各种流量计原理及选型.ppt

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1、第三篇流量测量,概述第七章差压式流量计第十一章涡轮流量计第八章面积流量计第十二章靶式流量计第九章容积式流量计第十三章旋涡流量计第十章电磁流量计第十四章质量流量计第十五章流量计的校验与标定,概述,在生产过程中，为了有效地指导生产操作，监视和控制生产，必须经常地检测生产过程中各种介质（液体、气体、蒸汽和固体等）的流量，以便为管理和控制生产提供依据。随着科学技术和生产的发展，生产环境日趋复杂，对于流量检测的要求也越来越高，例如生产工艺条件有高温高压，低温低压等；介质有高黏度、低黏度以及强腐蚀等，流动状态有层流，紊流和脉动流；检测对象有单相、多相之分；检测范围从每秒数滴到每小时数百吨；流体流动管道有数

2、毫米到1米以上直径等等。面对这样复杂的情况，现在已有很多种检测方法。但还没有统一的分类方式，一般可按下面分类：,椭圆齿轮、腰轮、旋转活塞 容积法 刮板 体积流量 流体力学法、电学法 速度法声学法、热学法 光学法 直接法 质量流量 推导法 但就目前工业生产中应用情况看，无论是一般检测或特殊检测，无论是大流量或小流量，无论介质及工况如何，大部分都是利用节流原理（速度法中流体力学方法）进行流量检测，故本篇的重点将介绍差压式流量检测方法及节流件的设计计算，同时也介绍其他较常用的流量测量仪表如面积式流量计、容积式流量计、电磁流量计、涡轮流量计、漩涡流量计、靶式流量计、均速管流量计。,流量分为瞬时流量及累

3、积流量。瞬时流量是指在单位时间内流过管道某截面流体的量，可分为体积流量及质量流量。累积流量是指一段时间内，流过管道截面积流体的总和。体积流量如果流体通过管道某截面的一个微小面积dA上的流速为u则通过此微小面积的体积流量为 dQ=udA通过管道全截面的体积流量为 Q=udA 如果流体通过此管道截面各处的流速均相等，则可得体积流量与流速的关系为 Q=uA式中A管道的截面积。,实际上，流体在管道中流动时，同一截面上各处的速度并不相等，所以上式中的V指平均速度（在本篇中，如未加特殊说明，均指平均流速）。体积流量一般用每小时立方米（m3 h）、每小时升（Lh）表示。质量流量 如果流体的密度为产，由Q=U

4、A可求出质量流量为 M=Q=uA 流体的密度是随工况参数变化的。对于液体，由于压力变化对密度的影响非常小，一般可以忽略不计，但是，温度变化所产生的影响，则应引起注意。不过，一般温度每变化100C液体的密度变化约在1以内，所以除温度变化较大、测量准确度要求较高的场合外，往往也可以忽略不计。对于气体，由于密度受温、压力变化影响较大，例如，在常温附近，温度每变化10变化,约为35；在常压附近，压力每变化10kPa，密度约变化10。因此在测量气体体积流量时，必须同时测量流体的温度和压力，并将不同工况条件下的体积流量换算成标准体积流量VN Nm3/h。所谓标准体积流量，在工业上，一般是指20 C、1.3

5、X105 Pa条件下的体积流量。总量又称累积流量，在时间出和t2 之间体积总量V和质量总量m可用下式表示 V Qdt m=Mdt 流体总量一般用m3 或kg表示。通常把用来测量流量（瞬时流量）的仪表称为流量计，把用来计量总量的仪表称为计量表。,0,第七章差压式流量计,第一节差压式流量计测量流量的基本原理第二节差压式流量计组成第三节标准节流装置第四节实用流量公式及有关参数的确定方法第五节被测流体的物理参数的确定方法第六节标准节流装置的设计计算第七节特殊节流装置第八节差压计第九节差压式流量计的安装第十节差压式流量计使用中的测量误差,在工艺管道中安装一个直径比管径小的节流件时，流体在管道中流动，由于

6、流通截面突然缩小，流束必然要产生局部收缩，流速加快。根据能量守恒定律，动压能和静压能在一定条件下可以互相转换，流速加快的结果必然要导致静压能的降低，因而在节流件的上、下游之间产生了静压差。这个静压差的大小和流过流体的流量有关，所以，可以通过此静压差来求流量。采用上述原理测量流量的仪表称为差压式流量计。差压式流量计是工业上使用最多的流量计之一。据调查，在炼油厂、炼钢厂、发电厂等工业生产系统中使用的流量计80以上是差压式流量计。差压式流量计使用之所以广泛，是由于结构简单、安装方便、有很长的历史背景、有可靠性高的实验数据。差压式流量计使用也非常方便，一旦按照“标准”要求加工成形，并按规定安装以后，进

