热工测量仪表-流体流量的测量方法课件.ppt

1、热工测量仪表热工测量仪表 流体流量的测量方法流体流量的测量方法7.1 流量测量概述 在热力发电厂中，流体（水、蒸汽、油等）的流量直接反映设备的负荷高低，工作状况和效率等运动情况。因此连续监视流体的流量对热力设备的安全、经济运行及能源管理有着重要意义。流体流量就是单位时间内流过某一截面的流体的量，称为瞬时流量。在某一段时间间隔内流过某一截面流体的量称为流过的总量。显然，流过的总量可以用在该段时间内瞬时流量对时间的积分得到，所以总量常称为积分流量或累计流量。总量除以得到总量的时间间隔就称为该段时间内的平均流量。流体的流量可以用单位时间内流过的质量（）表示，称为质量流量，也可以用单位时间内流过的体积

2、（）来表示，称为体积流量，它们之间的关系为 （7-1）式中：为流体密度，它随工质状况而变，因此给出体积流量 的同时，必须指明被测流量的密度。在测量气体流量时，为了便于比较，常将测得的体积流量 换算成标准状态下的体积流量 ，称为标准体积流量（）。它们之间的关系为 （7-2）式中：为标准状态（温度为 和压力为101325Pa绝对压力）下的被测气体密度。对于一定的被测气体，是定值，所以一直标准体积流量，也就确定了其质量流量 。目前工业上常用的流量测量方法大致可以分为容积式、速度式和质量式三类。/mdmqkg sdt3/vdVqmsdtmqqvvqvnqvq3/msvnnqqvnn20 C。mq流量测

3、量仪表的校验与分度 除标准节流装置和标准毕托管以外的各种流量测量仪表，在出厂大都需要用实验来求得仪表的流量系数，以确定仪表的流量刻度标尺，即进行流量计的分度。在使用中还需要定期检验，检查仪表的基本误差是否超过仪表的准确度级所允许的误差范围。标准节流装置的分度关系和误差，可按“流量测量节流装置国家标准”中规定通过计算确定，但必须指出，“标准”中的流量系数系数等数据也是通过大量实验求得的。另外，在测量准确度要求很高时，还是要将成套节流装置进行实验分度和校验。在进行流量测量仪表的校验和分度时，瞬时流量的标准是用标准砝码、标准容积和标准时间通过一套标准实验装置来得到的。所谓标准实验装置，也就是能调节流

4、量并使之高度稳定在不同数值上的一套液体或气体循环系统。若能保持系统中流量稳定不变，则可通过准确测量某一段时间和这段时间内通过 系统的流体总容积或总质量，由下式求得这时系统中的瞬时体积流量或质量流量的标准值 或 vvqvmq 将流量标准值与安装在系统中的被校仪表指示值对照，就能达到校验和分度被校流量计的目的。图7-1所示为水流量标定系统。该系统用高位水槽来产生压头，并用溢流的方法保持压力恒定，以达到稳定的目的；用与切换机构同步的计时器来测定流体流入计量槽的时间；用标准容积计量槽（或用称重设备）测定V；被校流量计前后必须有足够长的直管段，流量调节由被校流量计后的阀门控制。系统所能达到的雷诺数受高位

5、水槽高度的控制，为了达到更大的雷诺数，有些实验装置用多级稳压罐代替高位溢流水槽做恒压水源。经过容积标定的基准体积管和高准确度的容积式流量计也经常作为流量测量仪表校验和分度的标准。由于它们便于移动和能安装在生产工艺管道上，所以更适用于流量计的现场校验。基准体积管如图7-2所示，其原理是在一根等直径管径的橡胶球在流体推动下通过前一开关时，发出一电脉冲去打开计数器的计数门，开始对时基脉冲计数；当橡胶球通过后一开关时发出一电脉冲，关闭计数器的计数门，停止计数，两电脉冲信号间所计的脉冲数代表时间。两开关之间的管段容积是经过准确地标定过的，即V是确定的，因此测得时间就可求得瞬时体积流量。基准体积管的两端有

6、橡胶球投入和分离装置，使橡胶球能自动从基准体积管前投入，从体积管后分离出来，连续循环于体积管中。7.2 节流式流量计节流式流量计在管道内装入节流件，流体流过节流件时流束在管道内装入节流件，流体流过节流件时流束收缩，于是在节流件前后产生差压，对于一收缩，于是在节流件前后产生差压，对于一定形状和尺寸的节流件，一定的测压位置和定形状和尺寸的节流件，一定的测压位置和前后直管段情况，一定参数的流体，和其他前后直管段情况，一定参数的流体，和其他条件下，节流件前后产生的差压值随流量而条件下，节流件前后产生的差压值随流量而变，两者之间并有确定的关系。因此可通过变，两者之间并有确定的关系。因此可通过测量差压来测

