1、第第7章章 流量測(cè)量流量測(cè)量7.1 概述概述7.2 節(jié)流式流量計(jì)節(jié)流式流量計(jì)7.3 速度式流量計(jì)速度式流量計(jì)7.4 容積式流量計(jì)容積式流量計(jì)7.5 質(zhì)量流量計(jì)質(zhì)量流量計(jì)7.6 兩相流流量測(cè)量介紹兩相流流量測(cè)量介紹 7.1 流量測(cè)量概述流量測(cè)量概述1.流量流量2.流體的物理性質(zhì)與管流的基礎(chǔ)知識(shí)流體的物理性質(zhì)與管流的基礎(chǔ)知識(shí)3.流量測(cè)量方法流量測(cè)量方法4.流量測(cè)量系統(tǒng)流量測(cè)量系統(tǒng)5.流量計(jì)的校驗(yàn)與標(biāo)定流量計(jì)的校驗(yàn)與標(biāo)定7.1.1 流量流量n定義：定義：l流體在單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)某一有效截面的體積或質(zhì)量，前流體在單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)某一有效截面的體積或質(zhì)量，前者稱者稱體積流量體積流量，后者稱，后者稱質(zhì)量流量質(zhì)

2、量流量。n注意：注意：1.流體的密度流體的密度 隨流體的狀態(tài)參數(shù)而變化，故隨流體的狀態(tài)參數(shù)而變化，故在給出體積在給出體積流量的同時(shí)，必須指明流體的狀態(tài)流量的同時(shí)，必須指明流體的狀態(tài)。2.對(duì)于氣體，其密度隨壓力、溫度變化顯著，為了便于比對(duì)于氣體，其密度隨壓力、溫度變化顯著，為了便于比較，常把工作狀態(tài)下氣體的體積流量換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下較，常把工作狀態(tài)下氣體的體積流量換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下(溫度為溫度為20，絕對(duì)壓力為，絕對(duì)壓力為1atm)的體積流量，用的體積流量，用 QN 表示。表示。累積流量：累積流量：某一段時(shí)間內(nèi)流過(guò)的流體量，即某一段時(shí)間內(nèi)流過(guò)的流體量，即瞬時(shí)流量瞬時(shí)流量對(duì)時(shí)間的積分。對(duì)時(shí)間的積分。v

3、tmtVq dtMq dt流量計(jì)流量計(jì): :用來(lái)測(cè)量流量的儀表。用來(lái)測(cè)量流量的儀表。測(cè)量測(cè)量流量總量流量總量的儀表稱為的儀表稱為流體計(jì)量表流體計(jì)量表或或總量計(jì)總量計(jì)。累積流量：累積流量：dtqQtvvdtqQtmmAdAuAquAv 平均流速平均流速 ：u u流體在流過(guò)截面上各點(diǎn)的流速。流體在流過(guò)截面上各點(diǎn)的流速。vmqAuq 體積流量和質(zhì)量流量關(guān)系：體積流量和質(zhì)量流量關(guān)系：流量的計(jì)量單位流量的計(jì)量單位體積流量：體積流量：m3/s，質(zhì)量流量：質(zhì)量流量：kg/s；累積體積流量：累積體積流量：m3；累積質(zhì)量流量：累積質(zhì)量流量：kg。 工程上工程上使用的流量計(jì)量單位還有：使用的流量計(jì)量單位還有： m

4、3/h、L/min、t/hL、t（噸）（噸） 7.1.2 流體的物理性質(zhì)與管流基礎(chǔ)知識(shí)流體的物理性質(zhì)與管流基礎(chǔ)知識(shí)1. 流體的密度流體的密度單位體積的流體具有的質(zhì)量稱為單位體積的流體具有的質(zhì)量稱為流體密度流體密度，數(shù)學(xué)，數(shù)學(xué)表達(dá)式為：表達(dá)式為：M 流體質(zhì)量；流體質(zhì)量；V流體體積；流體體積； 流體的密度。流體的密度。流體密度是溫度和壓力的函數(shù)。單位是流體密度是溫度和壓力的函數(shù)。單位是 kg/m3。VM2. 流體粘度流體粘度流體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中阻滯剪切變形的粘滯力與流體的速度流體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中阻滯剪切變形的粘滯力與流體的速度梯度和接觸面積成正比，并與流體粘性有關(guān)，其數(shù)梯度和接觸面積成正比，并與流體粘性有關(guān)，

5、其數(shù)學(xué)表達(dá)式為（學(xué)表達(dá)式為（牛頓粘性定律牛頓粘性定律）：）： F 粘滯力；粘滯力； A 接觸面積；接觸面積； du/dy 流體垂直于速度方向的速度梯度；流體垂直于速度方向的速度梯度； 表征流體粘性的比例系數(shù)。表征流體粘性的比例系數(shù)。dyduAF流體的動(dòng)力粘度與流體密度的比值稱為流體的動(dòng)力粘度與流體密度的比值稱為運(yùn)動(dòng)粘度運(yùn)動(dòng)粘度，即，即 動(dòng)力粘度的單位為動(dòng)力粘度的單位為牛頓牛頓秒秒/米米2（Ns/m2），），帕斯卡秒（帕斯卡秒（Pas）；）；運(yùn)動(dòng)粘度的單位為運(yùn)動(dòng)粘度的單位為米米2/秒（秒（m2/s）。）。3. 流體的壓縮系數(shù)和膨脹系數(shù)流體的壓縮系數(shù)和膨脹系數(shù)n流體的壓縮性：流體的壓縮性：在一定的

