流量測(cè)量術(shù)語及基礎(chǔ)知識(shí)
發(fā)布時(shí)間: 2009-02-04 點(diǎn)擊次數(shù): 3377次
(1)流量計(jì)
用以測(cè)量封閉管道中的流體的流量或總量的儀表(如渦街流量計(jì)、電磁流量計(jì)等)。
(2)傳感器
按一定規(guī)律將被測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)換成與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系電量輸出的儀表(如壓力傳感器、流量傳感器等)。
(3)轉(zhuǎn)換器
輸出為非標(biāo)準(zhǔn)且微弱電信號(hào)的傳感器必須和特定的儀表配套使用才能完成檢測(cè)功能,該特定儀表稱為轉(zhuǎn)換器(如渦街轉(zhuǎn)換器、電磁轉(zhuǎn)換器等)。
(4)變送器
從傳感器發(fā)展而來,凡輸出標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的傳感器就稱為變送器(如壓力變送器等)。
(5)體積流量
流體量用體積表示的流量,通常液體、水和壓縮空氣等用體積流量表示,單位為m3/h,1/min等
(6)質(zhì)量流量
流體量用質(zhì)量表示的流量,通常蒸汽用質(zhì)量流量表示,單位為t/h.kg/min等。
(7)zui大流量
對(duì)應(yīng)于流量范圍上限值的流量,能按規(guī)定精度進(jìn)行測(cè)量的被測(cè)流量的zui高值。
(8)zui小流量
對(duì)應(yīng)于流量范圍下限值的流量,能按規(guī)定精度進(jìn)行測(cè)量的被測(cè)流的zui高值。
(9)流量范圍
由zui大流量和zui小流量所限定的范圍,在該范圍內(nèi)儀表在正常使用條件下其示值誤差不超過zui大的允許誤差。
(10)范圍度
zui大流量與zui小流量的比值,一般表達(dá)成某個(gè)數(shù)與1之比,例3:1,10:1等,過去也稱為“量程比"。
(11)量程
流量范圍上限值和流量范圍下限值的代數(shù)差。
(12)靈敏度
儀表的輸出變化值除以相應(yīng)的輸入變化值,即S=△Y/△X,靈敏度體現(xiàn)了傳感器對(duì)被測(cè)變量的微小變化放大成輸出信號(hào)顯著變化的本領(lǐng),也就是對(duì)輸入變量細(xì)微變化的程度,靈敏度過高,將容易引入干擾,反之過低,輸入變量較小時(shí)將無輸出。
(13)壓力損失
流體流過傳感器而產(chǎn)生的不可恢復(fù)的壓力損失,壓力損失大將增力能源損耗和年運(yùn)行費(fèi)用。
(14)壓力
表壓(一般的壓力表指示值)和大氣壓之和,限P絕P表+1個(gè)大氣壓
(15)誤差
測(cè)量結(jié)果減去被測(cè)量的真值。
(16)引用誤差
誤差除以儀表量程(或范圍上限值或被測(cè)量值)。
(17)基本誤差
產(chǎn)品出廠校驗(yàn)條件下(標(biāo)準(zhǔn)工作條件下)的儀表誤差。
(18)附加誤差
在現(xiàn)場(chǎng)工作條件下(限非標(biāo)準(zhǔn)工作條件下)儀表所增加的測(cè)量誤差。
(19)穩(wěn)定性
在正常工作條件下,儀表測(cè)量性能在規(guī)定時(shí)間保持不變的能力
(20)零漂
流量計(jì)在零輸入時(shí),輸出的變化稱為零漂。當(dāng)流量計(jì)電路存在零漂時(shí),將出現(xiàn)流量時(shí)有信號(hào)輸出。
(21)線性度
流量計(jì)的線性度是在整個(gè)流量范圍內(nèi)的流量特性曲線與規(guī)定直線之間的一致性,其計(jì)算式為δ=±((Kmax —Kmin)/(Kmax—Kmin))X
式中δ——流量計(jì)的線度性
Kmax——各測(cè)量點(diǎn)中儀表系數(shù)的zui大值
Kmin——各測(cè)量點(diǎn)中儀表系數(shù)的zui小值
(22)儀表性能指標(biāo)
性能指標(biāo)是指度(基本誤差)、重復(fù)性、可靠性、流量范圍、范圍度、輸出響應(yīng)時(shí)間、壓力損失和維修精度等。
(23)度和誤差
度和誤差都是表征測(cè)量?jī)x表接近被測(cè)量真值的能力,儀表度越高其測(cè)量值越接近真值,誤差越小。一臺(tái)流量計(jì)的度總是用誤差來表示的。
既:zui大引用誤差=追大誤差/量程=(測(cè)量值—被測(cè)真值)/量程
