第5章 流量、物位传感与检测 课件(共111张PPT)《传感器与检测技术》同步教学（西安交通大学出版社）

(课件网) 第5章 流量、物位传感与检测 流量传感器与流量测量 物位传感器与物位检测 流量测量的基本概念 5.1.1 5.1 流量传感器与流量测量 流量是指单位时间内流过管道截面的流体数量，也称为瞬时流量。当流体的数量以体积表示时，称体积流量，记为qV；当流体的数量以质量表示时，称为质量流量，记为qm；在某一段时间内流过管道横截面的流体总和称为总流量或累积流量，记为qr。 若流体通过管道截面处的流速相等，则体积流量与流速的关系为 ? qV=vA? (5.1.1) 式中，v为管道中某一截面上流体的平均流速；A为管道的横截面积。 体积流量 1. 5.1 流量传感器与流量测量 若流体的密度为ρ，则质量流量为 ? qm=ρqV=ρvA? (5.1.2) 质量流量 2. 5.1 流量传感器与流量测量 在某一时间间隔内，流过管道横截面流体的总和为总流量。总流量可以通过在某段时间间隔内的瞬时流量对时间的积分得到，所以又称为积分流量。总流量又有体积总流量和质量总流量之分，即 ? q∑V=∫t0qVdt? (5.1.3) ? q∑m=∫t0qmdt ?(5.1.4) 通常把用于测量瞬时流量的仪表称为流量计，而用于计算总流量的仪表称为流量表。然而两者也并不是截然划分的，在流量计上配以累积机构，就可以读出总流量。瞬时体积流量的单位为m3/s，瞬时质量流量的单位为kg/s；体积总流量的单位为m3，质量总流量的单位为kg。 总流量 3. 5.1 流量传感器与流量测量 节流量测量 1. 流量传感器及其测量 5.1.2 节流流量计由能将流体流量转换成差压信号的节流装置及测量差压并显示流量的差压计组成。安装在流通管道中的节流装置由节流件、取压装置和前后直管段等组成。节流流量计使用历史最长，设计加工已经标准化，有丰富、可靠的实验数据，只要按标准设计加工的节流流量计，不需要进行实际标定，也能在已知的不确定度范围内进行流量测量。由于节流流量计结构简单、安装方便、工作可靠、成本低，又具有一定的准确度，在整个工业生产领域中，节流流量计占流量仪表总数的50%以上。 5.1 流量传感器与流量测量 1）差压式流量计 差压式流量计种类很多，如孔板、音速喷嘴、均速管、文丘里管等。差压式流量计的工作原理是当流体流过内置于管道中的节流件时，其前后会出现一个与流量有关的压力差值，通过测量压差值即可获得流量值。其特点是节流件的机加工精度高，安装要求严格，其前后必须有足够长的直管道，以保证流体流态稳定；流体压损大；对于低流速流体，产生的差压小，误差大；不适于脉动流体的流量测量。 5.1 流量传感器与流量测量 差压式流量计主要由节流元件、引压管路、三阀组和差压计(或差压变送器和显示仪表)组成。 图5.1.1 差压式流量计组成示意图 1—节流元件；2—引压管路；3—三阀组； 4—差压计 5.1 流量传感器与流量测量 (1)不可压缩性流体流量的测量。水是不可压缩性流体，如果其流速为v，密度为ρ，静压力为p，则当流体充满水平管道时，有能量方程 ? ? (5.1.5) 这就是不可压缩性流体的伯努利方程。方程左端的每一项都代表单位质量流体的能量，第一项为静压能，第二项为动压能。 5.1 流量传感器与流量测量 从式(5.1.5)可知，在同一个管道的任一横截面上，流体动能及其静压能的总和是不变的。因此，可以以一定方式造成水平管道上流体能量形式上的相互转化。如在管道中安装一个直径比管径小的节流元件，由于管道中流通面积的突然缩小，流速产生局部收缩，流速加快，这将导致流体通过节流件后静压能的降低，因而在节流元件前后便产生明显的静压差。这个静压差的大小与流体的流速关系为 ? A1v1ρ1=A2v2ρ2? (5.1.6) 式中，A1，v1，ρ1分别为节流元件前管道的截面积、流体的流速及流体密度；A2，v2，ρ2分别为节流元件开孔截面积、流 ... ...