6、溫度下，流體體積隨壓力增大而縮小的在一定的溫度下，流體體積隨壓力增大而縮小的特性；特性；n流體的膨脹性：流體的膨脹性：在一定壓力下，流體的體積隨溫度升高而增大的在一定壓力下，流體的體積隨溫度升高而增大的特性。特性。當(dāng)流體溫度不變而所受壓力變化時(shí)，其體積的相當(dāng)流體溫度不變而所受壓力變化時(shí)，其體積的相對(duì)變化率：對(duì)變化率：PVVk1k流體的體積壓縮系數(shù)，（流體的體積壓縮系數(shù)，（1/Pa）；）；V流體的原體積，流體的原體積，(m3)；P流體壓力增量，流體壓力增量，(Pa)；V 流體體積變化量，流體體積變化量，(m3)；1）壓縮系數(shù)）壓縮系數(shù)TVV1流體的體積膨脹系數(shù)流體的體積膨脹系數(shù)(1/)；V流體的

7、原體積，流體的原體積，(m3)； V流體體積變化量，流體體積變化量，(m3)；T流體溫度變化量流體溫度變化量()。在一定的壓力下，流體溫度變化時(shí)其體積的相對(duì)在一定的壓力下，流體溫度變化時(shí)其體積的相對(duì)變化率，即變化率，即 2）膨脹系數(shù)）膨脹系數(shù)雷諾數(shù)是流體流動(dòng)的慣性力與粘滯力之比，表示為：雷諾數(shù)是流體流動(dòng)的慣性力與粘滯力之比，表示為：LuLuReRe雷諾數(shù)（無(wú)量綱數(shù)）；雷諾數(shù)（無(wú)量綱數(shù)）；u流動(dòng)橫截面的平均流速，（流動(dòng)橫截面的平均流速，（m/s）；）；動(dòng)力粘度，（動(dòng)力粘度，（Ns/m2）；）； 運(yùn)動(dòng)粘度，（運(yùn)動(dòng)粘度，（m2/s）；）；流體的密度，流體的密度，(kg/m3)；L 特征長(zhǎng)度，（特征長(zhǎng)

8、度，（m）。）。4. 雷諾數(shù)雷諾數(shù)(1) (1) 單相流和多相流單相流和多相流單相流：管道中只有一種均勻狀態(tài)的流體流動(dòng)；單相流：管道中只有一種均勻狀態(tài)的流體流動(dòng)；多相流：管道中有兩種以上的不同相流體同時(shí)流動(dòng)。多相流：管道中有兩種以上的不同相流體同時(shí)流動(dòng)。 (2) (2) 可壓縮和不可壓縮流體的流動(dòng)可壓縮和不可壓縮流體的流動(dòng)流體：可壓縮和不可壓縮流體；流體：可壓縮和不可壓縮流體；流體的流動(dòng)：可壓縮流體流動(dòng)和不可壓縮流體流動(dòng)。流體的流動(dòng)：可壓縮流體流動(dòng)和不可壓縮流體流動(dòng)。5. 管流類型管流類型(3) 穩(wěn)定流和不穩(wěn)定流穩(wěn)定流和不穩(wěn)定流n穩(wěn)定流：穩(wěn)定流：l當(dāng)流體流動(dòng)時(shí)，若其各處的速度和壓力僅和流當(dāng)流體

9、流動(dòng)時(shí)，若其各處的速度和壓力僅和流體質(zhì)點(diǎn)所處的位置有關(guān)，而與時(shí)間無(wú)關(guān)；體質(zhì)點(diǎn)所處的位置有關(guān)，而與時(shí)間無(wú)關(guān)；n不穩(wěn)定流：不穩(wěn)定流：l若其各處的速度和壓力不僅和流體質(zhì)點(diǎn)所處的若其各處的速度和壓力不僅和流體質(zhì)點(diǎn)所處的位置有關(guān)，而且與時(shí)間出有關(guān)。位置有關(guān)，而且與時(shí)間出有關(guān)。(4) 層流與紊流層流與紊流n管內(nèi)流體有兩種流動(dòng)狀態(tài)：層流和紊流。管內(nèi)流體有兩種流動(dòng)狀態(tài)：層流和紊流。n層流：層流：l流體沿軸向作分層平行流動(dòng)，各流層質(zhì)點(diǎn)沒(méi)有垂流體沿軸向作分層平行流動(dòng)，各流層質(zhì)點(diǎn)沒(méi)有垂直于主流方向的橫向運(yùn)動(dòng)，互不混雜，有規(guī)則的直于主流方向的橫向運(yùn)動(dòng)，互不混雜，有規(guī)則的流線。流線。n紊流：紊流：l管內(nèi)流體不僅有軸向運(yùn)