7、行流量测量时，不作标定也能在不确定度的范围进行流量测量。标定过程可以省略，这一点是很大的优点，这个优点产生的背景是广大研究人员实验数据的积累。,第一节差压式流量计测量流量的基本原理,在管道中流动的流体，具有动能和位能，并在一定条件下这两种形式的能量可以相互转换，但参加转换的能量总和是不变的。应用动压能和静压能转换的方法测量流量，就是基于这一原理实现的。下面先写出在管道中流动流体的能量方程。假设流体是在水平管道中沿轴线方向稳定流动，流体不对外作功，和外界也没有热量交换，流体本身也没有温度变化。根据这些条件，可以写出以下的能量方程。对于不可压缩性理想流体，如果流速为U，密度为 静压为P，则流体充满

8、管道流动时，其能量方程为,（7-1）这就是不可压缩性理想流体的伯努利方程。式中每一项都代表单位质量流体的能量：第一项为静压能（压力位能）；第二项为动压能（动能）。对于可压缩性理想流体，由于压力变化时，流体的温度也可能随之发生变化，因此不能用上述等温过程的伯努利方程去描述。假设流动过程是等熵过程，可压缩性流体的性质满足理想气体的条件。由于等摘过程流体的密度只随压力而变化，即（7-2）经过推导可得到可压缩性流体的能量关系为（7-3）,密度和静压分别为u2、2和P2，根据估努利方程可写出下述能量关系。对于不可压缩性理想流体，其能量关系为：,（74）,又流体的连续性方程为：,（75）,因是不可压缩性流

9、体，所以可认为节流件前后的流体密度是不变的，即1=2-o并假设管道的直径为D（D），节流件的开孔直径为 d（），并令=dD。由此可求出流体的平均流速u2（76）根据质量流量的定义，可写出质量流量与差压P=P1一P2的关系为（7-7）,4,2,1式中E=称为渐近速度系数。1-公式（7-7）为流量与压差间的理论公式。它是以理想流体，在节流过程中不产生压力损失为前提推导的，实际流体，由于具有黏性，流经节流件时必然要产生压力损失，亦即实际流量要比上式的计算值小，因此要引人流出系数C进行修正。即（7-8）式中a=CE，称为流量系数。必须说明流出系数C和流量系数a都是由实验决定的。同样，根据体积流量的定义

10、可写出 2 Q=a P（79）,4,对于可压缩性流体，考虑到气体流经节流件时，由于时间很短，流体介质与外界来不及进行热交换，可认为其状态变化是等熵过程，这样，可压缩性流体的流量公式与不可压 缩性流体的流量公式就有所不同。但是，可以采用和不可压缩性流体相同的流量系数a和公式形式，只是引入一个考虑到流体膨胀的校正系数。，并规定节流件前流体的密度为1，于是可压缩性流体的流量与差压的关系为式中称为流束的膨胀系数。与、P/P1、k 以及节流件的形式等因素有关，用孔极作节流件时的流束膨胀系数与PP1的关系如图73所示。,作条件变了，必须进行修正。对于温度、压力变化频繁的场合，则不能采用这种方法测量流量。这

11、种测量方法经过长期的研究和使用，数据、资料比较齐全，对于几种常用的节流方式，各国已制定了标准规定，根据规定的条件和计算方法设计出的节流装置，可以直接投产使用，而不必标定。采用这种方法测量流量，精度可达1，测量范围为3:1，管道直径为501000mm，测量元件寿命较长，应用较广泛，几乎可以测量各种工况下的单相流体的流量。不足之处是压损大、仪表刻度为非线性，有时维护工作量较大。,第二节差压式流量计组成,4-4所示。其上游取压孔中心距离孔板前端面为D，下游取压孔中心位于流 最小截面处。管接取压法，如图76中5-5所示。上、下游取压孔中心分别在距孔板前、后端面25D、8D处。,置的试验研究和所积累的数

12、据资料一般还不够完善，有的可靠性差些因此本章将主要讨论标准型式节流装置的结构、特性、使用和设计计算方法等。,在第一节推导流量基本方程时，曾假定管道中流体是稳定流，因而在使用节流装置时，必须是管道内充满流体，作稳定流动，并无相变的情况，流体流入节流装置前必须是流束与管道轴线相平行，而不能有旋转流。这样，就要求在节流装置前有足够长的直管段或设有导流装置，以排除由于泵、弯头、阀门及管道收缩（或扩大）等引起的干扰。严格的讲，直管段长度应包括在节流装置的组成之内。管道中安装节流件时，必然要造成流体的压力损失，即要消耗一定的能量，压损的大小与节流件的型式和直径比有关。因此，在选择节流装置时，应根据工艺条件