7、量流量。测量差压来测量流量。节流变压降流量计的显示仪表就是差压计，只节流变压降流量计的显示仪表就是差压计，只是差压的标尺是按求得的流量与差压间的关是差压的标尺是按求得的流量与差压间的关系，以流量值刻度的。系，以流量值刻度的。节流件的形式节流件的形式1形式很多：形式很多：有孔板、喷嘴、文丘利管、有孔板、喷嘴、文丘利管、1/4圆喷圆喷嘴嘴，等等。，等等。2用得最广泛的节流件是用得最广泛的节流件是孔板孔板和和喷嘴喷嘴，这两种形，这两种形式的节流件的外形、尺寸已标准化，并同时规式的节流件的外形、尺寸已标准化，并同时规定了它们的取压方式和前后直管段要求，总称定了它们的取压方式和前后直管段要求，总称为为“

8、标准节流装置标准节流装置”，通过大量试验求得了这，通过大量试验求得了这类标准节流装置的流量与差压的关系，以类标准节流装置的流量与差压的关系，以“流流量测量节流装置国家标准量测量节流装置国家标准”的形式公布。凡符的形式公布。凡符合国家标准的节流装置，其流量和差压之间的合国家标准的节流装置，其流量和差压之间的关系及测量误差可按国家标准直接计算确定。关系及测量误差可按国家标准直接计算确定。标准节流装置的适用范围标准节流装置的适用范围 1、只适用于测量圆形截面管道中的单相、均匀流体的质、只适用于测量圆形截面管道中的单相、均匀流体的质量；量；2、并要求流体充满管道；、并要求流体充满管道；3、在节流件前后

9、一定距离内不发生相变或析出杂质；、在节流件前后一定距离内不发生相变或析出杂质；4、流速小于音速，流动属于非脉动流；、流速小于音速，流动属于非脉动流；5、流体在节流件前，流束与管道轴线平行，不得有旋转、流体在节流件前，流束与管道轴线平行，不得有旋转流。流。一、标准节流装置一、标准节流装置如图如图7-3所示，标准节流装置包括：节流件、取压装置、节流件上游侧所示，标准节流装置包括：节流件、取压装置、节流件上游侧第一个阻力件、第二个阻力件，下游侧第一个阻力件以及在它们之第一个阻力件、第二个阻力件，下游侧第一个阻力件以及在它们之间的直管段。间的直管段。标准节流装置应根据我国标准节流装置应根据我国流量测量

10、流量测量节流装置国家标准和检测规程节流装置国家标准和检测规程的规的规定进行设计、制造、安装和使用。我定进行设计、制造、安装和使用。我国的标准和国际标准（国的标准和国际标准（ISO/R541）基本一致。基本一致。1993 年发布了国标年发布了国标GB/T262493流量测量节流装置：用孔板、喷流量测量节流装置：用孔板、喷嘴和文丘里管测量充满圆管的流体测嘴和文丘里管测量充满圆管的流体测量。量。图图7-3 整套节流装置示意整套节流装置示意1上游侧第二个局部阻力件；上游侧第二个局部阻力件；2上游侧第一个局部阻力件；上游侧第一个局部阻力件；3节节流件；流件；4下游侧第一个局部阻力件下游侧第一个局部阻力件

11、1、标准节流件及其取压装置、标准节流件及其取压装置 标准节流件的形式和取压方式，目前国际规定如标准节流件的形式和取压方式，目前国际规定如下：下：标准孔板：角接取压、法兰取压；标准孔板：角接取压、法兰取压；标准喷嘴（亦称标准喷嘴（亦称ISA1932喷嘴）：角接取压。喷嘴）：角接取压。国际上还有一些其他的已标准化了的节流件，如径距取国际上还有一些其他的已标准化了的节流件，如径距取压（即压（即D和和0.5D取压，取压，D为管道内径）标准孔板，径距取为管道内径）标准孔板，径距取压长径喷嘴（亦称压长径喷嘴（亦称ASME喷嘴），古典文丘利管和文丘利喷嘴），古典文丘利管和文丘利喷嘴等。喷嘴等。1.1标准孔板

12、标准孔板标准孔板的结构如图标准孔板的结构如图7-4所示，孔板要求如所示，孔板要求如下：下：（1）标准孔板的开孔直径）标准孔板的开孔直径d是一个重要的尺是一个重要的尺寸，应实际测量。测量在上游段进行，寸，应实际测量。测量在上游段进行，最好是在四个大致相等的角度上测量最好是在四个大致相等的角度上测量直径，求其平均值。要求各个单测值直径，求其平均值。要求各个单测值与平均值之差在与平均值之差在0.05%范围内。范围内。（2）标准孔板的全称是）标准孔板的全称是“同心薄壁锐缘孔同心薄壁锐缘孔板板”，因此孔板进口圆筒形部分应与，因此孔板进口圆筒形部分应与管道同心安装；管道同心安装；（3）孔板进口边缘应是严格

