热工测量技术A4(4)

1、 热工测量技术热工测量技术A 第第 4部分部分 流量测量流量测量 及仪表及仪表 第第 4 章章 概述、差压式流量计、及其的流量计简述、概述、差压式流量计、及其的流量计简述、 流量校验系统等流量校验系统等v 4 流量测量流量测量 4.1 流量的概念和流量计分类流量的概念和流量计分类 4.2 差压流量计差压流量计 4.3 电磁流量计电磁流量计 4.4 涡街流量计涡街流量计 4.5 质量流量计质量流量计 4.6 热式质量流量计热式质量流量计 4.7 流量校验系统流量校验系统 第第 四四 章章 流流 量量 测测 量量第第 4部分部分 流量测量及仪表流量测量及仪表本章提要本章提要 在生产过程中在生产过程

2、中,流量是需要经常测量和控制的重要参数之一。流量是需要经常测量和控制的重要参数之一。 流量测量技术与仪表是广泛应用于工业生产过程、能源计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、生物技术、海洋气象、江河湖泊、量、环境保护、交通运输、生物技术、海洋气象、江河湖泊、科学实验等领域的比不可少的技术。流量是表征流体流过管道科学实验等领域的比不可少的技术。流量是表征流体流过管道某一截面的数量。某一截面的数量。 随着科学和技术的发展，人们对流量的检测精度要求越来随着科学和技术的发展，人们对流量的检测精度要求越来越高，需要检测的流体品种也日益增多。检测对象也从单相流越高，需要

3、检测的流体品种也日益增多。检测对象也从单相流扩展为双相流、多相流。扩展为双相流、多相流。 第第 四四 章章 流流 量量 测测 量量本章提要本章提要 测量流量的目的是为正确指导工艺操作、进行成本核算、测量流量的目的是为正确指导工艺操作、进行成本核算、保证产品的质量和设备的安全。保证产品的质量和设备的安全。 因此，运用不同的物理原理和规律，制造出各类流量仪因此，运用不同的物理原理和规律，制造出各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。本章主要介绍了几种常用的流量计，如：差压的重要环节。本章主要介绍了几种常用的流量计

4、，如：差压式流量计、电磁流量计、涡街流量计等。对质量流量计则给式流量计、电磁流量计、涡街流量计等。对质量流量计则给予较多的关注。限于篇幅，其它流量计则没有介绍。予较多的关注。限于篇幅，其它流量计则没有介绍。 第第 四四 章章 流流 量量 测测 量量v 4.1 流量的概念和流量计分类流量的概念和流量计分类 单位时间内流过管道某截面流体的体积或质量称为流量。单位时间内流过管道某截面流体的体积或质量称为流量。前者称为体积流量，用前者称为体积流量，用qv表示，单位为表示，单位为m3/h。后者称为质量。后者称为质量流量，用流量，用qm表示，单位为表示，单位为kg/h。 当整个截面上的流量分布是均匀时，可

5、写成当整个截面上的流量分布是均匀时，可写成 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vAqVVqqm式中式中 流体的密度。流体的密度。 第第 四四 章章 流流 量量 测测 量量 4 流量测量流量测量 对于连续生产过程，瞬时流量测量与生产的高产优效直接对于连续生产过程，瞬时流量测量与生产的高产优效直接相关。相关。 另在一些经济核算以及贸易往来中，却需要测知流量总量。另在一些经济核算以及贸易往来中，却需要测知流量总量。流量总量是指在一段时间内流过管道介质的总和。即：流量总量是指在一段时间内流过管道介质的总和。即：tdtqVV0tdtqmm0式中式中 V体积流量，体积流量，m3； m质量

6、流量，质量流量，kg。 4.1 流量的概念和流量计分类流量的概念和流量计分类 第第 四四 章章 流流 量量 测测 量量 一般把检测流量的仪表叫流量计，把检测总量的一般把检测流量的仪表叫流量计，把检测总量的仪表叫计量表。工业生产中流量计有显示总量的作用。仪表叫计量表。工业生产中流量计有显示总量的作用。 流量检测仪表分为体积流量仪表和质量流量仪表流量检测仪表分为体积流量仪表和质量流量仪表两大类。体积流量表又分为速度法流量仪表和容积法两大类。体积流量表又分为速度法流量仪表和容积法流量仪表。流量仪表。 流量仪表按测量原理可细分如下页所示：流量仪表按测量原理可细分如下页所示： 4.1 流量的概念和流量计

