流量測量方法

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根據(jù)測量原理，將流量測量方法分為幾大類，下面分別說明其測量方法、特性等，并介紹幾種常用的流量計。
1．差壓式流量計
流體流動的伯努利方程就是流體運動的能量方程，其含義是：在流體運動過程中，不同性質(zhì)的機械能可以相互轉(zhuǎn)換，但總的機械能守恒，差壓式流量計正是利用了壓能與動能的轉(zhuǎn)換和守恒原理而測量流量的。
（1）節(jié)流式流量計
充滿圓管的單相連續(xù)流體，流經(jīng)管內(nèi)節(jié)流件時，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，動能增加，靜壓下降，在節(jié)流前后形成壓力差（簡稱壓差）?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
浮子流量計是由一根自下向上的垂直錐形管和一個沿著錐管軸上下移動的浮子所組成，如圖4.10-1所示。被測流體自下而上經(jīng)過錐管和浮子形成的環(huán)隙時，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，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，浮子便穩(wěn)定在某一高度。浮子在錐管中高度和通過的流量有對應(yīng)關(guān)系。

1.錐形管 2.浮子 3.流通環(huán)隙

圖4.10-1浮子流量計原理示意圖

2．容積式流量計

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

V=Nυ（4.10-16）

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圖4.10-2橢圓齒輪流量計工作示意圖

3．速度式流量計
已測量流體流速來得到流量的流量計統(tǒng)稱為速度式流量計。它的種類很多，近年來發(fā)展也很快，下面分別介紹之。
（1）渦輪流量計
如圖4.10-3所示，被測流體流入傳感器，經(jīng)過導(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)動力矩，克服阻力矩后葉輪開始旋轉(zhuǎn)，當(dāng)兩力矩平衡時葉輪便恒速旋轉(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）渦街流量計當(dāng)非流線型組流體垂直插入流體中，隨著流體流動，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)旋且互相交錯的漩渦列，渦列寬度h與漩渦間距ι之比為0.2806時，渦列才是穩(wěn)定的，稱為卡門渦街。產(chǎn)生卡門渦街的阻流體叫漩渦發(fā)生體。

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圖4.10-4渦街流量計原理圖

根據(jù)卡門渦街原理。漩渦頻率f與流速間有下列關(guān)系：
[自控實踐] 流量測量方法及流量計資料分享" /> 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)瞬時體積流量qv則為：
[自控實踐] 流量測量方法及流量計資料分享" /> 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：
[自控實踐] 流量測量方法及流量計資料分享" /> 式中：Kv——渦街流量計的儀表系數(shù)，（m3）-1。
（2）電磁流量計
電磁流量計的測量原理是法拉第電磁感應(yīng)定律，導(dǎo)體在磁場中切割磁力線運動時在其兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。導(dǎo)電性液體在垂直于磁場的非磁性測量管內(nèi)流動，與它們垂直的方向上產(chǎn)生于體積流量成比例的感應(yīng)電動勢，電動勢的方向按“弗來明右手規(guī)則”，其值為：

E=KBDυ

式中：E——感應(yīng)電動勢，V；
K——系數(shù)；
B——磁感應(yīng)強度，T；
D——測量管內(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)