1、熱工測量儀表熱工測量儀表流體流量的測量方法流體流量的測量方法7.1 流量測量概述 在熱力發電廠中，流體（水、蒸汽、油等）的流量直接反映設備的負荷高低，工作狀況和效率等運動情況。因此連續監視流體的流量對熱力設備的安全、經濟運行及能源管理有著重要意義。 流體流量就是單位時間內流過某一截面的流體的量，稱為瞬時流量。在某一段時間間隔內流過某一截面流體的量稱為流過的總量。顯然，流過的總量可以用在該段時間內瞬時流量對時間的積分得到，所以總量常稱為積分流量或累計流量。總量除以得到總量的時間間隔就稱為該段時間內的平均流量。 流體的流量可以用單位時間內流過的質量（ ）表示，稱為質量流量，也可以用單位時間內流過的

2、體積（ ）來表示， 稱為體積流量，它們之間的關系為 （7-1）式中： 為流體密度，它隨工質狀況而變，因此給出體積流量 的同時，必須指明被測流量的密度。在測量氣體流量時，為了便于比較，常將測得的體積流量 換算成標準狀態下的體積流量 ，稱為標準體積流量（ ）。它們之間的關系為 （7-2）式中： 為標準狀態（溫度為 和壓力為101325Pa絕對壓力）下的被測氣體密度。對于一定的被測氣體， 是定值，所以一直標準體積流量，也就確定了其質量流量 。 目前工業上常用的流量測量方法大致可以分為容積式、速度式和質量式三類。/mdmqkg sdt3/vdVqmsdtmqqvvqvnqvq3/msvnnqqvnn2

3、0 C。mq流量測量儀表的校驗與分度 除標準節流裝置和標準畢托管以外的各種流量測量儀表，在出廠大都需要用實驗來求得儀表的流量系數，以確定儀表的流量刻度標尺，即進行流量計的分度。 在使用中還需要定期檢驗，檢查儀表的基本誤差是否超過儀表的準確度級所允許的誤差范圍。 標準節流裝置的分度關系和誤差，可按“流量測量節流裝置國家標準”中規定通過計算確定，但必須指出，“標準”中的流量系數系數等數據也是通過大量實驗求得的。 另外，在測量準確度要求很高時，還是要將成套節流裝置進行實驗分度和校驗。在進行流量測量儀表的校驗和分度時，瞬時流量的標準是用標準砝碼、標準容積和標準時間通過一套標準實驗裝置來得到的。所謂標準

4、實驗裝置，也就是能調節流量并使之高度穩定在不同數值上的一套液體或氣體循環系統。若能保持系統中流量穩定不變，則可通過準確測量某一段時間和這段時間內通過 系統的流體總容積或總質量，由下式求得這時系統中的瞬時體積流量或質量流量的標準值 或 vvqvmq 將流量標準值與安裝在系統中的被校儀表指示值對照，就能達到校驗和分度被校流量計的目的。 圖7-1所示為水流量標定系統。該系統用高位水槽來產生壓頭，并用溢流的方法保持壓力恒定，以達到穩定的目的； 用與切換機構同步的計時器來測定流體流入計量槽的時間； 用標準容積計量槽（或用稱重設備）測定V； 被校流量計前后必須有足夠長的直管段，流量調節由被校流量計后的閥門

5、控制。系統所能達到的雷諾數受高位水槽高度的控制，為了達到更大的雷諾數，有些實驗裝置用多級穩壓罐代替高位溢流水槽做恒壓水源。 經過容積標定的基準體積管和高準確度的容積式流量計也經常作為流量測量儀表校驗和分度的標準。由于它們便于移動和能安裝在生產工藝管道上，所以更適用于流量計的現場校驗。基準體積管如圖7-2所示，其原理是在一根等直徑管徑的橡膠球在流體推動下通過前一開關時，發出一電脈沖去打開計數器的計數門，開始對時基脈沖計數；當橡膠球通過后一開關時發出一電脈沖，關閉計數器的計數門，停止計數，兩電脈沖信號間所計的脈沖數代表時間。兩開關之間的管段容積是經過準確地標定過的，即V是確定的，因此測得時間就可求

6、得瞬時體積流量。基準體積管的兩端有橡膠球投入和分離裝置，使橡膠球能自動從基準體積管前投入，從體積管后分離出來，連續循環于體積管中。 7.2 節流式流量計節流式流量計在管道內裝入節流件，流體流過節流件時流束在管道內裝入節流件，流體流過節流件時流束收縮，于是在節流件前后產生差壓，對于一收縮，于是在節流件前后產生差壓，對于一定形狀和尺寸的節流件，一定的測壓位置和定形狀和尺寸的節流件，一定的測壓位置和前后直管段情況，一定參數的流體，和其他前后直管段情況，一定參數的流體，和其他條件下，節流件前后產生的差壓值隨流量而條件下，節流件前后產生的差壓值隨流量而變，兩者之間并有確定的關系。因此可通過變，兩者之間并

7、有確定的關系。因此可通過測量差壓來測量流量。測量差壓來測量流量。節流變壓降流量計的顯示儀表就是差壓計，只節流變壓降流量計的顯示儀表就是差壓計，只是差壓的標尺是按求得的流量與差壓間的關是差壓的標尺是按求得的流量與差壓間的關系，以流量值刻度的。系，以流量值刻度的。節流件的形式節流件的形式1形式很多：形式很多：有孔板、噴嘴、文丘利管、有孔板、噴嘴、文丘利管、1/4圓噴圓噴嘴嘴，等等。，等等。2用得最廣泛的節流件是用得最廣泛的節流件是孔板孔板和和噴嘴噴嘴，這兩種形，這兩種形式的節流件的外形、尺寸已標準化，并同時規式的節流件的外形、尺寸已標準化，并同時規定了它們的取壓方式和前后直管段要求，總稱定了它們的

