流速及流量测量

1、辽宁科技大学 热能系 周丽雯1第四章流速及流量测量第四章流速及流量测量v本章主要内容：本章主要内容：v4.1概述概述v4.2测速管测速管v4.3节流式流量计节流式流量计v4.4转子流量计转子流量计v4.5涡轮流量计涡轮流量计v4.6电磁流量计电磁流量计v4.7靶式流量计靶式流量计v4.8超声波式流量计超声波式流量计v4.9涡街流量计涡街流量计v4.10哥利奥里式流量计哥利奥里式流量计本章重点：本章重点：1.节流式流量计的工作原节流式流量计的工作原理、特点、流量方程的推理、特点、流量方程的推导、标准节流装置、参数导、标准节流装置、参数分析。分析。2.转子流量的工作原理及转子流量的工作原理及特点、

2、刻度换算。特点、刻度换算。3.其他流量计的基本原理其他流量计的基本原理和特点。和特点。本章难点：节流式流量计本章难点：节流式流量计的流量方程的推导。的流量方程的推导。辽宁科技大学 热能系 周丽雯24.1概述概述v4.1.1流体与流量流体与流量v流体流体: 是指具有流动性能的物质，一般可以认为是气体是指具有流动性能的物质，一般可以认为是气体和液体的总称。和液体的总称。v流量流量: 是指是指单位时间内单位时间内通过某截面的流体数量，称瞬通过某截面的流体数量，称瞬时流量。它可用质量单位表示，也可用体积单位表示，时流量。它可用质量单位表示，也可用体积单位表示，分别称为分别称为质量流量质量流量(kg/s

3、)和和体积流量体积流量（m3/s) 。 v体积流量体积流量表达式为：表达式为：v质量流量质量流量表达式为：表达式为：v 测量某一段时间内流过的流体量，即瞬时流量对时间测量某一段时间内流过的流体量，即瞬时流量对时间的积分，称之流体的积分，称之流体总量总量。 AvqvAvqm2121ttmmttvvdtqQdtqQ辽宁科技大学 热能系 周丽雯3v 流体性质和流体运动的复杂性流体性质和流体运动的复杂性 流体性质多样性流体性质多样性 : 流体性质的多样流体性质的多样性表现在密度、粘度不同，单相流、多性表现在密度、粘度不同，单相流、多相流之分，可压缩性的强弱，牛顿流体相流之分，可压缩性的强弱，牛顿流体与

4、非牛顿体管路系统的多样性与非牛顿体管路系统的多样性,管道形状，管道形状， 壁面光滑程度。壁面光滑程度。 流动状态的多样性流动状态的多样性: 流体流动状态流体流动状态的多样性表现在层流与紊流，的多样性表现在层流与紊流， 明渠流与明渠流与管流，管流， 充满流与非充满流，旋转流与脉充满流与非充满流，旋转流与脉动流。动流。 辽宁科技大学 热能系 周丽雯4v4.1.2流量测量方法流量测量方法v 1.容积法容积法 原理：容积型流量计测量流量的基本依据是，原理：容积型流量计测量流量的基本依据是，单位时间内被测流体充满单位时间内被测流体充满(或排出或排出)某一定容容某一定容容器的次数。即有器的次数。即有 qv

5、= nV 式中，式中， V为定容容器的容积，为定容容器的容积，n为单位时间为单位时间内被测流体充满内被测流体充满(或排出或排出)定容容器的次数定容容器的次数 。 形式：椭圆齿轮式、腰轮式、刮板式、活塞形式：椭圆齿轮式、腰轮式、刮板式、活塞式等式等 。 特点：流动状态对测量的影响小，精度高；特点：流动状态对测量的影响小，精度高；有一定的压力损失；不宜用于高温、高压、脏有一定的压力损失；不宜用于高温、高压、脏污介质的测量污介质的测量。辽宁科技大学 热能系 周丽雯5括板式流量计椭圆齿轮流量计腰轮流量计活塞式流量计容积式计量表辽宁科技大学 热能系 周丽雯6v2.流速法流速法 原理：速度型流量计以流体一

6、元流动原理：速度型流量计以流体一元流动的连续方程为理论依据，即当流通截面的连续方程为理论依据，即当流通截面确定时，流体的体积流量与截面上的平确定时，流体的体积流量与截面上的平均流速成正比。均流速成正比。 形式：差压式、转子式、涡轮式、层形式：差压式、转子式、涡轮式、层流式，电磁式、声波式流式，电磁式、声波式 特点：使用性能好，精度高；可用于特点：使用性能好，精度高；可用于高温、高压介质的测量，流动状态、高温、高压介质的测量，流动状态、Re对测量的影响大。对测量的影响大。辽宁科技大学 热能系 周丽雯7v 3.质量法质量法 这类流量计以测量与流体质量有关的物理效这类流量计以测量与流体质量有关的物理

7、效应为基础，分为应为基础，分为直接式直接式、推导式推导式和和温度压力补温度压力补偿式偿式三种。三种。 直接式质量流量计直接式质量流量计利用与质量流量直接有关利用与质量流量直接有关的原理的原理(如惯性系中的牛顿第二定律如惯性系中的牛顿第二定律)进行测量。进行测量。v推导式质量流量计推导式质量流量计是同时测取流体的密度和体是同时测取流体的密度和体积流量，通过运算而推导出质量流量的。一般，积流量，通过运算而推导出质量流量的。一般，它由速度型流量计和密度计组合而成。它由速度型流量计和密度计组合而成。 温度压力补偿式质量流量计温度压力补偿式质量流量计也可看成是一种也可看成是一种推导式质量流量计，只是它不