10、動(dòng)，而且還有劇烈的無(wú)規(guī)管內(nèi)流體不僅有軸向運(yùn)動(dòng)，而且還有劇烈的無(wú)規(guī)則的橫向運(yùn)動(dòng)則的橫向運(yùn)動(dòng) 。圓形截面管道圓形截面管道，當(dāng)管內(nèi)流體為層流狀態(tài)時(shí)，沿半徑當(dāng)管內(nèi)流體為層流狀態(tài)時(shí)，沿半徑方向上的流速分布式表示為方向上的流速分布式表示為： 6. 流速分布與平均流速流速分布與平均流速n流體有粘性，當(dāng)它在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，即使是在同一管流體有粘性，當(dāng)它在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，即使是在同一管路截面上，流速也因其流經(jīng)的位置不同而不同。路截面上，流速也因其流經(jīng)的位置不同而不同。n越接近管壁，由于管壁與流體的粘滯作用，流速越越接近管壁，由于管壁與流體的粘滯作用，流速越低；管中心部分的流速最快。低；管中心部分的流速最快。n流體流動(dòng)狀

11、態(tài)不同將呈現(xiàn)不同的流速分布。流體流動(dòng)狀態(tài)不同將呈現(xiàn)不同的流速分布。xu距管中心距離距管中心距離xr處的流速；處的流速；maxu管中心處最大流速；管中心處最大流速；xr距管中心徑向距離；距管中心徑向距離；R 管內(nèi)半徑。管內(nèi)半徑。2max1Rruuxx 當(dāng)管內(nèi)流體為紊流狀態(tài)時(shí)，沿半徑方向上的當(dāng)管內(nèi)流體為紊流狀態(tài)時(shí)，沿半徑方向上的流速分布為：流速分布為：nxxRruu/1max1n n隨流體雷諾數(shù)不同而變化的系數(shù)隨流體雷諾數(shù)不同而變化的系數(shù) DRenDRenDRen 104 104 1042.5610.5420.5632.007.07.38.08.338.453.670.084.48.58.89.0

12、9.2110.0152.0198.0278.09.49.79.89.9雷諾數(shù)與雷諾數(shù)與n的關(guān)系的關(guān)系圓管內(nèi)的流速分布圓管內(nèi)的流速分布 根據(jù)流速求得流量的流量計(jì)，一般是檢測(cè)出平均根據(jù)流速求得流量的流量計(jì)，一般是檢測(cè)出平均流速后求得流量。流速后求得流量。 對(duì)于層流，平均流速是管中心最大流速的對(duì)于層流，平均流速是管中心最大流速的0.50.5倍倍( )( )； 紊流時(shí)的平均流速與紊流時(shí)的平均流速與 n n 值有關(guān)：值有關(guān)： max5 . 0 uu max2) 1212unnnu7. 流體流動(dòng)的連續(xù)性方程和伯努利方程流體流動(dòng)的連續(xù)性方程和伯努利方程(1)(1)連續(xù)性方程連續(xù)性方程任取一管段，設(shè)截面任取一

13、管段，設(shè)截面、截面、截面處的面積、流體密度處的面積、流體密度和截面上流體的平均流速分別為和截面上流體的平均流速分別為A1A1、 、 和和A2A2、 、 。 222111AuAu11u22u連續(xù)性方程示意圖連續(xù)性方程示意圖(2) (2) 伯努利方程伯努利方程理想流體在重力作用下在管內(nèi)定常流動(dòng)時(shí)，對(duì)于管道理想流體在重力作用下在管內(nèi)定常流動(dòng)時(shí)，對(duì)于管道中任意兩個(gè)截面中任意兩個(gè)截面和和，伯努利方程為伯努利方程為：2222222111upgZupgZ伯努利方程示意圖伯努利方程示意圖重力加速度重力加速度 截面截面和和相對(duì)基準(zhǔn)線的高度；相對(duì)基準(zhǔn)線的高度；截面截面和和上流體的靜壓力；上流體的靜壓力；截面截面和

14、和上流體的平均流速。上流體的平均流速。g21,ZZ21, pp21,uu實(shí)際流體具有粘性，在流動(dòng)過(guò)程中要克服流體與管壁實(shí)際流體具有粘性，在流動(dòng)過(guò)程中要克服流體與管壁以及流體內(nèi)部的摩擦阻力，使流體的一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)以及流體內(nèi)部的摩擦阻力，使流體的一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能。因此，實(shí)際流體的伯努利方程可寫為：化為熱能。因此，實(shí)際流體的伯努利方程可寫為： wghupgZupgZ2222222111wgh截面截面和和之間之間單位質(zhì)量實(shí)際流體流動(dòng)單位質(zhì)量實(shí)際流體流動(dòng) 產(chǎn)生的能量損失。產(chǎn)生的能量損失。 (2) (2) 實(shí)際流體的伯努利方程實(shí)際流體的伯努利方程7.1.3 流量測(cè)量方法流量測(cè)量方法目前，已使用的流量

