第4部分流量检测

1、4.1 4.1 流量检测的有关概念流量检测的有关概念4.2 4.2 差压式流量计差压式流量计4.3 4.3 转子流量计转子流量计4.4 4.4 电磁流量计电磁流量计4.5 4.5 涡街流量计涡街流量计4.6 4.6 超声波流量计超声波流量计4.7 4.7 质量流量计质量流量计4.8 4.8 其它流量计其它流量计4.9 4.9 流量校验系统流量校验系统4.10 4.10 应用实例应用实例检测技术与仪表检测技术与仪表 流量测量技术与仪表是广泛应用于工业生流量测量技术与仪表是广泛应用于工业生产过程、能源计量、环境保护、交通运输、产过程、能源计量、环境保护、交通运输、生物技术、海洋气象、江河湖泊、科学

2、实生物技术、海洋气象、江河湖泊、科学实验等领域的必不可少的技术。验等领域的必不可少的技术。 测量流量的目的是为了正确指导工艺操作、测量流量的目的是为了正确指导工艺操作、进行成本核算、保证产品的质量和设备的进行成本核算、保证产品的质量和设备的安全。安全。 运用不同的物理原理和规律，可制造出各运用不同的物理原理和规律，可制造出各类流量仪表应用于流量测量。流量测量是类流量仪表应用于流量测量。流量测量是生产过程自动化检测和控制的重要环节。生产过程自动化检测和控制的重要环节。 流体流量是指单位时间内流过管道或明渠有流体流量是指单位时间内流过管道或明渠有效截面积流体的数量。在工业生产过程中，流量效截面积流

3、体的数量。在工业生产过程中，流量测量对生产的经济性、安全性都是非常重要的。测量对生产的经济性、安全性都是非常重要的。 一、流量的表示方法一、流量的表示方法瞬时流量和累积流量（总量）瞬时流量和累积流量（总量） 瞬时流量（简称流量）瞬时流量（简称流量）是指单位时间内流过是指单位时间内流过管道某截面液体的体积或质量。前者称为管道某截面液体的体积或质量。前者称为体积流体积流量量，用，用q qv v表示，单位为表示，单位为m m3 3/h/h。后者称为后者称为质量流量质量流量，用用q qm m表示，单位为表示，单位为kg/hkg/h。 质量流量和体积流量的关系为质量流量和体积流量的关系为 式中式中流体的

4、密度。流体的密度。 对于连续生产过程，瞬时流量测量是与生产对于连续生产过程，瞬时流量测量是与生产的高产优效直接相关。的高产优效直接相关。vmqq体积流量体积流量 式中：式中：A A管道横截面积；管道横截面积； v v流体的平均流速。流体的平均流速。 vAqv 一些经济核算以及贸易往来中，却需要测知流一些经济核算以及贸易往来中，却需要测知流量总量。量总量。 流量总量是指在一段时间内流过管道介质的总流量总量是指在一段时间内流过管道介质的总和。即和。即 式中式中VV体积流量，体积流量，m m3 3； m m质量流量，质量流量，kgkg。 一般把检测流量的仪表叫一般把检测流量的仪表叫流量计流量计，把检

5、测总量，把检测总量流量的仪表叫流量的仪表叫计量表计量表。工业生产中流量计有显示总。工业生产中流量计有显示总量的作用。量的作用。tvdtqV0tmdtqm0 流量是一个动态量，所以流量检测过程与流流量是一个动态量，所以流量检测过程与流体流动状态、流体的物理性质、流体的工作条件、体流动状态、流体的物理性质、流体的工作条件、流量计前后直管段的长度等有关。因此确定流量流量计前后直管段的长度等有关。因此确定流量测量方法、选择流量仪表，都要综合考虑，才能测量方法、选择流量仪表，都要综合考虑，才能达到理想的测量要求。达到理想的测量要求。 流量检测仪表分为体积流量仪表和质量流量流量检测仪表分为体积流量仪表和质

6、量流量仪表两大类。仪表两大类。 体积流量仪表体积流量仪表又分为速度法流量仪表和容积法又分为速度法流量仪表和容积法流量仪表。流量仪表。 当管道中流体的流通截面积当管道中流体的流通截面积A A确定后，测出通确定后，测出通过该截面流体的流速过该截面流体的流速v v， 就可获得此处流体的就可获得此处流体的体积流量大小体积流量大小q qv v。根据这一原理制成的仪表称根据这一原理制成的仪表称为速度法体积流量仪表。为速度法体积流量仪表。在单位时间里（或一段时间里）直接测得通过在单位时间里（或一段时间里）直接测得通过仪表的流体体积流量仪表的流体体积流量q qv v的仪表称为容积法体积的仪表称为容积法体积流量

7、仪表。流量仪表。 质量流量仪表质量流量仪表又分为直接法质量流量仪表又分为直接法质量流量仪表和间接法质量流量仪表。前都是由仪表的检测和间接法质量流量仪表。前都是由仪表的检测元件直接测量出流体质量的仪表。后者是同时元件直接测量出流体质量的仪表。后者是同时测出流体的体积流量、温度、压力值，再通过测出流体的体积流量、温度、压力值，再通过运算间接推导出流体的质量流量的仪表。运算间接推导出流体的质量流量的仪表。 1 1、流体的密度、流体的密度 在流体测量中流体的密度在流体测量中流体的密度应该是已知的。应该是已知的。流体的密度是其状态（压力、温度）的函数，即流体的密度是其状态（压力、温度）的函数，即流体的密