8、配用密度计，而推导式质量流量计，只是它不配用密度计，而是利用温度、压力与密度之间的关系，将温度、是利用温度、压力与密度之间的关系，将温度、压力的测量值转换为密度，再与体积流量进行压力的测量值转换为密度，再与体积流量进行运算而得到质量流量。运算而得到质量流量。 辽宁科技大学 热能系 周丽雯8v应当指出，无论哪一种流应当指出，无论哪一种流量计，都有一定的适用范量计，都有一定的适用范围，对流利的特性以及管围，对流利的特性以及管道条件都有特定的要求。道条件都有特定的要求。目前生产的容积法和速度目前生产的容积法和速度法流量计，都要求满足下法流量计，都要求满足下列条件：列条件：v 流体必须充满管道内流体必

9、须充满管道内部，并连续流动；部，并连续流动；v流体在物理上和热力学流体在物理上和热力学上是单相的，流经测量元上是单相的，流经测量元件时不发生相变；件时不发生相变；v流体的速度一般在音速流体的速度一般在音速以下。以下。v常见流量计的种类及性能常见流量计的种类及性能参见教材第参见教材第197197页表页表4-14-1。v4.4.流量计及其主要参数流量计及其主要参数v用于测量流量的计量器具称用于测量流量的计量器具称为流量计。有一次装置和二次为流量计。有一次装置和二次仪表组成。仪表组成。v流量计的主要技术参数有：流量计的主要技术参数有：v流量测量范围上限值：流量测量范围上限值：A=aA=a1010n

10、nv其中其中a=1.0,1.25,1.6,2.0,2.5,3.2,a=1.0,1.25,1.6,2.0,2.5,3.2,4.0,5.1,(6.0),6.3,8.04.0,5.1,(6.0),6.3,8.0v差压测量范围上限值差压测量范围上限值B=b 1010n n其中其中b=1.0,1.6,2.5,4.0,6.0b=1.0,1.6,2.5,4.0,6.0压力损失：用流量计进、出口压力损失：用流量计进、出口的静压差表示。的静压差表示。辽宁科技大学 热能系 周丽雯94.24.2测速管测速管v测速度的结构与测量原理测速度的结构与测量原理 测速管又称皮托（测速管又称皮托（Pitot）管，如图所示，是由

11、两根弯成直角的同心套管组成，管，如图所示，是由两根弯成直角的同心套管组成，内管管口正对着管道中流体流动方向，外管的管口内管管口正对着管道中流体流动方向，外管的管口是封闭的，在外管前端壁面四周开有若干测压小孔。是封闭的，在外管前端壁面四周开有若干测压小孔。为了减小误差，测速管的前端经常做成半球形以减为了减小误差，测速管的前端经常做成半球形以减少涡流。测速管的内管与外管分别与少涡流。测速管的内管与外管分别与U形压差计相形压差计相连。连。 辽宁科技大学 热能系 周丽雯10辽宁科技大学 热能系 周丽雯11v内管所测的是流体在内管所测的是流体在A处的局部动能和静压能之和，处的局部动能和静压能之和，称为总

12、压能。称为总压能。测速管内管测速管内管A处：处：由于外管壁上的测压小孔与流体流动方向平行，所以外由于外管壁上的测压小孔与流体流动方向平行，所以外管仅测得流体的静压能，即外管管仅测得流体的静压能，即外管B B处：处：U U形压差计实际反映的是内管冲压能和外管静压能之差，形压差计实际反映的是内管冲压能和外管静压能之差，即即则该处的局部速度为则该处的局部速度为 .221uppAppB.2.221)21(upuppppBApvpvpv298. 022）（对于可压缩流体：一般取修正后的流量公式：-1辽宁科技大学 热能系 周丽雯12v由此可知，测速管实际测得的是流体在管截面某处的由此可知，测速管实际测得的

13、是流体在管截面某处的点速点速度度，因此利用测速管可以测得流体在管内的速度分布。若，因此利用测速管可以测得流体在管内的速度分布。若要获得流量，可对速度分布曲线进行积分。也可以利用皮要获得流量，可对速度分布曲线进行积分。也可以利用皮托管测量管中心的最大流速，利用图所示的关系查取最大托管测量管中心的最大流速，利用图所示的关系查取最大速度与平均速度的关系，求出管道与速度与平均速度的关系，求出管道与Re的关系、截面的平的关系、截面的平均速度，进而计算出流量，此法较常用。均速度，进而计算出流量，此法较常用。辽宁科技大学 热能系 周丽雯13均速管均速管皮托管皮托管辽宁科技大学 热能系 周丽雯14v测速管的安

14、装测速管的安装v1.必须保证测量点位于均匀流段，一般要求测必须保证测量点位于均匀流段，一般要求测量点上、下游的直管长度最好大于量点上、下游的直管长度最好大于50倍管内径，倍管内径，至少也应大于至少也应大于812倍。倍。v2.测速管管口截面必须垂直于流体流动方向，测速管管口截面必须垂直于流体流动方向，任何偏离都将导致负偏差。任何偏离都将导致负偏差。v3.测速管的外径测速管的外径d0不应超过管内径不应超过管内径d的的1/50，即即d0d/50。v测速管对流体的阻力较小，适用于测量大直径测速管对流体的阻力较小，适用于测量大直径管道中清洁气体的流速，若流体中含有固体杂管道中清洁气体的流速，若流体中含有

15、固体杂质时，易将测压孔堵塞，故不易采用。此外，质时，易将测压孔堵塞，故不易采用。此外，测速管的压差读数较小，常常需要放大或配微测速管的压差读数较小，常常需要放大或配微压计。压计。 辽宁科技大学 热能系 周丽雯154.34.3节流式流量计节流式流量计v4.3.1测量原理与流量方程测量原理与流量方程 v节流式流量计是利用流体流经节流元件产生的压力差节流式流量计是利用流体流经节流元件产生的压力差来实现流量测量的。将节流件垂直安装在管道中，以来实现流量测量的。将节流件垂直安装在管道中，以一定取压方式测取孔板前后两端的压差，并与压差计一定取压方式测取孔板前后两端的压差，并与压差计相连，即构成节流式流量计

