《流量计量与测试》苏彦勋，盛健等编著|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《流量计量与测试》

【作　者】苏彦勋，盛健等编著

【页 数】 401

【出版社】 北京：中国计量出版社 , 1992.08

【ISBN号】7-5026-0538-X

【价 格】13.50

【分 类】流量计量(学科: 高等学校 学科: 教材) 流量(学科: 测试 学科: 高等学校 学科: 教材)

【参考文献】 苏彦勋，盛健等编著. 流量计量与测试. 北京：中国计量出版社, 1992.08.

图书目录：

《流量计量与测试》内容提要：

高等学校试用教材:本书介绍了流量计量与测试技术基础知识;各种流量测量仪表的原理、结构、安装、调试、使用及维护方法等。

《流量计量与测试》内容试读

第一章流量计量与测试技术基础

第一节流量与流量计

流体流过一定截面的体积或者质量与时间之比称为通过该截面的流量。其中，体积与时间之比，称为体积流量，质盘与时间之比，称为质量流量。

如果流体的流动是不随时间变化的，是定常流，流量就可以用流体在单位时间内通过一定截面的体积或质量来表示。当流动为非定常流时，流量随时间不断地变化。因此，对某一时刻的流量，可以假定在该时刻前后某一微小的△：时间内流动为恒定，用该微小时间闻隔内流过的流体体积或质量来表示。

设流体通过截面中的某一微小面积为dF,并取通过该微小面积流体的流速为“，则流体通过微小面积dF的体积流量dq,为

dqy =udF

(1-1)

流体通过整个截面积的体积流量q?,可用对截面积F积分求出：

ar-fwdR

(1-2)

如果整个截面上各点的流速相同，则由式(1-2)可得：

gy uF

(1-3)

质量流量可以用流体体积流量与流体密度之积来表示。若质量流量为qm,流体密度为p,则

qm pqy puF

(1-4)

测量这些流量的仪器称为流量计。专门测量体积流量的称为容积式流量计，测量流体质量流量的称为质量流量计.

以上所述为瞬时流量的定义。在工程应用中，常常同时要求测量经过一段时间流过管道的总流体盘，即要求测量通过管道的流体累积流量。下面讨论累积流盘与瞬时流量之间关系。

如果体积流量为9r,质量流量为qm,那么，在时间间隔△t内流体流过的累积流量，可用下式表示：

流体质量累积流量：

(1-5)

流体体积累积流量：

Qp▣，gpdt

(1-6)

所以，如果流动为稳定流，流体密度p一定，由式(15)、(16)可得：

Qm =qmts Qy=qvt

(1-7)

1

应用式(1~4)对上述关系式整理，可得：

Om amt=payt=poy

(1-8)

从上述累积流量关系式中可以看出，累积流量的测量，就是流体体积的测量，或是流体质量的测量。

本书中所有的单位均选用SI制单位。体积流量的单位是m3/s:质量流量的单位是kg/s,累积体积流量单位是m3,累积质量流量单位为kg。

第二节流量测量方法概述

现代工业中的流量测量，采用了各种各样的方法，应用于各种不同的场合和各种不同的测量目的。这些测量方法基于多种不同的测量原理，利用各种不同的输出信号变化来反陕流体流量的变化。在这一小节中，对各种流量测量方法做一概述性的介绍，以使大家对当前

一般采用的流量测量方法与仪器有一比较完整的了解。

下通常，依其测量原理，将流量测量方法分成四大类，利用伯努利方程原理来测量流量的流量计是以输出流体差压信号来反映流量，利用测量流速来得到流量的称为速度式流量测量方法，利用一个一个标准小容积连续地测量流量的测量方法称为容积式流量测量方法，以测量流体质量流量为目的的流量测量方法与仪表称为质量流量测量方法和质量流量计。“下面将对上述四大类流量计分别做一一介绍。

在流体力学理论中'柏努利方程有很重要的地位，它说明了流体流线上各点之间的能量关系。若在流体流过的管路中安装一个使流通截面缩小的节流件，则流体流过该节流件会在节流件前后产生静压力差△p。设节流件处的流体流通截面为A，流体密度为P,根据伯努利方程和流体的连续性方程，可以导出流体的体积流量q。质量流量9分别为

qr=CAW√△p/p

(1-9)

qm=CAVp△p

(1-10)

式中，C为系数，

由上两式可知：若节流件前后的流通面积A和流体密度p一定，则流体流量与节流件前后差压的平方根成正比，这就是节流流量计的测量原理，若保持节流件前后压力差恒定，

侧流量与节流件处的流通截面A成正比，这就是面积式流量计（转子流星计）的测量原

理

另一类依据伯努利方程为原理的流量测量方法是，测量其动压头得到流体的流速，进而得到流量值。它分别测量流体的全压头和静压头，两者之差即为流体动压头。这一类测量方法的仪表有毕托管和均速管流量计。