8、度流体的密度随压力随压力p p和温度和温度t t而变化。因此在测而变化。因此在测量流量时应该考虑流体状态对密度的影响。量流量时应该考虑流体状态对密度的影响。 在低压常温下，液体受压力的影响很小，所在低压常温下，液体受压力的影响很小，所以常将以常将低压常温下的液体视为是不可压缩的流体，低压常温下的液体视为是不可压缩的流体，可不考虑压力对其密度的影响。可不考虑压力对其密度的影响。 对于气体，它受压力和温度的影响较大，为对于气体，它受压力和温度的影响较大，为可压缩流体可压缩流体，其密度随压力温度变化较大，故在，其密度随压力温度变化较大，故在流量测量中必须考虑其影响。流量测量中必须考虑其影响。 2 2

9、、流体的粘度、流体的粘度（动力粘度）动力粘度） 流体的粘度是表示流体粘滞性的一个参数。流体的粘度是表示流体粘滞性的一个参数。由于流体粘滞性将对流体的运动产生阻力，从而由于流体粘滞性将对流体的运动产生阻力，从而影响流体的流速分布以及能量损失（压力损失）影响流体的流速分布以及能量损失（压力损失）等，因而流体粘度将影响流量测量。在流量测量等，因而流体粘度将影响流量测量。在流量测量中，流体的粘度应该是已知的，它与流体的性质中，流体的粘度应该是已知的，它与流体的性质及其状态（压力、温度）有关，是压力、温度的及其状态（压力、温度）有关，是压力、温度的函数。函数。对于气体，温度升高时，粘度增大；对于对于气体

10、，温度升高时，粘度增大；对于液体，温度升高时，粘度减小。液体，温度升高时，粘度减小。 对于液体，仅在压力很高的情况下，才考虑对于液体，仅在压力很高的情况下，才考虑压力对粘度的影响。对于气体，压力与粘度的关压力对粘度的影响。对于气体，压力与粘度的关系密切，压力升高，粘度增大。系密切，压力升高，粘度增大。 动力粘度动力粘度 在工程单位制中使用的单位为千在工程单位制中使用的单位为千克力克力秒秒/ /米米2 2（kgfs/mkgfs/m2 2），），在国际单位制中在国际单位制中使用的单位为牛顿使用的单位为牛顿秒秒/ /米米2 2（PasPas），），故有：故有： 1 1 kgfs/mkgfs/m2 2

11、 = 9.80665 = 9.80665 PasPas 9.81 9.81 PasPas 3 3、雷诺数、雷诺数ReRe 根据流体力学中的定义，流体流动的根据流体力学中的定义，流体流动的雷诺数雷诺数是流体流动的惯性力是流体流动的惯性力FgFg与其粘性力（内摩擦力）与其粘性力（内摩擦力）FmFm之比，即：之比，即：式中：式中：v v 特征流速，在管道中为有效截面上特征流速，在管道中为有效截面上的平均流速，的平均流速，m/sm/s； 流体密度，流体密度，kg/m3kg/m3； l l特征长度，在圆管流中为管道内径，特征长度，在圆管流中为管道内径，m m。lvlvFFvFFRmge/2故圆管流时：故

12、圆管流时：式中：式中： q qm m质量流量，质量流量，kg/hkg/h； D D管道内径，管道内径，mmmm； 动力粘度；动力粘度；PasPas。 * * 雷诺数是判别流体状态的准则，在紊流时流雷诺数是判别流体状态的准则，在紊流时流体流速分布更是与雷诺数有关，因此在流量测量体流速分布更是与雷诺数有关，因此在流量测量中，无论是对流量仪表，还是在流量计算时，雷中，无论是对流量仪表，还是在流量计算时，雷诺数都是很重要的一个参数。诺数都是很重要的一个参数。DqRmeD310354 差压式流量计是一类历史悠久、技术成熟、差压式流量计是一类历史悠久、技术成熟、使用最多的流量计。使用最多的流量计。 差压式

13、流量计按结构形式可分为节流差压式差压式流量计按结构形式可分为节流差压式流量计、弯管流量计、匀速管流量计、射流流量流量计、弯管流量计、匀速管流量计、射流流量计等几种。计等几种。 以节流装置为检测件的节流差压式流量计是以节流装置为检测件的节流差压式流量计是最广泛使用的一类流量计，节流差压式流量计是最广泛使用的一类流量计，节流差压式流量计是依据流体通过节流装置，使部分压力能转换为动依据流体通过节流装置，使部分压力能转换为动能产生差压信号的原理而工作的。能产生差压信号的原理而工作的。 节流式流量计流量的测量系统由节流装置、节流式流量计流量的测量系统由节流装置、差压计或差压变送器、二次显示仪表等组成。差

14、压计或差压变送器、二次显示仪表等组成。 （1 1）节流装置）节流装置 节流装置按其标准化程度，分成标准节流装置节流装置按其标准化程度，分成标准节流装置和非标准节流装置两大类。和非标准节流装置两大类。 标准节流装置是指按照国家标准文件或国际计标准节流装置是指按照国家标准文件或国际计量组织文件（如量组织文件（如GB/T2624GB/T2624或或ISO5167ISO5167）设计、制造、设计、制造、安装和使用，不需要实流标定就可以确定差压和流安装和使用，不需要实流标定就可以确定差压和流量关系的装置。量关系的装置。 （2 2）差压变送器）差压变送器 差压变送器的作用是将节流装置产生的差压差压变送器的

15、作用是将节流装置产生的差压信号转换成标准输出信号的仪表。信号转换成标准输出信号的仪表。 非标准节流装置是必须经过实流标定才能确非标准节流装置是必须经过实流标定才能确定其差压和流量关系的装置。定其差压和流量关系的装置。 标准节流装置是全世界通用的，目前我国规标准节流装置是全世界通用的，目前我国规定的标准节流装置种类有：角接取压标准孔板、定的标准节流装置种类有：角接取压标准孔板、法兰取压标准孔板、法兰取压标准孔板、D-D/2D-D/2取压标准孔板、角接取压标准孔板、角接取压标准喷嘴四种。取压标准喷嘴四种。 差压式流量计的测量原理是差压式流量计的测量原理是基于流体的基于流体的机械能相互转换机械能相互