13、直角，不能有）孔板进口边缘应是严格直角，不能有毛刺和可见的反光，即进口边缘应很毛刺和可见的反光，即进口边缘应很尖锐，边缘半径不大于尖锐，边缘半径不大于0.0004d。所谓所谓薄壁是指孔板厚度薄壁是指孔板厚度E和圆筒形厚度和圆筒形厚度e不不能过大。能过大。图图7-4 标准孔板标准孔板E=0.020.05D，e=0.0050.02D 1)在各处测得的在各处测得的E值之间的最大差值和各处测得的值之间的最大差值和各处测得的e值之间的最大差值均值之间的最大差值均不得超过不得超过0.001D 2)孔板必须与管道轴线垂直安装，其偏差不超过孔板必须与管道轴线垂直安装，其偏差不超过1度度 3)若若E0.02D，

14、则可以不做成则可以不做成 的圆锥形出口，这样的孔板适用于的圆锥形出口，这样的孔板适用于测量双向流动的流体，但这时要求下游端面的标粗糙度和边缘尖锐度测量双向流动的流体，但这时要求下游端面的标粗糙度和边缘尖锐度必须与上游端面的相同；必须与上游端面的相同；4)孔板加工过程中，不得使用刮刀和砂布进行修刮和打磨。标准孔板的孔板加工过程中，不得使用刮刀和砂布进行修刮和打磨。标准孔板的适用范围如下表所示：适用范围如下表所示：004515角接取压角接取压法兰取压法兰取压径距取压径距取压12.mmd12.mmd50mmD100mm50mmD100mm0.20.750.20.75当当0.20.450.20.45时

15、，时，ReReD D50005000ReReD D126012602 2D D当当0.40.4时，时，ReReD D1000010000标准孔板制造安装的其他要求标准孔板制造安装的其他要求1.2标准喷嘴标准喷嘴标准喷嘴的形状如图标准喷嘴的形状如图7-4所示。其型线由进口端面所示。其型线由进口端面A、收缩部分第一收缩部分第一圆弧面圆弧面C1、第二圆弧面第二圆弧面C2、圆筒形喉部圆筒形喉部e和圆筒形出口边缘保护和圆筒形出口边缘保护槽槽H等五部分组成。等五部分组成。圆筒形喉部长度为圆筒形喉部长度为0.3d，其直径就是节流件开孔直径其直径就是节流件开孔直径d。d值应是不值应是不少于少于8个单测值的算术

16、平均值，其中个单测值的算术平均值，其中4个在圆筒喉个在圆筒喉部的始端测得，部的始端测得，另另4个在其终端测得，并且是大致相距个在其终端测得，并且是大致相距45度的位置上测得的。要度的位置上测得的。要求任何一个单测值与平均值的差值不得超过求任何一个单测值与平均值的差值不得超过0.05%。各段型线。各段型线之间必须相切，不得有不光滑部分。之间必须相切，不得有不光滑部分。当当2/3时，由于此时时，由于此时1.5d已大于管道直径已大于管道直径D，必须将喷嘴上游端面必须将喷嘴上游端面切去一部分切去一部分L，使上游进口部分最大值径与管道内径相等，以使上游进口部分最大值径与管道内径相等，以便夹持，应切去的长

17、度为便夹持，应切去的长度为:喷嘴在管道上的安装要求与标准孔板的相同。喷嘴在管道上的安装要求与标准孔板的相同。dL)5225.025.075.0(2.0212 图图7-5 标准喷嘴标准喷嘴 （a）2/31.3角接取压装置角接取压装置角接取压装置有环室取压和单独孔取角接取压装置有环室取压和单独孔取压两种。分别如图压两种。分别如图7-6上半部和下上半部和下半部所示。半部所示。环室取压的前、后环室装在节流件两环室取压的前、后环室装在节流件两边，环室夹在法兰之间，法兰和环边，环室夹在法兰之间，法兰和环室、环室和节流件之间放有垫片并室、环室和节流件之间放有垫片并加紧。节流件前后的压力是从前、加紧。节流件前

18、后的压力是从前、后环室和节流件前、后端后环室和节流件前、后端面之间所面之间所形成的连续环隙上取得的，为整个圆形成的连续环隙上取得的，为整个圆周上的平均值。周上的平均值。单独钻孔取压可以钻在法兰上，也可单独钻孔取压可以钻在法兰上，也可以钻在法兰之间的夹紧环上。取压以钻在法兰之间的夹紧环上。取压孔在夹紧环内壁的出口边缘必须与孔在夹紧环内壁的出口边缘必须与夹紧环内壁平齐，并有不大于取压夹紧环内壁平齐，并有不大于取压孔直径孔直径1/10的倒角，无可见的毛刺的倒角，无可见的毛刺和突出部分。取压孔应为圆筒形，和突出部分。取压孔应为圆筒形，其轴线应尽可能与管道轴线垂直。其轴线应尽可能与管道轴线垂直。图图7-