利用测量流体动压和流体节流前后差压联合作用力而测量流量的流量计是靶式流量计。它是通过测量流体对一个放在流体中的靶上的作用力来测量流体的流速和流量的。

⑦容积式流量计广泛应用于各种液体和气体的流量测量，尤其是在较高粘度的液体测量中，更是具有很高的测量精度。其工作原理是将流过管路的流量，以一具有标准容积的“计墩空间”连续不断地进行测量，根据该标准容积的容积值和连续测量的累计次数，可以得到通过该流量计的累积流量。从原理上讲，这种流量计在测量体积流量时不受流体密度和粘度的影响。可以用于各种粘度的流体，并可以在各种雷诺数条件下应用，而且对流动状态、速

2

度分布也无特殊要求，这种类型的流量计有较高的测量精度。但是，当流体中含有微小颗粒杂质时，就可能妨碍它的正常工作，在测量高粘度流体时，会有较大的压力损失，

③以测量流体流速来得到流体流量的流量计，统称为速度式流量计。它的种类很多，近年来发展也很快，较典型和常用的有涡轮流量计、涡街流量计、电磁流量计、超声波流量计和热式流量计等。

最常见的有涡轮流量计，它利用流体流动推动叶轮转动，流体流速与叶轮转速成正比，通过测量叶轮转速可得到流体流速进而得到流量值。在工业上，可采用祸轮流量计测量粘度较低的各种液体及气体的流量。这种流量计具有测量准确度高，量程范围宽，线性好，脉冲输出等优点。

涡街流量计是采用在流体中安装迎流面为钝体的柱体，利用检测在柱体下游有规刚地产生的旋涡的频率得到流体的流速进而得到流量。它具有量程范围宽，准确度高，适用流体范围广，压力损失小等优点。近年米，涡街流量计发展较快，各种各样的涡频检测技术也纷纷出现。为了能产生更为稳定的、规则的涡街，柱体形状、上游流动情况对旋涡产生与脱落的影响等，尚需做进一步的研究。

电磁流量计是基于法拉第电磁感应定律的原理工作的。它要求被测流体的电导率不能过低，目前只能测量水和一些酸、碱、盐溶液，液态金属等，对气体和绝大部分油类介质不适用。该流量计的一个显著特点是响应非常迅速，几乎无滞后，对测量流休瞬时流量的变化非常适用。另一个显著特点是该流量计无阻碍流体流动的部件，对流动几乎无阻力。对于管内稳定的流动，严格轴对称速度分布流体进行测量，流量计检测到的感生电势可以很好地反映管内流体的平均流速。但这种流量计对于外界的电磁干扰很敏感，需采取一定的抗干扰措施，注意良好接地，屏蔽外界电磁场等。

近年来超声波技术用于流量测量发展很快。超声波在流动的流体中传播时，就载上流体流速的信息，可用不同方法接收超声波，换算出流体流速及流量。目前应用较多的检测方法主要有传播速度差法，多普勒法等。超声波流量计具有无阻碍流体流动的特点，而且特别适宜于大流量的树量。传播速度差方法测量准确度较高，但它不适用于含固体颗粒的污水等侧量，流动速度较低时，也会产生灵敏度下降；多普锄方法在含悬浮粒子，气泡等双相流动的测量中得到很好的应用，是一种极有前途的双相流测量方法。

将一导热体置于流场中，并保持一定温度，那么，其热电流就与流速成一定比例关系，若维持加热电流不变，则导热体的温度就与流体流速成比例，以上就是热式流量计的两种主要工作方法。热式流量计有多种形式：热线测速仪，托马斯流量计，边界层流量计等。前一种是速度式流量计，具有反应灵敏，探头体积小等优点，·尤其适用于流场中瞬时流速的多点测量，在流体力学科研中应用很多。后两种是热质量式流量计，信号可直接反映流体的质量流量。

(4以直接或单一测量读出流体质量流量为目的流量计称为质量流量计，它可以分成三大类：一是直接测量流体质量流量的直接式质量流量计，有热式、双孔板、双涡轮、科氏力等多二是分别测量流体流速和密度，由运算器得到质量流量值，称为间接式质量流量计；三是利用流体密度与温度、压力之间的关系，用补偿方式消除流体密度变化的影响，进而得到质量流量值，称为补偿式质量流量计。

3

第三节流量计量中常用物性参数

流量测量时，尤其是在进行流动状态的判断和体积流量与质量流量换算时，必需准确地知道被测流体的各种物性参数，否则就会给判断和计算带来很大困难，并难以得到准确的测量值。这些带用的物性参数有：密度、粘度、压缩系数、热膨胀系数、比热和绝热指数等。