16、。相连，即构成节流式流量计。 辽宁科技大学 热能系 周丽雯16v节流过程分析节流过程分析：当流体流过管道：当流体流过管道中的节流元件时，由于流通截面中的节流元件时，由于流通截面的变化，节流件前后的静压力不的变化，节流件前后的静压力不同，静压差与流体的流量有关，同，静压差与流体的流量有关，这种现象称为这种现象称为节流现象。节流现象。如图所如图所示，流束未受到节流件影响时，示，流束未受到节流件影响时，流动方向与管道中心线平行。流动方向与管道中心线平行。在在节流件前，流体向中心加速，至节流件前，流体向中心加速，至截面截面2处流束收缩到最小，此处处流束收缩到最小，此处流速方向又与管道中心线平行，流速方

17、向又与管道中心线平行，且流速最大，压力最低，然后流且流速最大，压力最低，然后流束扩张，流速下降，静压升高，束扩张，流速下降，静压升高，直到截面直到截面3处流束又充满管道。处流束又充满管道。由于涡流区的存在，导致流体能由于涡流区的存在，导致流体能量损失，故在截面量损失，故在截面3处静压力处静压力p3不等于原先的数值，而产生了压不等于原先的数值，而产生了压力损失力损失p 辽宁科技大学 热能系 周丽雯17v流量方程的推导：根据截面流量方程的推导：根据截面1，2处的压力能、动能和势能的关系，处的压力能、动能和势能的关系，可写出伯努利方程如下：可写出伯努利方程如下：v另外，根据流体流动的连续性方程，有另

18、外，根据流体流动的连续性方程，有v式中，式中，C1、C2截面截面1，2处的动能修正系数；处的动能修正系数；v Z1Z1、Z2Z2，截面截面1，2处流体对参考水平面的距离；处流体对参考水平面的距离；v g重力加速度；重力加速度；v 能量损失系数；能量损失系数；v A1A1、A2A2截面截面1，2处的流束截面。处的流束截面。v1） 不可压缩流体的流量方程不可压缩流体的流量方程v令令 =d/D v由（由（2）式）式 代入（代入（1）式得）式得 22222222222221121111vgZvCpgZvCp222111AvAv（1）（2）222244dddd221vv辽宁科技大学 热能系 周丽雯18v

19、又根据取压位置不同设又根据取压位置不同设 最后得出最后得出v其中其中= 称为流量系数称为流量系数 （国际上多用流出系数（国际上多用流出系数C代替）代替）v1） 可压缩流体的流量方程可压缩流体的流量方程v令令1，则可压缩流体的流量方程为，则可压缩流体的流量方程为 v如果对于不可压缩流体取如果对于不可压缩流体取=1，那么上两式便是流体流量方程的统一形，那么上两式便是流体流量方程的统一形式。式。 )(212142122ppCCv2121pppp)241)24)2421242122124212ppdCppdppdCCqm（4212CC为膨胀系数（)241)24121242124ppdCqppdCqvm

20、流出系数定义为流出系数定义为实际流量与理论实际流量与理论流量值之比值。流量值之比值。理论流量计在：理论流量计在：吴能量损失、平吴能量损失、平均速度可代替瞬均速度可代替瞬时速度、时速度、d=d =1、及、及 =1的的条件下的流量。条件下的流量。411EEEC为渐进速度系数，辽宁科技大学 热能系 周丽雯194.3.24.3.2标准节流装置标准节流装置v节流装置标准化建立的基础：节流装置标准化建立的基础：v对于一定粗糙度的管道，几何相似（对于一定粗糙度的管道，几何相似（值相）等的节值相）等的节流装置在流体动力学相似（管内流动雷诺数流装置在流体动力学相似（管内流动雷诺数R Reded相等）相等）的条件

21、下，流量系数的条件下，流量系数相等。相等。v标准化内容：标准化内容：v的实验数据（以表格或公式的形式给出）；的实验数据（以表格或公式的形式给出）；v满足相似条件的四个规定：满足相似条件的四个规定：v规定的节流件形式；规定的节流件形式；v规定的取压方式；规定的取压方式；v规定的管道条件；规定的管道条件；v规定的流体条件。规定的流体条件。v因此满足规定条件的节流装置称为标准节流装置。因此满足规定条件的节流装置称为标准节流装置。辽宁科技大学 热能系 周丽雯20v我国国家标准我国国家标准GB 262481 规定的标准规定的标准节流装置是：节流装置是：v 标准孔板角接取压；标准孔板角接取压；v 标准孔板

22、，法兰取压；标准孔板，法兰取压；v ISA1932喷嘴，角接取压。喷嘴，角接取压。辽宁科技大学 热能系 周丽雯21v1.1.标准节流元件标准节流元件v标准孔板标准孔板v标准孔板的形状如图所示。它是一标准孔板的形状如图所示。它是一带有圆孔的板，圆孔与管道同心，带有圆孔的板，圆孔与管道同心，直角入口边缘非常锐利。直角入口边缘非常锐利。孔板流量孔板流量计实物图计实物图 标准孔板的重要的尺寸标准孔板的重要的尺寸参数是开孔直径，对制成的孔板，参数是开孔直径，对制成的孔板，应至少取四个大致相等的角度测得应至少取四个大致相等的角度测得直径的平均值。任一孔径的单测值直径的平均值。任一孔径的单测值与平均值之差不

23、得大于与平均值之差不得大于0.05%0.05%。孔。孔径应大于或等于径应大于或等于12.5mm12.5mm，孔径比，孔径比 ( (为管道直径为管道直径) )为为0.20.20.80.8。孔板开孔上游侧的直角入口边缘，孔板开孔上游侧的直角入口边缘，应锐利无毛刺和划痕。若直角入口应锐利无毛刺和划痕。若直角入口边缘形成圆弧，其圆弧半径应小于边缘形成圆弧，其圆弧半径应小于或等于或等于0.00040.0004。孔板进口圆筒的厚。孔板进口圆筒的厚度度e e和孔板厚度和孔板厚度E E不能过大，以免影不能过大，以免影响精度。响精度。 辽宁科技大学 热能系 周丽雯22辽宁科技大学 热能系 周丽雯23v标准喷嘴标