7、分类流量的概念和流量计分类 第第 四四 章章 流流 量量 测测 量量流量计流量计体积流量体积流量qv=vA容积法容积法速度法速度法椭圆齿轮流量计椭圆齿轮流量计腰轮流量计腰轮流量计刮板流量计刮板流量计差压式流量计差压式流量计浮子式流量计浮子式流量计电磁流量计电磁流量计涡轮流量计涡轮流量计涡街流量计涡街流量计超声波流量计超声波流量计质量流量质量流量qm=qv直接法直接法间接法间接法科里奥利质量流量计科里奥利质量流量计热式质量流量计热式质量流量计温度压力补偿式质量测量系统温度压力补偿式质量测量系统体积流量计和密度计组合体积流量计和密度计组合式质量流量系数式质量流量系数 4.1 流量的概念和流量计分类

8、流量的概念和流量计分类流量仪表按测量原理流量仪表按测量原理可细分为：可细分为： 第第 四四 章章 流流 量量 测测 量量v 4.2 差压式流量计差压式流量计 差压式流量计按结构形式可分为节流差压式流量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、匀速流量计、射流流量计等几种。计、弯管流量计、匀速流量计、射流流量计等几种。节流差压式流量计（示意图见下页）主要由节流装置、节流差压式流量计（示意图见下页）主要由节流装置、差压变送器、压力信号管路三部分组成，亦简称为差差压变送器、压力信号管路三部分组成，亦简称为差压式流量计。压式流量计。 第第 四四 章章 流流 量量 测测 量量 4 流量测

9、量流量测量4.2 差压式流量计差压式流量计 （1）节流装置）节流装置 节流装置按其国际标准化程度，分成标准装置和非标节流装置按其国际标准化程度，分成标准装置和非标准节流装置两大类。标准节流装置是按照国家标准文件或国准节流装置两大类。标准节流装置是按照国家标准文件或国际计量组织文件（如际计量组织文件（如GB/T2624或或ISO5167）设计、制造、安）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量关系的装装和使用，不需要实流标定就可以确定差压和流量关系的装置。非标准节流装置是必须经过实流标定才能确定其差压和置。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。标准节流

10、装置是全世界通用的，目前我国流量关系的装置。标准节流装置是全世界通用的，目前我国规定的标准节流装置种类有：角接取压标准孔板、法兰取压规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、标准孔板、D-D/2取压标准孔板、角接取压标准喷嘴四种。取压标准孔板、角接取压标准喷嘴四种。 第第 四四 章章 流流 量量 测测 量量4.2 差压式流量计差压式流量计节流式节流式流量传感器流量传感器差压计或差压计或差压变送器差压变送器q被测流量被测流量PqP+P-压力信号压力信号管管 路路压力信号压力信号P（q）差压信号差压信号+（a）-PP（b）节流差压式流量计示意图：节流差压式流量计示意图：（a）信

11、号变换过程框图）信号变换过程框图（b）仪表组成关系示意）仪表组成关系示意 第第 四四 章章 流流 量量 测测 量量4.2 差压式流量计差压式流量计节流式节流式传感器流量传感器流量压差计或压差计或压差变换器压差变换器q被测流量被测流量管管 路路PqP+P-压力信号压力信号压力信号压力信号P（q）压差信号压差信号+（a）-PP（b）节流差压式流量计示意图：节流差压式流量计示意图：（a）信号变换过程框图）信号变换过程框图（b）仪表组成关系示意）仪表组成关系示意 第第 四四 章章 流流 量量 测测 量量 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信号差压变送器的作用是将节流装置产生的

12、差压信号转换成标准输出信号的仪表。转换成标准输出信号的仪表。 压力信号管路压力信号管路4.2 差压式流量计差压式流量计 第第 四四 章章 流流 量量 测测 量量4.2.1 差压式流量计测量原理差压式流量计测量原理 差压式流量计的测量原理是基于流体的机械能相互转换的差压式流量计的测量原理是基于流体的机械能相互转换的原理。在水平管道流动的流体，具有动压能和静压能（位能相原理。在水平管道流动的流体，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转换，但能等），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。如图量总和不变。如图4.1所示。所示。 根据伯努力方程，对

13、截面根据伯努力方程，对截面I-I、II-II处沿管中心的流体有以处沿管中心的流体有以下能量关系：下能量关系：2222222111vPvP4.2 差压式流量计差压式流量计 第第 四四 章章 流流 量量 测测 量量IIIIIIIIIIIIvv1v2v3xPP1P1P2P2P3x(a)(b)(c)图图4.1 差差压压式式流流量量计计测测量量原原理理示示意意图图 第第 四四 章章 流流 量量 测测 量量 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度变必然引起密度的改变，因此对于可压缩流体式（的改变，因此对于可压缩