16、转换的原理。在的原理。在水平管道水平管道流动的流动的流体，具有动压能和静压能（位能相等），流体，具有动压能和静压能（位能相等），在一定条件下，这两种形式的能量可以相互在一定条件下，这两种形式的能量可以相互转换，但能量总和不变。转换，但能量总和不变。 如图如图4.14.1所示，所示， 稳定流动的流体沿水平方向稳定流动的流体沿水平方向流经管道中间垂直于轴线方向安装一个节流件流经管道中间垂直于轴线方向安装一个节流件孔板，它造成流通截面积减小。孔板，它造成流通截面积减小。 显然截面显然截面I-II-I处流体未受孔板的影响，流体处流体未受孔板的影响，流体充满管道，设管道截面积为充满管道，设管道截面积为A

17、 A1 1，流体的静压力为流体的静压力为P P1 1，平均流速为平均流速为v v1 1，流体的密度为流体的密度为1 1。 截面截面-处是流体经过孔板后流束收缩的处是流体经过孔板后流束收缩的最小截面，设截面积为最小截面，设截面积为A A2 2，压力为压力为P P2 2，平均流平均流速为速为v v2 2，流体密度为流体密度为2 2。 图中所示的压力、流速曲线在孔板前后的变图中所示的压力、流速曲线在孔板前后的变化情况，它充分反映了流体的静压能、动压能的化情况，它充分反映了流体的静压能、动压能的相互转换。流体在截面相互转换。流体在截面处，流束收缩到最小，处，流束收缩到最小，流速达到最大，静压力最小，然

18、后流束扩张，流流速达到最大，静压力最小，然后流束扩张，流速和压力慢慢增加，然而由于涡流区的存在，导速和压力慢慢增加，然而由于涡流区的存在，导致流体有能量损失。致流体有能量损失。 设被测流体为不可压缩的理想流体，其流经设被测流体为不可压缩的理想流体，其流经孔板时，不对外做功，与外界没有热量交换，流孔板时，不对外做功，与外界没有热量交换，流体本身也没有温度变化。根据伯努利方程，对截体本身也没有温度变化。根据伯努利方程，对截面面-、-处沿管中心的流体有以下能量关处沿管中心的流体有以下能量关系：系： 因为被测流体是等温不可压缩的，即因为被测流体是等温不可压缩的，即1 1=2 2=，所以式（所以式（4.

19、24.2）可写为）可写为 22222/2211/1vPvP22222211vPvP（4.24.2）（4.34.3） 流体的连续性方程为：流体的连续性方程为：222111vAvA( 4.4 )( 4.4 )等温不可压缩的流体可写为：等温不可压缩的流体可写为：2211vAvA即即2121vAAv 代入式（代入式（4.34.3）得）得212/2/1221)(2AAPPv 对于截面积对于截面积-代入质量流量方程得代入质量流量方程得 式（式（4.54.5）是反映质量流量）是反映质量流量 q qm m和孔板前后压差和孔板前后压差P P1 1- P- P2 2之间关系的理论方程式。实际上式之间关系的理论方程

20、式。实际上式（4.54.5）中）中A A2 2代表流束最小收缩截面，因其位置代表流束最小收缩截面，因其位置和大小均难以确定，从而使和大小均难以确定，从而使A A2 2面上的静压力面上的静压力P P2 2也难以确定，所以理论方程必须修正。也难以确定，所以理论方程必须修正。 212/2/12221)(2AAPPAvAqm(4.5)(4.5) 为了计算和使用方便，用孔板的开孔截面为了计算和使用方便，用孔板的开孔截面A A0 0代替流束最小收缩截面代替流束最小收缩截面A A2 2，设设A A2 2 =A=A0 0 ，式式中中为流束收缩系数，设孔板的开孔直径为为流束收缩系数，设孔板的开孔直径为d d，开

21、孔直径开孔直径d d与管道直径与管道直径D D的比值为的比值为则式（则式（4.54.5）可改写为）可改写为102AA42/2/101)(2PPAqm(4.6)(4.6) 实际应用中压力差取自距孔板前后端面的实际应用中压力差取自距孔板前后端面的固定位置处，比如是图固定位置处，比如是图4-14-1中的中的P P1 1- P- P2 2而非而非P P1 1- P- P2 2，这样压力好测。基于上述几点理这样压力好测。基于上述几点理由，则式（由，则式（4.64.6）需修正。）需修正。 通常将包括通常将包括在内的系数合为一个无量纲在内的系数合为一个无量纲数数C C，C C称为流出系数。这样式（称为流出系

22、数。这样式（4.64.6）可写成：）可写成： 式中式中P P = = P P1 1 - - P P2 2。 PACPPCAqm2411)(204/2/10(4.7)(4.7) 以上推导是针对不可压缩的理想流体而得出以上推导是针对不可压缩的理想流体而得出的流量公式。对于可压缩流体（如各种气体、蒸的流量公式。对于可压缩流体（如各种气体、蒸汽）流过节流装置时，压力发生改变必然引起密汽）流过节流装置时，压力发生改变必然引起密度度的改变，因此对于可压缩流体在上式中应引的改变，因此对于可压缩流体在上式中应引入气体膨胀系数入气体膨胀系数，则上式变为：则上式变为： 同理同理 PACqm102411102411

