流量测量仪表1

1、第三节 流量测量仪表1概述一般把流体移动的量称为流量。单位时间内流过管道横截面或明渠横截面的流体量，称为瞬时流量。流体量以质量表示时称为质量流量，以体积表示时称为体积流量。有时也需要知道在一段时间内流过的流体量，称为总量或累积流量。在工业生产过程中，流量是指导操作、监视设备运行情况和进行核算的一个重要参数和依据。（1） 体积流量 如果流体通过管道某横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dqv=udA （2-3-1）通过管道全截面积的体积流量为qv=udA （2-3-2）如果整个截面积上各点流速相同，则由式（2-3-2）可以导出qv=uA （2-3-3）式中A为管道面

2、积。实际上，流体在管道上流动时，同一截面积上的各点的流速并不相同，所以式（2-3-3）中的流速u是指平均流速u（在本篇中，如无特殊说明，均指平均流速）。体积流量单位一般用m3/h表示。（2）质量流量 如果流量密度为，由（2-3-3）可以导出qm=qv=uA （2-3-4）质量流量单位一般用kg/h表示。 流体的密度是随工况参数变化的。对于液体，由于压力的变化对密度的影响非常小，一般可以忽略不计，但是因为温度变化所产生的影响应引起注意，不过一般温度变化10时，液体密度变化约在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，由于密度受温度、压力变化影响较大，

3、例如，在常温附近，温度每变化10，；密度变化约在3%；在常压附近，压力每变化10kPa时，密度变化约在3%。因此在测量气体流量时，必须同时测量流体的温度和压力，并将不同工况下的体积流量换算或标准体积流量qvN（Nm3/h）。所谓标准体积流量，在工业上是指压力为101325Pa，温度为20时的体积流量。总量的单位为千克（kg）或吨（t）。用来测量流体流量的仪表称为流量计。随着工业生产和科学技术的发展，对流量的要求也越来越高，条件也更加复杂。例如：在工艺条件上从低温低压到高温高压；在流体状态方面有层流、紊流和脉动流；流体本身也有低粘度、高粘度和强腐蚀等；流量对象方面有气、液、固相和两相流体；测量范

4、围从每秒数滴到每小时数吨，等等。面对着这么复杂的情况的要求，测量流量的方法，仪表得到很快的发展，使测量中的难题正在逐步得到解决。当然随着生产和科学技术的发展，新的测量问题也在不断的出现。本篇只能介绍一些基本内容。关于流量测量方法和流量仪表的分类，是比较错综复杂的问题，目前还没有统一的分类。为便于叙述和思考，本篇进行一定的归纳，按测量原理进行分类如图2-3-1和图2-3-2。2 节流式流量计流体在流动过程中，在一定条件下，流体的动能和静压能（压力能）可以互相转换，并可以利用这种转换关系来测量流体的流量。例如，在管道中安装阻力件，流体通过阻力件所在截面时，由于流通面积忽然缩小，促使流速产生局部收缩

5、，流速加快，静压力降低，因而在阻力件前后出现压力差（简称压差）。可以通过测量此压差的大小按一定的函数关系来计算出流量值。在流量仪表中，一般称此阻力件为节流件，并称节流件与取出压差信号的整个装置为节流装置。这种类型的流量计称为节流式流量计。节流式流量计有三部分组成（图2-3-3）：将被测流体的流量值变换成差压信号的节流装置，其中包括节流件、取压装置和测量所要求的直管段；传送差压信号的差压管路；检测差压信号的差压计或差压变送器。节流件的类型较多。严格的说，在管道中装入任意形状的节流件都能产生节流作用，并且节流件前后两侧的差压与流过流体的流量都会有相应的关系。但是，它们并不都是可以找到差压与流量之间

6、存在适合需要的关系，只有差压与流量之间存在稳定的关系，并且重复性好，适合应用的节流件才有实用价值。目前已经应用的节流件种类有同心圆孔板、偏心孔板、圆缺孔板、锥形入口孔板、1/4圆孔板、文丘里管、喷嘴、道尔管、契形节流件等等。节流式流量计应用广泛，油田、炼油厂及化工厂中所使用的流量计中，一般有70%80%是节流式流量计，在整个工业生产领域中，节流式流量计约占流量计的一半以上。节流式流量计的历史悠久，积累了丰富的经验和大量的可靠数据。一些国家进行了不断的研究和制定标准，力求使某些节流装置用于流量测量时能够标准化，以便应用。国际标准组织（ISO）在汇总各国研究成果的基础上，分别于1967年和1968

7、年制定出ISO/R 541和ISO/R 781，在国际上将几种类型的节流装置标准化。1980年又对前两个文件进行了修订，出版了ISO 5167，推广应用。中国于1981年制定出了流量测量标准节流装置的国家标准GB 2624，1993年出版了采用国际标准的ISO 51671（1991）的节流测量节流装置的国家标准GB/T 262493。对于已经制定出标准的几种标准化的节流装置，一般称为标准节流装置。应用标准节流装置测量流量，比较方便，只要是按标准的规定所提供的数据和要求进行节流装置的设计、加工、安装和使用，无需对节流装置最近性标定就可以用来测量流量，其流量不确定度不会超出允许的范围。这也是节流式

