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1、第二章流量測(cè)量基礎(chǔ)及儀表2.1概述2.2流量的定義及表示方法2.3流量測(cè)量的理論基礎(chǔ)2.1概述在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究實(shí)驗(yàn)中，流量測(cè)量是生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化檢測(cè)和控制的重要環(huán)節(jié)。隨著科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)流量測(cè)量的各方面提出了越來(lái)越高的要求：不斷提高測(cè)量準(zhǔn)確度和可靠性以滿足生產(chǎn)需要；測(cè)量對(duì)象遍及高黏度、低黏度以及強(qiáng)腐蝕，且從單相流擴(kuò)展為雙相流、多相流；測(cè)量條件有高溫高壓、低溫低壓；流動(dòng)狀態(tài)有層流、紊流和脈動(dòng)流等。因此，目前已出現(xiàn)一百多種流量計(jì)，分別適用于不同的場(chǎng)合，限于篇幅，本書僅介紹常用的幾種流量計(jì)。2.2流量的定義及表示方法流體在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)管道某一截面的數(shù)量稱為流體的瞬時(shí)流量，簡(jiǎn)稱流量。
2、按計(jì)量流體數(shù)量方法的不同，流量可分為質(zhì)量流量qm和體積流量qv。由于很難保證流體在流動(dòng)過(guò)程中均勻流動(dòng)，嚴(yán)格地說(shuō)，只能認(rèn)為在某一截面的某一微小單元面積dA上流動(dòng)是均勻的，即有：式中dqv——通過(guò)截面某一微元面的流體體積流量，m3／s；dqm——通過(guò)截面某一微元面的流體質(zhì)量流量，kg／s；V——流體的體積，m3；t——時(shí)間，s；ρ——流體的密度，kg／m3；v——流體的瞬時(shí)流速，m／s；dA——微小單元的面積，m2。(2—2)(2—1)通過(guò)整個(gè)截面的體積流量qv為(2—3)式中qv——通過(guò)整個(gè)截面的流體體積流量，m3／s；——整個(gè)截面上流體的平均流速，m／s；dA——管道截面的面積，m2。若流
3、體在整個(gè)截面上的密度是均勻的，則質(zhì)量流量qm為(2—4)式中qm——流體的質(zhì)量流量，kg／s?？梢?jiàn)，在滿足整個(gè)截面上密度是均勻的前提下，質(zhì)量流量和體積流量有如下關(guān)系(2—5)因?yàn)榱黧w的密度ρ隨壓力、溫度的變化而變化，故在給出體積流量的同時(shí)，必須指明流體的狀態(tài)。特別是對(duì)于氣體，其密度隨壓力、溫度變化顯著，由體積流量換算質(zhì)量流量時(shí)，應(yīng)格外注意。在工程應(yīng)用中，除了要測(cè)量瞬時(shí)流量外，往往還需要了解在某一段時(shí)間內(nèi)流過(guò)流體的總量，即累積流量。累積流量是指一段時(shí)間[t1，t2]內(nèi)，流過(guò)管道截面積流體的總和，等于在該時(shí)間段內(nèi)瞬時(shí)流量對(duì)時(shí)間的積分：(2—6)(2—7)式中Qv——累積體積流量，m3；Qm——