8、取壓方式和前后直管段要求，總稱為為“標準節流裝置標準節流裝置”，通過大量試驗求得了這，通過大量試驗求得了這類標準節流裝置的流量與差壓的關系，以類標準節流裝置的流量與差壓的關系，以“流流量測量節流裝置國家標準量測量節流裝置國家標準”的形式公布。凡符的形式公布。凡符合國家標準的節流裝置，其流量和差壓之間的合國家標準的節流裝置，其流量和差壓之間的關系及測量誤差可按國家標準直接計算確定。關系及測量誤差可按國家標準直接計算確定。標準節流裝置的適用范圍標準節流裝置的適用范圍 1、只適用于測量圓形截面管道中的單相、均勻流體的質、只適用于測量圓形截面管道中的單相、均勻流體的質量；量； 2、并要求流體充滿管道；

9、、并要求流體充滿管道； 3、在節流件前后一定距離內不發生相變或析出雜質；、在節流件前后一定距離內不發生相變或析出雜質； 4、流速小于音速，流動屬于非脈動流；、流速小于音速，流動屬于非脈動流； 5、流體在節流件前，流束與管道軸線平行，不得有旋轉、流體在節流件前，流束與管道軸線平行，不得有旋轉流。流。一、標準節流裝置一、標準節流裝置如圖如圖7-3所示，標準節流裝置包括：節流件、取壓裝置、節流件上游側所示，標準節流裝置包括：節流件、取壓裝置、節流件上游側第一個阻力件、第二個阻力件，下游側第一個阻力件以及在它們之第一個阻力件、第二個阻力件，下游側第一個阻力件以及在它們之間的直管段。間的直管段。標準節流

10、裝置應根據我國標準節流裝置應根據我國流量測量流量測量節流裝置國家標準和檢測規程節流裝置國家標準和檢測規程的規的規定進行設計、制造、安裝和使用。我定進行設計、制造、安裝和使用。我國的標準和國際標準（國的標準和國際標準（ISO/R541）基本一致。基本一致。1993 年發布了國標年發布了國標GB/T262493流量測量節流裝置：用孔板、噴流量測量節流裝置：用孔板、噴嘴和文丘里管測量充滿圓管的流體測嘴和文丘里管測量充滿圓管的流體測量。量。圖圖7-3 整套節流裝置示意整套節流裝置示意1上游側第二個局部阻力件；上游側第二個局部阻力件； 2上游側第一個局部阻力件；上游側第一個局部阻力件；3節節流件；流件；

11、4下游側第一個局部阻力件下游側第一個局部阻力件1、標準節流件及其取壓裝置、標準節流件及其取壓裝置 標準節流件的形式和取壓方式，目前國際規定如標準節流件的形式和取壓方式，目前國際規定如下：下： 標準孔板：角接取壓、法蘭取壓；標準孔板：角接取壓、法蘭取壓； 標準噴嘴（亦稱標準噴嘴（亦稱ISA1932噴嘴）：角接取壓。噴嘴）：角接取壓。 國際上還有一些其他的已標準化了的節流件，如徑距取國際上還有一些其他的已標準化了的節流件，如徑距取壓（即壓（即D和和0.5D取壓，取壓，D為管道內徑）標準孔板，徑距取為管道內徑）標準孔板，徑距取壓長徑噴嘴（亦稱壓長徑噴嘴（亦稱ASME噴嘴），古典文丘利管和文丘利噴嘴）

12、，古典文丘利管和文丘利噴嘴等。噴嘴等。1.1標準孔板標準孔板標準孔板的結構如圖標準孔板的結構如圖7-4所示，孔板要求如所示，孔板要求如下：下：（1）標準孔板的開孔直徑）標準孔板的開孔直徑d是一個重要的尺是一個重要的尺寸，應實際測量。測量在上游段進行，寸，應實際測量。測量在上游段進行，最好是在四個大致相等的角度上測量最好是在四個大致相等的角度上測量直徑，求其平均值。要求各個單測值直徑，求其平均值。要求各個單測值與平均值之差在與平均值之差在0.05%范圍內。范圍內。（2）標準孔板的全稱是）標準孔板的全稱是“同心薄壁銳緣孔同心薄壁銳緣孔板板”，因此孔板進口圓筒形部分應與，因此孔板進口圓筒形部分應與管

13、道同心安裝；管道同心安裝；（3）孔板進口邊緣應是嚴格直角，不能有）孔板進口邊緣應是嚴格直角，不能有毛刺和可見的反光，即進口邊緣應很毛刺和可見的反光，即進口邊緣應很尖銳，邊緣半徑不大于尖銳，邊緣半徑不大于0.0004d。所謂。所謂薄壁是指孔板厚度薄壁是指孔板厚度E和圓筒形厚度和圓筒形厚度e不不能過大。能過大。圖圖7-4 標準孔板標準孔板E=0.020.05D，e=0.0050.02D 1)在各處測得的在各處測得的E值之間的最大差值和各處測得的值之間的最大差值和各處測得的e值之間的最大差值均值之間的最大差值均不得超過不得超過0.001D 2)孔板必須與管道軸線垂直安裝，其偏差不超過孔板必須與管道軸

14、線垂直安裝，其偏差不超過1度度 3)若若E0.02D，則可以不做成，則可以不做成 的圓錐形出口，這樣的孔板適用于的圓錐形出口，這樣的孔板適用于測量雙向流動的流體，但這時要求下游端面的標粗糙度和邊緣尖銳度測量雙向流動的流體，但這時要求下游端面的標粗糙度和邊緣尖銳度必須與上游端面的相同；必須與上游端面的相同； 4)孔板加工過程中，不得使用刮刀和砂布進行修刮和打磨。標準孔板的孔板加工過程中，不得使用刮刀和砂布進行修刮和打磨。標準孔板的適用范圍如下表所示：適用范圍如下表所示：004515角接取壓角接取壓法蘭取壓法蘭取壓徑距取壓徑距取壓12.mmd12.mmd50mmD100mm50mmD100mm0.