15、計(jì)有目前，已使用的流量計(jì)有100多種。這些方法均可歸結(jié)多種。這些方法均可歸結(jié)為容積法、速度法、質(zhì)量流量法、差壓法等。為容積法、速度法、質(zhì)量流量法、差壓法等。1、差壓法：、差壓法：利用伯努利方程原理，通過(guò)測(cè)量流體差壓信號(hào)得到流利用伯努利方程原理，通過(guò)測(cè)量流體差壓信號(hào)得到流量的測(cè)量方法。量的測(cè)量方法。2容積法容積法n相當(dāng)于一個(gè)相當(dāng)于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)容器標(biāo)準(zhǔn)容器連續(xù)不斷地對(duì)流體進(jìn)行度量，單位時(shí)連續(xù)不斷地對(duì)流體進(jìn)行度量，單位時(shí)間內(nèi)，度量的次數(shù)越多，說(shuō)明流量越大。間內(nèi)，度量的次數(shù)越多，說(shuō)明流量越大。n特點(diǎn)：特點(diǎn)：1.受流動(dòng)狀態(tài)影響較小，適用于高粘度、低雷諾數(shù)的流體；受流動(dòng)狀態(tài)影響較小，適用于高粘度、低雷諾數(shù)的流

16、體；2.不宜于測(cè)量高溫高壓以及臟污介質(zhì)的流量；不宜于測(cè)量高溫高壓以及臟污介質(zhì)的流量；3.流量測(cè)量上限較小。流量測(cè)量上限較小。n主要類型：主要類型：l橢圓齒輪流量計(jì)橢圓齒輪流量計(jì)l腰輪流量計(jì)腰輪流量計(jì)l刮板流量計(jì)等。刮板流量計(jì)等。3速度法速度法由流體的一元流動(dòng)的連續(xù)方程，截面上的平均流速與由流體的一元流動(dòng)的連續(xù)方程，截面上的平均流速與體積流量成正比，如果可得到體積流量成正比，如果可得到流體密度流體密度的信號(hào)，便的信號(hào)，便可得到可得到質(zhì)量流量質(zhì)量流量。 節(jié)流式流量計(jì)節(jié)流式流量計(jì)是應(yīng)用最廣泛的一種速度法流量計(jì)。其是應(yīng)用最廣泛的一種速度法流量計(jì)。其他形式的速度式流量計(jì)還有他形式的速度式流量計(jì)還有轉(zhuǎn)子流

17、量計(jì)、渦輪流量轉(zhuǎn)子流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、電磁流量計(jì)、超聲流量計(jì)計(jì)、電磁流量計(jì)、超聲流量計(jì)等。等。AdAuAquAv 平均流速平均流速 ：4質(zhì)量流量法質(zhì)量流量法方法方法1：測(cè)量流體的測(cè)量流體的體積流量體積流量，根據(jù)測(cè)量得到的流體的壓力、溫，根據(jù)測(cè)量得到的流體的壓力、溫度等狀態(tài)參數(shù)對(duì)流體度等狀態(tài)參數(shù)對(duì)流體密度密度的變化進(jìn)行的變化進(jìn)行補(bǔ)償補(bǔ)償。方法方法2：測(cè)量與流體質(zhì)量流量有關(guān)的物理量測(cè)量與流體質(zhì)量流量有關(guān)的物理量(如動(dòng)量、動(dòng)量矩等如動(dòng)量、動(dòng)量矩等)，從而從而直接得到質(zhì)量流量直接得到質(zhì)量流量。這種方法與流體的成分和參數(shù)無(wú)關(guān)，具有明顯的優(yōu)越性。這種方法與流體的成分和參數(shù)無(wú)關(guān)，具有明顯的優(yōu)越性。但目前的質(zhì)

18、量流量計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴。但目前的質(zhì)量流量計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴。在線測(cè)量在線測(cè)量流體密度的難度很大，影響了質(zhì)量流量的測(cè)量流體密度的難度很大，影響了質(zhì)量流量的測(cè)量準(zhǔn)確性。準(zhǔn)確性。類類 別別工作原理工作原理儀表名稱儀表名稱可測(cè)流可測(cè)流體種類體種類適用管徑適用管徑mm測(cè)量精測(cè)量精度度安裝要求、安裝要求、特點(diǎn)特點(diǎn)體體積積流流量量計(jì)計(jì)差流差流壓量壓量式計(jì)式計(jì)流體流過(guò)通流體流過(guò)通管道中的阻管道中的阻力件時(shí)產(chǎn)生力件時(shí)產(chǎn)生的壓力差與的壓力差與流量之間有流量之間有確定關(guān)系，確定關(guān)系，通過(guò)測(cè)量差通過(guò)測(cè)量差壓值求得流壓值求得流量量節(jié)節(jié)流流式式孔板孔板液、氣、液、氣、蒸汽蒸汽50100012需直管段，需直管段，壓損

19、大壓損大噴嘴噴嘴50500需直管段，需直管段，壓損中等壓損中等文丘里管文丘里管1001200需直管段，需直管段，壓損小壓損小均速管均速管液、氣、液、氣、蒸汽蒸汽2590001需直管段，需直管段，壓損小壓損小轉(zhuǎn)子流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)液、氣液、氣41502垂直安裝垂直安裝靶式流量計(jì)靶式流量計(jì)液、氣、液、氣、蒸汽蒸汽1520014需直管段，需直管段，彎管流量計(jì)彎管流量計(jì)液、氣液、氣0.55需直管段，需直管段，無(wú)壓損無(wú)壓損容流容流積量積量式計(jì)式計(jì)直接對(duì)儀表直接對(duì)儀表排出的定量排出的定量流體計(jì)數(shù)確流體計(jì)數(shù)確定流量定流量橢園齒輪流量橢園齒輪流量計(jì)計(jì)液液104000.20.0.5無(wú)直管段要求，無(wú)直管段要求，需裝