8、流量计能够得到广泛应用的重要原因。那些尚未标准化的节流装置，一般称为非标准节流装置。对于非标准节流装置，在应用前必须进行标定，以保证流量测量的流量不确定度。本书将重点介绍标准节流装置。对于非标准节流装置，将在本书的最后简单地介绍几种。2 1测量原理以孔板为例，观察在管道中流动的流体经过节流件时流体的静压力（简称压力）和流速的变化情况。实验表明（见图2-3-4），在距孔板前大约（0.52）D（管道内径）处，流束开始收缩，即靠近管壁处的流体开始向管道的中心处加速，管道中心处流体的压力开始下降，靠近管壁处有涡流形成，压力也略有增加。流束经过孔板后，由于惯性作用而继续收缩，大约在孔板后的（0.30.5

9、）D处流束的截面积最小，流速最快、压力最低。在这以后，流束开始扩张，流速逐渐恢复到原来的速度，压力也逐渐恢复到最大，但不能恢复到收缩前的压力值，这是由于实际的流体经过节流件时会永久性的压力损失p所致。流体流经喷嘴和文丘里管的情况相似，只是他们的开口面积和流束的最小收缩截面接近一致。流体的压力和流速在节流件前后的变化，反映了流体的动能和静压能的相互转换情况。假定流体是处于稳定流动，既同一时间内，通过管道截面A和节流件的开口截面a时的流速必然要比通过截面A的流速快，这个速度的改变是由于动能增静压能降低造成的，从而产生节流件前后的压力差。此压力差的大小与通过流体的流量大小有关。在孔板前，由于孔板对流

10、体的阻挡，使流体滞止，因而管壁处的压力略高于上游压力。为便于推导流量的方程式，将图2-3-4的节流过程简化成如图2-3-5所示。假定流体是在水平管道中轴线方向做稳定流体，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，并且流体的黏度可以忽略，则由上述的能量关系可写出如下关系式： （2-3-5）式中u为流体的平均流速：p为静压力；为流体的密度。如果截面A和截面B处的压力、流速（平均流速）分别为p1、u1和p2、u2，则由式（2-3-5）可写出：= （2-3-6）由于流动是稳定的，则从截面A流入的流体质量与从截面B流出的流体质量必然相等，这就是连续性方程： （2-3-7）式中A为截面

11、A处的截面积；a为截面B处的截面积。下面将依据式（2-3-6）和式（2-3-7）推导出可压缩流体和不可压缩流体的流量的理论方程式。2.1.1 不可压缩流体由于不可压缩流体的密度可以认为是不变的，则式（2-3-6）和式（2-3-7）可写成： （2-3-8） （2-3-9）这就是不可压缩流体的伯努利方程和连续性方程。假定管道的直径为（A=D2/4），节流件的开口直径为d（a=d2/4），有上述两公式可求得流经节流件的流速为： （2-3-10）令直径比=d/D，差压p=p1-p2，根据质量流量的定义，qm=au2，可写出质量流量的理论方程式为： （2-3-11）2.1.2 可压缩流体对于可压缩流体，

12、流体经过节流件时，由于流体的动能增加而降低了静压，流体的密度必然也要减少，因而不能忽略在节流过程中密度的变化。假设流体符合理想气体的条件，流体经过节流件时是等熵过程，则流体的密度与压力的关系为： （2-3-12）式中k为等熵指数。由式（2-3-6）和式（2-3-12）的关系可推导出可压缩流体的伯努利方程式为： （2-3-13）根据式（2-3-12），可将上式写成如下形式： （2-3-14）令压力比p2/p1=r。由连续性方程式（2-3-6）及式（2-3-12）可得： （2-3-15）将式（2-3-15）代入式（3-2-10），得：即 （2-3-16）根据质量流量的定义：，而，则可压缩流体的质量

13、流量方程为： （2-3-17）将式（2-3-17）乘除及，并进行整理，得 （2-3-18）并可简写为如下形式： （2-3-19）式中： （2-3-20）式（2-3-19）为可压缩流体的质量流量的理论方程式。称为可膨胀性系数，是表示流体可压缩性的影响，如=1，则式（2-3-19）与不可压缩流体的公式相同，即式（2-3-19）对不可压缩流体也是有效的，只是用于可压缩性流体时1，用于不可压缩流体时=1。对于喷嘴和文丘里管，由于流束的收缩情况与节流件的几何形状相接近，流束的最小截面实际上可以认为等于喷嘴和文丘里管的喉部截面。因此他的可膨胀系数的实验值，与由式（2-3-20）计算出的理论值相一致。而对于

14、孔板只能用实验方法求得。一般采用图表（如图2-3-6）或经验公式给出可膨胀系数。2.1.3 实际流量公式由能量守恒定律和质量守恒定律推导出理论流量方程式，指明了通过节流件的流体的流量值与节流件上下游差压值存在一定函数关系。但是由于实际情况与理论的差异，实际测量中的一些问题在公式推导中并没有考虑在内，如果按理论流量方程式计算出流量值，则将远大于实际流量。因此，只有对理论流量方程式进行修正后才能用于实际的流量计算。假设理论流量与实际流量之间的关系为： （2-3-21）将式（2-3-21）代入（2-3-19）可写成节流式流量计的实际流量公式为： （2-3-22） （2-3-23） （2-3-24）式