4、累積質(zhì)量流量，kg。在工業(yè)生產(chǎn)中，瞬時(shí)流量是涉及流體工藝流程中需要控制和調(diào)節(jié)的重要參量，用以保持均衡穩(wěn)定的生產(chǎn)和保證產(chǎn)品質(zhì)量。累積流量則是有關(guān)流體介質(zhì)的貿(mào)易、分配、交接、供應(yīng)等商業(yè)性活動(dòng)中必知的參數(shù)之一，它是計(jì)價(jià)、結(jié)算、收費(fèi)的基礎(chǔ)。2.2.2流量計(jì)分類和主要參數(shù)流量是一個(gè)動(dòng)態(tài)量，其測(cè)量過(guò)程與流體流動(dòng)狀態(tài)、流體的物理性質(zhì)、流體的工作條件、流量計(jì)前后直管段的長(zhǎng)度等有關(guān)。因此確定流量測(cè)量方法、選擇流量?jī)x表，都要綜合考慮上述因素的影響，才能達(dá)到理想的測(cè)量要求。2.2.2.1流量計(jì)分類流體流動(dòng)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)，如流速、動(dòng)量等都直接與流量有關(guān)，因此這些參數(shù)造成的各種物理效應(yīng)，均可作為流量測(cè)量的物理基礎(chǔ)。目
5、前，已投入使用的流量計(jì)種類繁多，其測(cè)量原理、結(jié)構(gòu)特性、適用范圍以及使用方法等各不相同，所以其分類可以按不同原則劃分，至今并未有統(tǒng)一的分類方法。A、按測(cè)量方法分流量測(cè)量?jī)x表按測(cè)量方法一般可分為容積法、速度法(流速法)和質(zhì)量流量法3種。a、容積法容積法是指用一個(gè)具有標(biāo)準(zhǔn)容積的容器連續(xù)不斷地對(duì)被測(cè)流體進(jìn)行度量，并以單位(或一段)時(shí)間內(nèi)度量的標(biāo)準(zhǔn)容積數(shù)來(lái)計(jì)算流量的方法。這種測(cè)量方法受流動(dòng)狀態(tài)影響較小，因而適用于測(cè)量高黏度、低雷諾數(shù)的流體。但不宜于測(cè)量高溫高壓以及臟污介質(zhì)的流量，其流量測(cè)量上限較小。典型儀表有橢圓齒輪流量計(jì)、腰輪流量計(jì)、刮板流量計(jì)等。b、速度法速度法是指根據(jù)管道截面上的平均流速來(lái)計(jì)算
6、流量的方法。與流速有關(guān)的各種物理現(xiàn)象都可用來(lái)度量流量。如果再測(cè)得被測(cè)流體的密度，便可得到質(zhì)量流量。在速度法流量計(jì)中，節(jié)流式流量計(jì)歷史悠久，技術(shù)最為成熟，是目前工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用最廣泛的一種流量計(jì)。此外屬于速度法測(cè)量的流量計(jì)還有轉(zhuǎn)子流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)等。由于這種方法是利用平均流速來(lái)計(jì)算流量的，所以受管路條件的影響很大，如雷諾數(shù)、渦流及截面速度分布不對(duì)稱等都會(huì)給測(cè)量帶來(lái)誤差。但是這種測(cè)量方法有較寬的使用條件，可用于高溫、高壓流體的測(cè)量。有的儀器還可適用于測(cè)量臟污介質(zhì)的流量。目前采用速度法進(jìn)行流量測(cè)量的儀表在工業(yè)上應(yīng)用較廣。c、質(zhì)量流量法無(wú)論是容積法，還是速度法，
7、都必須給出流體的密度才能得到質(zhì)量流量。而流體的密度受流體狀態(tài)參數(shù)(溫度、壓力)的影響，這就不可避免地給質(zhì)量流量的測(cè)量帶來(lái)誤差。解決這個(gè)問(wèn)題的一種方法是同時(shí)測(cè)量流體的體積流量和密度或根據(jù)測(cè)量得到的流體的壓力、溫度等狀態(tài)參數(shù)對(duì)流體密度的變化進(jìn)行補(bǔ)償。但更理想的方法是直接測(cè)量流體的質(zhì)量流量，這種方法的物理基礎(chǔ)是測(cè)量與流體質(zhì)量流量有關(guān)的物理量(如動(dòng)量、動(dòng)量矩等)，從而直接得到質(zhì)量流量。這種方法與流體的成分和參數(shù)無(wú)關(guān)，具有明顯的優(yōu)