13、，尽可能地降低压损，减少能量损失。能够测量差压的仪表很多，为保证测量的顺利和流量测量的精度，对差压计要进了择。差压计的测量范围必须是包括流量的整个测量范围（流量的最大值和最小值），并要留有余地。由于流量值是与节流件两侧的差压值的平方根成比例，差压计的量程选择的好坏也会影响测量的精度。标准节流装置与差压计组成的差压式流量计，由于它具有原理简明，设备简单，应用技术比较成熟，容易掌握等优点，是目前工业生产上应用最广泛的流量仪表。其缺点是：安装要求严格，上下游需要足够长度的直管段；测量范围窄，一般为3：I，压力损多大；刻度为非线性等。,第三节标准节流装置,一标准节流件二标准取压装置三标准节流装置的管道

14、和使用条件,一标准节流件,且四个直径的分布应有大致相等的角度。要求任一单测值与平均值之差不得超过005%制造时d的加工公差要求为：孔板开孔圆筒部分长度e的尺寸要求为 0005De002D要求在两点或多点测得的e值之间的最大偏差不得超过0001D，e表面光洁度不应低于,孔板开孔上游侧直角人口边缘G，应尖锐，不应有毛刺和划痕，用肉眼观察不到光的反射。（2）标准孔板的厚度E的尺寸要求为 e=E=0 05D 当50mm=D=100mm时，允许E=3mm。但在50mm=E=60mm或孔板厚度E太大时，流量系数应乘以修正系数。各处测得的E值之间最大偏差不得超过0005D。当E002D时，出口处应有一个向下

15、游侧扩散的光滑锥面，锥面的斜角为F，F应在 30o至 45o之间，其表面光洁度为 7。（3）对孔板上下游端面的规定 上游孔板端面（A面）上的任意两点间的连线应垂直于轴线，最大斜率应小于 1。,全部端面无明显损伤。在离中心 1 5d范围内最大峰谷高度不得大干 0000 3d，它相当于如下光洁度：50mm=D=500mm时，为 6；500mm=D=750mm时，为 5；750mm=D=1000mm时，为 4。下游孔板端面（B面）应与上游端面（A面）平行，其光洁度可较A面低一级。2,标准喷嘴 标准喷嘴的形状如图79所示，其型线由五部分组成，即进口端面A，第一圆弧曲面c1，第二圆弧曲面c2，圆筒形喉部

16、e，圆筒形喉部的出口边缘保护槽H。（1）A面位于管道内部的上游侧喷嘴端面的人口平面部分，其圆心在轴线上，以直径为15d的圆周和管道内径D的圆周边界，径向宽度为D15d，在此范围内应是平面并垂直于旋转轴线。当2/3 时，该平面 的径向宽度为零，即D15d。2/3时，直径为15d的圆周将大于管道内径D的圆周，在管道内部该平面因被环室或法兰遮盖，在这种情况下，必须将上游侧喷嘴端面车去一部分，以使其圆周与管道内径D的圆周相等。如图（b）。,图79标准喷嘴,上游端面被车去的轴向长度为：L=0.2-(-0.5225)d A面应光滑，表面粗糙度的峰谷之差不得大于 0000 3d，或其表面光洁度不得低于 6。

17、（2）喷嘴入口收缩部分第一圆弧曲面（c1）的圆弧半径为r1，并与A面相切。要求 当=0.5时，r1；=0.2d士0.02d；当=05时，r1=0。2d士0.006d。r1 的圆心距A面0.2d，距旋转轴线0.75d。（3）第二圆弧曲面(c2）的圆弧半径为门并与c1 曲面和喉部e相切。当=5.5时，r2=d3士0.03d；当05时，r2=d3士001d。r2 的圆心距A面 0。304 ld，距旋转轴线 56d。,0.75,0.25,2,1/2,（4）圆筒形喉部（e），其直径为d，长度为0.3d。直径d是不少于8个单测值的算术平均值，其中4个是在喉部的始端，4个在终端在大致相等的450C角的位置上

18、测得的。任意d的单侧值与d的平均值相比较其偏差不得超过+-005。d的加工公差要求与孔板相同。不包括圆筒形喉部出口边缘保护槽H在内的喷嘴总长度为 当0.32=2/3时，为0。604ld 当=0.80时，为0.4041(0.750.25-0.52250)d(5)圆桶行吼部的出口边缘I，应是尖锐的，无毛刺和可见损伤，并无明显倒角。边缘保护槽H的直径至少为1.06d,轴向长度最大为0.03d。如果能够保证出口边缘不受损伤也可不设保护槽。()喷嘴厚度不得超过0.1D。,1/2,2,二标准取压装置,我国国家规定的标准节流装置取压方式为标准孔板角接取压；法兰取压。标准喷嘴角接取压。即标准喷嘴只有一种角接取

19、压方式，标准孔板规定有两种取压方式。必须注意，取压方式不同，即使是同一节流件，其使用范围，取压装置的结构和技术要求也是不同的。下面按取压方式分别介绍标准取压装置的结构型式，技术要求和使用范围。角接取压角接取压，就是节流件上、下游的压力位置的具体规定是，上、下游侧取压孔的轴线与空板（或喷嘴）上、下游侧端面的距离分别等于取压孔径的一半或取压环隙的一半，如图所示。上半部为单独钻孔取压结构。环式取压的优点是压力取出口面积比较广阔，便于测出平均压差和有利于提高测量精度，并可缩短直管段长度和扩大的范围。,但是加工制造和安装要求严格，如果由于加工和现场条件的限制，达不到预定的要求时，其测量精度仍难保证。所以