15、中C是无量纲的数，称为流出系数。它是通过实验方法按式（2-3-25）确定的。 （2-3-25）流出系数C受许多因数影响，例如节流件形状及尺寸，取压位置，管道及安装情况，流动状态等许多因素对流出系数有影响。在实验中由于全部结构方面的影响包括在内，在一定安装条件下，对于给定的节流装置，流出系数C只与雷诺数有关。图2-3-7绘出标准孔板的流出系数C与Red的关系曲线，从图2-3-7可以看出，当雷诺数Red大于某个数值（界限雷诺数）以后C值趋于稳定（即与Red无关），并且值愈大C趋于定值的Red愈大。只有C为一常数时流量q才能够与差压p之间呈现固定的函数关系，在实际测量中为保证测量的准确度，流量计的测

16、量范围要选在大于界限雷诺数的区域内。对于不同的节流装置，只要这些装置是几何相似，并且在相同雷诺数的条件下，则流出系数C的数值是相同的。各种节流装置的流出系数的计算公式及应用条件将在以后分别介绍。在节流式流量计中，有时还用流量系数修正理论公式（2-3-19）。即令： （2-3-26）与式（2-3-22）相比较，显然 （2-3-27）式中E=，称为速度渐进系数；a称为流量系数，也是通过实验方法确定的。实际应用流量公式计算流量时，要代入公式中各个参数的单位，将各个单位进行换算整理，并归纳出公式中的常数K。各个参数所采用的单位不同，K可以得到不同的数值。例如：管道直径D和节流件开口直径d单为mm；差压

17、单位为Pa；质量流量单位为kg/h；流体的密度单位为kg/m3，则系数： （2-3-28）可写出质量流量的流量公式为： （2-3-29a）或 （2-3-29b）体积流量的流量公式由可得 （2-3-30a） (2-3-30b)2.2 标准节流装置前面已经提到，对于标准节流装置，只要按标准规定的条件数据去设计，加工制造和安装使用，无须对节流装置进行标定，就可以直接应用与流量测量，其误差不会超出规定的流量不确定度，如果稍有变动，还可以修正。这对于现场应用是非常方便的，但是其规定也是非常严格而细致的。下面将对标准节流装置的结构形式、安装和使用等个方面的要求进行介绍。2.2.1 标准节流装置的节流元件中

18、国国家标准规定的节流件有标准孔板，ISA1932喷嘴，长径喷嘴，经典文丘里管和文丘里喷嘴。2.2.1.1 孔板的结构形式和技术要求（1）总体形状 孔板的形状如图2-3-8所示。孔板是一块与管道轴线同轴，直角入口非常锐利的薄板。孔板在管道内的部分是圆的，并与节流孔同心。在设计及安装孔板时，要保证在工作条件下，受差压或其他任何应力引起孔板的塑性扭曲和弹性变形所造成的影响时，如连接孔板表面上任意两点的直线与垂直于轴线的平面之间的斜度不得超过1%。在进行测量时，孔板必须是清洁的。（2）上下游端面 孔板上下游端面都应该是平的，并且相互平行。对于上游端面A，如连接孔板表面上任意两点的直线，则此直线与垂直于

19、轴线的平面之间的斜度0.5%时，可认为端面是平的。孔板的表面粗糙度对孔板的流量系数有直接的影响，表面粗糙时会造成流动的表面阻力增大，压降增加，致使流量系数变小，并且管道直径越小其影响越大（如图2-3-9）。因此规定中要求上游端面A的粗糙度Ra10-4d。下游端面B的加工要求不必象上游端面那样精细。其平直度和粗糙度只要通过目测检查加以判断就可以了。（3）孔板及节流孔的厚度及斜度 孔板的厚度E和节流孔的厚度e如图2-3-8所示：e应在0.005D与0.02D之间，E应在e与0.05D之间，要求两者在任意点上测得的各个E值或各个e值之间的差不得大于0.001D。当管径50mmD64mm时。孔板的厚度

20、E只要不大于3.2mm即可。如果孔板厚度E超过节流孔厚度e，孔板的下游侧应有如图2-3-8所示的圆锥形表面。该表面应经过良好精加工。（4）边缘G、H和I 上游边缘G应无卷边,无毛边,无目测可见的任何异常.下游边缘H和I由于是处于流动分离区域,对它们的要求低于上游边缘G,可允许一些小的缺陷.上游边缘G的状况对流量系数影响很大,要求非常严格.图2-3-10给出了孔板边缘圆弧大小对流量系数的影响情况.若将边缘圆弧的记做r,则边缘G的圆弧对流量系数的影响可以表示为rd的函数.现在给出的孔板的流量系数是对应于r/d=0的数值.有的研究报告指出,若使影响小于0.1%,必须使边缘圆弧小于0.00025d.由

