13 流体参数的测量.pdf

13 流体参数的测量 13.1 压力的测量 13.1.1 压力测量原理 压力是流 体介 质作 用 于 单位 面积 的平 均力，Pa。 1 Pa=1N/m2； 1atm (标准大气压) =101325 Pa=1.033 at (工程大气压) 。 表示压力的术语 13.1.2 压力传感器 (1) 弹性元件压力传感器 利用弹性元件的变形，推动机械指示机构，或经 传感器转换成电量。 采用波登管的霍尔式压力传感器 ① 波登管 截面为扁形，在流体压力下鼓起，导致封闭的 自由端位移。 测量精度高， 体积大，固 有频率低， 滞后较大， 不适宜动态 压力测量。 不同形式的波登 管 ② 金属膜片 一般 作为腔体的 密封 元件，通过 位移 或应变传感 器测量压力。 膜盒的应用 波形膜片 ③ 波纹管 在弹性范围内，自由端的轴向位移与被测压力 成线性关系。 波纹管 (2) 应变式压力传感器 平膜片任意位置的应变是压力的函数。 膜片应变压力传感器 (3) 压电式压力传感器 压力通过膜片作用 于压电晶体，动态 响应能力强。 对晶体加预紧力， 防止冲击损坏。 温度补偿：水冷； 用线膨胀系数大的 金属片补偿晶片与 金属的膨胀差。 压电式压力传感器示意图 13.1.3 压力传感器的标定 (1) 静态标定 在静态压力下，确定压力传感器输出与输入之间 的关系。 基准仪器的精 度比被标定传 感器高一个数 量级。加载方 法：砝码、杠 杆－砝码机构、 力传感器、标 准测力机等。 压力表试验器结构示意图 (2) 动态标定 目的是确定压力传感器的动态特性，从而确定传 感器的工作频率范围及动态误差。 ? 正弦响应法。利用正弦激振器输入激振信号， 获得正弦响应。正弦激振器有活塞缸正弦压力发 生器、凸轮-喷嘴正弦压力发生器。 ? 瞬态响应法。适于高幅值、宽频带。常用激波 管装置。由于激波管制造精度要求高，设备复杂， 因此有时选用冲击力法。冲击力法利用机械冲击 力，简单，方便，但是误差较大。 凸轮-喷嘴正弦压力发生器的凸轮轮廓为正弦波 形，凸轮的转动使喷嘴的气阻发生变化，因而 产生随正弦规律变化的压力信号。 凸轮-喷嘴正弦压力发生器 13.2 流量的测量 面积 V Q ? ? Av t 流速 常数 Q ? K ?P 压差 ? 体积流量的计量单位有m3/h、L/min等； ? 质量流量的计量单位有t/h、kg/s等。 13.2.1 压差式流量计 (1) 压差式流量计的原理 体积流量的表达式： 2 qv ? a?S0 ( p1 ? p2 ) ?1 流量系数 膨胀系数 最小过流面积 入口密度 不可压缩ε=1 可压缩ε1 流量系数与节流装置开孔截面比、流体的雷诺数 Re、取压点位置、管壁粗糙度等有关。 当雷诺数大于某界限值，流量系数不随雷诺数变 化而趋于定值。可据取压口1、2之间的压力差确 定流量。 压差式流 量计的压 力分布 (2)节流装置 常用的节流装置有标准孔板，喷嘴和文丘里管。 因为摩擦阻力和在节流装置后形成漩涡要消耗能 量，所以流体通过节流装置后造成压力损失即净 压力损失。 常用的节流装置 13.2.2 阻力式流量计 (1) 转子流量计（浮子流量 计） 浮子（转子）置于透明的 锥形管中，所受浮力和流 体的拖动力与重力平衡， 垂直方向的位置随流量变 化。 转子在流体冲击下旋转， 沿锥管中心线移动。 读数容易、压降低、流量 与刻度成线性。 转子流量计 (2) 靶式流量计 用应变计测量流体推 力。 推力主要由节流产生 的静压差和流体动压 力组成，与流量有确 定的关系。 较小的雷诺数即可使