20、，在现场使用时为了加工和安装的方便，有时不用环室而用单独钻孔取压，特别是对大口径管道。（）结构要求环室取压上在节流件两侧安装前、后环室，并由法兰将环室、节流件和垫片紧固在一起。为了取得圆管周围均匀的压力，环室取压是在紧靠节流件两端面开一连续的环隙或按等角距配置不少于四个的断续环隙与管道相通。但每个断续环隙的面积不得小于12mm。环隙宽度按下述原则确定 当=065时，0005D=b=003D 当p.65时，0 01D=b=0.02D 对于任意值，环隙宽度的实际尺寸应为mm 10mm。环隙厚度尺寸应为f2a,2,环腔截面积为 式中 f为单个断续环隙面积；n为断续环隙的数目。环隙的横截面积，在保证上

21、述要求的情况下至少为52mm2，h或c不得小于6mm。前环室长度 S应小于 0 2D，后环室长度 S应小于 0 5D。环腔与导压管之间的连通孔为等直径圆筒形，其长度至少为2。为连通孔直径，数值为4mm=10mm。单独钻孔取压是由前后夹紧环上取出。取压孔直径b的尺寸为 当=065时，0005D=b=003D 当p.65时，0 01D=b=0.02D,对于任意值，取压孔的实际尺寸应为lmm=b=10mm。被测流体为蒸汽或可能析出水汽的气体以及可能在差压信号管路中蒸发的液体时，取压孔直径的实际尺寸应为4mm=b=10mm。为了取得均匀的压力，也允许同时在孔板上下游侧规定的位置上没有几个单独钻孔的取压

22、孔，但在同一侧的取压孔应按等角距配置。前后环室开孔直径D及前后夹紧环内径Df 应该是D=D,Df=D。但也允许 ID=Df=102D 1D=D=102D（2）应用范围 角接取压标准孔板的适用范围为：管径 D为 501000mm，直径比为 0.220.80，雷诺数ReD 为5 X（103 107）（详见附表11）。国家标准推荐适用的最小雷诺数Remin。列于表71。,表71角接取压标准孔板适用的最小雷诺数Re。推荐值 标准喷嘴采用角接取压方式，可用于50500mm的管道内径，直径比卢可用在0.320.80范围内。标准喷嘴适用的雷诺数 ReD范围为 2 X 104 2 X 106。国家标准推荐 的

23、最小雷诺数Remin见表72,三、标准节流装置的管道和使用条件,标准节流装置的流量系数，都是在一定的条件下通过试验取得的，因此除对节流件、取压装置有严格的规定外，对管道、安装、使用条件都有严格的规定。如果实际工作中离开了规定条件，则引起的流量测量误差将是难以估计的。国家标准提供的流量系数数值，都是流体在节流件上游侧1D处的管道截面上形成典型的紊流流速分布的条件下取得的。当靠近节流件的上游侧有漩涡或旋转流等不正常流速分布时，就会引起流量系数 的改变，因此管道条件和安装要求必须符合国家标准的规定。节流装置的安装和使用与下列管段和管件有关：节流件上游侧第一个局部阻力件（见图712）和第二个局部阻力件

24、，节流件下游侧第一个局部阻力件和从节流件上游侧第二个局部阻力件到节流件下游第一个局部阻力件之间的管段以及差压信号管路等。,表法兰取压标准孔数使用的雷诺数ReD范围,图712与节流件安装和使用有关的管段和管件 1一节流件上游侧第H个局部阻力件；2一节流件上游侧第一个局部阻力件；3一节流装置；4一差压信号 管路；5一节流件下游侧第一个局部阻力件；l。-上游侧第一和第二个局部阻力付之间的直管段；l1一节流件上游侧的直管段；l2一节流件下游侧的直管段；L一安装节流装置用的直管段长度 1.标准节流装置的使用条件。标准节流装置在使用时必须满足下列条件：（1）流体充满圆管并连续地流动。（2）管道内的流动应该

25、是稳定的，在进行测量时，流体流量应不随时间变化，或变化的非常缓慢。,（3）流体必须是牛顿流体，在物理上和热力学上是单相的、均匀的，或者可认为是单相的，且流体流经节流件时不发生相变。（4）流体在流进节流件以前，其流速必须与管道轴线平行，不得有旋转流。标准节流装置不适用于脉动流和临界流的流量测量。2管道条件(1)安装节流件用的管道应该是直的，并且是圆形管道。管道直度可以用目测法检验。管道圆度要按“流量测量节流装置国家标准”的规定进行检验，对节流件上下游侧2D长范围内必须实测，ZD长范围之外的管道圆度，以目测检验管道外圆。（2）管道内壁应该洁净。但可以是光滑的，也可以是粗糙的，在节流件上游侧10D的

