用流量計(jì)測(cè)量流量的原理

用流量計(jì)測(cè)量流量的原理
  通常，依其測(cè)量原理，將流量計(jì)分成四大類：利用伯努利方程原理來(lái)測(cè)量流量的流量計(jì)，是以輸出流體差壓信號(hào)來(lái)反映流量；利用一個(gè)個(gè)標(biāo)準(zhǔn)小容器連續(xù)地測(cè)量流量的力法，稱為容積式流量計(jì)；利用測(cè)量流速來(lái)得到流量的稱為速度式流量計(jì)；以測(cè)量流體質(zhì)量流量為目的的流量計(jì)稱為質(zhì)量流量汁。
在流體力學(xué)理論中，伯努利方程有很重要的地位，它說(shuō)明了流體流線上各點(diǎn)之間的能量關(guān)系。若在流體流過(guò)的管路中安裝一個(gè)使流通截面縮小的節(jié)流件，則流體流過(guò)該節(jié)流件會(huì)在節(jié)流件前后產(chǎn)生靜壓力差Δp。設(shè)節(jié)流件處的流體流通截面為A，流體密度為ρ，根據(jù)伯努利方程和流體的連續(xù)性方程，可以導(dǎo)出流體的體積流量qV，、質(zhì)量流量qm分別為：
                     （11-3-1）
                     （11-3-2）
式中，C為系數(shù)。
  由上兩式可知：若節(jié)流件前后的流通面積A和流體密度ρ一定，則流體流量與節(jié)流件前后差壓的平方根成正比，這就是節(jié)流流量計(jì)的測(cè)量原理；若保持節(jié)流前后壓力差恒定，則流量與節(jié)流件處的流通截面A成正比，這就是面積式流量計(jì)(轉(zhuǎn)子流鼉計(jì))的測(cè)量原理。
  另一類依據(jù)伯努利方程為原理的流量計(jì)是，測(cè)量其動(dòng)壓頭得到流體的流速，進(jìn)而得到流量值。它分別測(cè)量流體的全壓頭和靜壓頭，兩者之差即為流體動(dòng)壓頭。這一類測(cè)量方法的儀表有畢托管和均速管流量計(jì)。
  利用測(cè)量流體動(dòng)壓和流體節(jié)流前后差壓聯(lián)合作用力，而測(cè)量流量的流量計(jì)是靶式流量計(jì)。它是通過(guò)測(cè)量流體對(duì)一個(gè)放在流體中的靶上的作用力，來(lái)測(cè)量流體流速和流量的。
  容積式流量計(jì)廣泛應(yīng)用于各種液體和氣體的流量測(cè)量，尤其是在較高粘度的液體測(cè)量中，更是具有很高的測(cè)量精度。其工作原理是將流過(guò)管路的流量，以一具確標(biāo)準(zhǔn)容積的“計(jì)量空間”連續(xù)不斷地進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)容積的體積值和連續(xù)測(cè)量的累計(jì)次數(shù)，可以得到通過(guò)該流量計(jì)的累積流量。從原理上講，這種流量計(jì)在測(cè)量體積流量時(shí)不受流體密度和粘度的影響。可以用于各種粘度的流體，并可以在各種雷諾數(shù)條件下應(yīng)用，而且對(duì)流動(dòng)狀態(tài)、速度分布也無(wú)特殊要求。這種類型的流量計(jì)有較高的測(cè)量精度。但是，當(dāng)流體中含有微小顆粒雜質(zhì)時(shí)，就可能妨礙它的正常工作，在測(cè)量高粘度流體時(shí)，會(huì)有較大的壓力損失。
  以測(cè)量液體流速來(lái)得到流體流量的流量計(jì)，統(tǒng)稱為速度式流量汁。它的種類很多，近年來(lái)發(fā)展也很快，較典型和常用的有渦輪流量計(jì)、渦街流量計(jì)、電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)和熱式流量計(jì)等。
  最常見(jiàn)的有渦輪流量計(jì)，它利用流體流動(dòng)推動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，流體流速與葉輪轉(zhuǎn)速成正比，通過(guò)測(cè)量葉輪轉(zhuǎn)速可得到流體流速進(jìn)而得到流量值。在工業(yè)上，可采渦輪流量計(jì)測(cè)塵粘度較低的各種液體及氣體的流量。這種流量計(jì)具有測(cè)量準(zhǔn)確度高，量程范圍寬，線性好，脈沖輸出等優(yōu)點(diǎn)。