14、流体式（4.7）应引入气体膨胀）应引入气体膨胀系数系数，则式（，则式（4.7）变为：）变为：PACqm104211 式中式中 C流出系数；流出系数； 可膨胀性系数；可膨胀性系数； A0节流件开孔截面积，节流件开孔截面积，m2； 1被测流体在被测流体在I-I处的密度，处的密度，kg/m3；4.2 差压式流量计差压式流量计 第第 四四 章章 流流 量量 测测 量量 P节流装置输出的差压，节流装置输出的差压，Pa； qm质量流量，质量流量，kg/s； qV体积流量，体积流量，m3/s。 式（式（4.8）、（）、（4.9）是差压式流量计的流量公式。当被测流体为液体）是差压式流量计的流量公式。当被测流体

15、为液体时时 =1，当被测流体为气体、蒸汽时，当被测流体为气体、蒸汽时1。 4.2 差压式流量计差压式流量计 第第 四四 章章 流流 量量 测测 量量104211PACqV同理同理4.2.2 实用流量公式及有关系数的确定实用流量公式及有关系数的确定PDCPdCqm122120039986. 00039986. 012212/0039986. 0/0039986. 0PDCPdCqV 4.2 差压式流量计差压式流量计 第第 四四 章章 流流 量量 测测 量量上式为实用流量公式。上式为实用流量公式。（1）流出系数）流出系数C 流出系数流出系数C定义为通用节流装置的实际流量值与理论流定义为通用节流装置

16、的实际流量值与理论流量值之比。量值之比。（2）可膨胀性系数）可膨胀性系数 可压缩性流体通过节流装置后会发生体积膨胀，使其密可压缩性流体通过节流装置后会发生体积膨胀，使其密度发生变化，所以要引入可膨胀性系数度发生变化，所以要引入可膨胀性系数 进行修正。进行修正。 与与R eD无关，是无关，是、P/P1和被测气体的等熵指数和被测气体的等熵指数k的函数。的函数。4.2 差压式流量计差压式流量计 第第 四四 章章 流流 量量 测测 量量（3）材料的热膨胀系数）材料的热膨胀系数 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、管径、管径 D 和直径比和直径比 都是工作状态下的数值，可是在设

17、计和加工制造节流装置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种测量值为设计依据。选用管道时都是以常用的各种测量值为设计依据。 材料的热膨胀系数材料的热膨胀系数d、D可直接查表得到。可直接查表得到。（4）被测流体的密度）被测流体的密度 液体密度；液体密度； 干气体的密度；干气体的密度； 湿气体密度；湿气体密度； 混合气体的密度。混合气体的密度。4.2 差压式流量计差压式流量计 第第 四四 章章 流流 量量 测测 量量4.2.3 节流装置节流装置 节流装置就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就是使管道中流动的流体产生静压力差的装置，可分

18、为标准节流装置和非标准节流装置两类。完整的节流装置由节流元件、带有取压节流装置和非标准节流装置两类。完整的节流装置由节流元件、带有取压孔的取压装置、上下游测量直管段和上下游局部阻力件四部分组成。孔的取压装置、上下游测量直管段和上下游局部阻力件四部分组成。4.2 差压式流量计差压式流量计ddDl0Pl2l1+-12345 第第 四四 章章 流流 量量 测测 量量 一个完整的节流装置由节流元件、带有取压孔的取压装一个完整的节流装置由节流元件、带有取压孔的取压装置、上下游测量直管段和上下游局部阻力件四部分组成。置、上下游测量直管段和上下游局部阻力件四部分组成。 上页图中注解说明：上页图中注解说明：

19、1上游第二局部阻力件上游第二局部阻力件 2上游第一局部阻力件上游第一局部阻力件 3取压部件取压部件 4节流件节流件 5下游局部阻力件下游局部阻力件 L0“1”与与“2”之间的直管段长度之间的直管段长度 L1“2”与与“3”之间的直管段长度之间的直管段长度 L2“3”与与“5”之间的直管段长度之间的直管段长度4.2 差压式流量计差压式流量计 第第 四四 章章 流流 量量 测测 量量(a)(b)图图4.2标标准准节节流流装装置置(a)孔孔板板(b)喷喷嘴嘴4.2.3 节流装置节流装置 第第 四四 章章 流流 量量 测测 量量 下面首先以节流元件下面首先以节流元件标准孔板为例来介绍标准孔板为例来介绍