19、6 环室取压和单独钻孔环室取压和单独钻孔取压装置结构，取压装置结构，f2a;1.4法兰取压装置法兰取压装置 法兰取压装置如图法兰取压装置如图7-7所示，孔所示，孔板夹持在两块特制的法兰中板夹持在两块特制的法兰中间，其间加两片垫片，厚度间，其间加两片垫片，厚度不超过不超过1mm。取压口只有一取压口只有一对，上游取压口中心线与节对，上游取压口中心线与节流件上游端面距离流件上游端面距离L1=25.4mm，下游取压口中下游取压口中心线与节流件下游端面距离心线与节流件下游端面距离L2=25.4mm。当。当0.6且且D0.6时为时为0.01D。取压孔必须符合单独钻取压得全部要取压孔必须符合单独钻取压得全部

20、要求，取压孔中心线必须与管道中心线垂直。求，取压孔中心线必须与管道中心线垂直。2、标准节流装置的管道条件、标准节流装置的管道条件节流装置的流量与差压之间的关系，不仅与节流件类型有关，节流装置的流量与差压之间的关系，不仅与节流件类型有关，而且与流体在节流件上下游流动情况有关。对于标准节而且与流体在节流件上下游流动情况有关。对于标准节流装置，要求在节流件前流装置，要求在节流件前24D处的管道截面上已基本形处的管道截面上已基本形成典型的紊流速度分布，节流件下游的阻力件不影响流成典型的紊流速度分布，节流件下游的阻力件不影响流束的正常恢复。因此对节流件前后的管道必须有明确的束的正常恢复。因此对节流件前后

21、的管道必须有明确的要求，此外还必须确定所用管道内壁粗糙度限值。要求，此外还必须确定所用管道内壁粗糙度限值。2.1节流件前后直管段要求节流件前后直管段要求节流件上下游第一阻力与节流件之间的直管段长节流件上下游第一阻力与节流件之间的直管段长度度L1和和L2如图如图7-3所示，所示，L1和和L2取决于上下游取决于上下游第一阻力件的形式和所用节流件的第一阻力件的形式和所用节流件的值，如表值，如表10-2所列，表中所列数值为管道内径所列，表中所列数值为管道内径D的倍数。的倍数。如果实际的如果实际的L1和和L2中有一个括号内数值，或在中有一个括号内数值，或在括号内外的数值之间，则在计算流量测量不确括号内外

22、的数值之间，则在计算流量测量不确定度时，在流出系数的不确定度上要算术相加定度时，在流出系数的不确定度上要算术相加0.5%的附加偏差。的附加偏差。凡实际装在节流件上游侧的阻力件形式没有包括在表凡实际装在节流件上游侧的阻力件形式没有包括在表7-2之内，或要之内，或要求的三段直管段有一个小于括号内的数值或有两个都在括号内外求的三段直管段有一个小于括号内的数值或有两个都在括号内外的数值之间，则应在实验室实际测定差压和流量之间的关系。的数值之间，则应在实验室实际测定差压和流量之间的关系。表表7-2 节流件上游侧的最小直管段长度节流件上游侧的最小直管段长度直径比直径比 节流件上游侧的局部阻力件形式和最小直

23、管段长度节流件上游侧的局部阻力件形式和最小直管段长度L1节流件节流件下游最下游最短直管短直管段长度段长度L2（包包括在本括在本表中的表中的所有阻所有阻力件）力件）单个单个90度弯头或度弯头或三通（流三通（流体仅从一体仅从一个支管流个支管流出）出）在同一个在同一个平面上的平面上的两个或多两个或多个个90度弯度弯头头在不同平面在不同平面上的两个或上的两个或多个多个90度弯度弯头头渐缩管渐缩管（在（在1.5D3D的长度的长度内由内由2D变变为为D）渐扩管渐扩管（在（在1D2D的长度的长度内由内由0.5D变为变为D）球型球型阀全阀全开开全孔球全孔球阀或闸阀或闸阀全开阀全开0.210（6）14（7）34

24、（17）516（8）18（9）12（6）4（2）0.2510（6）14（7）34（17）516（8）18（9）12（6）4（2）0.3010（6）16（8）34（17）516（8）18（9）12（6）5（2.5）0.3512（6）16（8）36（18）516（8）18（9）12（6）5（2.5）0.4014（7）18（9）36（18）516（8）20（10）12（6）6（3）0.4514（7）18（9）38(19)517(9)20(10)12(6)6(3)0.5014（7）20（10）40(20)6(5)18(9)22(11)12(6)6(3)0.5516（8）22(11)44(22)8(5)

25、20(10)24(12)14(7)6(3)0.6018（9）25(13)48(24)9(5)22(11)26(13)14(7)7(3.5)0.6522（11）32(16)54(27)11(6)25(13)28(14)16(8)7(3.5)0.7028（14）36（18)62(31)14(7）30(15)32(16)20(10)7(3.5)0.7536（18）42（21）70(35)22(11)38(19)36(18)24(12)8(4)0.8046（23）50（25）80(40)30(15)54(27)44(22)30(15)8(4)2.2节流装置所用管道的条件节流装置所用管道的条件 首先必须