15、20.750.20.75當當0.20.450.20.45時，時，ReReD D50005000ReReD D126012602 2D D當當0.40.4時，時，ReReD D1000010000標準孔板制造安裝的其他要求標準孔板制造安裝的其他要求1.2標準噴嘴標準噴嘴標準噴嘴的形狀如圖標準噴嘴的形狀如圖7-4所示。其型線由進口端面所示。其型線由進口端面A、收縮部分第一、收縮部分第一圓弧面圓弧面C1、第二圓弧面、第二圓弧面C2、圓筒形喉部、圓筒形喉部e和圓筒形出口邊緣保護和圓筒形出口邊緣保護槽槽H等五部分組成。等五部分組成。圓筒形喉部長度為圓筒形喉部長度為0.3d，其直徑就是節流件開孔直徑，其直

16、徑就是節流件開孔直徑d。d值應是不值應是不少于少于8個單測值的算術平均值，其中個單測值的算術平均值，其中4個在圓筒喉個在圓筒喉部的始端測得，部的始端測得，另另4個在其終端測得，并且是大致相距個在其終端測得，并且是大致相距45度的位置上測得的。要度的位置上測得的。要求任何一個單測值與平均值的差值不得超過求任何一個單測值與平均值的差值不得超過0.05%。各段型線。各段型線之間必須相切，不得有不光滑部分。之間必須相切，不得有不光滑部分。當當2/3時，由于此時時，由于此時1.5d已大于管道直徑已大于管道直徑D，必須將噴嘴上游端面，必須將噴嘴上游端面切去一部分切去一部分L，使上游進口部分最大值徑與管道內

17、徑相等，以，使上游進口部分最大值徑與管道內徑相等，以便夾持，應切去的長度為便夾持，應切去的長度為: 噴嘴在管道上的安裝要求與標準孔板的相同。噴嘴在管道上的安裝要求與標準孔板的相同。dL)5225. 025. 075. 0(2 . 0212 圖圖7-5 標準噴嘴標準噴嘴 （a）2/31.3角接取壓裝置角接取壓裝置角接取壓裝置有環室取壓和單獨孔取角接取壓裝置有環室取壓和單獨孔取壓兩種。分別如圖壓兩種。分別如圖7-6上半部和下上半部和下半部所示。半部所示。環室取壓的前、后環室裝在節流件兩環室取壓的前、后環室裝在節流件兩邊，環室夾在法蘭之間，法蘭和環邊，環室夾在法蘭之間，法蘭和環室、環室和節流件之間放

18、有墊片并室、環室和節流件之間放有墊片并加緊。節流件前后的壓力是從前、加緊。節流件前后的壓力是從前、后環室和節流件前、后端后環室和節流件前、后端面之間所面之間所形成的連續環隙上取得的，為整個圓形成的連續環隙上取得的，為整個圓周上的平均值。周上的平均值。單獨鉆孔取壓可以鉆在法蘭上，也可單獨鉆孔取壓可以鉆在法蘭上，也可以鉆在法蘭之間的夾緊環上。取壓以鉆在法蘭之間的夾緊環上。取壓孔在夾緊環內壁的出口邊緣必須與孔在夾緊環內壁的出口邊緣必須與夾緊環內壁平齊，并有不大于取壓夾緊環內壁平齊，并有不大于取壓孔直徑孔直徑1/10的倒角，無可見的毛刺的倒角，無可見的毛刺和突出部分。取壓孔應為圓筒形，和突出部分。取壓

19、孔應為圓筒形，其軸線應盡可能與管道軸線垂直。其軸線應盡可能與管道軸線垂直。圖圖7-6 環室取壓和單獨鉆孔環室取壓和單獨鉆孔取壓裝置結構，取壓裝置結構，f2a;1.4法蘭取壓裝置法蘭取壓裝置 法蘭取壓裝置如圖法蘭取壓裝置如圖7-7所示，孔所示，孔板夾持在兩塊特制的法蘭中板夾持在兩塊特制的法蘭中間，其間加兩片墊片，厚度間，其間加兩片墊片，厚度不超過不超過1mm。取壓口只有一。取壓口只有一對，上游取壓口中心線與節對，上游取壓口中心線與節流件上游端面距離流件上游端面距離L1=25.4mm，下游取壓口中，下游取壓口中心線與節流件下游端面距離心線與節流件下游端面距離L2=25.4mm。當。當0.6且且D0

20、.6時為時為0.01D。取壓孔必須符合單獨鉆取壓得全部要。取壓孔必須符合單獨鉆取壓得全部要求，取壓孔中心線必須與管道中心線垂直。求，取壓孔中心線必須與管道中心線垂直。2、標準節流裝置的管道條件、標準節流裝置的管道條件節流裝置的流量與差壓之間的關系，不僅與節流件類型有關，節流裝置的流量與差壓之間的關系，不僅與節流件類型有關，而且與流體在節流件上下游流動情況有關。對于標準節而且與流體在節流件上下游流動情況有關。對于標準節流裝置，要求在節流件前流裝置，要求在節流件前24D處的管道截面上已基本形處的管道截面上已基本形成典型的紊流速度分布，節流件下游的阻力件不影響流成典型的紊流速度分布，節流件下游的阻力

21、件不影響流束的正常恢復。因此對節流件前后的管道必須有明確的束的正常恢復。因此對節流件前后的管道必須有明確的要求，此外還必須確定所用管道內壁粗糙度限值。要求，此外還必須確定所用管道內壁粗糙度限值。2.1節流件前后直管段要求節流件前后直管段要求節流件上下游第一阻力與節流件之間的直管段長節流件上下游第一阻力與節流件之間的直管段長度度L1和和L2如圖如圖7-3所示，所示，L1和和L2取決于上下游取決于上下游第一阻力件的形式和所用節流件的第一阻力件的形式和所用節流件的值，如表值，如表10-2所列，表中所列數值為管道內徑所列，表中所列數值為管道內徑D的倍數。的倍數。如果實際的如果實際的L1和和L2中有一個