21、于这个影响是r/d的函数,则孔径越小,边缘尖锐度的影响就越大。标准规定孔板的上游边缘G应该是尖锐的,并指明,如果边缘半径不大于0.0004d,则认为是尖锐的.标准中还规定了检查的要求:d25mm时,一般用目测检查,边缘应该无反射光束;d25mm时,用目测检查是不够的,应该采取测量边缘半径的方法进行.对是否满足规定要求有任何怀疑时, 应该采取测量边缘半径的方法进行检查.（5）节流孔直径 在任何情况下节流孔的直径d均应等于或大于12.5mm,直径比应在等于或大于0.20至等于或小于0.75的范围内.应该在此极限值内选择开口直径d.节流孔为圆筒形并垂直于上游端面A.节流孔直径d值,应取相互之间大致相

22、等角度角度的四个直径测量结果的平均值,并且任意一个直径与平均值之差不得超过直径平均值的±0.05%。在任何情况下，节流孔圆筒形粗糙度不得影响边缘尖锐度的测量。（6）对称孔板 若用孔板测量反向流量，则孔板还应满足如下要求：孔板下游端面B不得加工成斜角；上下端面均应符合上述的上游端面A的要求；孔板厚度E应等于节流孔厚度e，在确定差压值时必须考虑防止孔板变形；节流孔的两侧边缘G均应符合上述要求。（7）材料和制造 在流量测量中，孔板只要满足上述要求，就可以用任何材料和任何方式进行制造。2.2.1.2 喷嘴的结构形式和技术要求属于标准节流装置的喷嘴有ISA1932喷嘴和长径喷嘴两种。其中长径喷

23、嘴有分高比值喷嘴和地比值喷嘴两种。（1）ISA1932喷嘴总体形状 ISA1932喷嘴的形状如图2-3-11所示。它是由入口平面A，收缩部BC，圆桶形E及防止边缘损伤的保护槽F四个部分组成。入口平面 入口平面部分A是直径为1.5d且旋转轴（喷嘴轴线）同心的圆周和直管为D的管道内圆所限定的平面部分。当d=2D/3时，该平面的径向宽度为零。当d2D/3时，直径为1.5d的圆周将大于直径为D的圆周，则在管内没有平面部分。这是，应象图2-3-11（b）那样，使平面部分A的直径恰好等于管道内径D。收缩部分 收缩部分是由B、C两段圆弧组成的曲面。圆弧B与平面A相切，圆弧C分别与B及喉部E相切。B、C的半径

24、R1、R2分别为：0.50时，R1=0.2d0.02d； R2=D/30.03D0.50时，R1=0.2d0.06d； R2=D/30.01D它们的中心位置是：圆弧B的圆心距平面A为0.2d,距喷嘴轴线为0.75d;圆弧C的圆心距轴线为d/2+d/3=5d/6,距平面A的距离为a=(12+)d/60=0.304d。喉部 喉部E的直径d,长度b=0.3d。直径d值应该是在垂直于轴线的平面上至少测四个直径的平均值,且各被测直径之间有近似相等的角度.任何截面上的任何直径平均直径之差不能超过直径平均值的±0.05%。保护槽 保护槽F的直径e至少应等于1.06d,轴向长度等于或小于0.03d。

25、保护槽 的高度为（e-d）/2，并且与其轴向长度之比不大于1.2。出口边缘f应该是锐利的。其他 不包括保护槽F的喷嘴长度如表2-3-1所示：表2-3-1值喷嘴总长度0.302/30.6041d2/30.800.4041+(0.75/-0.25/2-0.5525)1/2d喷嘴平面A及喉部E的表面粗糙度为R10-4d。入口收缩部分（圆弧曲面B和C）的廓形应用样板进行检验。垂直于轴线的同一平面上，两个直径彼此相差不得超过直径平均值的±0.1%。厚度不得大于0.1%。（2）长径喷嘴 长径喷嘴有高比值长径喷嘴和低比值长径喷嘴两种。如图2-3-12所示。高比值喷嘴的直径比范围为0.250.80,

26、低比值喷嘴的直径比范围为0.200.5,当在0.25和0.5之间时，这两种类型都可以使用。长径喷嘴由入口收缩部分A和圆筒形喉部B以及下游端面C三个部分组成。收缩段A的曲面形状为1/4椭圆。椭圆长轴平行于喷嘴轴线。椭圆圆心的位置和椭圆轴长度因高、低比值不同而有所不同：高比值喷嘴的椭圆圆心距离喷嘴轴线的距离为D/2，低比值的距离为7d/6；高比值喷嘴的长半轴长度为D。2，短半轴为（D-d）/2，低比值的长半轴长度为d，短半轴为2d/3。收缩段的廓形应该用样板进行检验。在垂直于喷嘴轴线的同一平面内，两个直径彼此相差为平均直径的±0.1%。喉部B的直径为d，长度为0.6d。d值应为在垂直轴线

