第七章流速测量-2014.

第7章流速及流量测量05:45:38本章主要内容流量测量方法流速测量方法机械法——叶轮式散热率法——热线式、热球式动力测压法——毕托管激光多普勒效应速度法——差压式、涡轮式、电磁式、超声波式容积法——椭圆齿轮、薄膜式质量法第一节流速测量机械法散热率法动力测压法激光多普勒测速法一．机械法测量流速1、种类：翼式、杯式杯式翼式测量原理：空气通过转杯时，推动叶片转动。根据叶轮转速与气流速度成正比的原理进行速度测量杯型机械式风速、风向仪翼型机械式风速仪适用范围：可用来测定仪表所在位置的气流速度，也可用于大型管道中气流的速度场，尤其适用于相对湿度较大的气流速度的测定。广泛用于通风、空调的风速测量。可将叶轮的转速转换成电信号。注意事项测压前需调零测定时必须将叶轮风速仪全部置于气流中气流方向应垂直于叶轮的平面待气流推动叶轮转动20～30秒后再启动开关开始测量测定完毕应将指针回零读得风速值后还应在仪器所附的校正曲线上查得实际的风速值测量平均风速，不适于测量脉动气流和气流瞬时速度AVM-03风速计风速计档位测量范围分辨率误差M/S0.3-45.00.1±3%or0.1位KNOTS0.6-88.00.1±3%or0.1位ft/min60-880010±3%or10位Km/hr1-140.00.1±3%or0.1位温度(AVM-03)℃0-600.1±0.8温度(AVM-03)℉32-1400.1±1.5二．散热率法测量流速原理：散热率与流体的速度相关测量仪器热线风速仪恒流法恒温法热膜风速仪热敏电阻恒温风速热球风速仪１、热线风速仪利用被加热的金属丝的热量损失来测量气体流速的RQQNud2()wfRwwQFTTQIRRenNuab1''nnaFbFdabdv2('')()nITT→vI→v恒流型恒温型恒流型热线风速仪如果在热线工作过程中，人为地用一恒值电流对热线加热，由于流体对热线对流冷却，且冷却能力随着流速的增大而加强。当流速呈稳态时，则可根据热线电阻值的大小确定流体的速度。nfwn2wfRa'b'uRa'b'uIR特点：电路简单，敏感元件易老化，稳定性差，很少用于流速测量恒流式工作原理图恒温型热线风速仪如果在热线工作过程中，始终保持热线的温度不变，则可通过测得流经热线的电流值来确定流体的速度。2()'''''''()'''wfnwwfwfwfRRaIabuaRRRRbbRR在实际测量电路中，测量的不是流经电路的电流，而是惠斯顿电桥的桥顶电压。克英公式：E2=A+Bun特点：敏感元件工作于恒温状态，稳定性好。精度较高，广泛用于流速测量，尤其是脉动气流的测量b)恒温式工作原理图热线风速仪热球风速仪1、原理当气流速度较小，可不考虑流体的可压缩性，并认为气流的密度为常数，建立伯努利方程：2012jppu常数02()juKpp结论：测出总压和静压即可测得流体流速动力测压法基础式中，K为速度校正系数，标准化毕托管为0.96左右，S型毕托管一般为0.83~0.87三、空气动力测压法测量流速对于可压缩性气体来说，总压和静压之间的关系式为：201(1)2jppu422424MkM可压缩性修正系数绝热指数马赫数在通风空调工程中，气体流速一般低于40m/s，空气温度为20℃，音速为343m/s021jppuK国标中规定：测压管的使用上限流体马赫数M0.25时流速，测量下限流速在总压孔的雷诺数Re200。上限或下限的规定都是为了避免造成过大的测量误差。气体的可压缩性程度对于动压的影响很小，一般情况下可忽略。0.12uMc（1+ε）=1.0034测压差的方法利用总压管、静压管，分别测量流体的总压和静压，以确定流体速度利用专门设计的复合测压管，同时测量流体的总压和静压（或两者之差），以确定流体速度2、静压的测量测量方法静压管壁面测静压静压管：用细管弯成L形，头部为半球形，在水平测量段的表面上均匀布置测压孔，一般至少为6个，另一端接压力表，用来测量静压。注意：在不影响静压管强度的前提下，减少静压管直径D，从而减少对气流的影响测压孔开在距离管柱8~10D，距离端部3~6D。使测得的静压不受管柱和端部的影响静压管尽可能放置的与气流方向一致，偏离方向应在不灵敏度范围之内测压孔一般为0.5~1.0mm，太小易堵，太大则加入部分动压壁面静压测量1-测孔2-U型液柱微压计3-壁面壁面测量静压测压孔直接开在管壁上测量孔附近的壁面要光滑平整孔轴要与壁面垂直孔径一般为0.5mm适用于测量平直流道内流体静压3、总压的测量测量仪器L形总压管圆柱形总压管套管式总压管测量方法测量流体总压时，总压管的感测头应对准来流方向希望总压管对流动方向越不敏感越好（1）L形毕托管：制造容易，使用安装方便。