22、括號內數值，或在中有一個括號內數值，或在括號內外的數值之間，則在計算流量測量不確括號內外的數值之間，則在計算流量測量不確定度時，在流出系數的不確定度上要算術相加定度時，在流出系數的不確定度上要算術相加0.5%的附加偏差。的附加偏差。凡實際裝在節流件上游側的阻力件形式沒有包括在表凡實際裝在節流件上游側的阻力件形式沒有包括在表7-2之內，或要之內，或要求的三段直管段有一個小于括號內的數值或有兩個都在括號內外求的三段直管段有一個小于括號內的數值或有兩個都在括號內外的數值之間，則應在實驗室實際測定差壓和流量之間的關系。的數值之間，則應在實驗室實際測定差壓和流量之間的關系。表表7-2 節流件上游側的最小

23、直管段長度節流件上游側的最小直管段長度直徑比直徑比 節流件上游側的局部阻力件形式和最小直管段長度節流件上游側的局部阻力件形式和最小直管段長度L1節流件節流件下游最下游最短直管短直管段長度段長度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）單個單個90度彎頭或度彎頭或三通（流三通（流體僅從一體僅從一個支管流個支管流出）出）在同一個在同一個平面上的平面上的兩個或多兩個或多個個90度彎度彎頭頭在不同平面在不同平面上的兩個或上的兩個或多個多個90度彎度彎頭頭漸縮管漸縮管（在（在1.5D3D的長度的長度內由內由2D變變為為D ）漸擴管漸擴管（在（在1D2D的長度的長度內由內由0.5D變為變

24、為D ）球型球型閥全閥全開開全孔球全孔球閥或閘閥或閘閥全開閥全開0.210（6）14（7）34（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)

25、 6(5)18(9)22(11)12(6)6(3)0.5516（8）22(11)44(22) 8(5)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） 8

26、0(40) 30(15)54(27)44(22)30(15)8(4)2.2節流裝置所用管道的條件節流裝置所用管道的條件 首先必須知道節流件前長度上的管道內壁絕對粗糙度首先必須知道節流件前長度上的管道內壁絕對粗糙度Ks，或粗糙度的相對值或粗糙度的相對值Ks/D。它們原則上應用實驗方法確定。它們原則上應用實驗方法確定。對于一般工業用管道，對于一般工業用管道，Ks的數值經過大量實驗得到，其值的數值經過大量實驗得到，其值見表見表73，74。 節流件上游側節流件上游側10D以內管道內壁應沒有肉眼可見的明顯以內管道內壁應沒有肉眼可見的明顯凹凸，相對粗糙度應在附錄表所給出的限值之內，必要時凹凸，相對粗糙度應

27、在附錄表所給出的限值之內，必要時應對此長度的管道內壁進行拉光，這樣不但能滿足粗糙度應對此長度的管道內壁進行拉光，這樣不但能滿足粗糙度要求，而且保證得到準確的管道內徑要求，而且保證得到準確的管道內徑D值和滿足管道圓度的值和滿足管道圓度的要求。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 孔板上游側管

28、道相對粗糙度上限孔板上游側管道相對粗糙度上限表表7-4 ISA1932噴嘴的管道相對粗糙度上限噴嘴的管道相對粗糙度上限410sKD410sKD二、標準節流裝置的流量公式二、標準節流裝置的流量公式 流量公式就是差壓和流量之間的關系式。流量公式就是差壓和流量之間的關系式。可通過伯努利方程和流動連續性方程來推可通過伯努利方程和流動連續性方程來推導。但必須指出，要完全從理論上計算出導。但必須指出，要完全從理論上計算出差壓和流量之間的關系式目前是不可能的，差壓和流量之間的關系式目前是不可能的，因為關系式中的各系數只能靠實驗確定。因為關系式中的各系數只能靠實驗確定。2.1流動情況和流量公式流動情況和流量公

29、式 首先分析一下流體經節流件時的流動情況，首先分析一下流體經節流件時的流動情況，圖圖7-8是流動情況的示意圖。是流動情況的示意圖。截面截面1處流涕未受節流件影響，流束充滿管處流涕未受節流件影響，流束充滿管道，流束直徑為道，流束直徑為D，流體壓力為，流體壓力為 ，平均流，平均流速為速為 ，流體密度為，流體密度為 。截面。截面2是節流件后是節流件后流束收縮為最小的截面，對于孔板，它在流流束收縮為最小的截面，對于孔板，它在流出孔板后的位置，對于噴嘴，在一般情況下出孔板后的位置，對于噴嘴，在一般情況下該截面的位置在噴嘴的圓筒部分之內。此處該截面的位置在噴嘴的圓筒部分之內。此處流束中心壓力為流束中心壓力

30、為 ，平均流速為，平均流速為 ，流體密，流體密度為度為 ，流束直徑為，流束直徑為 。 從圖從圖7-8中可知，當流速未受節流件影響時，中可知，當流速未受節流件影響時，流動方向與管道中心線平行，在節流件前流流動方向與管道中心線平行，在節流件前流體就向中心加速，在截面體就向中心加速，在截面2處流束截面收縮處流束截面收縮到最小，此處流束截面上各點的流動方向又到最小，此處流束截面上各點的流動方向又完全與管道中心線平行，此時流速最大、壓完全與管道中心線平行，此時流速最大、壓力最低，然后流束向外擴散，流速降低，靜力最低，然后流束向外擴散，流速降低，靜壓升高，直到又恢復到流束充滿管道內壁的壓升高，直到又恢復到

31、流束充滿管道內壁的情況。圖中實線代表管壁處靜壓力，點劃線情況。圖中實線代表管壁處靜壓力，點劃線代表管道中心處靜壓力。由于渦流區的存在，代表管道中心處靜壓力。由于渦流區的存在，流體有能量損失，因此，在流束充分恢復后，流體有能量損失，因此，在流束充分恢復后，靜壓力不能恢復到原來的數值，而有一個壓靜壓力不能恢復到原來的數值，而有一個壓力降落，這壓力降落就是流體流經節流件后力降落，這壓力降落就是流體流經節流件后的壓力損失的壓力損失1p圖圖7-8 流體流經孔板時的壓力和流速變化流體流經孔板時的壓力和流速變化 1v2v2pd12 設流經水平管道的流體為不可壓縮性流體，設流經水平管道的流體為不可壓縮性流體，