27、的平面内至少是测量四个直径的平均值，并且所测各直径之间彼此有近似相等的角度。喉部为圆筒形，任意截面上的任意直径与主竟平均值之差，不得超过直径平均值的±0.5%。在规定的不确定度范围内，在流动方向上，无喉部扩张，可允许有轻微收缩，并应进行足够数量的测量，判断是否符合要求。喉部外表面至管道内壁的距离应大于或等于3mm。内表面的表面粗糙度高度参数应为Ra10-4d。2.2.2 取压方式由节流件附近的压力分布情况（如图2-3-5）可以看出，即使流过节流件的流量是同意数值，如果在节流件的上下游的两个取压口的位置不同，则其差压的大小也不同。自然，对于不同的取压口位置，应该是有不同的数据和要求的。

28、常用的取压方式有5种，其取压口位置如图2-3-15所示。（1）角接取压 如图2-3-15中1-1所示。上、下游取压口位于孔板（或喷嘴）的上、下游端面处，也就是在节流件与管壁的两个夹角处取出静压力。显然，孔板变厚，孔板的刃口距下游取压口的距离变远，流量系数也受影响，所以对孔板的后的要求规定。（2）法兰取压 如图2-3-15中2-2所示。上下游取压口的中心与孔板的上下游端面的距离为25.4mm。（3）D和D/2取压 如图2-3-15中3-3所示。上游取压口的中心与孔板（或喷嘴）上游端面的距离为D（管道内径），下游取压口的中心与孔板（或喷嘴）上游端面的距离为D/2。这种取压方式又称为径距取压。两个取

29、压口的位置都是从上游端面算起。（4）理论取压 如图2-3-15中4-4所示。上游取压口的中心与孔板上游端面的距离为D，游取压口的中心位于流束最小截面处。（5）管道取压 如图2-3-15中5-5所示。上下游取压口的中心与孔板的上下游端面的距离分别为2.5D与8D。各种取压方式，对取压口的位置的规定非常严格，取压口位置有少许变化就会引起较大的差压变化。对于小管径的取压口位置要求更为严格。图2-3-16给出法兰取压时由于偏离规定位置差压变化的情况，小管径时尤为严重。关于取压问题，除取压口的定位以外，还有取压口的直径，取压口的加工及相互配合等都有规定，主要是为防止取压口被堵塞和获得良好的差压信号的动特

30、性，并保证所取得的是静压力差。标准节流装置所采用的取压方式如下：孔板可以采用角接取压，法兰取压，D和D/2取压；ISA1932喷嘴和文丘里喷嘴上游采用角接取压，下游则各不同；长径喷嘴，文丘里管的取压方式另有规定。下面简略介绍有关标准取压装置的规定。（1）对法兰取压、D和D/2取压的取压装置的要求取压口的轴线与孔板某个端面的距离应满足如表2-3-2的要求（参照图2-3-17）。在设计时应考虑垫圈和（或）密封材料的厚度。取压口的直径应小于0.13D,同时也应小于13mm.对取压口的最小直径不加限制,在实际应用中,由考虑偶然阻塞的可能性及良好的动态特性来决定最小的直径.上下游取压口的直径应该相同.取

31、压口的轴线应与管道轴线相交,并与其成直角(参照图2-3-18).取压口的穿透处应为圆形,其边缘要与管壁内表面平齐,并尽可能锐利.为确保消除内边缘上的毛边或卷口,允许有倒圆,但倒圆应尽可能小,倒圆能测量之处其半径应小于取压口直径的1/10 .在连接孔的内部，管壁上转出的孔的边缘或靠近取压口的管壁处不应显现有不规则性。从管道内壁量起,至少在2.5倍取压口直径的长度范围内,取压口应为圆筒形。取压方式节 流 件 D-取压长颈喷嘴0.91.1D 0.50±0.01D法兰取压孔板0.60，150D1000mm0.60，D150mm25.4±1mm25.4±0.5mm表 2-3

32、-2(2)对角接取压装置的要求 取压口可以是单独钻孔的取压口,也可以是环隙取压口.图2-3-19用一张图表示了两种形式的取压口,上部分表示的是用孔板的环隙取压口(也称环室取压), 下部分表示的是用孔板的单独钻孔的取压口.应用ISA1932喷嘴和文丘里喷嘴的取压口情况可参照图2-3-11和图2-3-14,它们的上游取压口都是角接取压.a.取压口的位置及尺寸 取压口轴线与节流件的相应端面之间的距离等于取压口直径a的一半,或为取压口的环隙宽度a的一半. 对于单独钻孔的取压口直径a及环隙宽度a的指数规定如下。对于清洁流体和蒸汽:0.65， 0.005Da0.03D。0.65， 0.01Da0.02D。

33、对于任何值,必须满足下面条件:清洁流体 1mma10mm用环隙取压口测量蒸汽 1mma10mm用钻孔取压测量整齐和液化气 4mma10mm.b. 环隙取压口 环隙取压口是在节流件两侧安装夹持环,用法兰将夹持节流件和垫片紧固在一起.为了取得圆管道周围均匀的压力,环隙通常在整个圆周上穿通管道,连续而不中断.否则,每个夹持环应至少由4个开孔与管道内部连通.每个开孔的中心线彼此互相等角度,而每个开孔的面积至少为12mm2.夹持环的内壁b必须等于或大于管道直径D,以保证它不致凸入管道内.并必须满足下式要求: （2-3-31）式中c和c为上游和下游夹持环的长度,其值不得大于0.5D。并且b值应在Db1.0