对流动偏斜角的灵敏性取决于压力孔直径与管子外径之比以及总压管感测头的形状（2）圆柱形总压管（3）套管式总压管4、毕托管将总压管和静压管组合在一起，同时测得流体的总压和静压之差的复合管，称为毕托管。02(juKpp）K为速度校正系数，一般情况下毕托管在使用之前需要进行标定。8~10D3~6D0.1D0.3DD12345678毕托管速度计算公式：特点：结构简单，使用、制造方便，价格便宜，坚固可靠，精度高。毕托管测量的是空间某点处的平均速度，它的头部尺寸决定了它的空间分辨率根据所测量的流体性质，将毕托管设计成不同的形状，常用的有L形和S形。（1）L形毕托管：标准毕托管毕托管的分类8~10D3~6D0.1D0.3DD12345678适用场合：测量清洁气流的速度，或对其他结构形式的毕托管及流速仪表标定。L形毕托管1-总压测孔2-感测头3-外管４-静压孔５-内管６-管柱７-静压引出管８-总压引出管（2）S形毕托管迎着流体的开口端测量流体的总压，背着流体的开口端测量流体的静压。特点：结构简单，制造方便，但测压管对来流方向的变化很敏感适用场合：测量含尘浓度较高的气流速度或粘度较大的液体，速度校正系数一般为0.83～0.87。测量平均动压，即测量平均流速。只适用于圆形风道（3）动压平均管动压平均管1-总压平均管2-静压管3-管道国际标准化组织（ISO）测速上、下限的规定一般规定毕托管直径与被测管道直径（内径）之比不超过0.02，最大不得超过0.04S形或其他毕托管使用前必须用标准毕托管进行校正，得到其校正系数（4）毕托管使用条件解：6个测点动压值120.63、142.79、157.70、158.09、173.58、197.51Pa例7-1用标准毕托管测量空调送风管道内空气流速，KP＝0.96，风道空气静压p0＝980Pa（真空度），大气压B=101325Pa，空气温度t=20℃，空气气体常数R=287J/(kg.k)，风道断面上6个测点的动压读数（微压计系数为0.2）分别为61.5、72.8、80.6、80.5、88.5、100.7mmH2O，求风道内空气平均流速。22diipdipRTvKpp61216pjiijRTvKppBp15.6/ms5.流动方向的测量与复合测压管能同时测出流体的总压及流速的大小和方向的测压管称为复合测压管在平面流场的测量中，常用二元复合测压管测量流体的总压、静压及流速的大小和方向。形状：圆柱形、管束形和楔形测量空间流场中常用五孔三元测压管流动速度的大小和方向及流体的压力，形状：球形、管束形和楔形测量流体总压测量流动方向球形三孔测速管构造1-赤道面2-子午面3-三孔感压球形探头4-接管5-干管6-传压管7-分度盘8-指针9-锁紧螺钉10-键槽11-接嘴四．激光多普勒测速仪激光多普勒测速仪是利用随流体运动的微粒散射光的多普勒效应来进行速度测量。静止的激光光源发射的激光照射到随流体运动的粒子上，同时粒子又将接收到的光波向外散射。当静止光接收器所收到的散射光频率fs与静止光源的光波频率f0之差与运动粒子的速度成正比。这个差值就叫多普勒频率。0()pcuetN时间t内，粒子P接收到的固定光源I发出的全波数ppNft0cue00/cuecf00fcuecssctNueT时间t内，以粒子P为发射光源，固定接收器S收到的的全波数ssNftscueTsppcuecffpscfcue00pffcuec00scuefcue00()sDueeffc因微粒速度uc，上式可简化为θφ2sin2Dnfuun=ucosφ0Dsfff00()ssueefcue000scueffcue0()suee参考光束系统光路示意图LS-激光器S-分光镜M-反射镜L1、L2-透镜P-运动的微粒N-光阑PD-光电检测器测量多普勒频移的基本光路系统单光束系统光路示意图LS-激光器S-分光镜M-反射镜L-透镜P-运动的微粒N-光阑PD-光电检测器双光束系统光路示意图LS-激光器S-分光镜M-反射镜L1、L2-透镜P-运动的微粒N-光阑PD-光电检测器非接触式测量动态响应快空间分辨率高严格线性测量测量精度高测速范围广且测量方向特性稳定要求激光能照进、穿透流体；信号质量受散射粒子的影响，粒子能完全随流体介质流动；价格昂贵激光多普勒测速仪的特点