20、标准节流装置的结构、特点和安装等要求。标准节流装置的结构、特点和安装等要求。（1）标准孔板）标准孔板 标准孔板是一块与管道轴线同心的圆形开孔、标准孔板是一块与管道轴线同心的圆形开孔、内边缘尖锐的金属薄板。剖面图如下页图所示。详内边缘尖锐的金属薄板。剖面图如下页图所示。详见国家标准见国家标准GB/T264293。对标准孔板的要求是：。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 孔板上游端面孔板上游端面A的平面度的平面度 节流孔厚度节流孔厚度e 孔板厚度孔板厚度E 孔板下游侧扩散的圆锥面孔板下游侧扩散的圆锥面 上游边缘上游边缘G应是尖锐的应是尖锐的4.2.3 节流装置节流装置 第

21、第 四四 章章 流流 量量 测测 量量斜面斜面F轴向中心线轴向中心线流动方向流动方向节流孔厚度节流孔厚度ed上游端面上游端面A下游端面下游端面BD上游边缘上游边缘G孔板厚度孔板厚度E图图 标准孔板结构示意图标准孔板结构示意图4.2.3 节流装置节流装置 第第 四四 章章 流流 量量 测测 量量（2）标准取压装置）标准取压装置 国家标准中规定标准孔板有三种标准取压方式：国家标准中规定标准孔板有三种标准取压方式：角接取压、法兰取压和角接取压、法兰取压和D-D/2取压。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。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

22、压两种结构形式。后端面处，有环室取压和单独钻孔取压两种结构形式。 下页图为角接取压装置示意图，上半部分为环室取压下页图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构。结构，下半部分为单独钻孔取压结构。 法兰取压法兰取压 D-D/2取压。取压。 如下下页图所示如下下页图所示 4.2.3 节流装置节流装置 第第 四四 章章 流流 量量 测测 量量D3夹持环a流向夹持环（a）环隙取压口（b）单独钻孔孔板图图 角接取压装置示意图角接取压装置示意图 4.2.3 节流装置节流装置 第第 四四 章章 流流 量量 测测 量量流向25.4mm25.4mmDD/2图图 法兰取压和法兰取压

23、和D-D/2取压示意图取压示意图4.2.3 节流装置节流装置 第第 四四 章章 流流 量量 测测 量量（3）节流装置上游及下游侧的测量直管段）节流装置上游及下游侧的测量直管段 标准节流装置除标准节流件和标准取压装置外，还包括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侧的测量直管段。其长度规定为上安装在节流件上游侧及下游侧的测量直管段。其长度规定为上游侧测量直管段游侧测量直管段10D，下游侧测量直管段为，下游侧测量直管段为5D。内壁粗糙度的。内壁粗糙度的规定见教材中表所列。规定见教材中表所列。4.2.3 节流装置节流装置 第第 四四 章章 流流 量量 测测 量量 必

24、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，最短直管段长度要求如教材中表所示。如果直管度的配置。实际测量时，最短直管段长度要求如教材中表所示。如果直管段长度选用表中括号内的数值时，流出系数的不确定度要增加段长度选用表中括号内的数值时，流出系数的不确定度要增加+0.5的附加的附加不确定度。不确定度。 使用标准孔板进行测量流量时，必须遵守教材中表所列的使用的极限使用标准孔板进行测量流量时，必须遵守教材中表所列的使用的极限范围。范围。 采用标准节流装置进行测量流量的优点是其设计计算有统一标准，图采用标准节

25、流装置进行测量流量的优点是其设计计算有统一标准，图表和数据资料齐全，可直接按照标准制造、安装和使用，不必标定。标准表和数据资料齐全，可直接按照标准制造、安装和使用，不必标定。标准节流装置的设计计算请看国标节流装置的设计计算请看国标GB/T2624-93。（3）节流装置上游及下游侧的测量直管段）节流装置上游及下游侧的测量直管段 第第 四四 章章 流流 量量 测测 量量 常用非标准节流元件有常用非标准节流元件有1/4圆喷嘴、圆缺孔板、圆锥入口孔圆喷嘴、圆缺孔板、圆锥入口孔板、双重孔板等。它们主要用于特殊介质或特殊工况条件下的板、双重孔板等。它们主要用于特殊介质或特殊工况条件下的流量测量。非标准节流