度常劃分成若干等級(jí),簡(jiǎn)稱精度等級(jí)或精度,如0.5級(jí)、1.0級(jí)、 1.5級(jí)等也可表示為±0.5%、±1.0%、±1.5%等。
(24)重復(fù)性
在同一工作條件下,同方向連續(xù)多次對(duì)同一輸入值進(jìn)行測(cè)量所得的多個(gè)輸出值之間相互一致的程度稱為流量計(jì)的重復(fù)性,重復(fù)性是衡量?jī)x表不受隨機(jī)因素影響的能力,高精度的流量計(jì)一定有很好的重復(fù)性,重復(fù)性數(shù)字越小,說明產(chǎn)品質(zhì)量越高。重復(fù)性是儀表本身的特性,它取決于儀表的工作原理和制造質(zhì)量。
(25)響應(yīng)時(shí)間
一個(gè)輸入變量的規(guī)定變化引起輸出變量隨時(shí)間的變化。響應(yīng)時(shí)間越短,信號(hào)傳遞越快。在實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中對(duì)響應(yīng)時(shí)間有一定的要求。
(26)儀表系數(shù)
儀表系數(shù)定義為單位體積流體流經(jīng)流量計(jì)時(shí),流量計(jì)發(fā)出的脈沖數(shù)(n/l),儀表系數(shù)為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),由對(duì)儀表進(jìn)行標(biāo)定后確定,在測(cè)定儀表系數(shù)時(shí),流體必須滿足以下條件:牛頓流體、充滿管道的單相流、充分發(fā)展的湍流速度分布、無旋渦、軸對(duì)稱分布、穩(wěn)定流動(dòng)。因此在儀表使用時(shí)亦應(yīng)盡量滿足這些條件,否則會(huì)給測(cè)量帶來誤差。儀表系數(shù)大分辯率就高,大口徑渦街儀表系數(shù)較低,所以分辯率低,故一般滿管式渦街流量計(jì)用于DN300以下,DN300以上采用插入式。
(27)牛頓流體
粘性服從牛頓內(nèi)摩擦定律的流體稱為牛頓流體,如全部氣體、氣體均勻混合物、大多數(shù)液體以及含有少量球形微粒的液體都有是牛頓流體。
(28)充分發(fā)展的湍流速度分布
所謂充分發(fā)展的湍流速度分布是從流動(dòng)的一個(gè)橫截面到另一個(gè)橫截面不會(huì)發(fā)生變化的速度分布,它通常是在足夠長(zhǎng)的直管道末端形成。當(dāng)流體流經(jīng)陰流體(如彎頭、閥門、縮管和擴(kuò)管等)時(shí),速度分布會(huì)產(chǎn)生畸變以及產(chǎn)生旋渦。
(29)旋渦是一種具有軸向和圓周速度分量的流動(dòng)。渦街流量計(jì)要求儀表內(nèi)部旋渦發(fā)生體后產(chǎn)生的旋渦穩(wěn)定,強(qiáng)度大。其它一切來自上游的不良旋渦將干擾渦街正常工作,zui易產(chǎn)生不良旋渦的阻流件是同平面雙彎頭及空間雙彎頭等,不良旋渦只有通過足夠長(zhǎng)的直管道才能逐漸消失,恢復(fù)到充分發(fā)展速度分布。
(30)氣穴
在液體中因流動(dòng)使壓力下降到低于該溫度下的蒸氣壓力時(shí),蒸氣便突然形成,由于從液態(tài)向氣態(tài)轉(zhuǎn)變過程體積增大很多,壓力又重新上升,蒸汽凝結(jié)并把氣穴填滿,以后氣穴崩潰,瓦解,發(fā)出猛烈的噪聲。氣穴使流體流動(dòng)失常,流量計(jì)給出錯(cuò)誤的示值,并且有時(shí)還會(huì)毀壞檢測(cè)元件,產(chǎn)生所謂氣穴現(xiàn)象。氣穴發(fā)生的地點(diǎn)是在流速zui大,靜壓zui低的位置,當(dāng)閥門接近關(guān)閉狀態(tài)時(shí)zui容易發(fā)生氣穴,氣穴會(huì)在液體中產(chǎn)生氣泡而使儀表信號(hào)不規(guī)則不穩(wěn)定。
氣穴用無量綱數(shù)氣穴數(shù)來表征。
λ=(P—Pv)/(1/2ΡV2)
式中:λ--氣穴數(shù)
P--流體靜壓
Pv--流體蒸氣壓
ρ--流體密度
V--流體平均流速
(31)雷諾數(shù)
雷諾數(shù)是一個(gè)表征流體慣性力與粘性力之比的無量綱量。通常以符號(hào)Re表示
Re =UL/V
式中: Re--雷諾數(shù)
U--由特性尺寸所規(guī)定的橫截面上的平均流速
L--產(chǎn)生流動(dòng)的系數(shù)的特性尺寸
v--流體的運(yùn)動(dòng)粘度