32、對截面對截面1和截面和截面2可寫出伯努利方程：可寫出伯努利方程： （7-3） 和寫出流動的連續方程：和寫出流動的連續方程： （7-4） 式中式中 C1、C2 截面截面1、2處流速不均勻，處流速不均勻，以平均流速代替中心流速計算動能時采用以平均流速代替中心流速計算動能時采用的修正系數與充分發展的紊流，其值大于的修正系數與充分發展的紊流，其值大于1，并隨并隨Re的正大趨近于的正大趨近于1 。 節流件的阻力系數。節流件的阻力系數。2222222222221111vvCpvCp22212144vdvD把全部的流體可壓縮性對流量系數的影響把全部的流體可壓縮性對流量系數的影響用一個流束膨脹系數用一個流束膨

33、脹系數 來考慮，流量公來考慮，流量公式可寫為：式可寫為：)57(242412212pDapdaqm)67(242412212pDapdaqV2.2標準節流裝置的流出系數標準節流裝置的流出系數C值及其不確定度值及其不確定度標準節流裝置的流出系數標準節流裝置的流出系數C值是通過在流量值是通過在流量實驗臺上測定實驗臺上測定 qm和與之相對應的和與之相對應的 ，然，然后用流量公式計算得到。對于一定的形式后用流量公式計算得到。對于一定的形式的標準節流裝置，其流量系數的標準節流裝置，其流量系數 和流出系數和流出系數C僅與節流件直徑比僅與節流件直徑比 和雷諾數有關，當雷和雷諾數有關，當雷諾數大諾數大 到一定

34、程度后，到一定程度后， 和就與雷諾數無和就與雷諾數無關關 ，趨于定值。，趨于定值。p標準孔板的標準孔板的C值及其不確定度值及其不確定度標準中取得標準中取得C的值的原始實驗，對于角接取壓是在相對的值的原始實驗，對于角接取壓是在相對 粗糙度為粗糙度為 ,而對于徑距取壓則是在而對于徑距取壓則是在 的的 管道中進行的。但只要所使用的管道在節流件上游側管道中進行的。但只要所使用的管道在節流件上游側10D的的長度內的粗糙度不超過前節所列的限值，長度內的粗糙度不超過前節所列的限值，C值是可用的。值是可用的。 標準孔板的流出系數是由標準孔板的流出系數是由stolz方程給出的：方程給出的： （7-7）Re 雷諾

35、數雷諾數 ，L1孔板上游端面到上游取壓口的距離孔板上游端面到上游取壓口的距離除以管道內徑得出的商，除以管道內徑得出的商， L2 孔板下游端面到下游取孔板下游端面到下游取壓口的距離除以管道內徑得出的商。壓口的距離除以管道內徑得出的商。附錄表 給出了角接取壓孔板的C值。4SKD10 104108 . 3/DKs75. 065 . 281 . 2)Re10(0029. 01840. 00312. 05959. 0DC3214410337. 0)1 (0900. 0LL標準噴嘴（標準噴嘴（ISA1932噴嘴）的噴嘴）的C值值 及其不確定度及其不確定度求取標準噴嘴C值的原始實驗是在相對粗糙度 的管道中進

36、行的，但只要噴嘴上游側至少有10D的長度的管道的粗糙度在前節規定的限值內，C值仍可用。如不考慮 的不確定度，并假定管道的Ks/D 在規定的限值之內，則C值的百分率不確定度為（概率95）為： 標準噴嘴的C值在附錄表 中給出4108 . 3/DKs15. 1615. 421 . 4)Re10)(0033. 000175. 0(2262. 09900. 0DCDD Re、Cc/%8 . 0, 6 . 0CC)%4 . 02(, 6 . 0CC2.3標準節流裝置的流束膨脹系數 及其不確定度 標準節流裝置的形式確定后，其流束膨脹系數 決定于 、 和 。其中 是被測流體的等熵指數。標準孔板：若 、 和 是

37、已知的且無誤差，則標準孔板的百分率不確定度（概率95）為：1pp411(0.410.35)pp1pp%41pp 標準噴嘴： 標準噴嘴的 值的百分率不確定度（置信概率為95%）： %21pp2/1/2144111/21)1 (11)1 (1)1()1(pppppppp2.4標準節流裝置的壓力損失 流體流經標準節流裝置時，渦流產生必然造成壓力的損失，其損失大小因節流件形式而異。孔板的壓力損失要大于噴嘴的。 值愈小，壓力損失愈大。標準規定孔板與噴嘴都可用下式近似的計算壓力的損失： 標準孔板可用下式近似計算：1.91p424211CpC三、標準節流裝置的計算三、標準節流裝置的計算 3.1 計算命題計算

38、命題 常見的標準節流裝置計算命題大致有以下兩類：常見的標準節流裝置計算命題大致有以下兩類： (1) 已知管道內徑、節流裝置的開孔直徑、節流形式、取壓方式、被測流體參數等必要條件，要求根據所測得的壓差值計算流量，這一般是試驗工作中的命題。為了準確的求得流量的值，需要較準確的測量當時的壓差值和流體溫度、壓力等參數。（2）已知管道內徑以及管路的布置情況，流體的性質和參數值，大致流量范圍，要求設計標準節流裝置流量測量系統，即要進行下列工作：選擇節流件形式和確定節流件的開孔直徑選擇壓差計類型及其差壓和流量量程的范圍建議節流件在管道上的布置位置必要時計算流量測量的不確定度。3.1 計算命題計算命題3.2