26、管道内，当管道内壁的相对平均粗糙度KD符合表74所列限值范围时，则认为该管道是光滑的，称之为光管。国家标准提供的光管流量系数ao 就是在该条件下用实验方法得到的。,（3）节流件前后要有足够的直管段长度。标准节流装置的流量系数是在节流前有很长直管段的条件下得到的，其目的是为了使流体的流动稳定，但是在工业管道上常常会有拐 弯、分叉、汇合、闸门等局部阻力出现，原来平稳的流束经过这些阻力时会受到严重的扰乱，而后流经相当长的管段才会恢复平稳。因此，要根据局部阻力的不同情况，在节流件前后设置不同长度的直管段。在不同局部阻力情况下所需要的最小直管段长度如表76所示。在保证有表中括号外数值的直管段时不必再附加

27、误差。如果实际的直管段大于括号内的数值，而又小于括号外的数值时，需要按“附加极限相对误差为全0.5”处理。对于管路局部阻力情况比较复杂时，除节流件上游的局部阻力件的若干个90o弯头外，若串联几个其他形式的局部阻力件，则在第一个和第二个局部阻力件之间亦应装有直管段lo。这个直管段的长度lo，可按第二个局部阻力件形式和=0.7（不论实际值是多少），取表76所列数值的1/2.节流件与上游的开敞空间或直径2D的容器直接连通，以及节流件上游侧第一个局部阻力件为温度计套管等情况，在国家标准中都有详细规定。,表76节流件上下游例的最小直管段长度 注：表中所列数字为管道内经D的倍数。括号外的数字为“附加极限相

28、对误差为零”的数值，括号内为“附加极限相对误差为主05”的数值。,第四节实用流量公式及有关参数的确定方法,一流量系数二流束膨胀系数三材质的热膨胀系数四压力损失,在第一节中讨论用节流装置测量流量时，已推导出差压和流量之间的关系式，即基本流量方程式为 当时没有讨论各参数所取的单位，实际工作中，一般都是用工程上常用的单位。工程上流量单位常用 kgh、m3 h，而不用 kgs、m3 s，节流装置的开孔直径 d和管径D不用m而用mm表示。在流量基本方程式中采用工程单位，并将单位间的换算的系数和有关常数归并在一起，便可写出实用流量公式,式中M 一质量流量，kgh；Q 工作状态下的体积流量，m3/h；a流量

29、系数；流束膨胀系数；d 工作状态下的节流其开孔直径，mm,=1/4d2;P差压力，kgfm2；工作状态下，被测流体的密度，kgm3。1/4g=360010 3.14/4 29.81在实际应用时，为了计算方便，还可以写成许多种形式。例如：Q0 003 999ad P，m3 h（7-16）M0 003 999ad P，kgh（7-17）式中P差压力，Pa。,-6,式中h20 200C时，用水柱表示的差压上限，mmH2 O；工作状态下，节流件开孔直径比，=dD。根据被测流体不同和所选的差压计型式不同等情况。在附录二中列出许多形式的实用流量公式，在应用时应注意使用条件和各参数的单位。下面介绍与实用流量

30、公式有关的几个参数确定方法。,一流量系数,前面已经说明，流量公式中的流量系数a，是由实验取得的，并且与节流件的形式、取压方式、节流装置开孔直径和管道的直径比以及流动状态（雷诺数）有关。在选定节流件并确定取压方式后，则可认为流量系数是雷诺数ReD 和直径比的函数，即（720）,图713流量系数与雷诺数的关系,在所要测量的范围内、流量系数保持常数的情况下，压差与流量之间才有恒定的对应关系。图713表示了某一具体的节流装置的a与ReD 的关系。应该说明，这个流量系数还与做实验管道内壁的粗糙程度有关，必须注意所提供流量系数的实验管道的粗糙度规定。角接取压提供的是光管流量系数a。，法兰取压提供的是糙管流

31、量系数ao 在应用时，要根据管道内壁的情况，采取相应的处理方法。1角接取压标准孔板的流量系数 角接取压标准孔板的流量系数的原始实验是在非常光滑的管道条件下进行的。由实验测得的流量系数称为光管流量系数，以o表示。实际实验做到 ReD=107 和=0。8，也有的国家提出来ReD=108 的a。值。角接取压标准孔板光管流量系数a。与、ReD的关系详见附表 12。实际工业管道做不到实验时那么光滑，因此应用a。时要进行修正，即乘以管道粗糙度修正系数rRe=0rRe式中a称为糙管流量系数。因而实用流量公式式（716）和式（717）相应地写成如下形式,如果采用液柱高度表示差压时，同样，可写成如下形式 管道粗