26、知道节流件前长度上的管道内壁绝对粗糙度首先必须知道节流件前长度上的管道内壁绝对粗糙度Ks，或粗糙度的相对值或粗糙度的相对值Ks/D。它们原则上应用实验方法确定。它们原则上应用实验方法确定。对于一般工业用管道，对于一般工业用管道，Ks的数值经过大量实验得到，其值的数值经过大量实验得到，其值见表见表73，74。节流件上游侧节流件上游侧10D以内管道内壁应没有肉眼可见的明显以内管道内壁应没有肉眼可见的明显凹凸，相对粗糙度应在附录表所给出的限值之内，必要时凹凸，相对粗糙度应在附录表所给出的限值之内，必要时应对此长度的管道内壁进行拉光，这样不但能满足粗糙度应对此长度的管道内壁进行拉光，这样不但能满足粗糙

27、度要求，而且保证得到准确的管道内径要求，而且保证得到准确的管道内径D值和满足管道圆度的值和满足管道圆度的要求。要求。0.30.320.340.360.380.400.450.500.60.752518.112.910.08.37.15.64.94.24.0 0.350.360.380.400.420.440.460.480.500.600.700.770.802518.613.510.68.77.56.76.15.64.54.03.93.9表表7-3 孔板上游侧管道相对粗糙度上限孔板上游侧管道相对粗糙度上限表表7-4 ISA1932喷嘴的管道相对粗糙度上限喷嘴的管道相对粗糙度上限410sKD4

28、10sKD二、标准节流装置的流量公式二、标准节流装置的流量公式 流量公式就是差压和流量之间的关系式。流量公式就是差压和流量之间的关系式。可通过伯努利方程和流动连续性方程来推可通过伯努利方程和流动连续性方程来推导。但必须指出，要完全从理论上计算出导。但必须指出，要完全从理论上计算出差压和流量之间的关系式目前是不可能的，差压和流量之间的关系式目前是不可能的，因为关系式中的各系数只能靠实验确定。因为关系式中的各系数只能靠实验确定。2.1流动情况和流量公式流动情况和流量公式 首先分析一下流体经节流件时的流动情况，首先分析一下流体经节流件时的流动情况，图图7-8是流动情况的示意图。是流动情况的示意图。截

29、面截面1处流涕未受节流件影响，流束充满管处流涕未受节流件影响，流束充满管道，流束直径为道，流束直径为D，流体压力为流体压力为 ，平均流，平均流速为速为 ，流体密度为，流体密度为 。截面。截面2是节流件后是节流件后流束收缩为最小的截面，对于孔板，它在流流束收缩为最小的截面，对于孔板，它在流出孔板后的位置，对于喷嘴，在一般情况下出孔板后的位置，对于喷嘴，在一般情况下该截面的位置在喷嘴的圆筒部分之内。此处该截面的位置在喷嘴的圆筒部分之内。此处流束中心压力为流束中心压力为 ，平均流速为，平均流速为 ，流体密，流体密度为度为 ，流束直径为，流束直径为 。从图从图7-8中可知，当流速未受节流件影响时，中可

30、知，当流速未受节流件影响时，流动方向与管道中心线平行，在节流件前流流动方向与管道中心线平行，在节流件前流体就向中心加速，在截面体就向中心加速，在截面2处流束截面收缩处流束截面收缩到最小，此处流束截面上各点的流动方向又到最小，此处流束截面上各点的流动方向又完全与管道中心线平行，此时流速最大、压完全与管道中心线平行，此时流速最大、压力最低，然后流束向外扩散，流速降低，静力最低，然后流束向外扩散，流速降低，静压升高，直到又恢复到流束充满管道内壁的压升高，直到又恢复到流束充满管道内壁的情况。图中实线代表管壁处静压力，点划线情况。图中实线代表管壁处静压力，点划线代表管道中心处静压力。由于涡流区的存在，代

31、表管道中心处静压力。由于涡流区的存在，流体有能量损失，因此，在流束充分恢复后，流体有能量损失，因此，在流束充分恢复后，静压力不能恢复到原来的数值，而有一个压静压力不能恢复到原来的数值，而有一个压力降落，这压力降落就是流体流经节流件后力降落，这压力降落就是流体流经节流件后的压力损失的压力损失1p图图7-8 流体流经孔板时的压力和流速变化流体流经孔板时的压力和流速变化 1v2v2pd12 设流经水平管道的流体为不可压缩性流体，设流经水平管道的流体为不可压缩性流体，对截面对截面1和截面和截面2可写出伯努利方程：可写出伯努利方程：（7-3）和写出流动的连续方程：和写出流动的连续方程：（7-4）式中式中