39、原始資料和輔助計算公式原始資料和輔助計算公式任務書中應給出：被測流體的種類、參數（如溫度和壓力）、密度、動力粘度；對可壓縮流體，還應知道其等熵指數；管道和節流件的線膨脹系數和管道的絕對粗糙度。 計算時管道直徑D和節流件開孔直徑d 都應使用節流件工作溫度下的數值Dt和dt，節流件直徑比 式中： D20和 d20是20 下的管道內徑和節流件開孔直徑。應檢查流量測量范圍內的雷諾數是否在所使用的節流件的使用范圍內。管道雷諾數的計算公式為：dtD t20120DDtDt20120DdtdttmDDq4Re 在標準節流裝置計算時，由于流量公式中的未知數不止一個，且未知數間有一定的關系，所以通常情況下需用迭

40、代求解，即將流量公式中的已知量重新組合在等號的一邊，形成這一問題的“不變量”，將初始假設值引入等號另一邊，依次迭代，逐步逼近。3.3 計算流程計算流程（1）第一類命題）第一類命題A準備計算準備計算:求求B檢查直管段長度和粗糙度是否符合要求檢查直管段長度和粗糙度是否符合要求C迭代計算流量迭代計算流量qm(2)第二類命題第二類命題A準備計算準備計算B選擇節流件形式和差壓計類型和量程選擇節流件形式和差壓計類型和量程C計算常用流量下的差壓值計算常用流量下的差壓值D迭代計算迭代計算E迭代計算迭代計算F驗算壓力損失驗算壓力損失G確定確定d20和流束膨脹系數，粘度密度1,ttdD值值和d3.43.4標準節流

41、裝置測量結果的不確定度標準節流裝置測量結果的不確定度 式中所有的不確定的置信概率均為95 。具體計算可參看書本p213-2182/1212224224422)(41)(41)()12()()12()()(1pdDCqpdDCmqm四、非標準節流件及其應用四、非標準節流件及其應用 所謂非標準節流件，就是實驗數據較少，流量系數的誤差還相當大的尚未標準化的節流件。在某些特殊的情況下（例如管道直徑小于50毫米，雷諾數很小等等），不適用標準節流件，就只能選用非標準節流件或其它類型的流量計。下面舉兩種用于電廠燃料油量流量測量的非標準節流件。如下圖79所示，其中圖（a）為1/4圓弧孔板，圖（b）為錐形入口孔

42、板，都是同心孔板，與標準孔板相比，只是孔口廓形不同，前者為1/4圓弧，后者像一倒裝的標準孔板，各部分尺寸如圖中所示。圖79 圓弧入口孔板和錐形入口孔板 五、節流變壓降流量計的顯示儀表差壓計 目前使用最多的是雙波紋管式差壓計、電動力目前使用最多的是雙波紋管式差壓計、電動力平衡式與電容式差壓變送器平衡式與電容式差壓變送器. 工業上測流量用差壓計的標尺一般都以流量值工業上測流量用差壓計的標尺一般都以流量值為分度為分度,并刻出最大流量處的差壓值。并刻出最大流量處的差壓值。 改變節流件的類型和尺寸改變節流件的類型和尺寸,或者改變被測介質或者改變被測介質的種類和參數的種類和參數,都必須重新分度標尺都必須重

43、新分度標尺.這是由于這是由于分度關系分度關系 中的常數中的常數 在上述情在上述情況下發生了變化況下發生了變化.若僅僅是被測介質參數發生若僅僅是被測介質參數發生變化變化,則只要對常數中的密度則只要對常數中的密度 的變化進行補償的變化進行補償,就能消除或減少參數變化造成的流量指示誤差。就能消除或減少參數變化造成的流量指示誤差。21(2)4KCEd1pKqm 由于流量與差壓之間為平方關系由于流量與差壓之間為平方關系,因此差壓計因此差壓計標尺上的流量分度是不均勻的標尺上的流量分度是不均勻的,在流量較小時在流量較小時相對誤差會迅速增大相對誤差會迅速增大.因此因此,流量測量范圍常限流量測量范圍常限于是于是

44、1/3(或者或者1/4)標尺上限流量至標尺上限流標尺上限流量至標尺上限流量之間量之間.1/3(或或1/4)標尺上限流量以下一般不分標尺上限流量以下一般不分度度.流量測量用差壓計與節流裝置之間用差壓信號管路連接流量測量用差壓計與節流裝置之間用差壓信號管路連接,信號管路信號管路按最短的距離敷設按最短的距離敷設,一般總長度不超過一般總長度不超過50m,主要滿足以下條件主要滿足以下條件:1)所傳送的差壓不因經信號管路而發生變化；所傳送的差壓不因經信號管路而發生變化；2)信號管路要有閥門等必要附件信號管路要有閥門等必要附件,使得能在主設備運行的條件下沖使得能在主設備運行的條件下沖洗信號管路洗信號管路,現

45、場校驗差壓計以及在信號管路發生故障的情況下能現場校驗差壓計以及在信號管路發生故障的情況下能與主設備隔離；與主設備隔離；3)信號管路與水平面之間要有不小于信號管路與水平面之間要有不小于1:10的傾斜度的傾斜度,能隨時排出氣能隨時排出氣體體(對液體對液體,蒸氣介質蒸氣介質)或冷凝水或冷凝水(對于氣體介質對于氣體介質)；4)能防止有害物質能防止有害物質(如高溫介質如高溫介質)進入差壓計進入差壓計,在測量腐蝕性介質時在測量腐蝕性介質時要使用隔離容器要使用隔離容器.如信號管路中介質有凝固或冷凍的可能如信號管路中介質有凝固或冷凍的可能,要沿信要沿信號管路進行保溫號管路進行保溫,甚至采用蒸汽或電加熱甚至采用

46、蒸汽或電加熱,但要特別注意防止兩信但要特別注意防止兩信號管路加熱不均號管路加熱不均,或局部汽化造成誤差或局部汽化造成誤差.7.3 速度式流量測量方法速度式流量測量方法 速度式流量測量方法以直接測量管道內流體流速速度式流量測量方法以直接測量管道內流體流速 v v 作為流量測量的依據。作為流量測量的依據。若測得的是管道截面上的平均流速若測得的是管道截面上的平均流速 ，則流體的容積流量，則流體的容積流量 , ,A A為管道截面為管道截面面積。若測得的是管道截面上的某一點流速面積。若測得的是管道截面上的某一點流速v v ，則流體體積量，則流體體積量 ，K K為截為截面上的平均流速與被測點流速的比值，它