24、准喷嘴v标准喷嘴的结构如图所示。标准喷嘴的结构如图所示。其轮廓外形由进口端面其轮廓外形由进口端面A A、收缩部分第一圆弧曲面与收缩部分第一圆弧曲面与第二圆弧曲面、圆筒形喉第二圆弧曲面、圆筒形喉部和出口边缘保护糟部和出口边缘保护糟H H所组所组成。圆筒形喉部成。圆筒形喉部e e的直径即的直径即为节流件的开孔直径，其为节流件的开孔直径，其长度为长度为0.30.3。标准喷嘴加工。标准喷嘴加工比较困难，一般均由专业比较困难，一般均由专业厂制造，实验室所用的在厂制造，实验室所用的在市场上购买。市场上购买。v标准喷嘴适用的管道直径标准喷嘴适用的管道直径为为501000mm501000mm，孔径比，孔径比

25、为为0.32 - 0.80.32 - 0.8，雷诺数为，雷诺数为2 2E42E42E6E6。辽宁科技大学 热能系 周丽雯24长径喷嘴长径喷嘴适用于：适用于：50mmD 630mm0.20 0.80104 ReD 107K/D 10104辽宁科技大学 热能系 周丽雯25v文丘里管文丘里管v文丘里管是由入口圆筒段文丘里管是由入口圆筒段A A、圆锥形收缩段、圆锥形收缩段B B、圆筒、圆筒形喉部形喉部C C和圆锥形扩散段和圆锥形扩散段E E所组成。文丘里管的几何所组成。文丘里管的几何形状如图形状如图3-143-14所示。文丘里管第一收缩段锥度为所示。文丘里管第一收缩段锥度为2121 1 1 ，扩散段为

26、，扩散段为7 7 15 15 ，文丘里的比，文丘里的比值为值为0.4 - 0.70.4 - 0.7。适用于：适用于：200mmD 1200mm0.4 0.72 104 ReD 2 106C=0.985辽宁科技大学 热能系 周丽雯26应用于大口径流应用于大口径流量测量，对流体量测量，对流体中的悬浮物不敏中的悬浮物不敏感，精度高，但感，精度高，但尺寸大，笨重加尺寸大，笨重加工困难，成本高。工困难，成本高。辽宁科技大学 热能系 周丽雯27v2.取压装置取压装置v（1）角接取压装置）角接取压装置v角接取压装置有环室取压和单独角接取压装置有环室取压和单独钻孔取压两种。如图所示。钻孔取压两种。如图所示。v

27、环室取压有均压作用，压差比较环室取压有均压作用，压差比较稳定，被广泛在用。但当管经超稳定，被广泛在用。但当管经超过，过，500mm时采用单独钻孔取时采用单独钻孔取压。压。v0.65时时.0.005D a 0.03Dv 0.65时时,0.01Da0.02Dv而且而且a应在应在110mm范围内范围内 。v环室缝隙的厚度环室缝隙的厚度f2a。v环室截面环室截面hC 1/2Da。v取压孔取压孔取取410mm。辽宁科技大学 热能系 周丽雯28（2）法兰取压装置）法兰取压装置如图所示。如图所示。取压孔直径不大于取压孔直径不大于0.08 D，（，（612mm)。取压孔截面距节流件。取压孔截面距节流件前后端面

28、距离为前后端面距离为25.41mm。辽宁科技大学 热能系 周丽雯29v3.标准节流装置的管道条件标准节流装置的管道条件v节流件前后直管段节流件前后直管段l1、l2及及l0的要求如表所示。的要求如表所示。v说明：说明：v（1）若上游侧有两个阻力件，其间的直管段长度）若上游侧有两个阻力件，其间的直管段长度l0取按上游侧第二局部取按上游侧第二局部阻力件形式和阻力件形式和=0.7（不论实际（不论实际值为多少）查表所得值为多少）查表所得l1的一半。的一半。v（2）如节流件上游侧有温度计套管，他与节流件的距离应为）如节流件上游侧有温度计套管，他与节流件的距离应为5D（3D）（当温度计套管直径（当温度计套管

29、直径0.03D时）或时）或20D（当温度计套管在（当温度计套管在0.03D0.13D之间时）。一般应尽可能把温度计装于节流件之后，此时要求它与节流之间时）。一般应尽可能把温度计装于节流件之后，此时要求它与节流件的距离大于件的距离大于5D。v（3）如果使用的节流件上游侧的阻力件形式没有包括在表内，或要求的）如果使用的节流件上游侧的阻力件形式没有包括在表内，或要求的三个直管段长度有一个小于括号内的值，则整套节流装置需单独标定。三个直管段长度有一个小于括号内的值，则整套节流装置需单独标定。节流装置前后的直管段要求：节流装置前后的直管段要求：目测是直的目测是直的直径符合误差要求直径符合误差要求管壁粗糙

30、度符合要求管壁粗糙度符合要求辽宁科技大学 热能系 周丽雯30辽宁科技大学 热能系 周丽雯31辽宁科技大学 热能系 周丽雯32辽宁科技大学 热能系 周丽雯33辽宁科技大学 热能系 周丽雯34v4.标准节流装置的流体条件标准节流装置的流体条件v 流体必须充满管道内部，并连续流动；流体必须充满管道内部，并连续流动；v流体在物理上和热力学上是单相的，流体在物理上和热力学上是单相的，流经测量元件时不发生相变；流经测量元件时不发生相变；v流体的速度一般在音速以下。流体的速度一般在音速以下。v流体流经节流件前后流束平行于管道流体流经节流件前后流束平行于管道轴线。轴线。辽宁科技大学 热能系 周丽雯35v4.3