32、 C1、C2 截面截面1、2处流速不均匀，处流速不均匀，以平均流速代替中心流速计算动能时采用以平均流速代替中心流速计算动能时采用的修正系数与充分发展的紊流，其值大于的修正系数与充分发展的紊流，其值大于1，并随并随Re的正大趋近于的正大趋近于1。节流件的阻力系数。节流件的阻力系数。2222222222221111vvCpvCp22212144vdvD把全部的流体可压缩性对流量系数的影响把全部的流体可压缩性对流量系数的影响用一个流束膨胀系数用一个流束膨胀系数 来考虑，流量公来考虑，流量公式可写为：式可写为：)57(242412212pDapdaqm)67(242412212pDapdaqV2.2标

33、准节流装置的流出系数标准节流装置的流出系数C值值及其不确定度及其不确定度标准节流装置的流出系数标准节流装置的流出系数C值是通过在流量值是通过在流量实验台上测定实验台上测定 qm和与之相对应的和与之相对应的 ，然，然后用流量公式计算得到。对于一定的形式后用流量公式计算得到。对于一定的形式的标准节流装置，其流量系数的标准节流装置，其流量系数 和流出系数和流出系数C仅与节流件直径比仅与节流件直径比 和雷诺数有关，当雷和雷诺数有关，当雷诺数大诺数大 到一定程度后，到一定程度后，和就与雷诺数无和就与雷诺数无关关，趋于定值。，趋于定值。p标准孔板的标准孔板的C值及其不确定度值及其不确定度标准中取得标准中取

34、得C的值的原始实验，对于角接取压是在相对的值的原始实验，对于角接取压是在相对 粗糙度为粗糙度为 ,而对于径距取压则是在而对于径距取压则是在 的的 管道中进行的。但只要所使用的管道在节流件上游侧管道中进行的。但只要所使用的管道在节流件上游侧10D的的长度内的粗糙度不超过前节所列的限值，长度内的粗糙度不超过前节所列的限值，C值是可用的。值是可用的。标准孔板的流出系数是由标准孔板的流出系数是由stolz方程给出的：方程给出的：（7-7）Re 雷诺数雷诺数，L1孔板上游端面到上游取压口的距离孔板上游端面到上游取压口的距离除以管道内径得出的商，除以管道内径得出的商，L2 孔板下游端面到下游取孔板下游端面

35、到下游取压口的距离除以管道内径得出的商。压口的距离除以管道内径得出的商。附录表 给出了角接取压孔板的C值。4SKD10 104108.3/DKs75.065.281.2)Re10(0029.01840.00312.05959.0DC3214410337.0)1(0900.0LL标准喷嘴（标准喷嘴（ISA1932喷嘴）的喷嘴）的C值值 及其不确定度及其不确定度求取标准喷嘴C值的原始实验是在相对粗糙度 的管道中进行的，但只要喷嘴上游侧至少有10D的长度的管道的粗糙度在前节规定的限值内，C值仍可用。如不考虑 的不确定度，并假定管道的Ks/D 在规定的限值之内，则C值的百分率不确定度为（概率95）为：

36、标准喷嘴的C值在附录表 中给出4108.3/DKs15.1615.421.4)Re10)(0033.000175.0(2262.09900.0DCDD Re、Cc/%8.0,6.0CC)%4.02(,6.0CC2.3标准节流装置的流束膨胀系数 及其不确定度 标准节流装置的形式确定后，其流束膨胀系数 决定于 、和 。其中 是被测流体的等熵指数。标准孔板：若 、和 是已知的且无误差，则标准孔板的百分率不确定度（概率95）为：1pp411(0.410.35)pp1pp%41pp 标准喷嘴：标准喷嘴的 值的百分率不确定度（置信概率为95%）：%21pp2/1/2144111/21)1(11)1(1)1

37、()1(pppppppp2.4标准节流装置的压力损失 流体流经标准节流装置时，涡流产生必然造成压力的损失，其损失大小因节流件形式而异。孔板的压力损失要大于喷嘴的。值愈小，压力损失愈大。标准规定孔板与喷嘴都可用下式近似的计算压力的损失：标准孔板可用下式近似计算：1.91p424211CpC三、标准节流装置的计算三、标准节流装置的计算 3.1 计算命题计算命题 常见的标准节流装置计算命题大致有以下两类：常见的标准节流装置计算命题大致有以下两类：(1)已知管道内径、节流装置的开孔直径、节流形式、取压方式、被测流体参数等必要条件，要求根据所测得的压差值计算流量，这一般是试验工作中的命题。为了准确的求得

38、流量的值，需要较准确的测量当时的压差值和流体温度、压力等参数。（2）已知管道内径以及管路的布置情况，流体的性质和参数值，大致流量范围，要求设计标准节流装置流量测量系统，即要进行下列工作：选择节流件形式和确定节流件的开孔直径选择压差计类型及其差压和流量量程的范围建议节流件在管道上的布置位置必要时计算流量测量的不确定度。3.1 计算命题计算命题3.2 原始资料和辅助计算公式原始资料和辅助计算公式任务书中应给出：被测流体的种类、参数（如温度和压力）、密度、动力粘度；对可压缩流体，还应知道其等熵指数；管道和节流件的线膨胀系数和管道的绝对粗糙度。计算时管道直径D和节流件开孔直径d 都应使用节流件工作温度