20、過(guò)濾器，需裝過(guò)濾器，壓損中等壓損中等腰輪流量計(jì)腰輪流量計(jì)液、氣液、氣刮板流量計(jì)刮板流量計(jì)液液0.2無(wú)直管段要求，無(wú)直管段要求，壓損小壓損小速速流流度度量量式式計(jì)計(jì)通過(guò)測(cè)量通過(guò)測(cè)量管道截面管道截面上流體平上流體平均流速來(lái)均流速來(lái)測(cè)量流量測(cè)量流量渦輪流量計(jì)渦輪流量計(jì)液、液、氣氣46000.10.0.5需直管段，需直管段，裝過(guò)濾器裝過(guò)濾器渦街流量計(jì)渦街流量計(jì)液、液、氣氣15010000.51需直管段需直管段電磁流量計(jì)電磁流量計(jì)導(dǎo)導(dǎo)電電液液體體620000.51.5直管段要求不直管段要求不高，無(wú)壓損高，無(wú)壓損超聲波流量計(jì)超聲波流量計(jì)液液101需直管段，需直管段，無(wú)壓損無(wú)壓損直直接接式式直接檢測(cè)直接檢測(cè)

21、與質(zhì)量流與質(zhì)量流量成比例量成比例的量來(lái)質(zhì)的量來(lái)質(zhì)量流量量流量熱式質(zhì)量流量計(jì)熱式質(zhì)量流量計(jì)氣氣1沖量式質(zhì)量流量計(jì)沖量式質(zhì)量流量計(jì)固固體體粉粉料料0.22 2科氏質(zhì)量流量計(jì)科氏質(zhì)量流量計(jì)液、液、氣氣0.15間間接接式式同時(shí)測(cè)體同時(shí)測(cè)體積流量和積流量和流體密度流體密度來(lái)計(jì)算質(zhì)來(lái)計(jì)算質(zhì)量流量量流量體積流量經(jīng)密度補(bǔ)體積流量經(jīng)密度補(bǔ)償償液、液、氣氣0.5溫度、壓力補(bǔ)償溫度、壓力補(bǔ)償體體積積流流量量計(jì)計(jì)質(zhì)質(zhì)量量流流量量計(jì)計(jì)任何流量計(jì)都有其適用范圍，對(duì)流體的特性以及管任何流量計(jì)都有其適用范圍，對(duì)流體的特性以及管道條件都有特定的要求。目前生產(chǎn)的各種容積法和道條件都有特定的要求。目前生產(chǎn)的各種容積法和速度法流量計(jì)

22、，都要求滿足下列條件：速度法流量計(jì)，都要求滿足下列條件：1.流體必須充滿管道內(nèi)部，并連續(xù)流動(dòng)；流體必須充滿管道內(nèi)部，并連續(xù)流動(dòng)；2.流體在物理上和熱力學(xué)上是單相，流經(jīng)測(cè)量元件時(shí)流體在物理上和熱力學(xué)上是單相，流經(jīng)測(cè)量元件時(shí)不發(fā)生相變；不發(fā)生相變；3.流速一般低于音速。流速一般低于音速。 雖然兩相流動(dòng)是工業(yè)過(guò)程中廣泛存在的流動(dòng)現(xiàn)象。雖然兩相流動(dòng)是工業(yè)過(guò)程中廣泛存在的流動(dòng)現(xiàn)象。但目前尚無(wú)成熟的兩相流流量?jī)x器。但目前尚無(wú)成熟的兩相流流量?jī)x器。7.2 節(jié)流式流量計(jì)節(jié)流式流量計(jì)1.原理及流量方程原理及流量方程2.結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)3.有關(guān)參數(shù)有關(guān)參數(shù)4.測(cè)量誤差測(cè)量誤差5.使用范圍使用范圍6.設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)計(jì)算7.非

23、標(biāo)節(jié)流元件非標(biāo)節(jié)流元件差壓式流量計(jì)基于流體在通過(guò)設(shè)置于流通管道上差壓式流量計(jì)基于流體在通過(guò)設(shè)置于流通管道上的流動(dòng)阻力件時(shí)產(chǎn)生的的流動(dòng)阻力件時(shí)產(chǎn)生的壓力差壓力差與與流體流量流體流量之間的之間的確定關(guān)系，通過(guò)測(cè)量確定關(guān)系，通過(guò)測(cè)量差壓值差壓值求得求得流體流量流體流量。 1-1-節(jié)流元件節(jié)流元件 2-2-引壓管路引壓管路3-3-三閥組三閥組 4-4-差壓計(jì)差壓計(jì) 節(jié)流式流量計(jì)組成節(jié)流式流量計(jì)組成 圖7-3 流體流經(jīng)節(jié)流件時(shí)壓力和流速變化情況7.2.1 節(jié)流裝置測(cè)量原理及流量方程節(jié)流裝置測(cè)量原理及流量方程在充滿流體的管道中放在充滿流體的管道中放置一個(gè)固定的、有孔的置一個(gè)固定的、有孔的節(jié)流元件，造成流束