23、PACqV(4.8)(4.8)(4.9)(4.9) 上两式是差压式流量计的流量公式。当被测上两式是差压式流量计的流量公式。当被测流体为液体时流体为液体时=1=1，当被测流体为气体、蒸汽时当被测流体为气体、蒸汽时11。式中：式中：C C 流出系数；流出系数； 可膨胀性系数；可膨胀性系数； A A0 0 节流件开孔截面积，节流件开孔截面积，m m2 2； 1 1 被测流体在被测流体在I-II-I处的密度，处的密度，kg/mkg/m3 3； P P 节流装置输出的差压，节流装置输出的差压，PaPa； q qm m 质量流量，质量流量，kg/skg/s； q qv v 体积流量，体积流量，m m3 3

24、/s/s。 1 1、实用流量公式、实用流量公式 从前面推导出的流量公式中知，从前面推导出的流量公式中知，q qm m、q qv v的单的单位是位是kg/skg/s和和m m3 3/s/s，而而A A0 0的单位是的单位是m m2 2。 在工程实际流量计算中常选用如下单位：在工程实际流量计算中常选用如下单位：q qm m和和q qv v用用kg/hkg/h和和m m3 3/h/h表示，表示，A A0 0=d=d2 2/4=/4=2 2D D2 2/4,d/4,d、D D用用mmmm表示，由此可得出实用流量公式：表示，由此可得出实用流量公式： PDCPdCqm122120039986. 00039

25、986. 012212/0039986. 0/0039986. 0PDCPdCqv241036000039986. 06式中式中: :(4.10)(4.10)(4.1(4.11)1) （1 1）流出系数）流出系数C C 流出系数流出系数C C定义为通用节流装置的实际流量定义为通用节流装置的实际流量值与理论流量值之比。值与理论流量值之比。 将它应用到理论流量方将它应用到理论流量方程中以获得实际的流量。程中以获得实际的流量。 对于标准孔板，当参数对于标准孔板，当参数d d、D D、R ReDeD、K/DK/D的使用范围同时满足表的使用范围同时满足表4-14-1、4-34-3的要求时，流的要求时，流

26、出系数出系数C C的表达公式如下：的表达公式如下： 角接取压标准孔板的流出系数：角接取压标准孔板的流出系数：3 . 065 . 37 . 068210)0063. 00188. 0(10000521. 0216. 00261. 05961. 0eDcomeDcomJRARCC式中式中: :8 . 019000eDcomRA 。3 . 11 . 1/2/248 . 0710/)12(8 . 012031. 01)19000(11. 01 123. 008. 0043. 011LLReeCCCeDLLJF3 . 065 . 37 . 068210)0063. 00188. 0(10000521.

27、0216. 00261. 05961. 0eDeDJRARC 法兰取压标准孔板的流出系数：法兰取压标准孔板的流出系数： ( 4.13 )( 4.13 ) （4.144.14） D-D/2 D-D/2取压标准孔板的流出系数：取压标准孔板的流出系数：3 . 11 . 12248 . 0710/)12(8 . 012031. 01)19000(11. 01)123. 008. 0043. 0(11LLReeCCCeDLLJD(4.15)(4.15) 角接取压标准喷嘴在角接取压标准喷嘴在50mm D 500mm50mm D 500mm、0.3 0.440.3 0.44、7 7104ReD1104ReD

28、1107107或或0.440.800.440.80、2 2104 104 ReDReD 1 1107107范范围内的流出系数围内的流出系数C C为：为：15. 1615. 421 . 4)10()0033. 000175. 0(2262. 09900. 0eDRC (4.16) (4.16) 这里要注意，流出系数这里要注意，流出系数C C对孔板来说是对孔板来说是实验数据。角接取压法是在平均粗糙度实验数据。角接取压法是在平均粗糙度 K/D K/D 3.83.81010-4-4的管道中测定的，的管道中测定的， 法兰取压法法兰取压法和和D-D/2D-D/2取压法是取压法是K/D 10K/D 1010

29、10-4-4的管道中测的管道中测定的，其中定的，其中K K是管道内壁的绝对粗糙度。是管道内壁的绝对粗糙度。K K值值可通过特定管道的取样长度进行压损实验来可通过特定管道的取样长度进行压损实验来确定，不同材料管道的值见表确定，不同材料管道的值见表4.24.2（a a）。）。 实际应用时，要求孔板上游实际应用时，要求孔板上游10D10D之内的管之内的管道内表面相对粗糙度道内表面相对粗糙度K/DK/D应满足表应满足表4.24.2（b b）限）限制。当所选用的管材值小于表制。当所选用的管材值小于表 4.24.2（b b）中的）中的规定时，认为该管材的内表面是光滑的，规定时，认为该管材的内表面是光滑的，

30、 称称为光管；当为光管；当K/DK/D值大于表中所列值时，则认为值大于表中所列值时，则认为该管是粗糙的。该管是粗糙的。124214PdCqm上式对角接取压法、法兰取压法和上式对角接取压法、法兰取压法和D-D/2D-D/2取压法都适用。取压法都适用。 (4.17)(4.17) 可压缩流体通过节流装置后会发生体积膨胀，可压缩流体通过节流装置后会发生体积膨胀，使其密度发生变化，使其密度发生变化， 所以要引入可膨胀性系数所以要引入可膨胀性系数进行修正。可膨胀性系数进行修正。可膨胀性系数与与R ReDeD无关，是无关，是、P/PP/P1 1和被测气体的等熵指数和被测气体的等熵指数的函数。的函数。 对于标