31、.3 标准节流装置有关参数的确定标准节流装置有关参数的确定v1.流量系数流量系数和流出系数和流出系数Cv与节流装置，与节流装置，Red及管道粗糙度有关。及管道粗糙度有关。v绝对粗糙度绝对粗糙度kc和相对粗糙度和相对粗糙度kc/Dv光滑管道：光滑管道：kc/D0.0004v光管流量系数光管流量系数0：在光滑管道上测定：在光滑管道上测定的流量系数。的流量系数。v对同一节流装置，在一定的对同一节流装置，在一定的值下，值下， 0只与只与Red有关。有关。v如图所示。如图所示。v界限雷诺数界限雷诺数：保持：保持0稳定的雷诺数的稳定的雷诺数的最小值。最小值。v保持保持0稳定的方法：稳定的方法：v在界限雷诺

32、数以上测量；在界限雷诺数以上测量；v限制流量的变化范围，使最大流量限制流量的变化范围，使最大流量和最小流量时和最小流量时0的变化不超过的变化不超过0.5%。标准孔板标准孔板标准喷嘴标准喷嘴辽宁科技大学 热能系 周丽雯36流出系数流出系数C1998年年4月月1日日ISO5167：1991流量系数公式修改为里德流量系数公式修改为里德-哈里斯公式：哈里斯公式：孔板：孔板：取压口的距离。为孔板下游端面到上游其中应加入下项：当222113 . 11 . 12222448 . 07103 . 065 . 38 . 07 . 0682/4 .25/8 . 275. 0011. 012.71128 . 012

33、031. 01Re1900011. 01123. 0080. 0043. 0Re10Re190000063. 0188. 0Re10000521. 0216. 00261. 05961. 011lDlLDlLDmmDLLeCDLLDDD辽宁科技大学 热能系 周丽雯37标准喷嘴：标准喷嘴：15. 1615. 421 . 4Re10)0033. 000175. 0(2262. 09900. 0DC长径喷嘴：长径喷嘴：985. 0995. 0984. 0196. 09859. 05 . 4CCCC粗焊铁板收缩段式：精加工收缩段式：其中粗糙收缩段式：/ReReRe1000653. 09965. 05

34、. 06DddC文丘里管：文丘里管：辽宁科技大学 热能系 周丽雯38v结论结论:v(1)节流式流量计一般在界限雷诺数以上进行测节流式流量计一般在界限雷诺数以上进行测量量;v(2)节流式流量计的量程比只有节流式流量计的量程比只有3:1。辽宁科技大学 热能系 周丽雯39辽宁科技大学 热能系 周丽雯40v2.膨胀系数膨胀系数v决定于决定于p/pp/p1 1， 和介质的等熵指数和介质的等熵指数k。v标准孔板：标准孔板：v对于标准喷嘴：对于标准喷嘴：kpp11284193.0256.0351.0175.0/1111112122112442ppppkkkkkk：以上两式的适用范围为其中辽宁科技大学 热能系

35、 周丽雯41v3.压力损失压力损失pv4.开孔直径和管径的确定开孔直径和管径的确定)20(1)20(12020tDDtddDdppCCpp9 . 12424111计算标准孔板可用下式近似辽宁科技大学 热能系 周丽雯42v4.3.4标准节流装置的使用范围标准节流装置的使用范围v下表为几种标准节流装置的应用范围。表中的界限雷诺数随下表为几种标准节流装置的应用范围。表中的界限雷诺数随而变。而变。同时考虑以下因素：同时考虑以下因素：v流体条件：测量易沉淀或有腐蚀性的流体易采用喷嘴。流体条件：测量易沉淀或有腐蚀性的流体易采用喷嘴。v管道条件：在管道内壁比较粗糙的条件下，易采用喷嘴。管道条件：在管道内壁比

36、较粗糙的条件下，易采用喷嘴。v压力损失：在标准节流件中，孔板压力损失最大。压力损失：在标准节流件中，孔板压力损失最大。v运行精度：在高参数、大流量的生产线上，通常采用喷嘴。运行精度：在高参数、大流量的生产线上，通常采用喷嘴。v在同一在同一值下，喷嘴较孔板的值下，喷嘴较孔板的d大，故测量范围大。大，故测量范围大。v与喷嘴相比，孔板的最大优点是加工方便、安装容易、省料、造与喷嘴相比，孔板的最大优点是加工方便、安装容易、省料、造价低。价低。辽宁科技大学 热能系 周丽雯43v4.3.5节流式流量计的设计计算节流式流量计的设计计算v命题一：校核已有的标准节流装置命题一：校核已有的标准节流装置v已知管道内

37、经、节流件开孔直径、取压方式、被测流体参数、已知管道内经、节流件开孔直径、取压方式、被测流体参数、及工作温度压力等条件，根据所测的压差值计算被测流体的及工作温度压力等条件，根据所测的压差值计算被测流体的流量。流量。v本命题利用流量公式，采用迭代方法进行计算。本命题利用流量公式，采用迭代方法进行计算。v命题二：设计新的标准节流装置命题二：设计新的标准节流装置v已知管道直井、被测流体参数、预计流量范围、要求包括的已知管道直井、被测流体参数、预计流量范围、要求包括的做小直管段、允许的压损以及其他条件等，确定流量表尺上做小直管段、允许的压损以及其他条件等，确定流量表尺上限和差压计上限、确定节流装置的形

38、式和开孔直径、确定最限和差压计上限、确定节流装置的形式和开孔直径、确定最小值管段长度、选配差压计、计算最大压力损失、计算测量小值管段长度、选配差压计、计算最大压力损失、计算测量误差或不确定度。误差或不确定度。v详细设计步骤参阅详细设计步骤参阅标准节流装置设计手册标准节流装置设计手册。辽宁科技大学 热能系 周丽雯44v4.3.6非标准节流装置非标准节流装置v低雷诺数用：低雷诺数用：1/4圆孔板、锥形入口孔板等。圆孔板、锥形入口孔板等。v脏污介质用：圆缺孔板、偏心孔板等。脏污介质用：圆缺孔板、偏心孔板等。v低压损害用：罗洛斯管、道尔管等。低压损害用：罗洛斯管、道尔管等。v小管径用：小于小管径用：小