24、的節(jié)流元件，造成流束的局部收縮。局部收縮。對(duì)對(duì)一定結(jié)構(gòu)一定結(jié)構(gòu)的節(jié)流元件，的節(jié)流元件，其其前后的靜壓差前后的靜壓差與與流量流量成一定的函數(shù)關(guān)系。成一定的函數(shù)關(guān)系。節(jié)流元件節(jié)流元件、靜差壓取出靜差壓取出裝置裝置和和節(jié)流元件前后的節(jié)流元件前后的直管段的組合體直管段的組合體，稱為，稱為節(jié)流裝置。節(jié)流裝置。n根據(jù)截面根據(jù)截面1、2處的壓力能、動(dòng)能和勢(shì)能的關(guān)系，可寫出處的壓力能、動(dòng)能和勢(shì)能的關(guān)系，可寫出伯努利方程：伯努利方程： (7-2)C1,C2：截面：截面1，2處流速不均勻，以平均流速計(jì)算動(dòng)能時(shí)采用的修正系數(shù)；處流速不均勻，以平均流速計(jì)算動(dòng)能時(shí)采用的修正系數(shù)；Z1,Z2：截面：截面1，2處流體對(duì)參考

25、水平面的距離；處流體對(duì)參考水平面的距離；g: 重力加速度；重力加速度； : 能量損失系數(shù)。能量損失系數(shù)。n根據(jù)流體流動(dòng)的連續(xù)性方程，有根據(jù)流體流動(dòng)的連續(xù)性方程，有 (7-3)22222222222221121111vgZvCpgZvCp222111AvAv1、不可壓縮流體的流量方程、不可壓縮流體的流量方程不可壓縮流體：不可壓縮流體： 1 = 2 = 水平管道：水平管道：Z1 = Z2非水平管道：因截面距離很近，也可認(rèn)為非水平管道：因截面距離很近，也可認(rèn)為Z1 = Z2 。將上述關(guān)系帶入方程將上述關(guān)系帶入方程(7-2)、(7-3)，得，得10AAm 02AA定義節(jié)流元件開孔面積定義節(jié)流元件開孔面

26、積A0，收縮系數(shù)，收縮系數(shù) 2222222222111vvCpvCp2211AvAv(7-5)(7-4)212212221ppmCCv(7-8)可得：可得：流體的質(zhì)量流量流體的質(zhì)量流量G：定義流量系數(shù)定義流量系數(shù)a21ppp定義定義即不可壓縮流體的流量方程。即不可壓縮流體的流量方程。方程中的流量系數(shù)方程中的流量系數(shù)a 也可用流出系數(shù)也可用流出系數(shù) C 代替。代替。流出系數(shù)流出系數(shù)指實(shí)際流量與不考慮能量損失，并取指實(shí)際流量與不考慮能量損失，并取C1=C2=1， = 1， = 1時(shí)的計(jì)算流量的比值。可證明時(shí)的計(jì)算流量的比值?？勺C明2、可壓縮流體的流量方程、可壓縮流體的流量方程7.2.2 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝

27、置標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置n對(duì)于不同幾何形狀的節(jié)流元件及不同的取壓對(duì)于不同幾何形狀的節(jié)流元件及不同的取壓方式，方式， 流量方程中的流量方程中的 (或或C)、 各不相同，受各不相同，受多種因素影響，須由實(shí)驗(yàn)求出。多種因素影響，須由實(shí)驗(yàn)求出。n因此，任意節(jié)流裝置使用起來(lái)不方便，必須因此，任意節(jié)流裝置使用起來(lái)不方便，必須使其使其標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)化。建立標(biāo)準(zhǔn)化節(jié)流裝置的理論基礎(chǔ)建立標(biāo)準(zhǔn)化節(jié)流裝置的理論基礎(chǔ)n對(duì)于一定粗糙度的管道，對(duì)于一定粗糙度的管道，幾何相似幾何相似（ 相等）的節(jié)流裝置相等）的節(jié)流裝置在在流體動(dòng)力學(xué)相似流體動(dòng)力學(xué)相似（管內(nèi)管內(nèi)ReD相等）的條件下，相等）的條件下，流量系數(shù)流量系數(shù) 相等相等。 值完全可由

28、實(shí)驗(yàn)確定。值完全可由實(shí)驗(yàn)確定。n節(jié)流元件的標(biāo)準(zhǔn)形式節(jié)流元件的標(biāo)準(zhǔn)形式包括：包括：1. 和和 的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)2.保證與試驗(yàn)時(shí)保證與試驗(yàn)時(shí)幾何相似幾何相似和和流體動(dòng)力學(xué)相似流體動(dòng)力學(xué)相似的具體條件的具體條件（如節(jié)流元件的結(jié)構(gòu)尺寸、取壓方式、管道條件、流體（如節(jié)流元件的結(jié)構(gòu)尺寸、取壓方式、管道條件、流體條件）符合國(guó)際規(guī)定的條件。條件）符合國(guó)際規(guī)定的條件。n標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置l可直接使用給出的可直接使用給出的 、 值，流量與壓差的關(guān)系不必校值，流量與壓差的關(guān)系不必校準(zhǔn)，可在規(guī)定的誤差范圍內(nèi)通過(guò)計(jì)算求得。準(zhǔn)，可在規(guī)定的誤差范圍內(nèi)通過(guò)計(jì)算求得。n我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB2624-93規(guī)定的