26、件剖面图如下图所示。流量测量。非标准节流件剖面图如下图所示。流向流向流向流向(a)(b)(c)(d)图图 非标准节流件剖面图非标准节流件剖面图（a）1/4圆喷嘴；（圆喷嘴；（b）圆缺孔板；（）圆缺孔板；（c）圆锥入口孔板；（）圆锥入口孔板；（d）双重孔板）双重孔板4.2.3 节流装置节流装置 第第 四四 章章 流流 量量 测测 量量4.2.4 差压式流量计差压式流量计 差压式流量计是基于节流装置的一种流量测量仪表，也称差压式流量计是基于节流装置的一种流量测量仪表，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（差压计）组成，

27、框图如下图所示。送器（差压计）组成，框图如下图所示。节流装置节流装置引压导管引压导管差压变送器差压变送器（差压计）（差压计）qmqVPPI0 图图 差压式流量计的组成框图差压式流量计的组成框图 第第 四四 章章 流流 量量 测测 量量4.2 差压式流量计差压式流量计 节流装置把流体流量节流装置把流体流量qm（qv）转换成）转换成 差压信号差压信号P=K1q2m，引压导管把节流装置产生的差压信号传，引压导管把节流装置产生的差压信号传送差压变送器（差压计），差压变送器（差压计），送差压变送器（差压计），差压变送器（差压计），差压变送器将差压信号转换为国家规定的标准信号差压变送器将差压信号转换为国家

28、规定的标准信号（例如（例如IO=420mA DC）输出或显示流量大小。）输出或显示流量大小。 因为输出的标准信号便于集中控制和实行综合自因为输出的标准信号便于集中控制和实行综合自动化，所以用差压变送器和节流装置等组成的差压式动化，所以用差压变送器和节流装置等组成的差压式流量计已经很普遍。流量计已经很普遍。 4.2.4 差压式流量计差压式流量计 第第 四四 章章 流流 量量 测测 量量 流量的线性化处理（流量的线性化处理（*） 由于节流装置是一个非线形环节，因而差压式流量计的输由于节流装置是一个非线形环节，因而差压式流量计的输出电流出电流IO与输入的流量之间呈现与输入的流量之间呈现IO=K1 K

29、2q2m的关系的关系,即被测流即被测流量和差压变送器的输出电流的平方根成正比量和差压变送器的输出电流的平方根成正比.但一般都希望输但一般都希望输入输出成线性关系入输出成线性关系,即指示流量时有均匀的刻度，解决的办法即指示流量时有均匀的刻度，解决的办法是在差压变送器内增添开方运算功能，将标准电流信号进行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。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，并不是将电流的毫安数开方就完成任务，应使开方后的出，并不是将电流的毫安数开方就完成任务，应使开方后的电流仍然保持在标准信号范围内。例

30、如直流电流仍然保持在标准信号范围内。例如直流420mA范围内。范围内。 4.2.4 差压式流量计差压式流量计 第第 四四 章章 流流 量量 测测 量量 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4mA减去，经过开方后再把它加上，例如减去，经过开方后再把它加上，例如Ii=13mA时，开方后变为时，开方后变为 现以现以420mA的信号为例，将开方前后的电流值对应关的信号为例，将开方前后的电流值对应关系化成曲线，得到下页图所示。系化成曲线，得到下页图所示。44160iIImAI164413160 流量的线性化处理流量的线性化处理 第第 四四 章章 流流 量量 测测 量量 4 6

31、8 10 12 14 16 18 20 Ii(mA) 20 18 16 14 12 10 8 6I0(mA)9.6612.013.815.3116.6517.8618.0620图图 420mA开方电路特性曲线开方电路特性曲线4.2.4 差压式流量计差压式流量计4.2.5 标准节流装置的设计计算标准节流装置的设计计算 标准节流装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：已知管道内径、节流元件开孔直径、取压方式、：已知管道内径、节流元件开孔直径、取压方式、被测流体参数及其他必要条件，根据所测的差压值，求被测流被测流体参数及其他必要条件，根据所测的差压值，求被测

32、流体的流量。体的流量。 命题命题2：已知管道内径、被测流体参数、流量及其它必要：已知管道内径、被测流体参数、流量及其它必要条件，要求选者适当的流量标尺上限、差压上限、节流装置的条件，要求选者适当的流量标尺上限、差压上限、节流装置的形式，并计算节流元件的开孔直径。形式，并计算节流元件的开孔直径。 命题命题1是属于已经有了标准节流装置，要求根据所测的差是属于已经有了标准节流装置，要求根据所测的差压值所对应的流量；命题压值所对应的流量；命题2要求设计新的节流装置。要求设计新的节流装置。 第第 四四 章章 流流 量量 测测 量量4.2 差压式流量计差压式流量计 一、流量计算一、流量计算 流量计算的已知