39、于50mm节流件、整体（内藏）式孔板等。节流件、整体（内藏）式孔板等。v端头节流装置：端头孔板、端头喷嘴等。端头节流装置：端头孔板、端头喷嘴等。v宽范围度节流装置：变压头变面积孔板（线性孔板）。宽范围度节流装置：变压头变面积孔板（线性孔板）。v脉动流节流装置：脉动流节流装置：v临界流节流装置：临界流节流装置：v混相流节流装置：混相流节流装置：辽宁科技大学 热能系 周丽雯454.4 浮子流量计浮子流量计v4.4.1 浮子流量计的结构与测量原理浮子流量计的结构与测量原理 v浮子流量计的结构如图所示，是由一段上浮子流量计的结构如图所示，是由一段上粗下细的锥形玻璃管（锥角约在粗下细的锥形玻璃管（锥角约

40、在4左右）左右）和管内一个密度大于被测流体的固体浮子和管内一个密度大于被测流体的固体浮子（或称转子）所构成。流体自玻璃管底部（或称转子）所构成。流体自玻璃管底部流入，经过转子和管壁之间的环隙，再从流入，经过转子和管壁之间的环隙，再从顶部流出。顶部流出。v管中无流体通过时，转子沉在管底部。当管中无流体通过时，转子沉在管底部。当被测流体以一定的流量流经转子与管壁之被测流体以一定的流量流经转子与管壁之间的环隙时，由于流道截面减小，流速增间的环隙时，由于流道截面减小，流速增大，压力随之降低，于是在转子上、下端大，压力随之降低，于是在转子上、下端面形成一个压差，将转子托起，使转子上面形成一个压差，将转子

41、托起，使转子上浮。随转子的上浮，环隙面积逐渐增大，浮。随转子的上浮，环隙面积逐渐增大，流速减小，压力增加，从而使转子两端的流速减小，压力增加，从而使转子两端的压差降低。当转子上浮至某一定高度时，压差降低。当转子上浮至某一定高度时，转子两端面压差造成的升力恰好等于转子转子两端面压差造成的升力恰好等于转子的重力时，转子不再上升，而悬浮在该高的重力时，转子不再上升，而悬浮在该高度。转子流量计玻璃管外表面上刻有流量度。转子流量计玻璃管外表面上刻有流量值，根据转子平衡时其上端平面所处的位值，根据转子平衡时其上端平面所处的位置，即可读取相应的流量。置，即可读取相应的流量。 转子流量计转子流量计 1锥形硬玻

42、璃管；锥形硬玻璃管；2刻度；刻度； 3突缘填函盖板；突缘填函盖板；4转子转子辽宁科技大学 热能系 周丽雯46辽宁科技大学 热能系 周丽雯47v4.4.2转子流量计的流量方程转子流量计的流量方程 v 转子流量计的流量方程可根据转子受力平衡转子流量计的流量方程可根据转子受力平衡导出。导出。v假设转子位于某一高度假设转子位于某一高度A A时，处在受力平衡态。时，处在受力平衡态。此时向上的作用力：此时向上的作用力：v向下的作用力：向下的作用力：v由于平衡，故由于平衡，故v可得：可得： v又因为环形截面积：又因为环形截面积：v一般，一般，d d0 0=d=df f，代入则得流量方程：，代入则得流量方程：

43、v因因 值很小则：值很小则：式中式中Af:转子截面积转子截面积Vf：转子体积：转子体积f：转子密度：转子密度：阻力系数：阻力系数：流体密度：流体密度 ：锥角：锥角：流量系数：流量系数fAvF221)(2ffgVFfffAvgV2)(2ffAgv)(21)(422fddAffffvAgVhdhq)(2)tan(tanffffvAgVdhq)(2tan辽宁科技大学 热能系 周丽雯48v4.4.3转子流量计的读数修正转子流量计的读数修正v 1. 转子流量计的标定转子流量计的标定 介质：常温常压下的水、空气，介质：常温常压下的水、空气， 刻度：按换算为标准状态（刻度：按换算为标准状态（293K,0.1

44、013MPa)下的体积流量进下的体积流量进行刻度。行刻度。 当流体种类和工作状态与标定时不同时，需要进行量程估计和当流体种类和工作状态与标定时不同时，需要进行量程估计和读数修正。读数修正。 v 2. 2. 转子流量计的读数修正转子流量计的读数修正v 液体的修正公式液体的修正公式v 式中：式中：Q Q0 0流量计读数流量计读数 Q被测流体实际流量被测流体实际流量, 0， 标定用流体在标定状态下的流量系数，密度；标定用流体在标定状态下的流量系数，密度； ，被测流体在工作状态下的流量系数，密度；被测流体在工作状态下的流量系数，密度； 辽宁科技大学 热能系 周丽雯49v气体的修正公式气体的修正公式v

45、忽略粘度对流量系数的影响，忽略粘度对流量系数的影响，v 式中：式中：Q Q0 0流量计读数流量计读数 Q Q被测流体实际流量被测流体实际流量 P P0 0，T T0 0标定状态的热力学温度、压力标定状态的热力学温度、压力 P P，T T工作状态的热力学温度、压力工作状态的热力学温度、压力 0 0，标定流体和被测流体在标定状态（标定流体和被测流体在标定状态（P P0 0，T T0 0）下的密度。下的密度。v转子流量计读数方便，流动阻力很小，测量范围宽，量程比可达转子流量计读数方便，流动阻力很小，测量范围宽，量程比可达1010：1 1，测量精度较高，对不同的流体适用性广。缺点是玻璃管测量精度较高，

46、对不同的流体适用性广。缺点是玻璃管不能经受高温和高压，在安装使用过程中玻璃容易破碎。不能经受高温和高压，在安装使用过程中玻璃容易破碎。 辽宁科技大学 热能系 周丽雯50v4.4.4工作特性工作特性结论：结论：1.界限雷诺数低，适合于中小流量的界限雷诺数低，适合于中小流量的测量。测量。2.流量系数稳定，量程比可达流量系数稳定，量程比可达10：1。辽宁科技大学 热能系 周丽雯51v4.4.5浮子流量计的种类浮子流量计的种类v1.玻璃管浮子流量计玻璃管浮子流量计v特点：结构简单、刻度直观、成本低廉、使用方便。用于常特点：结构简单、刻度直观、成本低廉、使用方便。用于常温常压下透明介质的测量，只能就地显