32、糙度修正系数可按下式求得：（725）式中，r0是与、D/K有关的系数，管道内壁的绝对平均粗糙度K已在表7-5中介绍。标准孔板的问值可由表77求得。,如果采用计算机计算时，角接取压标准孔板的光管流量系数a。可用如下经验公式计算。a0.596 05130.521 308 40 006 722 261A1.7664388十0.046 911 444KA0 004 375 047A2 8 882 10120 454 066 48A0 219 507 3A2 19979 266 l031 43912A0747 84082 17264 84201 590 157 16A0 616 823112A2（726

33、）式中A一（IO4 R eD）0.8 上式适用于国家标准规定角接取压标准孔板的全部直径比，但仅适用于 2 X 104=ReD=107的范围。其平均偏差为0.225，最大偏差为0,11。,2法兰取压标准孔板的流量系数 法兰取压标准孔板流量系数的原始实验是在管道内壁绝对平均粗糙度K=005mm管道进行的。其流量系数a值与ReD、和D值有关，详见“流量测量标准节流装置的设计，安装和使用”一书。法兰取压标准孔板流量系数a，规定只适用于管道内径与管道内壁绝对平均粗糙度之比 DK=l 000的情况，因而无需对流量系数进行修正，符合规定条件便可以直接应用。法兰取压标准孔板流量系数a，可用下列公式计算：,式中

34、出现负数时，该项为零。3角接取压标准喷嘴的流量系数 角接取压标准喷嘴的流量系数的原始实验是在光管的条件下进行的，其光滑管道要求DK=250。它的光管流量系数。与4 及 ReD有关，可由“流量测量标准节流装置国家标准”的手册中得。对于工业管道，在应用时同样要乘以修正系数rRe 进行修正，即a=a。rRe。求管道粗糙度修正系数r。的公式为（7-31）当 ReD 3 2 X 105时，令 rRe=ro。R0与和 DK有关，它的数值列于表 7-8。,表78标准喷嘴的r。值 角接取压标准喷嘴的流量系数也可以用经验公式求得，需要时可参阅有关手册。,二流束膨胀系数,应用节流装置测量可压缩流体流量时，由于可压

35、缩性流体经过节流件时，会发生体积膨胀，所以要引入流束膨胀系数。进行修正。对于标准喷嘴，它的理论公式与由实验结果推导出来的公式基本相同。此式仅在P2P=075，50mmD500mm，032=0.80范围内才是有效的。对于孔板，由于流束收缩的最小截面积的实际值是不知道的，所以就只能通过实验来确定，得出如下经验公式：,角接取压（7-33)此式适用范围为 P2 P1=0 75，50mmD1000mm，0。220=080。法兰取压（7-34）适用范围为P2 P1 0.75，50mm=D=750mm，0100=0750。上述各式是根据空气、水蒸气和天然气的实验得出的，对于已知等熵指数。的其他气体也是适用的

36、。式中P1、P2为节流件前后的静压，P为差压（PI-P2），根据上述公式推算出的。值见附表12。图714为角接取压标准孔板的。值与P P1、k、关系图。,由上述公式可知，对于节流装置。可用下列函数式表示：（735）而P P1 在实际测量中是在一定范围内变化的，这样，值即使在同一节流装置也是变动的，当然会引起测量上的误差为此，在一般设计时，应当采用常用流量ch下的比值（P P1）ch计算值，常用流量下的差压Pch可按下式确定（7-36）式中Q、P 所选用的流量计流量标尺刻度上限和与此相对应的差压刻度上限。如果未给出常用流量值，可以取流量标尺刻度上限的70做为常用流量值进行计算。,三材料的热膨胀系

37、数,流量公式中的开孔直径d、直径比外都是指在流体流动时的工作状态。但是，在设计加工时一般都是在常温下进行各种尺寸的测量，因此常常要根据需要进行换算。其换算公式为 式中d工作状态下节流件开孔直径，mm；D工作状态下的管道内径，mm；d20 20时的节流件开孔直径，mm；D20 20OC时管道内径，mm；d节流件材质的热膨胀系数，mmmmOC；D 管道材质的热膨胀系数，mmmmC；t工作状态下，被测流体的温度，。,材料热膨胀系数见附录二附表图7-14 角接取压标准孔板流束膨胀系数关系图,四压力损失,第五节被测流体的物理参数的确定方法,一流体的密度二可压缩流体的压缩系数三可压缩流体的等熵指数四液体的

38、粘度,第五节被测流体的物理参数的确定方法,在流量测量的计算中，经常要用到被测流体的一些物理参数，例如密度、黏度、压缩系数、等熵指数等。有关这些参数的定义和计算方法，在物理课和化工原理课中已经学过，下面只是为了设计计算标准节流装置的需要介绍一些公式和图表。,一流体的密度,被测流体的密度，对于流量测量精度的影响，与差压于同等重要地位，因此必须对它进行精确的计算。1流体的密度 工作状态下，流体的密度可按下式计算：式中 工作状态下液体的密度，K g m3；20 20C，0.101 32MPa状态下液体的密度，Kgm3；液体在（20t）范围内的平均体膨胀系数1C；t工作状态下液体的温度，。C。,在常温常