39、下的数值Dt和dt，节流件直径比 式中：D20和 d20是20 下的管道内径和节流件开孔直径。应检查流量测量范围内的雷诺数是否在所使用的节流件的使用范围内。管道雷诺数的计算公式为：dtD t20120DDtDt20120DdtdttmDDq4Re 在标准节流装置计算时，由于流量公式中的未知数不止一个，且未知数间有一定的关系，所以通常情况下需用迭代求解，即将流量公式中的已知量重新组合在等号的一边，形成这一问题的“不变量”，将初始假设值引入等号另一边，依次迭代，逐步逼近。3.3 计算流程计算流程（1）第一类命题）第一类命题A准备计算准备计算:求求B检查直管段长度和粗糙度是否符合要求检查直管段长度和

40、粗糙度是否符合要求C迭代计算流量迭代计算流量qm(2)第二类命题第二类命题A准备计算准备计算B选择节流件形式和差压计类型和量程选择节流件形式和差压计类型和量程C计算常用流量下的差压值计算常用流量下的差压值D迭代计算迭代计算E迭代计算迭代计算F验算压力损失验算压力损失G确定确定d20和流束膨胀系数，粘度密度1,ttdD值值和d3.43.4标准节流装置测量结果的不确定度标准节流装置测量结果的不确定度 式中所有的不确定的置信概率均为95。具体计算可参看书本p213-2182/1212224224422)(41)(41)()12()()12()()(1pdDCqpdDCmqm四、非标准节流件及其应用四

41、、非标准节流件及其应用 所谓非标准节流件，就是实验数据较少，流量系数的误差还相当大的尚未标准化的节流件。在某些特殊的情况下（例如管道直径小于50毫米，雷诺数很小等等），不适用标准节流件，就只能选用非标准节流件或其它类型的流量计。下面举两种用于电厂燃料油量流量测量的非标准节流件。如下图79所示，其中图（a）为1/4圆弧孔板，图（b）为锥形入口孔板，都是同心孔板，与标准孔板相比，只是孔口廓形不同，前者为1/4圆弧，后者像一倒装的标准孔板，各部分尺寸如图中所示。图79 圆弧入口孔板和锥形入口孔板 五、节流变压降流量计的显示仪表差压计 目前使用最多的是双波纹管式差压计、电动力目前使用最多的是双波纹管式

42、差压计、电动力平衡式与电容式差压变送器平衡式与电容式差压变送器.工业上测流量用差压计的标尺一般都以流量值工业上测流量用差压计的标尺一般都以流量值为分为分度度,并刻出最大流量处的并刻出最大流量处的差压差压值。值。改变节流件的类型和尺寸改变节流件的类型和尺寸,或者改变被测介质或者改变被测介质的种类和参数的种类和参数,都必须重新分度标尺都必须重新分度标尺.这是由于这是由于分度关系分度关系 中的常数中的常数 在上述情在上述情况下发生了变化况下发生了变化.若仅仅是被测介质参数发生若仅仅是被测介质参数发生变化变化,则只要对常数中的密度则只要对常数中的密度 的变化进行补偿的变化进行补偿,就能消除或减少参数变

43、化造成的流量指示误差。就能消除或减少参数变化造成的流量指示误差。21(2)4KCEd1pKqm 由于流量与差压之间为平方关系由于流量与差压之间为平方关系,因此差压计因此差压计标尺上的流量分度是不均匀的标尺上的流量分度是不均匀的,在流量较小时在流量较小时相对误差会迅速增大相对误差会迅速增大.因此因此,流量测量范围常限流量测量范围常限于是于是1/3(或者或者1/4)标尺上限流量至标尺上限流标尺上限流量至标尺上限流量之间量之间.1/3(或或1/4)标尺上限流量以下一般不分标尺上限流量以下一般不分度度.流量测量用差压计与节流装置之间用差压信号管路连接流量测量用差压计与节流装置之间用差压信号管路连接,信

44、号管路信号管路按最短的距离敷设按最短的距离敷设,一般总长度不超过一般总长度不超过50m,主要满足以下条件主要满足以下条件:1)所传送的差压不因经信号管路而发生变化；所传送的差压不因经信号管路而发生变化；2)信号管路要有阀门等必要附件信号管路要有阀门等必要附件,使得能在主设备运行的条件下冲使得能在主设备运行的条件下冲洗信号管路洗信号管路,现场校验差压计以及在信号管路发生故障的情况下能现场校验差压计以及在信号管路发生故障的情况下能与主设备隔离；与主设备隔离；3)信号管路与水平面之间要有不小于信号管路与水平面之间要有不小于1:10的倾斜度的倾斜度,能随时排出气能随时排出气体体(对液体对液体,蒸气介质