47、與管道內流速分布有關。面上的平均流速與被測點流速的比值，它與管道內流速分布有關。 vvqvAvqKvA在典型的層流或紊流分布的情況下，圓管截面上流速的分布是有規律的在典型的層流或紊流分布的情況下，圓管截面上流速的分布是有規律的,K為確定值，但在閥門、彎頭等局部阻力后流速分布變得非常不規則為確定值，但在閥門、彎頭等局部阻力后流速分布變得非常不規則, ,K K值很難確值很難確定，而且通常是不穩定的。因此速度式流量測量方法的一個共同特點是：測量定，而且通常是不穩定的。因此速度式流量測量方法的一個共同特點是：測量結果的準確度不但取決于儀表本身的準確度，而且與流速在管道截面上的分布結果的準確度不但取決于

48、儀表本身的準確度，而且與流速在管道截面上的分布有關。為了使測量時的流速分布與儀表分度時的流速分布相一致，要求在儀表有關。為了使測量時的流速分布與儀表分度時的流速分布相一致，要求在儀表前后有足夠長的直管段或加裝整流器，以使流體進入儀表前速度分度就達到典前后有足夠長的直管段或加裝整流器，以使流體進入儀表前速度分度就達到典型的層流或紊流分布，如圖型的層流或紊流分布，如圖7-107-10所示。所示。 對于半徑為R的圓管，在層流（ ）情況下，由于流動分層，沿管道截面的流速分布為 （7-8） 式中 管道中心處的最大流速； 離管道中心r處的流速； 離管道中心的距離。Re2300D2max1 () rvvRm

49、axvvr速度式流量測量方法（續速度式流量測量方法（續 1 ）也就是說，在層流情況下，流速沿管道截面按拋物面分布。由此可計算管道截也就是說，在層流情況下，流速沿管道截面按拋物面分布。由此可計算管道截面上的平均流速面上的平均流速 是在處是在處 ，其數值為管道中心最大流速，其數值為管道中心最大流速 的一半，的一半，而沿管道直徑的流速分布為一拋物線，沿直徑的平均流速而沿管道直徑的流速分布為一拋物線，沿直徑的平均流速 。所以層流。所以層流情況下截面上平均流速情況下截面上平均流速 是直徑上的平均流速是直徑上的平均流速 的的 倍。倍。 紊流情況下，由于存在流體的徑向流動，流速分布曲線隨雷諾數紊流情況下，由

50、于存在流體的徑向流動，流速分布曲線隨雷諾數 的增的增高而逐漸變平，變平程度還與管道粗糙度有關。對于光滑管道（即高而逐漸變平，變平程度還與管道粗糙度有關。對于光滑管道（即 其中：其中：D D為管道內徑，為管道內徑， 為管道內壁的絕對粗糙度），可由如下經驗公式表示為管道內壁的絕對粗糙度），可由如下經驗公式表示圓管中紊流下的流速分布：圓管中紊流下的流速分布： （7-97-9）式中式中 n n 與流體管道雷諾數有關的常數，數值見表與流體管道雷諾數有關的常數，數值見表7-57-5所列：所列： r r 與管道中心的距離與管道中心的距離表表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

51、n 值值v00.7071rRmaxvmax23DvvvDv43ReDsK/0.004sKD 1/max(1)nrvvR速度式流量測量方法（續速度式流量測量方法（續 2 ） 由上表可知，紊流情況下管道截面上的平均流速位于距離管道中心由上表可知，紊流情況下管道截面上的平均流速位于距離管道中心r r0 0=0.762R=0.762R左右之處。左右之處。 同樣，在紊流情況下，管道截面上的平均流速和沿管道直徑的平均流速同樣，在紊流情況下，管道截面上的平均流速和沿管道直徑的平均流速也是不一樣的。由于紊流情況下流速分布曲線比較平坦，兩者差別沒有層流也是不一樣的。由于紊流情況下流速分布曲線比較平坦，兩者差別沒

52、有層流時那么大，而且隨雷諾數的變化而略有不同，如表時那么大，而且隨雷諾數的變化而略有不同，如表7-77-7所示。所示。 此外，尚有很多近似描述圓管內充分發展紊流速度分布的數學模型，例此外，尚有很多近似描述圓管內充分發展紊流速度分布的數學模型，例如如“對數對數- -線形線形”法數學模型：法數學模型： 根據式（根據式（7-97-9）可以計算出紊流情況下，不同雷諾數時管道截面上平均）可以計算出紊流情況下，不同雷諾數時管道截面上平均流速所在的位置，以及截面平均流速與最大流速的比值，如表流速所在的位置，以及截面平均流速與最大流速的比值，如表7-67-6所示。所示。速度式流量測量方法（續速度式流量測量方法

53、（續 3 ） （7-107-10）式中：式中： ， ， 為常數；為常數；y y是離開管壁的距離（是離開管壁的距離（y=R-ry=R-r）。）。 由于速度式測量方法是通過測量流速而測得體積流量的，因此了解被由于速度式測量方法是通過測量流速而測得體積流量的，因此了解被測流體的流速分布及其對測量的影響是十分重要的。測流體的流速分布及其對測量的影響是十分重要的。 工業上常用的速度式流量測量儀表有渦輪式、電磁式、超聲波式、熱工業上常用的速度式流量測量儀表有渦輪式、電磁式、超聲波式、熱式和差壓式等。使用最廣泛的差壓式流量測量儀表。式和差壓式等。使用最廣泛的差壓式流量測量儀表。123lgyyvcccRR1c