39、压下，压力的变化对液体的密度影响甚微，在高温高压下，就必须计算，压力对液体密度的影响，此时可用液体膨胀系数进行校正，液体膨胀系数可由附图5查到 当已知某一状态（P1，t1）下的液体密度时，用下式可求出其他状态（P，t）下的密度产（设液体的临界绝对压力和临界绝对温度分别为PC和TC）：式中液体在对比状外下的膨胀系数，由附图5中差得；l一液体在对比状态下的膨胀系数，由附图5 中查得。液体混合物的密度，对于同系物质混合物，一般均可按比例取其平均值；对于非同系物质混合物，在临界条件以前也可这样做，而不致引起较大误差，即,式中xl、x2、x3、为各组分的体积百分数；1、2、3、为各组分的密度。2气体的密

40、度（1）工作状态下，干气体的密度可按下式计算式中 1工作状态下，气体的密度，Kgm3;0 O C，0 101 32MPa状态下，气体的密度，kgm3 T1 工作状态下，气体的绝对温度，K；TO绝对温度，T0=273.15K；P1工作状态下，气体的绝对压力，MPa；Pn标准大气压，等于 0.101 32MPa；Z工作状态下，气体的压缩系数。,（2）工作状态下，湿气体的密度计算 一般气体中，总是含有一定数量的水分（呈水蒸气状态存在于气体中），这种含有水分的气体称为湿气体，以湿度描述湿气体中含水分程度。湿度又分为相对湿度和绝对湿度两种。单位体积的湿气体中所含的水蒸气的质量称为绝对湿度，以符号f表示，

41、单位为kgm 3。在定的压力P和温度T下，单位体积的湿气体中所含有水蒸气的质量，与在同样的P、T下单位体积湿气体所含有水蒸气的最大可能质量之比，称为气体的相对湿度，以符号表示它的数值是百分数。已知相对湿度，工作状态下湿气体的密度可按下式计算。设工作状态下湿气体的密度 为1Kg/m3，则,式中8 工作状态下，湿气体中的干部分在温度为又，分压为（1 smax）下的密度，kgm3，湿气体中水蒸气在温度 为T；、分压为Psmax 时的密度,Kgm3，上面式中Psmax为温度时，湿气体中水蒸气的最大可能为压力P1、温度Tl时，水蒸气的最大可能密度。如果湿气体的工作温度t1 不超过对应于工作压力下的饱和温

42、度tb发，则smax=b和Psmax=Pb，其中b和Pb分别为温度为t1时饱和水蒸气的密度和压力。如果湿气体的工作温度t1tb,，则smax等于在P1和T1 时过热水蒸气的密度，而Psmax=P1.,当已知某一状态（P，T）下的相对湿度中，且P和T不同于工作状态的P1见和T1时，工作状态下的相对湿度，可按下式计算 式中 smax为在P和T时水蒸气最大可能的密度Kgm3。由上式求出的 1时，说明工作状态下的气体已被水蒸气饱和，而且部分水蒸气已冷凝，这时取=1。已知绝对湿度，工作状态下湿气体的密度可按下式计算 式中 0.804为 0oC，0 101 32MPa状态下，水蒸气的密度 kgm3。,3混

43、合气体 工作状态下，混合气体的密度服从叠加规律，可按下式计算 式中 混 混合气体的密度，kgm3；1、2、n 混合气体各组分的密度，kgm3；1、2、.n 混合气体个组分的密度，Kg/m3 X1、X2、Xn混合气体各组分的体积百分数，；y1、y2、yn 混合气体各组分的质量百分数，。,二可压缩流体的压缩系数,1根据理想气体状态方程，求得的气体的密度与实际气体密度之间在各种压力和温 度下有不同程度的偏差，气体压缩系数就是衡量这个偏差的尺寸，它可以由下式确定：一般气体的压缩系数，已根据实验结果绘成曲线，因此在确定该数值时，可直接在有关曲线图上查得。图716为空气的压缩系数图。,2对于没有实验数据的

44、气体压缩系数，可以根据相应状态定律求出其近似值。所谓相应状态，系指两种气体其对比压力和对比温度分别相等，即它们处于相应状态之下，而气体处于相应状态之下具有近似的压缩系数。对比压力和对比温度的表达式如下 式中P1T1 气体在工作状态下的绝对压力，MPa和绝对温度，K；Pc、Tc 气体的临界绝对压力和临界绝对温度。由公式分别求出Pr和Tr后，可以由图717查出相应的压缩系数Z值。,图716空气的压缩系数Z值,3对于混合气体，也可以应用上述方法由图7-17求出压缩系数Z值，只不过是用混合气体的核，临界压力Pc 和假临界温度Tc代替Pc和Tc，求出假对比压力Pr 和假对比温度Tr0Pc和 Tc 求法如