34、4D的极限值之内。厚度f应大于或等于环隙宽度a的2倍。环腔的横截面积g×h应大于或等于环隙与管道内部连通的开孔总面积的一半。夹持环与二次装置连接的去牙口，直径j=410mm，贯穿处应为圆形，其边缘应与管内平齐，尽可能锐利，不允许有毛边或卷口,允许有倒圆, 但其半径应小于取压口直径的1/10。采用单独钻孔的取压口时，取压口的轴线应尽可能以90°角与管道轴线相交。如在同一上游或下游取压平面上有几个单独钻孔取压口，它们的轴线应彼此互成相等的角度。 ISA 1932喷嘴、长颈喷嘴和文丘里喷嘴、文丘里管的取压口 ISA 1932喷嘴的下游取压口可以按角接取压口进行设置。也可以设置在较

35、远的下游处，取压口轴线与喷嘴平面A的距离为当0.67时为0.15D；0.67时为0.20D。取压口的直径应符合法兰取压口的要求，亦可采用角接取压口的规定。长径喷嘴的上游取压口轴线距喷嘴平面A的距离为1D+0.2-0.1D。下游取压口的轴线应在距离平面A的0.50D±0.01D处，但不得在喷嘴出口的更下游处。 经典文丘里管的取压装置是，在上游设几个单独的管壁取压口，在喉部设置几个单独的管壁取压口，然后分别用均压环将上游取压口和喉部取压口连接起来。取压口的直径为410mm，并且上游取压口的直径不大于0.1D，喉部取压口的直径不大于0.13d。均压环截面积应等于或大于各取压口总面积的一半。

36、 上游取压口和喉部取压口均应不少于4个，并且位于垂直于经典文丘里管轴线的平面上，取压口的轴线应彼此具有相等的角度。 具有粗铸收缩段的经典文丘里管，上游取压口轴线距收缩段B和入口圆管段A相交平面的距离为： 当100mmD150mm时：0.5D±0.25D； 当150mmD800mm时：0.5D0-0.25D。 具有机械加工收缩段的经典文丘里管和具有粗焊铁板收缩段的经典文丘里管，上游取压口轴线距圆筒段A和收缩段B相交平面的距离为：0.5D±0.05D(图2-3-13)。 对于所有类型的经典文丘里管，喉部取压口轴线距收缩段B和喉部C相交平面的距离均为：0.5d±0.02

37、d。 文丘里喷嘴的喉部取压口也是采用均压环形式，其单独钻孔取压口的直径应小于或等于0.04d，且应在210mm之间。2.2.3 标准节流装置的管道、安装和使用条件 标准节流装置的流出系数都是在一定条件下通过试验取得的。因此，除对节流件、取压装置要有严格要求外，对管道、安装和使用条件都有严格的规定。如果实际工作中达不到规定要求，将引起较大的误差。2.2.3.1 对流体和流动状态的要求 标准节流装置所测量的流体种类，可以是可压缩流体或者是不可压缩的液体。流体必须是牛顿流体，而且在物理学和热力学上是均匀的、单相的流体(或者可认为是单相的流体)。具有高分散程度的胶质溶液(例如牛奶)，可认为是相当于单相

38、流体。 流体要充满管道。管道内的流量应该不随时间变化，或实际上只随时间有微小和缓慢的变化。标准节流装置不适于脉动流量的测量。 流体通过节流装置时，不能发生相变。流体是气体时，节流件前后的压力比应该达到P2/P10.75。2.2.3.2 管道条件应该在紧邻节流装置上游，管道内流体流动状态接近典型的充分发展的紊流流动状态且无旋涡的位置上安装节流装置。实际应用节流装置测量流量时，难免管路中安装有弯管、阀门、扩大管和缩小管等阻流件，这样，流体流过阻流件后，就会变成非轴对称的流动，或流速分布被改变，或产生二元流动，并且会延续很久，有时可延长到150D。为此，根据试验结果制定出标准节流装置及所连接管道、阻

39、力件等的安装和铺设的若干规定，节流装置安装和管道铺设中要符合其规定。标准节流装置及所连接的管道、阻流件等可用图2-3-20表示。直管段长度。节流件上游和下游直管段应具有的长度，因阻流件的形式、节流件的形式及直径比而有所不同。最短的直管段长度由表2-3-3和表2-3-4给出。表中直管段长度均以管道直径D的倍数表示。不带括号的值为“零附加不确定度”的值，即直管段的长度达到这个数值后，在计算流出系数不确定度时，不需附加任何不确定度。括号内的值为0.5%的附加不确定度的值，即当上游或下游直管段长度小于“零附加不确定度”的值，且等于或大于“0.5%附加不确定度”的值时，应在流出系数的不确定度上算术相加&