29、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置為：為：標(biāo)準(zhǔn)孔板，角接取壓標(biāo)準(zhǔn)孔板，角接取壓；標(biāo)準(zhǔn)孔板，法蘭取壓標(biāo)準(zhǔn)孔板，法蘭取壓；ISAl932噴嘴噴嘴(標(biāo)準(zhǔn)噴嘴標(biāo)準(zhǔn)噴嘴)，角接取壓。，角接取壓。n其他標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，其他標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，l長(zhǎng)徑噴嘴長(zhǎng)徑噴嘴l文丘里噴嘴。文丘里噴嘴。1、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件(1) 標(biāo)準(zhǔn)孔板標(biāo)準(zhǔn)孔板l標(biāo)準(zhǔn)孔板為中間開孔、兩面平整且平行的薄板，標(biāo)準(zhǔn)孔板為中間開孔、兩面平整且平行的薄板，由不銹鋼制成。由不銹鋼制成。(2) ISA1932噴嘴噴嘴(標(biāo)準(zhǔn)噴嘴標(biāo)準(zhǔn)噴嘴)n ISA1932噴嘴的噴嘴的型線的組成型線的組成1.進(jìn)口端面進(jìn)口端面A；2.收縮部分第一圓收縮部分第一圓弧面弧面C13

30、.第二圓弧面第二圓弧面C24.圓筒形喉部圓筒形喉部e5.圓筒形出口邊緣圓筒形出口邊緣保護(hù)槽保護(hù)槽Hn圓筒形喉部長(zhǎng)圓筒形喉部長(zhǎng)0.3d，其直徑即，其直徑即節(jié)流件開孔直徑節(jié)流件開孔直徑d。ISA1932噴嘴的加工安裝要求噴嘴的加工安裝要求2、取壓裝置、取壓裝置n 環(huán)室有均壓作用，環(huán)室有均壓作用，壓差比較穩(wěn)定，壓差比較穩(wěn)定，所以被廣泛采用。所以被廣泛采用。n但當(dāng)管徑超過(guò)但當(dāng)管徑超過(guò)500mm時(shí)，環(huán)室時(shí)，環(huán)室加工麻煩，一般加工麻煩，一般都采用單獨(dú)鉆孔都采用單獨(dú)鉆孔取壓。取壓。法蘭取壓法蘭取壓角接取壓裝置角接取壓裝置 法蘭取壓裝置法蘭取壓裝置 v 角接取壓：簡(jiǎn)便，容易實(shí)現(xiàn)環(huán)室取壓，測(cè)量精度較高。角接取壓

31、：簡(jiǎn)便，容易實(shí)現(xiàn)環(huán)室取壓，測(cè)量精度較高。v 法蘭取壓：結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，容易裝配，精度較角接取壓低。法蘭取壓：結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，容易裝配，精度較角接取壓低。3、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的管道條件、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的管道條件節(jié)流件前后直管段節(jié)流件前后直管段ll，l2的要求見(jiàn)的要求見(jiàn)附表附表7-1(P249)。1)ll的長(zhǎng)度取決于節(jié)流件上游第一個(gè)阻力件形式和節(jié)流件的的長(zhǎng)度取決于節(jié)流件上游第一個(gè)阻力件形式和節(jié)流件的 值，表中所列數(shù)值是值，表中所列數(shù)值是管道內(nèi)徑管道內(nèi)徑D的倍數(shù)的倍數(shù)。2)如果實(shí)際的如果實(shí)際的ll在括號(hào)內(nèi)和括號(hào)外的數(shù)字之間，則應(yīng)對(duì)流量測(cè)在括號(hào)內(nèi)和括號(hào)外的數(shù)字之間，則應(yīng)對(duì)流量測(cè)量的極限誤差算術(shù)值加上量的極限誤差算術(shù)

32、值加上0.5。3)若節(jié)流件上游有兩個(gè)阻力件，其間的直管段長(zhǎng)度若節(jié)流件上游有兩個(gè)阻力件，其間的直管段長(zhǎng)度l0 ，取按，取按上游第二個(gè)阻力件形式和上游第二個(gè)阻力件形式和 =0.7(不論實(shí)際不論實(shí)際 為多少為多少)查查附表附表7-1所得所得ll的一半。的一半。4)如節(jié)流件上游有溫度計(jì)套管，它與節(jié)流件的距離應(yīng)為如節(jié)流件上游有溫度計(jì)套管，它與節(jié)流件的距離應(yīng)為5D(3D)(當(dāng)溫度計(jì)套管直徑當(dāng)溫度計(jì)套管直徑0.03D時(shí)時(shí))或或20D(10D)(當(dāng)溫當(dāng)溫度計(jì)套管直徑在度計(jì)套管直徑在0.03D0.13D之間時(shí)之間時(shí))。一般應(yīng)盡可能把。一般應(yīng)盡可能把溫度計(jì)裝于節(jié)流件之后，此時(shí)要求它與節(jié)流件的距離大溫度計(jì)裝于節(jié)流件