47、示，不能远传。温常压下透明介质的测量，只能就地显示，不能远传。v2.金属管转子流量计金属管转子流量计金属管转子流量计用于高温高压、金属管转子流量计用于高温高压、不透明及腐蚀性介质流量的测量。不透明及腐蚀性介质流量的测量。可就地显示也可远传。可就地显示也可远传。辽宁科技大学 热能系 周丽雯52v4.4.6 4.4.6 转子流量计量程的安装与使用转子流量计量程的安装与使用v转子流量计在安装和使用时应注意以下问题：转子流量计在安装和使用时应注意以下问题：v1 1 转子流量计必须垂直安装，不允许有明显的倾斜转子流量计必须垂直安装，不允许有明显的倾斜（倾角要小于（倾角要小于2 2），否则会带来测量误差。

48、），否则会带来测量误差。v2 2 为了检修方便，在转子流量计上游应设置调节阀。为了检修方便，在转子流量计上游应设置调节阀。v3 3 转子对粘污比较敏感。如果粘副有污垢则转子的质转子对粘污比较敏感。如果粘副有污垢则转子的质量、环形通道的截面积会发生变化，甚至还可能出现量、环形通道的截面积会发生变化，甚至还可能出现转子不能上下垂直浮动的情况，从而引起测量误差。转子不能上下垂直浮动的情况，从而引起测量误差。v4 调节或控制流量不宜采用电磁阀等速开阀门，否则，调节或控制流量不宜采用电磁阀等速开阀门，否则，迅速开启阀门，转子就会冲到顶部，因骤然受阻失去迅速开启阀门，转子就会冲到顶部，因骤然受阻失去平衡而

49、将玻璃管撞破或将玻璃转子撞碎。平衡而将玻璃管撞破或将玻璃转子撞碎。 v5 5 被测流体温度若高于被测流体温度若高于70时，应在流量计外侧安装时，应在流量计外侧安装保护套，以防玻璃管因溅有冷水而骤冷破裂。国产保护套，以防玻璃管因溅有冷水而骤冷破裂。国产LZB系列转子流量计的最高工作温度有系列转子流量计的最高工作温度有120和和160两种。两种。 辽宁科技大学 热能系 周丽雯53v例例 某气体转子流量计的量程范围为某气体转子流量计的量程范围为460m3/h。现用。现用来测量压力为来测量压力为60kPa（表压）、温度为（表压）、温度为50的氨气，的氨气，转子流量计的读数应如何校正？此时流量量程的范围

50、转子流量计的读数应如何校正？此时流量量程的范围又为多少？（设流量系数又为多少？（设流量系数CR为常数，当地大气压为为常数，当地大气压为101.3 kPa）辽宁科技大学 热能系 周丽雯544.5 涡轮流量计v4.5.1涡轮流量计的涡轮流量计的构造与原构造与原理理 v涡轮流量计是以动量矩守恒涡轮流量计是以动量矩守恒原理为基础设计的流量测量原理为基础设计的流量测量仪表。仪表。v涡轮流量计由涡轮流量变送涡轮流量计由涡轮流量变送器和显示仪表组成。涡轮流器和显示仪表组成。涡轮流量变送器包括涡轮、导流器、量变送器包括涡轮、导流器、磁电感应转换器、外壳及前磁电感应转换器、外壳及前置放大器等部分，如图所示。置放

51、大器等部分，如图所示。 涡轮流量计结构图1.涡轮 2.导流器 3.磁电感应转换器 4.外壳 5.前置放大器 辽宁科技大学 热能系 周丽雯55辽宁科技大学 热能系 周丽雯56v1.1.涡轮流量计的工作原理：涡轮流量计的工作原理：v设涡轮叶片与涡轮轴线的夹角为设涡轮叶片与涡轮轴线的夹角为，如图所示。叶轮平均半径为，如图所示。叶轮平均半径为R R，叶栅流通面积为，叶栅流通面积为A A，R R处流体的切向速度为处流体的切向速度为v v1 1，则，则v v v1 1=2Rn=2Rnv被测流体流过叶片时的轴向平均流速为被测流体流过叶片时的轴向平均流速为v v=qv=qv v/A/Av则有则有v于是于是 v

52、当涡轮结构一定时，当涡轮结构一定时，涡轮的转速涡轮的转速n与被测流体的流量成正比，当与被测流体的流量成正比，当被测流体流经涡轮并推动其转动时，高导磁性的涡轮叶片就周期被测流体流经涡轮并推动其转动时，高导磁性的涡轮叶片就周期性地扫过磁电转换器的永久磁铁，使磁路的磁阻产生相应的变化，性地扫过磁电转换器的永久磁铁，使磁路的磁阻产生相应的变化，致使通过感应线圈的磁通量也随之发生周期性变化，从而在线圈致使通过感应线圈的磁通量也随之发生周期性变化，从而在线圈内产生交变的感应电动势，即输出交流电脉冲信号。设涡轮叶片内产生交变的感应电动势，即输出交流电脉冲信号。设涡轮叶片数为数为Z Z，则脉冲信号的频率，则脉

53、冲信号的频率f f为为 f=Zn f=Zn v则则 vqnSrvv0012tannRAqvtan2ffZRAqv1tan2为流量系数。为流量系数。它与涡轮流量变送器的结构以及被测流体的性质等因它与涡轮流量变送器的结构以及被测流体的性质等因素有关，一般通过试验标定的方法确定。素有关，一般通过试验标定的方法确定。 辽宁科技大学 热能系 周丽雯57v2.关于流量系数关于流量系数的讨论的讨论v流量系数流量系数 并非常数，流量系数与流量的关系如图所示。并非常数，流量系数与流量的关系如图所示。辽宁科技大学 热能系 周丽雯58v与流量（或管道雷诺数）的关系曲线如图所示。可见，仪表常数与流量（或管道雷诺数）的