31、准孔板，对于标准孔板，在满足在满足P / PP / P1 10.250.25的的条件下，用下式计算：条件下，用下式计算：（4.18)4.18)式中：式中：= 1 - = 1 - P / PP / P1 1 。 常用可压缩性流体的等熵指数常用可压缩性流体的等熵指数的数据如下：的数据如下：单质子气体单质子气体=1.67=1.67、空气及双原子气体、空气及双原子气体=1.41=1.41、过热蒸汽及气体过热蒸汽及气体=1.81=1.81、饱和蒸汽、饱和蒸汽=1.135=1.135。211244211111kkkkkk对于角接取压标准喷嘴，对于角接取压标准喷嘴，用下式计算：用下式计算： 由于差压式流量计

32、是依据被测流体流经节流由于差压式流量计是依据被测流体流经节流装置产生差压装置产生差压P P而知道被测流体的流量大小的，而知道被测流体的流量大小的， 也就是说也就是说P P是随流量不同而变化的，是随流量不同而变化的， 因此引起因此引起的变化。的变化。 为减小因为减小因变化引起的误差，在设计时规定变化引起的误差，在设计时规定采用差压采用差压P PCOMCOM来计算来计算值。值。 如果未给出常用差如果未给出常用差压值，可以取差压上限值压值，可以取差压上限值P PMAXMAX的的64%64%作为作为P PCOMCOM进进行计算。行计算。 在流量公式中节流件的开孔直径在流量公式中节流件的开孔直径d d、

33、管径、管径D D和和直径比直径比都是工作状态下的数值，可是在设计和都是工作状态下的数值，可是在设计和加工制造节流装置和选用管道时都是以常用的各加工制造节流装置和选用管道时都是以常用的各种测量值为设计依据。种测量值为设计依据。 因此，必须根据需要进行换算，换算公式如因此，必须根据需要进行换算，换算公式如下：下： d = d d = d20201 + 1 + d d(t(t - 20) - 20) D = D D = D20201 + 1 + D D(t(t - 20) - 20)式中：式中：dd工作状态下节流件开孔直径，工作状态下节流件开孔直径，mmmm； D D工作状态下管道内径，工作状态下管

34、道内径，mmmm； d d20202020时节流件开孔直径，时节流件开孔直径，mmmm； D D20202020时管道内径，时管道内径，mmmm； d d节流件材料的热膨胀系数，节流件材料的热膨胀系数，mm/mm/（mmmm） D D管道材料的热膨胀系数，管道材料的热膨胀系数，mm/mm/（mmmm）；）； t t工作状态下被测流体的温度，工作状态下被测流体的温度，。 材料的热膨胀系数材料的热膨胀系数d d、D D可直接查表可直接查表4.14.1。)20(1 20t 被测流体的密度对流量测量精度的影响，与被测流体的密度对流量测量精度的影响，与差压差压P P处于同等重要的地位，因此需要对它进处于

35、同等重要的地位，因此需要对它进行精确计算。行精确计算。 液体密度液体密度 工作状态下液体的密度按下式计算工作状态下液体的密度按下式计算式中：式中： 工作状态下液体的密度，工作状态下液体的密度，kg/mkg/m3 3； 2020温度为温度为2020时，压力为时，压力为1.013251.01325 10 105 5PaPa状态下液体的密度，状态下液体的密度，kg/mkg/m3 3； 体积膨胀系数，体积膨胀系数，1/1/； t t 工作状态下液体的温度，工作状态下液体的温度，。332211xxxm 液体混合物的密度一般都可以按比例取其平液体混合物的密度一般都可以按比例取其平均值，即均值，即 式中：式

36、中：m m混合物的密度，混合物的密度，kg/mkg/m3 3；1 1、2 2、3 3 各组分的密度，各组分的密度，kg/mkg/m3 3；x x1 1 、x x2 2 、x x3 3 各组分的体积分数，各组分的体积分数，% %。式中：式中：1 1 、0 0 - - 分别为工作状态下和分别为工作状态下和00、1.01325 1.01325 10105 5 PaPa状态下气体的密度，状态下气体的密度，kg/m3kg/m3； T T1 1、T T0 0 分别为工作状态下的绝对温分别为工作状态下的绝对温度和度和00对应的绝对温度，对应的绝对温度，K K； P P1 1、P PN N 干气体工作状态下的

37、绝对压力干气体工作状态下的绝对压力和标准大气压，和标准大气压，PaPa； Z Z 工作状态下气体的压缩因子。工作状态下气体的压缩因子。 ZPTTP010101 干气体的密度。干气体的密度。 在工作状态下，干气体的密度可按下式计算：在工作状态下，干气体的密度可按下式计算： 湿气体的密度湿气体的密度 一般气体总是含有一定状态的水分。含有水分一般气体总是含有一定状态的水分。含有水分的气体称为湿气体，的气体称为湿气体， 且以湿度来描述湿气体含有且以湿度来描述湿气体含有水分的程度，湿度有绝对湿度和相对湿度两种表示水分的程度，湿度有绝对湿度和相对湿度两种表示方式。方式。 绝对湿度是指单位体积的湿气体中所含

38、有水蒸绝对湿度是指单位体积的湿气体中所含有水蒸汽的质量，用符号汽的质量，用符号 表示，单位为表示，单位为kg/mkg/m3 3。 相对湿度是指温度为相对湿度是指温度为T T、 压力为压力为 P P的单位体积的单位体积的湿气体中所含水蒸汽的质量与在同温和同压下的的湿气体中所含水蒸汽的质量与在同温和同压下的单位体积的湿气体可含水蒸汽的最大可能质量之比单位体积的湿气体可含水蒸汽的最大可能质量之比的百分数，常用符号的百分数，常用符号表示，单位为表示，单位为%RH%RH。 已知绝对湿度、已知绝对湿度、1.013251.0132510105 5PaPa工作状工作状态下湿气体的密度按下式计算：态下湿气体的密