45、蒸气介质)或冷凝水或冷凝水(对于气体介质对于气体介质)；4)能防止有害物质能防止有害物质(如高温介质如高温介质)进入差压计进入差压计,在测量腐蚀性介质时在测量腐蚀性介质时要使用隔离容器要使用隔离容器.如信号管路中介质有凝固或冷冻的可能如信号管路中介质有凝固或冷冻的可能,要沿信要沿信号管路进行保温号管路进行保温,甚至采用蒸汽或电加热甚至采用蒸汽或电加热,但要特别注意防止两信但要特别注意防止两信号管路加热不均号管路加热不均,或局部汽化造成误差或局部汽化造成误差.7.3 速度式流量测量方法速度式流量测量方法 速度式流量测量方法以直接测量管道内流体流速速度式流量测量方法以直接测量管道内流体流速 v v

46、 作为流量测量的依据。作为流量测量的依据。若测得的是管道截面上的平均流速若测得的是管道截面上的平均流速 ，则流体的容积流量，则流体的容积流量 ,A A为管道截面为管道截面面积。若测得的是管道截面上的某一点流速面积。若测得的是管道截面上的某一点流速v v，则流体体积量则流体体积量 ，K K为截为截面上的平均流速与被测点流速的比值，它与管道内流速分布有关。面上的平均流速与被测点流速的比值，它与管道内流速分布有关。vvqvAvqKvA在典型的层流或紊流分布的情况下，圆管截面上流速的分布是有规律的在典型的层流或紊流分布的情况下，圆管截面上流速的分布是有规律的,K为确定值，但在阀门、弯头等局部阻力后流速

47、分布变得非常不规则为确定值，但在阀门、弯头等局部阻力后流速分布变得非常不规则,K K值很难确值很难确定，而且通常是不稳定的。因此速度式流量测量方法的一个共同特点是：测量定，而且通常是不稳定的。因此速度式流量测量方法的一个共同特点是：测量结果的准确度不但取决于仪表本身的准确度，而且与流速在管道截面上的分布结果的准确度不但取决于仪表本身的准确度，而且与流速在管道截面上的分布有关。为了使测量时的流速分布与仪表分度时的流速分布相一致，要求在仪表有关。为了使测量时的流速分布与仪表分度时的流速分布相一致，要求在仪表前后有足够长的直管段或加装整流器，以使流体进入仪表前速度分度就达到典前后有足够长的直管段或加

48、装整流器，以使流体进入仪表前速度分度就达到典型的层流或紊流分布，如图型的层流或紊流分布，如图7-107-10所示。所示。对于半径为R的圆管，在层流（）情况下，由于流动分层，沿管道截面的流速分布为 （7-8）式中 管道中心处的最大流速；离管道中心r处的流速；离管道中心的距离。Re2300D2max1()rvvRmaxvvr速度式流量测量方法（续速度式流量测量方法（续 1）也就是说，在层流情况下，流速沿管道截面按抛物面分布。由此可计算管道截也就是说，在层流情况下，流速沿管道截面按抛物面分布。由此可计算管道截面上的平均流速面上的平均流速 是在处是在处 ，其数值为管道中心最大流速，其数值为管道中心最大

49、流速 的一半，的一半，而沿管道直径的流速分布为一抛物线，沿直径的平均流速而沿管道直径的流速分布为一抛物线，沿直径的平均流速 。所以层流。所以层流情况下截面上平均流速情况下截面上平均流速 是直径上的平均流速是直径上的平均流速 的的 倍。倍。紊流情况下，由于存在流体的径向流动，流速分布曲线随雷诺数紊流情况下，由于存在流体的径向流动，流速分布曲线随雷诺数 的增的增高而逐渐变平，变平程度还与管道粗糙度有关。对于光滑管道（即高而逐渐变平，变平程度还与管道粗糙度有关。对于光滑管道（即 其中：其中：D D为管道内径，为管道内径，为管道内壁的绝对粗糙度），可由如下经验公式表示为管道内壁的绝对粗糙度），可由如下

50、经验公式表示圆管中紊流下的流速分布：圆管中紊流下的流速分布：（7-97-9）式中式中 n n 与流体管道雷诺数有关的常数，数值见表与流体管道雷诺数有关的常数，数值见表7-57-5所列：所列：r r 与管道中心的距离与管道中心的距离表表7-5 7-5 光滑管道速度分布公式中的光滑管道速度分布公式中的n n 值值v00.7071rRmaxvmax23DvvvDv43ReDsK/0.004sKD 1/max(1)nrvvR速度式流量测量方法速度式流量测量方法（续（续 2）由上表可知，紊流情况下管道截面上的平均流速位于距离管道中心由上表可知，紊流情况下管道截面上的平均流速位于距离管道中心r r0 0=