渦街流量計(jì)保證度的雷諾數(shù)范圍在2X104~7X106之間,雷諾數(shù)小,粘性力占主導(dǎo)地位,流體本身呈現(xiàn)阻力對(duì)整個(gè)流動(dòng)場(chǎng)造成影響,儀表測(cè)量誤差大,故渦街流量計(jì)在高粘度(此時(shí)雷諾數(shù)小)、低流速情況應(yīng)用下受到限制。
(32)斯特勞哈爾數(shù)
斯特勞哈爾數(shù)是具有特征尺寸L的某物體產(chǎn)生的旋渦分離頻率f與流體流速相無量綱參數(shù),它由下式給出
Sr=FL/V
式中: Sr--斯特勞哈爾數(shù)
L--特征尺寸
f--旋渦分離頻率
V--流體流速
斯特勞哈爾數(shù)僅與旋渦發(fā)生體形狀及雷諾數(shù)有關(guān),當(dāng)雷諾數(shù)范圍在2X104~7X106之間旋渦發(fā)生體為三角柱時(shí)。
(33)流體的粘性
流體本身阻滯其質(zhì)點(diǎn)相對(duì)滑動(dòng)的特性稱為流體的粘性,其大小可用動(dòng)力粘度和運(yùn)動(dòng)粘度來表征。同*體的粘度隨流體的溫度和壓力而變化,通常溫度上升,液體的粘度下降,而氣體的粘度上升。液體的粘度只在很高壓力下才需要進(jìn)行壓力校正,而氣體的粘度與壓力、溫度關(guān)系十分密切。
(34)運(yùn)動(dòng)粘度和動(dòng)力粘度的換算關(guān)系
流動(dòng)的動(dòng)力粘度與其密度的比值稱為運(yùn)動(dòng)粘度,即υ=η/ρ
式中:υ-運(yùn)動(dòng)粘度 m3/s(米3/秒)
η-動(dòng)力粘度Pa。S
ρ-流體密度Kg/m3
(35)比重
在標(biāo)準(zhǔn)條件下物資密度ρ1與參考物資密度ρ2的比值,即
d=ρ1/ρ2
式中:ρ2-參考物資密度,通常用純水、干空氣密度
比重是過去的叫法,現(xiàn)在普遍用相對(duì)密度表示比重
(36)密度
流體的密度ρ是流體的重要物性參數(shù)之一,它由下式定義
ρ=M/V=Qm/Q
式中: M-流體的質(zhì)量Kg
V-流體的體積M3
Qm-質(zhì)量流量Kg/h
Q-體積流量m3/h
(37)流體的壓縮性
當(dāng)作用在流體上的壓力增加時(shí),流體所占有的體積將減小,這種特性為流體的壓縮性。水的壓縮系數(shù)很小,因此稱水為不可壓縮流體,而氣體有很大的壓縮性,在低壓下其體積縮小與壓力增高成正比例。
流體的壓縮性計(jì)算式為
β=-1/V(△V/△P)(負(fù)號(hào)表示壓力增加體積減小)
式中:β-流體的體積壓縮系數(shù)1/Pa
V-流體原來的體積m3
△V-體積變化量m3
△P-壓力變化量Pa
(38)流體的膨脹性
當(dāng)溫度變化時(shí),流體的體積亦隨之變化,溫度升高時(shí),體積膨脹,這種特性稱為流體的膨脹性。水和液體的溫度膨脹系數(shù)很小,而氣體的溫度膨脹性很大,在低壓下溫度每升高1K,體積便增加273K時(shí)體積的1/273。
流體的膨脹性計(jì)算式為
α=1/V(△V/△T)
式中:α-流體溫度膨脹系數(shù)1/K
V-流體原來的體積m3
△V-體積變化量m3
△T-流體溫度變化量K
(39)流體的連續(xù)性方程
連續(xù)性方程是質(zhì)量守恒定律在運(yùn)動(dòng)流體中的一種數(shù)學(xué)表達(dá)式
對(duì)于不可壓縮流體其計(jì)算式為
V1A1=V2A2=常數(shù)
對(duì)于可壓縮流體其計(jì)算式為
ρ1V1A1=ρ2V2A2=常數(shù)
式中ρ1ρ2-管道橫截面1、2上的平均密度Kg/m3
V1V2-管道橫截面1、2上的平均流速m/s
A1A2--管道橫截面1、2上的斷面面積m2
流體連續(xù)性方程說明,在管道各斷面當(dāng)其面積縮小時(shí),其平均流速一定會(huì)相應(yīng)的增加。
(40)伯努利方程
伯努利方程是能量守恒定律在運(yùn)動(dòng)流體中的一種數(shù)學(xué)表達(dá)式
其計(jì)算式為
P+1/2(ρV2)=常數(shù)
式中: P-靜壓Pa
ρ-流體密度Kg/m3
V-流體平均流速m/s
伯努利方程應(yīng)用非常方便,它說明壓力能與動(dòng)能之間存在相互轉(zhuǎn)換的規(guī)律,當(dāng)壓力下降時(shí),流速必定會(huì)增加,它就是差壓式流量計(jì)工作原理的理論基礎(chǔ)。
在流量測(cè)量與儀表設(shè)計(jì)計(jì)算中連續(xù)性方程和伯努利方程是用得zui廣泛得2個(gè)基本方程。它給人以管道中流體流動(dòng)變化規(guī)律的清晰概念。