一、密

度

流体具有质量，单位体积内流体的质量称为密度，以ρ表示。在流体内任意点取莱一微小体积△V,该体积内包含的流体质量为△m,则其平均密度为p=△m/△V。其任意点的密度，可通过取极限得到：

p=Lim△m=dm

0A亚=dw

(1-11)

密度的倒数称为比容，用符号V表示，是单位流体的质量所占的体积。

当被测流体是液体，假如它的组分明确，并且是常用介质的话，其密度可从有关手册中查取。如果要用测量的方法求密度，应求出不同温度下的各密度值，若温度变化在土20°℃范围内，密度与温度之间基本上呈线性关系，因此可通过测量两个不同温度下的密度值，作出密度与温度的线性关系，然后求得该范围内任意温度点上的介质密度值。

对于气体，若不计气体分子之间的相互作用力和分子本身尺寸，即认为是理想气体，则它的密度p、温度T、压力p之间用状态方程表示其关系：

0-RE

(1-12)

式中，R为气体常数，单位为J/g·mol·K。

由于被测气体大部分为混合气体，所以这些气体的密度需通过分析气体成分比例后求得。各种气休成分的密度一般可通过手册查取。若已知其各种成分的容积比，则混合气体的

密度P可由下式计算：

∑pmX,

(1-13)

式中P,一第种气体成分在标准状态下的密度，

X,一是第i种气体成份的容积比.

如果得到了标准状态下的密度P,则在其它状态，即绝对温度T、绝对压力p状态下的介质密度p可由下式得到，

p=paDT。Kn

Pn T K

(1-14)

式中Tm·pn一标谁状态下的绝对温度(273,15K)对绝对压力(101325.024Pa),

K,K一标准状态下和-一般状态下的压缩系数，在压力较低、理想气体假定成立的

4

范围内，压缩系数为1.

表1~1给出了儿种常用气体在标准状态下的压缩系数Ka值，

表1-1

标准状态下各种气体压缩系数

气

体

Kn

气体

K

气体

K.

空气

1.000

S0:

0.977

H:S

0.990

02

0.999

Co

1.000

NH;

0.986

H:

1.000

NO

0.999

CH.

0,998

C0,

0.993

Cl2

0.984

He

1.000

Ni

1.000

HCI

0.993

C:H

0.990

二、粘度与运动粘度

流体具有粘性，所以当流体在管道内流动时，紧贴管壁的流体将被粘附于管壁上，而管中心的流体则以一定速度流动。所以，由于粘性力作用，管内各流体层将形成一定规律的速度分布。

根据牛顿的总结：在流体运动中，阻滞剪切变形的粘性力F与流体的速度梯度和接触

面积成正比，并与流体的性质有关，其数学表达式为

R:A贵

(1-15)

式中

du

dy

一流体垂直于速度方向的速度变化率，

A=接触面积，

一表征流体粘性的比例系数，称为动力粘度或简称粘度，单位是：(Ns/m2)

或(Pas).

流体的动力粘度4与密度p的比值为运动粘度y,即

v=u

p

(1-16)

运动粘度v的单位是m/s,简称斯。

温度对于流体粘度有较大影响，它对气体和液体的影响是不同的。对于气体，温度升高时气体分子运动加剧，由于气体的粘性切应力主要来自流层之间分子的动量交换，所以粘性增加，对于液体，由于温度升高时其内聚力减小，所以粘性诚小.

从目前已经发表的资料来看，液体粘度4与温度T之间的关系可写成如下形式，

5

B

=A expTC)

(1-17)

式中，A,B,C均为由流体性质确定的常数。在(20~80)°C温度范围内在粘度与温度的关

系为

4:=4e-(t-to)

(1-18)

式中4一°C时的介质动力粘度影

4。=t,°C时的介质动力粘度，

一介质粘温系数。

关于液体粘度的测量方法，在流体力学教材和有关的专门书籍中有介绍，这里就不再重复了.

气体的粘度大体上是随绝对温度的平方根成正比增加的。只要不是在很高的压力下，一般认为不随压力改变而变化。对于混合气体，其粘度可在已知各成分气体的摩尔百分比及各自粘度的条件下，由下式计算：

∑x1

W=

t1

(1-19)

式中二i成分的气体粘度，

x一i成分气体的摩尔百分比

M:一i成分气体的分子质量。表1-2列出蒸馏水和某些气体的粘度。

表1-2.1

常压下蒸馏水的粘度(p=101325Pa)

温。度

粘度(4×10)

运动粘度(v×10)

(℃)

(kg/m.s)

(m2/s)

10

1307

1.307

20

1002

1.004

30

797

0.801

40

653

0.658

50

548

0.554

60

467

0.475

70

404

0.413

80

355

0.365

90

315

0.326

100

282

0.295

6

···试读结束···