33、条件为：管道直径D20、管道材料、管道新旧程度，节流件前后安装阻力件情况，节流件型式、节流孔径d20、节流件材料，流体及工作压力p、工作温度t，节流装置输出的差压值p。 要完成已知条件下的流量计算（求p对应的流量qm），所依据的基本公式是流量公式： 从流量公式中可以看出，p、1、d t 、都是直接或间接已知的，而流出系数C=f (，ReD）是未知的（认为测量直管段相对粗糙度不超过规定的上限值）。因此不能用流量公式直接计算出所需计算的流量值。由于已知雷诺数ReD的计算公式：同时 C = f (，ReD）联立以上三式，求解上述代数方程组，就可以得到问题要求计算的流量qm值。 pdCqtm12424

34、1tmDDq4Re （）辅助计算 根据已知条件，通过查表和相应的计算给出解上述方程组所必需的参数值，这些计算称为辅助计算。要计算的量值有： 工作压力p1 = pe + p0 (pe 表压；p0 大气压力)、流体密度1（p，t）(查表)、流体粘度（p，t）(查表)、管道线膨胀系数D（查表）、节流件线膨胀系数d（查表）、流体的等熵指数（过热蒸汽=1.3；空气=1.4）；计算时的管道直径D和节流件的节流孔径d都应使用节流件工作温度下的数值，即Dt、d t，节流件直径比。（二）迭代计算 在计算流体流量时，由于流量公式中的未知数不只一个，且未知数之间有一定的关系，所以通常需用迭代算法求解，即将流量公式和

35、雷诺数ReD的计算公式中已知量重新组合在等号一边，形成迭代计算中的一个不变量：20120tDDDt20120tdddtttDd,1ppf41212ttDpdA迭代计算中的变量：迭代方程为：故迭代计算流程如图所示。 1ReiDiAC1,Re,iDiACffC 二、标准节流装置的设计计算二、标准节流装置的设计计算 这类命题是根据用户提出的已知条件以及限制要求来设计计算标准节流装置。 已知条件：被测流体及其工作压力p1、工作温度t、最大流量qmmax、常用流量qmch、最小流量qmmin、管道内径D20，管道材料、新旧程度、节流件前后管道及阻力件的情况。 限制要求：最小直管段LLx（实际直管段长度）

36、；压力损失pmaxpx。 要求设计计算： （1）选定节流件的形式（类型、取压方式）； （2）选定差压计； （3）计算C、d20； （4）计算所需最小直管段l0、l1、l2，并验算 LLx（L=l0十 l1 l2）； （5）计算最大压损pmax，并验算pmaxpx； （6）计算基本误差。 对于该命题根据已知条件完成设计计算，其结果不是唯一的，即满足设计已知条件可以有多种结果。从物理意义上看很容易理解，在被测流体的管道上安装的节流件，其值是可大可小的。在一定流量下，当小时，节流装置输出的差压值大；当大时，输出的差压值小。由于在已知条件中用户提出了限制要求（LLx，pmaxpx），所以这种设计结果的

37、多样性也受到了一定的限制，即是满足限制要求下的多种设计结果。 三、标准节流装置的流出系数三、标准节流装置的流出系数C C值及其不确定度值及其不确定度标准节流装置的流出系数C值是通过在流量试验台上测定qm和与之相对应的p，然后用上述流量公式计算得到的。对于一定形式的标准节流装置，其流量系数和流出系数C仅与和雷诺数ReD有关，图10-7(P200)是标准孔板和ISA 1932喷嘴的、C和ReD、之间的关系曲线。从图中可见，当雷诺数大到一定值后，和C就与雷诺数值无关，趋于一定值。 1标准孔板的C值及其不确定度 “标准”中取得C值的原始实验，对于角接取压是在相对粗糙度为KcD3.810-4，而对于径距

38、取压则是在KcD1010-4的管道中进行的，但只要所使用管道在节流件上游侧10D长度内的粗糙度不超过前节所列的限值，C的数值仍是可用的。在规定条件下，流出系数C主要取决于ReD、，即 C = f (ReD、)。对于角接取压标准孔板：对于法兰取压标准孔板： （D：mm， D2058.6mm）75. 065 . 281 . 2Re100029. 01840. 00321. 05959. 0DCDD3448560. 011286. 275. 065 . 281 . 2Re100029. 01840. 00321. 05959. 0DC （D：mm， D20 0.6，cC =（2-0.4）。 四、标准