40、#177;0.5%的附加不确定度。当上游或下游直管段长度小于“0.5%附加不确定度”的数值时，标准均未给出附加不确定度值。在研究工作中，为了不引入附加不确定度，推荐采用的直管段长度至少为“零附加不确定度”所规定值的2倍。表2-3-3和表2-3-4所给出的直管段长度值，是在特定管件的上游安装有很长的直管段进行试验的情况下获得的，因此可假定阻流件上游的流动是充分发展的，且无漩涡的流动。实际上这样的条件是难以达到的，可用下面的注意事项作为正规安装的指南。a.如果节流装置安装在敞开空间或大容器之后的管道中，不论是直接引出或者是通过任何管件引出，敞开空间与节流件之间管道总长度应不小于30D。如节流装置与

41、敞开空间或大容器之间安装有任何管件或阻流件，则表2-3-3和表2-3-4所给出的直管段长度，亦适用于此管件或阻流件与节流件之间的直管段长度。b.如果在节流件上游，设置除90°弯头之外的几个管件串接时，应时最接近节流件的注：表列数值为位于节流件上游或下游的各种阻流件与节流件之间所需要的最短直管段长度；不带括号的值为“零附加不确定度”的值；带括号的值为“0.5%附加不确定度”的值；直管段长度均以直径D的倍数表示，它应从节流件上游端面量起。 由于这些管件或阻流件对管内流速的影响在40D后可能会出现，因此本表不能给出不带括号的值。由于没有管件或阻流件距文丘里管上游取压口轴线的距离比0.5D还

42、小，所以本表未给出带括号的值。注：表列数值为经典文丘里管上游的各种阻流件与经典文丘里管之间所要求的最短直管段长度； 不带括号的值为“零附加不确定度”的值；带括号的值为“0.5%附加不确定度”的值直管段均以直径D的倍数表示，从经典文丘里管上游取压口平面量起，至少在表2-3-4所示的长度范围内，管道粗糙度应不超过市场上可买到的光滑管子的粗糙度（约K/D10-3）；下游直管段：位于喉部取压口平面下游至少4倍喉部直径处的管件或其他阻流件（见表2-3-4）不影响测量的不确定度；经典文丘里管所要求的最短直管段长度较表2-3-3中的孔板、喷嘴、文丘里喷嘴所规定的直管段长度为短，原因是：a. 它们是由不同的实

43、验结果和不同的上游接管条件得到的；b. 设计经典文丘里管的收缩部分可使得在其喉部能得到更均匀的“速度分布”。实验表明，对于相同的直径比，经典文丘里管上游的最短直管段可比孔板、喷嘴和文丘里喷嘴所要求的为短；弯头的弯曲半径应等于或大于管道直径。管件与节流件之间，有一个直管段L1，其长度按管件的形式及实际的值由表2-3-3中确定。另外，在管件与管件前的管件之间还应有一个直管段L0，其长度按管件的形式及取=0.7(不论的实际值是多少)，取表2-3-3中所列数值的一半。当管件1为对称骤缩管件时，应按上述a中办法处理。如果节流件安装在表2-3-3和表2-3-4未列出的各种阻下游，建议使用流动调整器。此外，

44、当采用直径比比较大的节流件时，也可以在管道上安装流动调整器，这样，有时允许采用比表2-3-3和表2-3-4中所列数值小的直管段。国家关于节流装置的标准中，推荐5种类型流动调整器。图2-3-21是其中的一种管束式流动调整器。它是由一捆外圆相切固定在一起的管束组成，各个管子的轴线相平等，并与管道的轴线平行。如果不能满足这个要求，则流动调整器本身可能会对流动产生干扰。流动调整器至少应有19根管子，长度应大于或等于10d，整修管束与管道内径相切。流动调整器应安装在节流件与最接近节流件的上游的阻流件或管件之间的直管上，此阻流件或管件与调整器之间的直管段长度应至少等于20D，而调整器与节流件之间的直管段长

45、度至少应等于22D。2.2.3.3 安装下面介绍关于孔板、喷嘴和文丘里喷嘴的安装要求。关于经典文丘里管的安装要求请参看国家标准。管道的圆度 用来计算节流件直径比的管道直径D值，应为上游取压口的上游0.5D长度范围内的内径平均值。该内径平均值应该是至少在垂直轴线的3个横截面内所测得的平均值。该内径平均值应该是至少在垂直轴线的3个横截面内所测得的平均值，并且其中两个横截距上游取压口分别为0D和0.5D，而在焊接颈部结构情况下，其中一个横截面必须在焊接平面内(如图2-3-22)。a.邻近节流件(如有夹持环则邻近夹持环)的上游至少在2D长度范围内，管道内径应是圆形的，当在任何平面上测量直径时，任意直径

46、所测量的直径平均值之差不超过直径平均值的±0.3%，则认为管道是圆的。b.离节流件2D之外，敷设在节流件与第一个上游阻力件之间的上游管段，可由一种或多种截面的管道组成(如图2-3-23)。只要任一台阶不超过上述所规定的±0.3的圆度要求，则流出系数无附加不确定度。如任一台阶的高度h超过此规定的极限值，但符合下式要求时，则流出系数的不确定度应算术相加±0.2%的附加不确定度。0.002()和0.05式中S为上游取压口或夹持到台阶的距离。如台阶大于上式给出的任一极限值，则认为不符合标准。c.在离节流件上游端面至少2D长的下游直管段上，管道的内径与上游直管段的内径平均值