33、之后，此時(shí)要求它與節(jié)流件的距離大于于5D。5)如果節(jié)流件上游有如果節(jié)流件上游有直徑大于直徑大于2D的容器的容器造成突然收縮或有造成突然收縮或有開敞空間，其與節(jié)流件的距離不得小于開敞空間，其與節(jié)流件的距離不得小于30D(15D)。6)如實(shí)際使用的節(jié)流件上游的阻力件的形式?jīng)]有包括在附如實(shí)際使用的節(jié)流件上游的阻力件的形式?jīng)]有包括在附錄表錄表7-1內(nèi)，或要求的三個(gè)直管段長(zhǎng)度內(nèi)，或要求的三個(gè)直管段長(zhǎng)度(ll，l2 ，l3)有一個(gè)有一個(gè)小于括號(hào)內(nèi)的數(shù)值或有兩個(gè)都在括號(hào)內(nèi)外數(shù)值之間，則小于括號(hào)內(nèi)的數(shù)值或有兩個(gè)都在括號(hào)內(nèi)外數(shù)值之間，則整套節(jié)流裝置需單獨(dú)標(biāo)定。整套節(jié)流裝置需單獨(dú)標(biāo)定。 7)在節(jié)流件在節(jié)流件上游上

34、游10D和和下游下游4D的范圍內(nèi)，管道內(nèi)壁應(yīng)沒(méi)有的范圍內(nèi)，管道內(nèi)壁應(yīng)沒(méi)有肉眼可見(jiàn)的凸凹不平、沉積物或結(jié)垢。肉眼可見(jiàn)的凸凹不平、沉積物或結(jié)垢。8)為了得到精確的為了得到精確的D值和滿足管道圓度的要求，應(yīng)在節(jié)流值和滿足管道圓度的要求，應(yīng)在節(jié)流件上游件上游0D，0.5D，1D，2D處取與管道軸線垂直的四個(gè)處取與管道軸線垂直的四個(gè)截面，對(duì)每個(gè)截面等角距地測(cè)量四個(gè)管道內(nèi)徑，這十六截面，對(duì)每個(gè)截面等角距地測(cè)量四個(gè)管道內(nèi)徑，這十六個(gè)測(cè)量值的算術(shù)平均值作為個(gè)測(cè)量值的算術(shù)平均值作為D值，并且平均值與任一單值，并且平均值與任一單測(cè)值的偏差不大于測(cè)值的偏差不大于0.3 。對(duì)于節(jié)流件下游管道，也。對(duì)于節(jié)流件下游管道，

35、也要在要在2D范圍內(nèi)這樣測(cè)量，但要求可降低，單測(cè)值可少些，范圍內(nèi)這樣測(cè)量，但要求可降低，單測(cè)值可少些，任一單測(cè)值與平均值的偏差不大干任一單測(cè)值與平均值的偏差不大干2。4標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的流體條件標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的流體條件n標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置測(cè)量流體必須滿足如下要求，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置測(cè)量流體必須滿足如下要求，1.滿管，流體必須充滿管道內(nèi)部，并連續(xù)流動(dòng)；滿管，流體必須充滿管道內(nèi)部，并連續(xù)流動(dòng)；2.單相，流體在物理上和熱力學(xué)上是單相，流經(jīng)測(cè)量元件單相，流體在物理上和熱力學(xué)上是單相，流經(jīng)測(cè)量元件時(shí)不發(fā)生相變；時(shí)不發(fā)生相變；3.流體的速度一般低于音速。流體的速度一般低于音速。n流體必須是在流體必須是在圓管內(nèi)流動(dòng)圓管內(nèi)流動(dòng)

36、，且已知密度和粘度，且已知密度和粘度，流速穩(wěn)定，不存在旋渦流速穩(wěn)定，不存在旋渦，只允許，只允許流量緩慢變化流量緩慢變化。7.2.3 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的參數(shù)1、流量系數(shù)、流量系數(shù) l 與與 、ReD、管道粗糙度有關(guān)。、管道粗糙度有關(guān)。管道粗糙，管道粗糙， 大。大。管道粗糙度用管道粗糙度用絕對(duì)粗糙度絕對(duì)粗糙度kc或或相對(duì)粗糙度相對(duì)粗糙度kc/D來(lái)表示。來(lái)表示。常用管道的粗糙度如常用管道的粗糙度如附表附表7-2所示。所示。l為了使用方便，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，往往在光滑管道為了使用方便，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，往往在光滑管道(kc/D0.0004)上，根據(jù)式上，根據(jù)式(7-12)測(cè)定流量系數(shù)，稱為測(cè)定流量系數(shù)，稱為光管流量系光管流量系數(shù)數(shù)或或原始流量系數(shù)原始流量系數(shù) 0，并編成圖，并編成圖7-8所示的所示的 0f( 2, ReD)的圖形。的圖形。n分析：分析：l不同的節(jié)流裝置，不同的節(jié)流裝置， 0不同。不同。l同一節(jié)流裝置，在某一同一節(jié)流裝置，在某一 值值, 0隨隨ReD變化。變化。l隨著隨著ReD的增大，的增大， 0的變化越來(lái)越小。的變化越來(lái)越小。n流量變化時(shí)，流量變化時(shí)， 0跟隨發(fā)生變化，處理方法跟隨發(fā)生變化，處理方法如下：如下：l限制流量的變化范圍，使得在最大流量限制流量的變化范圍，使得在最大流量和最小流量時(shí)和最小流量時(shí) 0的的變化不超過(guò)的的變