第十一章压力和流量的测量讲课.ppt

第二节 流量的测量 * 青岛大学机电工程学院 第十一章 压力和流量的测量 * 青岛大学机电工程学院 第十一章 压力和流量的测量 第十一章 压力和流量的测量 第一节 压力的测量 ★ 流体垂直作用于单位面积上的力,在物理学中称为压强,而在工程上习惯称为压力。 ★ 压力 绝对压力：以零压力为起点计算的压力，是介质所受的实际压力 大气压力：处于某一地理位置的介质受大气作用的压力 表压力：压力表的示值压力，工程上所说的压力一般指表压力 ★ 三种压力间的关系：表压力＝绝对压力－大气压力 当绝对压力＞大气压力，表压力为正，简称正压或压力； 当绝对压力＜大气压力，表压力为负，简称负压或真空。 ★ 在ISO国际单位制中，压力单位为Pa，1Pa＝1N/m2 液拄法：利用液柱压力与被测压力平衡→由液柱高度或高度差确定被测压力。一般适于测低压、负压或压力差。 ★ 通常用来测量压力的方法有三种 弹性变形法：被测压力→弹性元件变形→测出压力。 电测法：被测压力→传感器→电信号。 一、弹性压力敏感元件 弹性压力计是利用弹性变形法制成。常用的测压弹性元件有弹簧管、膜片、波纹管三类，分别组成弹簧管压力计、膜片式压力计和波纹管压力计。 优点：结构简单、造价低廉、精确度较好、便于携带和安装使用，目前应用广泛。其测量范围从负压、微压到高压，精度等级一般为1～2.5级，精密压力表可达0.1级。缺点：由于其机械结构的频率响应低，所以不宜用于动态压力测量。 弹簧管 膜片 波纹管 1、弹簧管 工作原理：当内腔接入被测压力，且管内压力大于管外压力时→管子短轴方向的内表面积比长轴方向的大，故受力也大→短轴要变长些，长轴要变短些→迫使管子向圆形截面变化，产生弹性变形→变形使自由端向管子伸直的方向移动→管端产生向外的位移量。自由端位移量与作用压力在一定范围内呈线性关系。 弹簧管的横截面呈椭圆或扁圆形。 单圈弹簧管自由端位移较小，单圈弹簧管的测压范围从真空到几百兆帕。为提高灵敏度，可采用S形弹簧管或螺旋形弹簧管。 弹簧管压力表 2、膜片 ★ 膜片是用弹性材料制成的圆形薄片，主要有平膜片、波纹膜片和悬链膜片等。 ★ 膜片的周边刚性固定。把两片膜片的周边焊接起来，构成膜盒，几个膜盒串接在一起，形成膜盒组。在压力作用下，膜片的中心位移和膜片的应变在小变位时均与压力近似成正比。 ★平膜片具有较高的抗振、抗冲击能力，用得较多。波纹膜片和膜盒的灵敏度较高。悬链膜片受温度的影响较小。以膜片为敏感元件的膜式压力计适用于真空或0～6Mpa的压力测量，膜盒式压力计的测量范围是0～±4×104Pa。 波纹管是一种外周沿轴向有许多环状波纹的薄壁圆筒。使用时应将开口端焊接于固定基座上并将被测流体通入管内。在流体压力的作用下，密封的自由端产生位移。在波纹管的弹性范围内，自由端的位移量与作用压力呈线性关系。波纹管一般用于低压测量。 3、波纹管 1、压阻式压力传感器 二、常用压力传感器 低压腔 高压腔 硅杯 引线 硅膜片 压阻式压力传感器结构简图 2、电容式差压传感器 金属层 弹性膜片 隔离膜片 硅油 引线 结构：中心的金属弹性膜片作为电容器的静极板，是压力敏感元件。 原理：被测压力p1、p2分别作用于两片隔离膜片上→通过硅油传递给弹性膜片→压力差作用使弹性膜片变形→两电容器容值变化。 3、力平衡式压力变压器 弹性支承 位移传感器 放大器 输出负载 电磁铁 测量原理：测压弹性元件波纹管产生的集中力F1作用于杠杆→位移传感器产生输出电流→电流放大后流经反馈装置电磁铁的线圈→电磁铁产生电磁反馈力F2→F2与F1平衡时，输出电流正比于被测压力p。 一、概述 1、流量 流量：单位时间内流体通过一定截面积的数量。 质量流量：用流体的质量来表示，记作qm，单位kg/h 流量计 瞬时流量计：测量瞬时流量，即单位时间内通过某截面的流体的量。 总量计：在某一段时间内流体流过某一截面的总和称为流体的积累流量或总量(单位m3、kg、t等)，测量总量的仪表即为总量计 体积流量：用流体的体积来表示，记作qV，单位m3/h 2、流量测量方法 (1) 容积法 容积式流量计的工作原理：流体通过流量计，就会在流量计进出口之间产生一定的压力差。流量计的转动部件(简称转子)在这个压力差作用下发生旋转，并将流体由入口排向出口。在这个过程中，流体一次次地充满流量计的“计量空间”，然后又不断地被送往出口。在给定流量计条件下，该计量空间的体积是确定的，只要测得转子的转动次数，就可以得到通过流量计的流体体积的累积值。有椭圆齿轮流量计、旋转活塞式流量计和刮板流量计等 先测出管道内的平均流速，再乘以管道截面积求得流体的体积流量。可用于各种工况下的流体的流量检测，利用平均流速计算流量。管路