54、关系曲线如图所示。可见，仪表常数可分为二段，即线性段和非线性段。线性段的特性与传感器结构尺可分为二段，即线性段和非线性段。线性段的特性与传感器结构尺寸及流体粘性有关。在非线性段，特性受轴承摩擦力，流体粘性阻寸及流体粘性有关。在非线性段，特性受轴承摩擦力，流体粘性阻力影响较大。力影响较大。v涡轮流量计的特点涡轮流量计的特点：v测量精度高，其精度可以达到测量精度高，其精度可以达到0.5级以上，在狭小范围内甚至可级以上，在狭小范围内甚至可达达0.1%，故可作为校验，故可作为校验1.52.5级普通流量计的标准计量仪表。级普通流量计的标准计量仪表。v二是对被测信号变化的反应快，若被测介质为水，涡轮流量计

55、的二是对被测信号变化的反应快，若被测介质为水，涡轮流量计的时间常数一般只有几毫秒到几十毫秒，因此特别适用于对脉动流量时间常数一般只有几毫秒到几十毫秒，因此特别适用于对脉动流量的测量。的测量。v 测量范围较宽，量程比可达测量范围较宽，量程比可达10：1。v 对被测流体清洁度要求较高；适用与温度范围（对被测流体清洁度要求较高；适用与温度范围（-20120）；）；特别是轴承的磨损市仪表的寿命受到影响。特别是轴承的磨损市仪表的寿命受到影响。辽宁科技大学 热能系 周丽雯59v涡轮流量在安装和使用时应注意以下问题：涡轮流量在安装和使用时应注意以下问题：v（1 1）涡轮流量计出厂时是在水平安装情况下）涡轮流

56、量计出厂时是在水平安装情况下标定的，因此为了保证涡轮流量计的测量精度，标定的，因此为了保证涡轮流量计的测量精度，涡轮变送器必须水平安装，否则会引起变送器涡轮变送器必须水平安装，否则会引起变送器的仪表常数发生变化。的仪表常数发生变化。v（2 2）因为流场变化时会使流体旋转，改变流）因为流场变化时会使流体旋转，改变流体和涡轮叶片的作用角度，此时，即使流量稳体和涡轮叶片的作用角度，此时，即使流量稳定，涡轮的转速也会改变，所以，为了保证变定，涡轮的转速也会改变，所以，为了保证变送器性能稳定，除了在其内部设置导流器外，送器性能稳定，除了在其内部设置导流器外，还必须在变送器前后留出一定的直管段，一般还必须

57、在变送器前后留出一定的直管段，一般入口直管段的长度为入口直管段的长度为20D20D以上，出口直管段的以上，出口直管段的长度为长度为15D15D以上。以上。辽宁科技大学 热能系 周丽雯60v（3 3）为了确保变送器叶轮正常工作，流体必）为了确保变送器叶轮正常工作，流体必须洁净，切勿使污物、铁屑等进入变送器。因须洁净，切勿使污物、铁屑等进入变送器。因此在使用涡轮流量计时，一般应加装过滤器，此在使用涡轮流量计时，一般应加装过滤器，网目大小一般为网目大小一般为100100孔孔/cm/cm2 2，以保持被测介质，以保持被测介质的净洁，减少磨损，并防止涡轮被卡住。的净洁，减少磨损，并防止涡轮被卡住。v（4

58、 4）涡轮流量计的一般工作点最好在仪表测）涡轮流量计的一般工作点最好在仪表测量范围上限数值的量范围上限数值的50%50%以上，保证流量稍有波以上，保证流量稍有波动时，工作点不至移至特性曲线下限以外的区动时，工作点不至移至特性曲线下限以外的区域。域。v（5）被测流体的流动方向须与变送器所标箭）被测流体的流动方向须与变送器所标箭头方向一致。头方向一致。 辽宁科技大学 热能系 周丽雯61家用水表简介家用水表简介辽宁科技大学 热能系 周丽雯624.6电磁流量计电磁流量计v4.5.14.5.1工作原理工作原理v当液体在磁场中运动时，当液体在磁场中运动时，根据法拉第定律产生感应根据法拉第定律产生感应电动势

59、。如果磁场垂直于电动势。如果磁场垂直于流动液体的电绝缘管道，流动液体的电绝缘管道，而液体的电导率又不太低，而液体的电导率又不太低，则装在管壁上的两个电极则装在管壁上的两个电极之间可测量到一个电压，之间可测量到一个电压，这电压同磁通量密度、液这电压同磁通量密度、液体的平均流速以及两个电体的平均流速以及两个电极之间的距离成正比。这极之间的距离成正比。这样，就可以测得液体的流样，就可以测得液体的流速，进而测得液体的流量。速，进而测得液体的流量。 辽宁科技大学 热能系 周丽雯63辽宁科技大学 热能系 周丽雯64v根据法拉第电磁感应定律，感应电压强度可用根据法拉第电磁感应定律，感应电压强度可用下面的简式

60、表达：下面的简式表达：v U UABAB=kBDv =kBDv vB B磁通密度；磁通密度；vD D测量管内径；测量管内径；vE E流量信号（电动势）；流量信号（电动势）；vV V液体平均轴向流速；液体平均轴向流速；vk-k-常数。常数。v在圆形管道中，体积流量是：在圆形管道中，体积流量是：ABvUBDkq4辽宁科技大学 热能系 周丽雯65v4.5.2组成结构组成结构v如图所示。如图所示。辽宁科技大学 热能系 周丽雯66适用于适用于10mm以下管径以下管径适用于适用于10100mm管径管径适用于适用于100mm以上管径以上管径辽宁科技大学 热能系 周丽雯671直流励磁直流励磁 直流励碰方式用直