  渦街流量計(jì)是采用在流體中安裝迎流面為鈍體的柱體，利用檢測(cè)在柱體下游有規(guī)則地產(chǎn)生的旋渦的頻率得到流體的流速進(jìn)而得到流量。它具有量程范圍寬，準(zhǔn)確度高，適用流體范圍廣，壓力損失小等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，渦街流量計(jì)發(fā)展較快，各種各樣的渦頻檢測(cè)技術(shù)咀紛紛山現(xiàn)。為了能產(chǎn)生更為穩(wěn)定的、規(guī)則的渦街，柱體形狀、上游流動(dòng)情況對(duì)旋渦產(chǎn)生與脫落的影響等，尚需做進(jìn)一步的研究。
  電磁流量計(jì)是基于法拉第電磁感應(yīng)定律的原理工作的。它要求被測(cè)流體的電導(dǎo)率不能過(guò)低，目前只能測(cè)量一些酸、堿、鹽溶液，液態(tài)金屬等，對(duì)氣體和絕大部分油類介質(zhì)不適用。該流量計(jì)的一個(gè)顯著特點(diǎn)是響應(yīng)非常迅速，幾乎無(wú)滯后，對(duì)測(cè)量流體瞬時(shí)流量的變化非常適用。另—個(gè)顯著特點(diǎn)是該流量計(jì)無(wú)阻礙流體流動(dòng)部件，對(duì)流動(dòng)幾乎無(wú)阻力。對(duì)于管內(nèi)穩(wěn)定的流動(dòng)，嚴(yán)格軸對(duì)稱速度分布流體進(jìn)行測(cè)量，流量汁檢測(cè)到的感生電勢(shì)可以很好地反映管內(nèi)流體的平均流速。但這種流量計(jì)對(duì)于外界的電磁干擾很敏感，需采取一定的抗干擾措施，如注意良好接地，屏蔽外界電磁場(chǎng)等。
  近年來(lái)超聲波技術(shù)用于流量測(cè)量發(fā)展很快。超聲波在流動(dòng)的流體中傳播時(shí)，就載上流體流速的信息，可用不同方法接收超產(chǎn)波，換算出流體流速及流量。目前應(yīng)用較多的檢測(cè)方法主要有傳播速度差法，多普勒法等。超聲波流量計(jì)有無(wú)阻礙流體流動(dòng)特點(diǎn)，而且特別適宜于大流量的測(cè)量。傳播速度差方法測(cè)量準(zhǔn)確度較高，但它不適用于含固體顆粒的污水等測(cè)量，流動(dòng)速度較低時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生靈敏度下降；多普勒方法在含懸浮粒子，氣泡等雙相流動(dòng)的測(cè)量中得到很好的應(yīng)用，是一種極有前途的雙相流測(cè)量方法。
  將一導(dǎo)熱體置于流場(chǎng)中，并保持一定溫度，那么，其加熱電流就與流速成一定比例關(guān)系；若維持加熱電流不變，則導(dǎo)熱體的溫度就與流體流速成比例，以上就是熱式流量計(jì)的兩種主要工作方法。熱式流量計(jì)有多種形式：熱線測(cè)速儀，托馬斯流量計(jì)，邊界層流量計(jì)等。前一種是速度式流量計(jì)，具有反應(yīng)靈敏，探頭體積小等優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于流場(chǎng)中瞬時(shí)流速的多點(diǎn)測(cè)量，在流體力學(xué)科研中應(yīng)用很多，后兩種是熱式質(zhì)量流量計(jì)，信號(hào)可直接反映流體的質(zhì)量流量。
以直接或單一測(cè)量讀出流體質(zhì)量流量為目的的流量計(jì)稱為質(zhì)量流量計(jì)，它可以分為三大類：一是直接測(cè)量流體質(zhì)量的直接式質(zhì)量流量計(jì)，有熱式、雙孔板、雙渦輪、科氏力等；二是分別測(cè)量流體流速和密度，由運(yùn)算器得到質(zhì)量流量值，稱為間接式質(zhì)量流量計(jì)；三是利用流體密度與溫度、壓力之間的關(guān)系，用補(bǔ)償方式消除流體密度變化的影響，進(jìn)而得到質(zhì)量流量值，稱為補(bǔ)償式質(zhì)量流量計(jì)。