39、度按下式计算：ZTPTPffN10101804. 0)(804. 0式中：式中：0.8040.804为为00、1.013251.0132510105 5PaPa状态下状态下水蒸汽的密度，单位是水蒸汽的密度，单位是kg/mkg/m3 3。 混合气体的密度。由于工作状态下混合气体混合气体的密度。由于工作状态下混合气体的密度服从叠加原理，可按下式计算：的密度服从叠加原理，可按下式计算：100332211nnmXXXX式中：式中：mm混合气体的密度，混合气体的密度，kg/mkg/m3 3； 1 1、2 2、3 3、n n混合气体各组混合气体各组分的的密度，分的的密度，kg/mkg/m3 3； X X1

40、 1、X X2 2、X X3 3、XnXn混合气体各组分混合气体各组分的体积百分比数，的体积百分比数，% %。 概念概念: : 节流装置是使管道中流动的流体产生静节流装置是使管道中流动的流体产生静压力差的装置，可分为标准节流装置和非标准节流压力差的装置，可分为标准节流装置和非标准节流装置两类。装置两类。 组成组成: : 完整的节流装置由节流元件、带有取压完整的节流装置由节流元件、带有取压孔的取压装置和上下游测量导管三部分组成。孔的取压装置和上下游测量导管三部分组成。 标准标准: : 采用标准节流装置进行流量测量，在设采用标准节流装置进行流量测量，在设计计算时都有统一标准的规定、要求和计算所需要

41、计计算时都有统一标准的规定、要求和计算所需要的数据、图表，可直接根据标准进行设计、制造、的数据、图表，可直接根据标准进行设计、制造、安装和使用，不必进行标定，可保证一定的精度。安装和使用，不必进行标定，可保证一定的精度。 1 1、以节流装置、以节流装置标准孔板为例来介绍标准标准孔板为例来介绍标准节流装置的结构、特点和安装等要求。节流装置的结构、特点和安装等要求。 标准孔板是一块标准孔板是一块与管道轴线同心的圆与管道轴线同心的圆形开孔、内边缘尖锐形开孔、内边缘尖锐的金属薄板。的金属薄板。 剖面图如图剖面图如图4.34.3，详见国家标准详见国家标准GBGBT264293T264293。 对标准孔板

42、的要求是：对标准孔板的要求是： 标准孔板的开孔直径标准孔板的开孔直径d d在任何情况都要满在任何情况都要满足足d12.5mmd12.5mm和和0.20 0.750.20 0.75。开孔直径。开孔直径d d应应取相互之间大致有相等角度的四个直径测量结果取相互之间大致有相等角度的四个直径测量结果的平均值，且要求任意一个直径与直径平均值之的平均值，且要求任意一个直径与直径平均值之差不超过直径平均值的差不超过直径平均值的0.050.05。 孔板上游端面孔板上游端面A A的平面度的平面度( ( 即连接孔板表即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面上任意两点的直线与垂直于轴线的平面之间的斜

43、度应小于斜度应小于0.50.5) )，上游端面，上游端面A A的粗糙度必须的粗糙度必须1010-4-4d d。 节流孔厚度节流孔厚度e e应在应在0.005D0.005D与与0.02D0.02D之间，在之间，在节流孔的任意点测得的各个节流孔的任意点测得的各个e e 值之间的差不得大值之间的差不得大于于0.01D0.01D。孔板厚度。孔板厚度E E应在应在e e和和0.05D0.05D之间，之间， 而当而当50mmD64mm50mmD64mm时，孔板厚度只要不大于时，孔板厚度只要不大于3.2mm3.2mm即即可。孔板的下游侧应有一个扩散的圆锥表面，该可。孔板的下游侧应有一个扩散的圆锥表面，该表面

44、的粗糙度应达到上游端面力的要求，圆锥面表面的粗糙度应达到上游端面力的要求，圆锥面的斜面为的斜面为45451515。 上游边缘上游边缘G G应是尖锐的（应是尖锐的（ 即边缘半径不大即边缘半径不大于于0.0004d0.0004d），无卷口，无毛边，），无卷口，无毛边， 无目测可见的无目测可见的任何异常。任何异常。 角接取压。角接取压。 角接取压的取压口位于上、下游孔板的前角接取压的取压口位于上、下游孔板的前后端面处，有环室取压和单独钻孔取压两种结后端面处，有环室取压和单独钻孔取压两种结构形式。它所取出的压力为节流件前后端面处构形式。它所取出的压力为节流件前后端面处的压力。的压力。 国家标准中规定标

45、准孔板有三种标准取压国家标准中规定标准孔板有三种标准取压方式：角接取压、法兰取压和方式：角接取压、法兰取压和D-DD-D2 2取压。取压。 图图4.44.4为角接取压装置示意图，上半部分为角接取压装置示意图，上半部分为环室取压结构，下半部分为单独钻孔取压结为环室取压结构，下半部分为单独钻孔取压结构。构。 每个取压孔开孔面积不小于每个取压孔开孔面积不小于12mm12mm2 2。 小管小管径时一般采用环室取压，当管道直径径时一般采用环室取压，当管道直径D D500mm500mm的大管径时，一般都采用单独钻孔取压。的大管径时，一般都采用单独钻孔取压。 环隙宽度或单独钻孔取压直径环隙宽度或单独钻孔取压