54、2c3c速度式流量測量方法（續速度式流量測量方法（續 4 ） 一、渦輪流量計一、渦輪流量計 渦輪流量計實質上為一零渦輪流量計實質上為一零功率輸出的渦輪機，其結構如圖功率輸出的渦輪機，其結構如圖7-117-11所示。當被測流體通過時，所示。當被測流體通過時，沖擊渦輪葉片，使渦輪旋轉，在沖擊渦輪葉片，使渦輪旋轉，在一定的流量范圍內、一定的流體一定的流量范圍內、一定的流體粘度下，渦輪轉速與流速成正比。粘度下，渦輪轉速與流速成正比。當渦輪轉動時，渦輪上由導磁不當渦輪轉動時，渦輪上由導磁不銹鋼制成的螺旋形葉片順次接近銹鋼制成的螺旋形葉片順次接近處于管壁上的檢測線圈，周期性處于管壁上的檢測線圈，周期性地改

55、變檢測線圈磁電回路的磁阻，地改變檢測線圈磁電回路的磁阻，使通過線圈的磁通量發生周期性使通過線圈的磁通量發生周期性變化，檢測線圈產生與流量成正變化，檢測線圈產生與流量成正比的脈沖信號。此信號經比的脈沖信號。此信號經前置放大器放大后，可遠距離傳送至顯示儀表。在顯示儀表中對輸入脈沖前置放大器放大后，可遠距離傳送至顯示儀表。在顯示儀表中對輸入脈沖進行整形，然后一方面對脈沖信號進行積算以顯示總量，另一方面將脈沖進行整形，然后一方面對脈沖信號進行積算以顯示總量，另一方面將脈沖信號轉換為電流輸出指示瞬時流量。信號轉換為電流輸出指示瞬時流量。 速度式流量測量方法（續速度式流量測量方法（續 5 ）將渦輪的轉速轉

56、換為電脈沖信號的方法，除上述磁阻方法外，也將渦輪的轉速轉換為電脈沖信號的方法，除上述磁阻方法外，也可以采用感應方法，這時轉子用非導磁材料制成，將一小塊磁鋼可以采用感應方法，這時轉子用非導磁材料制成，將一小塊磁鋼埋在渦輪的內腔，當磁鋼在渦輪帶動下旋轉時，固定于殼體上的埋在渦輪的內腔，當磁鋼在渦輪帶動下旋轉時，固定于殼體上的檢測線圈中感應出電脈沖信號。磁阻放大比較簡單，并可提高輸檢測線圈中感應出電脈沖信號。磁阻放大比較簡單，并可提高輸出電脈沖頻率，有利于提高測量準確度。圖出電脈沖頻率，有利于提高測量準確度。圖7-117-11中導流器的作用中導流器的作用是導直流體的流束以及作渦輪的軸承支架用。導流器

57、和儀表殼體是導直流體的流束以及作渦輪的軸承支架用。導流器和儀表殼體均由非導磁不銹鋼制成。使用中，軸承的性能好壞是渦輪流量計均由非導磁不銹鋼制成。使用中，軸承的性能好壞是渦輪流量計使用壽命長短的關鍵。目前一般采用不銹鋼滾珠軸承和聚四氟乙使用壽命長短的關鍵。目前一般采用不銹鋼滾珠軸承和聚四氟乙烯、石墨、碳化鎢等非金屬材料指成的滑動軸承，前者適用于清烯、石墨、碳化鎢等非金屬材料指成的滑動軸承，前者適用于清潔的、有潤滑性的液體和氣體流量，流體中不能含有固體顆粒；潔的、有潤滑性的液體和氣體流量，流體中不能含有固體顆粒；后者適當選擇材料可用于非潤滑性流體、含微小顆粒和腐蝕性流后者適當選擇材料可用于非潤滑性

58、流體、含微小顆粒和腐蝕性流體測量中，以及由于液態氣體突然氣化等原因而有可能成渦輪高體測量中，以及由于液態氣體突然氣化等原因而有可能成渦輪高速運轉的場合。速運轉的場合。速度式流量測量方法（續速度式流量測量方法（續 6 ） 當葉輪處于勻速轉動的平衡狀態，并假定渦輪上所有的阻力矩均很小時，可當葉輪處于勻速轉動的平衡狀態，并假定渦輪上所有的阻力矩均很小時，可得到渦輪運動的穩態公式：得到渦輪運動的穩態公式： （7-117-11）式中式中 渦輪的角速度；渦輪的角速度； 作用于渦輪上的流體速度；作用于渦輪上的流體速度； 渦輪葉片的平均半徑；渦輪葉片的平均半徑； 葉片對渦輪軸線的傾角。葉片對渦輪軸線的傾角。檢

59、測線圈輸出的脈沖頻率為檢測線圈輸出的脈沖頻率為或或 （7-127-12）式中式中 z z渦輪上的葉片數；渦輪上的葉片數； n n渦輪的轉速，渦輪的轉速，r/sr/s。 （7-137-13）式中式中 流體體積流量；流體體積流量； A A流量計的有效通流面積。流量計的有效通流面積。0v tgr0vr2fnzz2fz0vqvAvq速度式流量測量方法（續速度式流量測量方法（續 7 ）將式（將式（7-117-11）、式（）、式（7-137-13）代入式（）代入式（7-127-12）得）得 （7-147-14）稱為儀表常數：稱為儀表常數： （7-157-15） 理論上，儀表常數理論上，儀表常數 僅與儀表結

60、構有關，但實際上僅與儀表結構有關，但實際上 值受很多因素值受很多因素的影響。例如：軸承摩擦及電磁阻力矩變化的影響，渦輪與流體之間粘的影響。例如：軸承摩擦及電磁阻力矩變化的影響，渦輪與流體之間粘性摩擦阻力矩的影響等。性摩擦阻力矩的影響等。2vvztgfqqrA2ztgrAvNQvQ典型的渦輪流量計的特性曲線如圖典型的渦輪流量計的特性曲線如圖7-127-12所所示，儀表出廠時由制造廠標后給出其在允示，儀表出廠時由制造廠標后給出其在允許流量測量范圍內的許流量測量范圍內的 平均值。因此，在平均值。因此，在一定時間間隔內流體流過的總量一定時間間隔內流體流過的總量 與輸出與輸出總脈沖數總脈沖數N N之間的