39、节流装置的流束膨胀系数四、标准节流装置的流束膨胀系数值及其不确定度值及其不确定度 标准节流装置的形式确定后，其流束膨胀系数值决定于p/p1、和值。其中是被测流体的等熵指数，对于过热蒸汽可近似取1.3，对空气=1.4。 为限制流体可压缩性对流量测量的影响，标准规定节流装置的p/p10.25，即p2/p10.75。 上述三种取压方式的标准孔板的值是由实验确定的，可用如下的经验公式计算： 若、p/p1和是已知且无误差，则标准孔板值的百分率不确定度 （概率95）为4 %。 5 . 065 . 0Re1000653. 09965. 0DC1435. 041. 01pp1pp 标准喷嘴的流束膨胀系数值是根

40、据等熵流动过程直接从理论上推导出来的。由于流动过程不可能是等熵过程，所以存在误差，从理论上推导出计算标准喷嘴的公式如下：其中 标准喷嘴值的百分率不确定度 =2 %，置信概率为95。 5 . 012442111111211pppp1pp4.2.6v 4.3 电磁流量计电磁流量计 电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律进行流电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律进行流量测量的流量计。量测量的流量计。 4.3.1 测量原理测量原理 4.3.2 电磁流量计的结构电磁流量计的结构 4.3.3 电磁流量计的选用与安装电磁流量计的选用与安装 参阅教材中：参阅教材中： P.100 P.106 第第 四四 章章 流流

41、量量 测测 量量 4 流量测量流量测量v 4.4 涡街流量计涡街流量计 涡街流量计是涡街流量计是20世纪世纪70年代发展起来的依据流体年代发展起来的依据流体振荡原理工作的流量计。振荡原理工作的流量计。 4.4.1 测量原理测量原理 4.4.2 涡街流量计的结构涡街流量计的结构 第第 四四 章章 流流 量量 测测 量量 4 流量测量流量测量v 4.5 质量流量计质量流量计4.5.1 概述概述 前几节介绍的各种流量计可以直接测流体的体积流量，然前几节介绍的各种流量计可以直接测流体的体积流量，然而核算等因素，迫使要求生产过程达到很高的生产率，这就需而核算等因素，迫使要求生产过程达到很高的生产率，这就

42、需要对产品检测从最终的检测扩大到中间产品和原料状态的检测。要对产品检测从最终的检测扩大到中间产品和原料状态的检测。 质量流量计的检测方法是通过一定的检测装置，使它的输质量流量计的检测方法是通过一定的检测装置，使它的输出直接反映质量流量。出直接反映质量流量。 第第 四四 章章 流流 量量 测测 量量 4 流量测量流量测量 4.5.1 概述概述质量流量计可分为两大类：质量流量计可分为两大类： 直接式质量流量计直接式质量流量计; 推导式质量流量计。推导式质量流量计。 直接式质量流量计是由检测元件直接反映质量流量大小的直接式质量流量计是由检测元件直接反映质量流量大小的信号，从而得到质量流量值。而推导式

43、质量流量计是通过检测信号，从而得到质量流量值。而推导式质量流量计是通过检测两个以上的信号，并对这些信号进行运算的出质量流量。两个以上的信号，并对这些信号进行运算的出质量流量。 第第 四四 章章 流流 量量 测测 量量 4.5 质量流量计质量流量计4.5.1.1 直接式质量流量计直接式质量流量计 直接式质量流量计主要基于以下工作原理：直接式质量流量计主要基于以下工作原理： （1）振动加速度法）振动加速度法 （2）热学法）热学法 （3）差压法）差压法 （4）动量式）动量式4.5 质量流量计质量流量计 第第 四四 章章 流流 量量 测测 量量 4.5.1.2 推导式质量流量计主要有三大类：推导式质量

44、流量计主要有三大类： （1）双通道检测法）双通道检测法 （2）组合法）组合法 （3）补偿法补偿法(温度、压力温度、压力)4.5.2 科里奥利式质量流量计科里奥利式质量流量计 科里奥利式质量流量计是基于科里奥利力原理制成的一科里奥利式质量流量计是基于科里奥利力原理制成的一种直接式质量流量计。种直接式质量流量计。 4.5.2.1 工作原理工作原理 4.5.2.2 质量流量计的信号转换器质量流量计的信号转换器 4.5.2.3 科里奥利式质量流量计的特点科里奥利式质量流量计的特点4.5 质量流量计质量流量计 第第 四四 章章 流流 量量 测测 量量v 4.6 热式质量流量计热式质量流量计 气体的流量测