46、直径a a通当取通当取410mm410mm之间。之间。 法兰取压和法兰取压和D-DD-D2 2取压。取压。 如图如图4.54.5所示，法兰取压时孔板被夹持在两块所示，法兰取压时孔板被夹持在两块特殊加工的法兰中，其间加垫片，厚度不超过特殊加工的法兰中，其间加垫片，厚度不超过lmmlmm。 在两法兰上分别钻一个取压孔，在两法兰上分别钻一个取压孔， 上游取压孔上游取压孔中心距孔板前端面为中心距孔板前端面为25.4mm25.4mm， 下游取压孔中心位下游取压孔中心位置距孔板后端面为置距孔板后端面为 25.4mm25.4mm， 即前后距离均为即前后距离均为1 1英英寸，寸， 取压孔直径为取压孔直径为61

47、2mm612mm，取压孔中心与管道中心，取压孔中心与管道中心垂直。它所取的压力为离孔板前后端面垂直。它所取的压力为离孔板前后端面25.4mm25.4mm处的处的压力。压力。 D-D D-D2 2取压装置的上游取压孔的中心距孔取压装置的上游取压孔的中心距孔板的前端面为板的前端面为D D， 下游取压孔的中心为距孔板下游取压孔的中心为距孔板前端面的前端面的D D2 2。取压孔直径应小于。取压孔直径应小于0.13D0.13D， 且且小于小于13mm13mm。 取压孔直径的最小直径可根据偶然阻塞的取压孔直径的最小直径可根据偶然阻塞的可能性和动态特性来决定，没有任何限制。上可能性和动态特性来决定，没有任何

48、限制。上游取压孔和下游取压孔应具有相同的直径，且游取压孔和下游取压孔应具有相同的直径，且取压孔的中心线应与管道轴线相交成直角。取压孔的中心线应与管道轴线相交成直角。 标准节流装置除标准节流件和标准取压标准节流装置除标准节流件和标准取压装置外，还包括安装在节流件上游侧及下游装置外，还包括安装在节流件上游侧及下游侧的测量直管段。侧的测量直管段。 其长度规定为上游侧测量直管段为其长度规定为上游侧测量直管段为10D10D， 下游侧测量直管段为下游侧测量直管段为5D5D（仅仅是制造成套标（仅仅是制造成套标准节流装置的最短测量导管长度的配置）。准节流装置的最短测量导管长度的配置）。 必须指出，上述要求仅仅

49、是制造成套标准节流装必须指出，上述要求仅仅是制造成套标准节流装置的最短测量导管长度的配置。实际测量时，标置的最短测量导管长度的配置。实际测量时，标准节流装置上、下游侧最短直管段长度随上游侧准节流装置上、下游侧最短直管段长度随上游侧面的阻力件形式和节流件直径比面的阻力件形式和节流件直径比不同而不同，不同而不同， 最短直管段长度要求如表最短直管段长度要求如表4.34.3所示。所示。 表表4.34.3中所列中所列长度是最小值，应用时建义采用比所规定的长度长度是最小值，应用时建义采用比所规定的长度更长的直管段。更长的直管段。表中的阀门应全开，表中的阀门应全开，调节流量的阀门应位于节流调节流量的阀门应位

50、于节流装置的下游装置的下游。如果直管段长度选用表中括号内的。如果直管段长度选用表中括号内的数值时，数值时， 流出系数的不确定度要增加土流出系数的不确定度要增加土0.50.5的的附加不确定度。附加不确定度。 在国家标准在国家标准GB/T262493GB/T262493中规定了四种标中规定了四种标准节流装置：准节流装置： 角接取压标准孔板、角接取压标准孔板、 法兰取压标准孔板、法兰取压标准孔板、 D-D/2 D-D/2取压标准孔板、取压标准孔板、 角接取压标准喷嘴。角接取压标准喷嘴。测量流量时选择节流装置的主要依据是：测量流量时选择节流装置的主要依据是： 测量所要求的精度、允许的压力损失、被测量所

51、要求的精度、允许的压力损失、被测介质的性质、被测对象的具体条件与参数范测介质的性质、被测对象的具体条件与参数范围、使用条件及经济价值等，具体选用时则要围、使用条件及经济价值等，具体选用时则要看侧重哪个方面来决定。看侧重哪个方面来决定。 1 1）角接取压标准孔板的优点是灵敏度高，）角接取压标准孔板的优点是灵敏度高，加工简单，对管道内壁粗糙度加工简单，对管道内壁粗糙度K K无要求，费用较无要求，费用较低，使用数据、资料最全；低，使用数据、资料最全； 2 2）法兰取压标准孔板的优点是加工制造容）法兰取压标准孔板的优点是加工制造容易、计算简单，但只适用光滑管的测量；易、计算简单，但只适用光滑管的测量；

52、 3 3）D-D/2D-D/2取压标准孔板的优点是对标准孔板取压标准孔板的优点是对标准孔板与管道轴线的垂直度和同心度的安装要求较低，与管道轴线的垂直度和同心度的安装要求较低，特别适合大管径的过热蒸汽的测量；特别适合大管径的过热蒸汽的测量； 4 4）同等条件下标准喷嘴比标准孔板优越。）同等条件下标准喷嘴比标准孔板优越。标准喷嘴在测量中，压力损失较小，不容易受标准喷嘴在测量中，压力损失较小，不容易受被测介质腐蚀、磨损和赃污，寿命长，测量精被测介质腐蚀、磨损和赃污，寿命长，测量精度较高以及所需要的直管段长度比较短。度较高以及所需要的直管段长度比较短。 总之，由于标准孔板比较简单，容易加工制总之，由于

