差对转子产生一个向上的推力,克服转子的重量使其向上移动,这就使得环形缝隙过流截面积增大,压差下降,直至压差产生的向上推力与转子的重量平衡为止。(二)转子流量计(流量—位移转换法)它也是利用流体流动的节流原理工作的流量测量装置。与上述差压流量计不同之处是它的压差是恒定的,而节流口的过流面积却是变化的。因此通过的流量不同,转子在锥管中悬浮的位置也就不同,测出相应的悬浮高度,便可确定通

6、过的流体流量。(三)靶式流量计(流量-力转换法)在管道中装设一圆靶作为节流元件。当液体流过时,靶上就受到一个推力的作用,其大小与通过的流量成一定函数关系,测量推力(或测量管外杠杆一端的平衡力)即可确定流量值。靶式流量计的流量与检测信号(力)之间的关系是非线性的,这就给使用带来很大的不便,并且限制了流量计的测量范围。近年来出现了一种新型的自补偿靶式流量计,它使用测量控制网络和专门的电控元件,使靶上所受到的推力被自动平衡,于是输出的控制电流值与体积流量成线性关系。(四)涡轮流量计(流量-转速转换法)

7、涡轮转轴的轴承由固定在壳体上的导流器所支承,流体顺着导流器流过涡轮时,推动叶片使涡轮转动,其转速与流量成一定的函数关系,通过测量转速即可确定对应的流量。由于涡轮是被封闭在管道中,因此采用非接触式磁电检测器来测量涡轮的转速。在不导磁的管壳外面安装的检测器是一个套有感应线圈的永久磁铁,涡轮的叶片是用导磁材料制成的。若涡轮转动,叶片每次经过磁铁下面时,都要使磁路的磁阻发生一次变化,从而输出一个电脉冲。显然输出脉冲的频率与转速成正比,测量脉冲频率即可确定瞬时流量,若累计—定时间内的脉冲数,便可得到这段时

8、间内的累计流量。(五)容积式流量计(流量-转速转换法)容积式流量计实际上就是某种形式的容积式液动机。液体从进口进入液动机,经过一定尺寸的工作容腔,由出口排出,使得液动机轴转动。容积式流量计有椭圆齿轮流量计、腰形转子流量计、螺旋转子流量计等。对于一定规格的流量计来说,输出轴每转一周所通过的液体体积是恒定的,此体积称为流量计的每转排量。测量输出轴的平均转速,可得到平均流量值;而累计输出轴的转数,即可得到通过液体的总体积。1椭圆齿轮流量计椭圆齿轮每转一周,向出口排出四个月牙形容积的液体。累计齿轮转动的

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