47、之间应不超过内径平均值的±3%。可通过检查下游直管段一个直径的方法进行判断。节流件和夹持环的安装 应注意节流件在管道中的安装方向。节流件应垂直于管道轴线，其偏差允许在±1°之间。节流件应与管道同轴，如果采用环，亦应同轴，且夹持环的任何部位不得凸入管道内。节流的轴线与上、下游管道轴线之间的距离eX，应满足式（2-3-32）的要求，此时无附加不确定度。如果ex在式(2-3-33)的范围内，则流出系数c的不确定度应算术相加±0.3%的附加不确定度。如果eX达到式(2-3-34)的范围，则认为不符合要求。 (2-3-32) (2-3-33) (2-3-34) 装

48、配和垫圈 装配和夹紧的方法均应保证节流件安装在正确的位置上，且保持不变。当节流件安装在法兰之间时，要允许它自由热膨胀，以免翘曲和弯扭。在使用垫圈时，垫圈应加工和安装得没有任何部位凸入管道内。当采用角接取压装置时，垫圈也不得挡住取压口或槽，垫圈应尽可能薄，并满足取压装置的要求。2.2.4 压力损失 流体通过节流件时，会有一部分能量消耗在摩擦阻力和节流件后的漩涡上，因而，流体的静压力并不能完全恢复到节流件前的情况，要产生一些永久性的压力。 此压力损失P的大小与节流件的形式及值的大小有关(见图2-3-24)。在选择节流件的形式及确定值时要注意现场的动力源情况，并尽量减少损耗。 下面介绍国家标准中已规

49、定的几种标准节流装置的压力损失计算公式。2.2.4.1 孔板及喷嘴 国家标准中规定，节流件为标准孔板时，其压力损失公式为 （2-3-35）式中c为流出系数；是节流装置的差压。此压力损失是在其他压力影响可忽略不计时，邻近孔板上游侧(大约在孔板上游1D处)的静压与静压恰好完全恢复的孔板下游侧(大约在孔板下游6D处)所测得的静压之差。 对于孔板，其压力损失也可用下式近似地计算。 （2-3-36） ISA1932喷嘴及长颈喷嘴的压力按式(2-3-35)计算。2.2.4.2 文丘里管文丘里管的压力(见图2-3-25)，可根据管道上安装文丘里管前、后的管道压力变化来确定，如果为管道上未安装文丘里管时，两个

50、取压口之间测得的压力差，其中一个取压口位于文丘里管上游，距文丘里管上游法兰至少1D处，而另一个则在下游，距文丘里管下游法兰至少6D处。如果为管道上安装了文丘里管后，在上述两个取压口处所测的压力差，则文丘里管产生的压力损失为。相对压力损失按下式计算 （2-3-37）即文丘里管的相对压力损失除与有关外，还与下述因素有关：当增大时，减少；当ReD增大时，减少；与文丘里管的制造特性有关，当扩散角和粗糙度K/D增大时，增大，并与安装条件有关，即与管道的同轴度以及上游管道内壁的粗糙度等因素有关。一般来说，相对压力损失大约在5%20%之间。 对于文丘里喷嘴，当扩散角不大于15°时，按上述方法计算。

51、2.3 主要参数的计算公式及应用条件2.3.1 流出系数2.3.1.1 孔板 使用极限条件 根据国家标准的规定，只有在表2-3-5所列条件下才能应用。 上游管道粗糙度上限应符合表2-3-6规定。表2-3-5角接取压法兰取压D和D/2取压d12.5mm50mmD1000mm0.200.75ReD5000用于0.200.45ReD12602DReD10000用于0.45表2-3-6 孔板上游管道相对粗糙度上限值0.300.320.340.360.380.400.450.500.600.75104K/D25.018.112.910.08.37.15.64.94.24.0国家标准给出的流出系数C值是经

52、过大量实验获得的，对于角接取压孔板的流出系数C值是在相对粗糙度K/D3.8×10-4的管道中进行试验获得的，对于D和D/2取压孔板流出系数C值则是在K/D10×10-4的管道中进行试验获得的(各种材质管道的粗糙度见表2)。K为等效绝对粗糙度，以长度单位表示，它取决于管壁峰谷高度、分布等因素。 如果在孔板上游直管段至少10D长度范围内，管道粗糙度是在表2-3-6给出的极限值之内，直管段其余部分管道粗糙度不符合表2-3-6规定也可以使用。 流出系数 1975年斯托兹(J. Stolz)提出角接取压、法兰取压、D和D/2取压孔板的流出系数可使用一个通用的方程式，1980年ISO5167采纳了斯托兹公式，1989年国际标准化组织做了修订，并颁布了ISO51671(1991)标准，推广使用。 流出系数C由Stolz方程给出 C=0.5959+0.03122.1-0.18408+00292.5(106ReD)0.75+0.0900L1 (2-3-38)当 式中 C流出系数； 直径比，=d/D； ReD管道雷诺数； L1孔板上游端面到上游取压口的距离除以管道直径，L1=/D； L