53、标准孔板比较简单，容易加工制造和安装，价格便宜。因而在工业生产中，一般造和安装，价格便宜。因而在工业生产中，一般采用标准孔板。采用标准孔板。 常用非标准节流元件有常用非标准节流元件有1/41/4圆喷嘴、圆缺孔圆喷嘴、圆缺孔板、圆锥入口孔板和双重孔板板、圆锥入口孔板和双重孔板等；等； 1/4 1/4圆喷嘴是应用得较广的一种测量装置，其圆喷嘴是应用得较广的一种测量装置，其特点是图纸、资料、数据较齐全，适用于特点是图纸、资料、数据较齐全，适用于200 200 R ReDeD10105 5和和25mmD750mm25mmD750mm的条件下各种流体的的条件下各种流体的流量测量；流量测量； 圆缺孔板特别

54、适用于脏污介质在圆缺孔板特别适用于脏污介质在50mmD 50mmD 500mm500mm，5 510103 3RReDeD2210106 6条件下的流量测量；条件下的流量测量； 圆锥入口孔板是使用于小管径圆锥入口孔板是使用于小管径D25mmD25mm，小雷，小雷诺诺250R250ReDeD50005000条件下的流量测量。条件下的流量测量。 双重孔板用于低雷诺数流体或高粘度流体的双重孔板用于低雷诺数流体或高粘度流体的流量测量。流量测量。 非标准节流装置必须标定后才能使用。非标准节流装置必须标定后才能使用。 差压式流量计是基于节流装置的一种流量测差压式流量计是基于节流装置的一种流量测量仪表，也称

55、节流式流量计。差压式流量计由节量仪表，也称节流式流量计。差压式流量计由节流装置、引压导管、差压变送器流装置、引压导管、差压变送器( (差压计差压计) )组成，组成，框图如图框图如图4.74.7所示。所示。 节流装置把流体流量节流装置把流体流量 q qm m(q(qv v) )转换成差压信号转换成差压信号P=KP=K1 1q qm m2 2， 引压导管把节流装置产生的差压信号传送差引压导管把节流装置产生的差压信号传送差压变送器压变送器( ( 差压计差压计 ) )， 差压变送器将差压信号转换为国家规定的标差压变送器将差压信号转换为国家规定的标准信号准信号( ( 例如例如I I0 0 = 4 20m

56、A DC ) = 4 20mA DC )输出或显示流输出或显示流量大小。量大小。 因为输出的标准信号便于集中控制和实行综因为输出的标准信号便于集中控制和实行综合自动化，合自动化， 所以用差压变送器和所以用差压变送器和 节流装置等组节流装置等组成的差压式流量计已经很普遍。成的差压式流量计已经很普遍。 差压变送器的工作原理参看第差压变送器的工作原理参看第3 3章所述，它章所述，它有有30513051系列电容式差压变送器、系列电容式差压变送器、411411系列扩散硅系列扩散硅式差压变送器、式差压变送器、86008600系列系列 电感式差压变送器和电感式差压变送器和823823系列振弦式差压变送器。系

57、列振弦式差压变送器。 这些差压变送器的工作原理是被测差压使这些差压变送器的工作原理是被测差压使敏感元件产生微小位移，敏感元件产生微小位移， 引起电容、电阻、电引起电容、电阻、电感和张力的变化，再经电子测量线路转换为标感和张力的变化，再经电子测量线路转换为标准电流信号输出。准电流信号输出。 由于节流装置是一个非线性环节，因而差压式流由于节流装置是一个非线性环节，因而差压式流量计的输出电流量计的输出电流I I0 0与输入的流量之间呈现与输入的流量之间呈现 I I0 0=K=Kx xK K2 2q q2 2 的关系，即被测流量和差压变送器的的关系，即被测流量和差压变送器的输出电流的平方根成正比。输出

58、电流的平方根成正比。但一般都希望输入输出成线性关系，即指示流量但一般都希望输入输出成线性关系，即指示流量时有均匀的刻度。时有均匀的刻度。解决的办法是在差压变送器内增添开方运算功能，解决的办法是在差压变送器内增添开方运算功能，将标准电流信号进行开方。关于差压变送器输出将标准电流信号进行开方。关于差压变送器输出标准电流信号的开方运算，必须指出，并不是将标准电流信号的开方运算，必须指出，并不是将电流的毫安数开方就完成任务，应使开方后的电电流的毫安数开方就完成任务，应使开方后的电流仍然保持在标准信号范围之内。流仍然保持在标准信号范围之内。例如直流例如直流420mA420mA的信号，开方之后仍然在的信号

59、，开方之后仍然在420mA420mA范围内。范围内。故实际运算公式是故实际运算公式是 ，先要把起点电流先要把起点电流4mA4mA减去，经过开方后再把它加上，减去，经过开方后再把它加上，例如例如I=13mAI=13mA时，开方后变为时，开方后变为 44160IiImAI164413160。 现以现以420mA420mA的信号为例，将开方前后的电流值的信号为例，将开方前后的电流值对应关系画成曲线，得到图对应关系画成曲线，得到图 4.84.8。如能设计某种电。如能设计某种电路，使其输出和输入满足图中曲线关系，就可用来路，使其输出和输入满足图中曲线关系，就可用来实现开方运算。实现开方运算。 标准节流装

60、置的设计计算命题有两种形式。标准节流装置的设计计算命题有两种形式。 命题命题1 1：已知管道内径、节流元件开孔直径、：已知管道内径、节流元件开孔直径、取压方式、被测流体参数及其它必要条件，取压方式、被测流体参数及其它必要条件， 根根据所测的差压值，求被测流体的流量。据所测的差压值，求被测流体的流量。 （这类命题属于试验性的情况，即已经有了标（这类命题属于试验性的情况，即已经有了标准节流装置，要求根据所测的差压值算出所对准节流装置，要求根据所测的差压值算出所对应的流量）。应的流量）。 这时应该掌握下列数据：这时应该掌握下列数据： 1 1、被测介质（被测流体的名称、组成）；、被测介质（被测流体的名