45、下 式中 c1、Tc 2、Tcn混合气体各组分的临界温度，K；Pc1、Pc2、Pcn混合气体各组分的临界压力，MPa；xl、x2、.、xn混合气体各组分的体积百分数，。由此便可求出混合气体的假对比压力和假对比温度：,三可压缩流体的等熵指数,气体服从理想气体定律时，等熵指数。等于比定压热容与比定客热容之比，即k=cpCV。对于实际气体（非理想气体），等熵指数是压力和温度的函数。几种常用气体的等熵指数见图718。混合气体的等熵指数不服从叠加规律，但其比定压热容和比定容热容服从叠加规律，可按叠加法求得，然后再求出混合气体的比热比，,粘度是表征流体内摩擦力的一个参数，除理想流体外，在讨论流体流动时，都

46、要考虑粘度的影响。该流体的内摩擦力为，流体两层间的相对移动速度为，两层流体之间的接触面积为，两层流体的间距为d,则存在如下关系(7-59)式中为比例常数，称为粘滞系数 1轮度的单位（l）动力黏度，在式（759）中，如果各量的单位为力FN，面积Am2速度ums，距离d（m），则产的单位为kgms或Pas。,四流体的粘度,d,在工程应用中，粘度的单位也有时用泊（P）或厘泊（CP）表示。0.1kg/ms 1=0.001kg/ms(2)运动粘度v，它与的关系为=这一表示形式考虑了密度对黏度的影响。由上式可以知道 单位应为m2S。在工程应用中，运动黏度的单位也有时用词（S）或厘词（CS）表示。lm s一

47、104s 1S=10c 2.液体的粘度液体的黏度主要与温度有关，压力影响可忽视不计。仅在临界温度时，才有较明显的影响。,2,2,图719油品黏温关系图（低黏度）,一般液体在常压下的黏度可由有关图表查得。图719为部分油品的黏度与温度的关系。混合液体的粘度不服从叠加规律，符合下列条件时，可按下列公式计算。必要时应单独测定。（1）两种互溶体混合物的黏度式中 混 12 分别为混合物、组分1、组分2的动力粘度；X1X2 分别为组分、组分2的体积分数。上式仅适用于两种组分的分子量和黏度相差不大的非电介质、非缔合性液体。（2）两种不互溶液体混合物的黏度，可按下式计算：分散相的体积分数加a0.3时,式中混、

48、F、a 分别为混合物、连续相和分散相的动力黏度。混合物为乳浊液时（76）式中，F、a分别为连续相、分散相的体积分数，其余符号同前。3气体的黏度 气体的动力黏度与温度有关，当气体不服从理想气体定律时，亦与压力有关。（1）一般气体在常压下的黏度，可由附图1查得。若在上述图表中直不到数据时，可用下式计算其近似值（7-64）式中 的单位为 CP；Mr 为分子量。,（2）高压气体的黏度，应先求出常压下的黏度，然后乘以黏度的压力修正系数而得到。粘度的修正系数，可用对比参数由附图2上查到。（3）混合气体的黏度，按下述方法求得 低压气体混合物的黏度（765）式中x1、X2、Xn各组分的体积分数；Mr1、Mr2

49、、Mrn各组分的分子量；l、2、n 各组分的动力粘度。高压气体混合物的轮度，应先求出常压下的粘度，然后用假 临界参数从附图2上查得粘度的压力修正系数进行修正。,第六节标准节流装置的设计计算,一设计计算的任务和依据二设计计算程序三标准节流装置流量测量误差四计算举例,一设计计算的任务和依据,标准节流装置的计算命题，根据实际需要有两类主要形式：（1）已知管道内径、节流件开孔直径、取压方式、被测流体参数等必要条件，要求根据所测得的差压值计算被测介质的流量。（2）已知管道内径、被测流体参数和其它必要条件以及预计的流量范围，要求选择适当的差压上限，并确定节流件的形式及开孔直径。前一类是属于已经有标准节流装

50、置，要求算出差压值所对应的流量，后一类是属于要求设计新的节流装置，下面主要是介绍后一种情况。从工艺方面的要求来看，总结起来可归结为四条：,（1）测量精度尽可能高；（2）在所要求的测量范围（最小流量最大流量）内，流量系数具有平稳的数值，以便在测量范围内流量值和差压值有简单的对应关系；（3）节流件前后所需要的直管段长度，尽可能短；（4）流经节流件的压力损失尽可能小。上述四条要求之间是存在着矛盾的，而标准节流装置设计计算主要是如何根据具体情况、统一考虑、妥善地解决这些矛盾，找出合理的方案。,标准节流装置设计计算所需要的原始数据有：（1）被测流体的名称、组分；（2）被测流体的流量：最大流量Qmax(M