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压力传感器流量计如何进行测量,压力传感器的体积流量计方程式

发布时间:2023-02-16 14:32:25点击量:

 流量计有多种类型:有些测量管道中流动的液体或气体的体积(体积流量计);有些测量管道中流动的质量(质量流量计)。


 质量流量以每单位时间的质量为单位进行测量,使用磅或千克每秒。体积流量以每单位时间的体积来衡量,单位为每秒加仑或升。当查看用于计算每个的方程式时,管道中体积流量和质量流量之间的关系变得明显:


 Q=A*v和W=ρ*Q


 其中Q=流量,A=管道的横截面积,v=管道中流体的速度,W=质量流量,ρ=流体密度。


 无论是体积流量还是质量流量,都有许多不同类型的仪表用于测量。这篇文章将重点介绍从压力推断其测量结果的流量计:孔板、文丘里管、喷嘴和平均皮托管。全部使用压差导出流量。本质上,每一个都会在流动中造成障碍,并且障碍的上游侧和下游侧之间的压力差与体积流量成正比。要获得其中任何一个的质量流量,还必须知道流体的密度。


 音速喷嘴,也称为临界流量文丘里管或临界流量喷嘴,仅用于气体。由于其独特的工作原理,这种类型比其他类型具有明显的优势,它只需要一个压力读数来推断流量。这看似微不足道,但在使用差压时,您要么需要两个压力传感器,要么需要一个差压传感器。无论哪种方式,与单个传感器相比,与这些相关的误差更多。出于这个原因,音速喷嘴因其更高的精度而被用于气体流量校准器。


 根据所需的精度和应用的适用性,一种流量计可能优于另一种流量计。压力传感元件应足够准确以提供所需的流量精度水平,并具有足够的响应速率以测量流体流量的快速变化。还有许多其他测量流量的方法超出了本文的范围,包括容积式流量计、涡轮流量计、科里奥利流量计和热流量计。


 下面描述了一些使用压力或压差来推断体积流量或质量流量的更普遍的流量计。孔板通过测量上游压力和下游压力之间的差异来确定流量。这通常使用差压变送器来完成。

压力传感器流量计如何进行测量,压力传感器的体积流量计方程式(图1)

 根据机械能守恒定律,文丘里流量计利用管道中的限制会导致速度增加和压力降低的物理特性。这种压力降低与体积流量成正比。

压力传感器流量计如何进行测量,压力传感器的体积流量计方程式(图2)

 喷嘴类似于文丘里管,但通常设计为安装在两个法兰之间并且没有锥形出口。相同的压差原理用于推断流量。

压力传感器流量计如何进行测量,压力传感器的体积流量计方程式(图3)

 平均皮托管是一种带有多个孔的管,这些孔分别面向上游和下游。该管具有将上游孔与下游孔分开的内壁。该管延伸穿过测量流量的管道的直径。上游孔进入冲击压力平均的气室。下游侧的独立增压室平均来自管子下游侧的压力。在流动条件下,上游孔比下游孔承受更高的压力,并且差异与流量成正比。

压力传感器流量计如何进行测量,压力传感器的体积流量计方程式(图4)

 在音速喷嘴的喉部或最小面积点,气体速度达到音速。此时,气体速度和密度最大化,质量流量是入口压力、入口温度和气体类型的函数。与需要差压的仪表相比,它们可以实现更高的精度,因为它们只需要一次压力测量来推断流量。

压力传感器流量计如何进行测量,压力传感器的体积流量计方程式(图5)

 所有这些仪表中的流量均源自伯努利方程,该方程指出流体速度的增加与静压的降低同时发生。


 P+½ρV 2+ρgh=常数


 其中P=压力,ρ=密度,V=速度,g=重力,h=高度。


 如果系统的高度和重力保持不变,可以将这个等式简化为:


 P+½ρV 2=常数


 这里可以看到,当速度在限制条件下增加时,压力必须降低。

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