45、量一直是一道难题，这是因为气体气体的流量测量一直是一道难题，这是因为气体的体积流量受温度、压力影响较大，所以其体积流量的体积流量受温度、压力影响较大，所以其体积流量只有相对意义。因而，一种不受温度、压力、密度变只有相对意义。因而，一种不受温度、压力、密度变化影响的气体质量流量计越来越受到重视，热式质量化影响的气体质量流量计越来越受到重视，热式质量流量计就是这类专用仪表。流量计就是这类专用仪表。 热式质量流量计的原理如图热式质量流量计的原理如图4.38所示所示,管道中间放管道中间放置电加热丝置电加热丝,其上下游相等距离处有两个相同的测温热其上下游相等距离处有两个相同的测温热电阻电阻(其温度系数、

46、阻值、结构等参数相同）。若被测其温度系数、阻值、结构等参数相同）。若被测气体不流动则两个热电阻处的温度相等；若被测气体气体不流动则两个热电阻处的温度相等；若被测气体在管道内由左至右流动则右方的温度高于左方，下游在管道内由左至右流动则右方的温度高于左方，下游热电阻的阻值将大于上游的阻值，而流速越高则温差热电阻的阻值将大于上游的阻值，而流速越高则温差越大，将它们接在相邻桥臂中，便可得到与质量流量越大，将它们接在相邻桥臂中，便可得到与质量流量成比例的电信号。成比例的电信号。 第第 四四 章章 流流 量量 测测 量量 4 流量测量流量测量加热电源 V0输出热电阻 加热丝 热电阻图图4.38 热式质量流

47、量计的原理图热式质量流量计的原理图4.6 热式质量流量计热式质量流量计 第第 四四 章章 流流 量量 测测 量量v 4.7 流量校验系统流量校验系统 流量仪表出厂前和使用一段时间后都要做流量校验。流量流量仪表出厂前和使用一段时间后都要做流量校验。流量校验（或检定）涉及到流量校验装置和校验方法。校验（或检定）涉及到流量校验装置和校验方法。 对流量仪表出厂和使用中的校验目的是标准化测量，如对流量仪表出厂和使用中的校验目的是标准化测量，如流量仪表的精度、重复性等流量仪表的精度、重复性等 。 对测量仪表研制时的校验是为了找出仪表特性的数学模对测量仪表研制时的校验是为了找出仪表特性的数学模型，确定流量仪

48、表的静态、动态特性及测量方法。型，确定流量仪表的静态、动态特性及测量方法。 第第 四四 章章 流流 量量 测测 量量4.7 流量校验系统流量校验系统4.7.1 校验方法校验方法 流量校验有直接测量法、间接测量法和综合测量法三种。流量校验有直接测量法、间接测量法和综合测量法三种。 将被测量与同种类的标准量进行比较的测量方法叫作直接将被测量与同种类的标准量进行比较的测量方法叫作直接测量方法。测量方法。 通过对与被测量有函数关系的其他量进行测量而得到被测通过对与被测量有函数关系的其他量进行测量而得到被测量量的方法称间接测量方法。量量的方法称间接测量方法。 难以用直接测量法或间接测量方法的流量，采用相

49、似的难以用直接测量法或间接测量方法的流量，采用相似的模型的模拟实流校验，然后用相似原理推算的方法称综合测量模型的模拟实流校验，然后用相似原理推算的方法称综合测量法。法。 第第 四四 章章 流流 量量 测测 量量4.7.2 校验装置校验装置 直接校验法需要建立一个校验装置，校验装置是用来确定研制的仪表直接校验法需要建立一个校验装置，校验装置是用来确定研制的仪表和投入使用的仪表的特性。和投入使用的仪表的特性。 流量校验装置的作用主要有：流量校验装置的作用主要有： 进行仪表特性试验。研究仪表在实验室条件下和现场条件下进行仪表特性试验。研究仪表在实验室条件下和现场条件下静态和动态特性、确定仪表精度、测量范围、仪表稳定性及可靠性等技术静态和动态特性、确定仪表精度、测量范围、仪表稳定性及可靠性等技术指标，使仪表可定型生产；指标，使仪表可定型生产； 对仪表在现场使用中由于介质性质及流动特性不同而引起的特对仪表在现场使用中由于介质性质及流动特性不同而引起的特性变化进行研究，找出修正方法；性变化进行研究，找出修正方法； 作为流量单位量值统一与传递的标准设备，使各个部门的量值作为流量单位量值统一与传递的标准设备，使各个部门的量值保持精确与统一。保持精确与统一。 流量校验装置也称流量标准装置。流量校验装置按试验介质种