流量测量仪表

项目二：热工测量参数职业教育电厂热能动力装置专业教学资源库主讲人：梁东义3.2流量测量仪表目录CONTENTS01流量测量仪表的原理及方法差压式流量测量仪表-节流变压降流量测量仪表

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。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使用方便（标定过程可以省略）优点流量测量仪表职业教育电厂热能动力装置专业教学资源库当流体的参数、流动工况、管道前后直管段尺寸、节流元件形状和尺寸及差压测量方式和位置一定时，管道流量与测量差压有确定的关系。一、测量流量的基本原理

利用流体力学中的节流现象，即在工艺管道中放置一个直径比管径小的节流元件，流体流经节流元件时流通横截面积改变，流速发生变化。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，流速变化的结果必然要导致在节流元件的前后两侧流体的静压力产生差异（即差压）。流量测量仪表职业教育电厂热能动力装置专业教学资源库二、基本组成节流装置导压管路差压计q流量信号

p1p2差压信号⊿p或q差压或流量信号差压信号

p1p2流量测量仪表职业教育电厂热能动力装置专业教学资源库1.节流装置：即安装在流体流动的管道中的阻力元件，包括改变流通横截面积的节流件和取压装置，用于将流量信号变换成差压信号。2.导压管路：将节流装置前后的压力信号送至显示仪表。3.差压计

显示差压信号或者直接显示被测管道或设备的流量。将导压管路输出的差压信号变换成标准电信号或气压信号，再由差压计指示差压值直接显示被测管道或设备的流量。流量测量仪表职业教育电厂热能动力装置专业教学资源库三、流体流动情况分析流体流经节流件时，节流件阻挡流体流动，迫使流束收缩，流动速度加快，压力降低。

在截面1处，流体没有受到节流件的影响，流体充满整个管道流动。设流束直径为D，流体中心压力为P1’，平均流速为v1，流体的密度为ρ1。

由于流体运动的惯性，在截面2（位置与节流元件种类有关）处，流束横截面收缩到最小，此时流束直径为d’，流体中心压力为P2’，平均流速为v2，流体的密度为ρ2。

此后流束向外扩散，流速降低，流体中心压力升高，流体重新充满整个管道流动。01020304流量测量仪表职业教育电厂热能动力装置专业教学资源库四、流量公式1.不可压缩性流体的流量公式

设流体流过节流件时，流体不对外做功，和外界没有热交换，并忽略流动阻力损失，则ρ1=ρ2=ρ。由能量守恒定律，对截面1和截面2写出伯努利方程：由质量守恒定律对截面1和截面2写出一元流动连续性方程：流量测量仪表职业教育电厂热能动力装置专业教学资源库

流束收缩到最小截面2的位置与流动速度有关，另外通常用实际固定取压点处的压力P1、P2替代P1’、P2’。设d为节流件开孔直径，设收缩系数，径比，取压系数,则。流量测量仪表职业教育电厂热能动力装置专业教学资源库1.不可压缩性流体的流量公式2.可压缩性流体的流量公式

对于可压缩性流体，将流体的可压缩性的全部影响集中用流束膨胀系数ε考虑，则。

流量测量仪表职业教育电厂热能动力装置专业教学资源库不可压缩性流体可压缩性流体流量测量仪表职业教育电厂热能动力装置专业教学资源库五、标准节流装置：符合国际建议和国家标准规定的节流装置，包括用来产生差压的节流件、取压装置及节流件前后的测量直管段。（一）标准节流件：起节流作用，从而产生差压的元件。1.标准孔板：用不锈钢或其他金属材料制造，具有与管道同心圆形开孔的薄板，迎流一侧是有锐利直角入口边缘的圆筒形孔，顺流的出口呈扩散的锥形。

特点-结构简单，体积小，加工方便，安装容易，节省材料，造价低。-压力损失大，测量准确度低，只能用于测量清洁的流体。流量测量仪表职业教育电厂热能动力装置专业教学资源库2.标准喷嘴：以管道轴线为中心线的旋转对称体，主要由两个圆弧曲面构成的入口收缩部分和与之相接的圆柱形喉部组成。特点-结构复杂，体积大，加工工艺要求高。-测量范围大，形状适应流体收缩的流型，压力损失小，测量精度高，高温高压下不容易变形。-适用于高速流动流体的流量测量。流量测量仪表职业教育电厂热能动力装置专业教学资源库3.文丘里管：具有圆锥形的入口收缩段和喇叭形的出口扩散段。特点-加工困难，成本高。-压力损失显著减小，测量准确度较高，可以用于脏污流体的流量测量。流量测量仪表职业教育电厂热能动力装置专业教学资源库4．节流件的安装要求

节流件安装在管道中时，要保证其前端面与管道轴线垂直，偏差不超过10；还要保证它的开孔中心轴与管道同轴，不同心度不应该超过0.015D(1/β-1)。安装节流件时必须注意它的方向性，不能装反。例如安装孔板时，必须使它的直角入口侧迎向流体的流向。流量测量仪表职业教育电厂热能动力装置专业教学资源库（二）取压装置：指取出差压的位置和取压口结构形式。理论取压装置上游侧取压孔的轴线至节流件上游端面的距离为Dm±0.1Dm，下游侧取压孔的轴线至孔板上游端面的距离因

值不同而异。该距离理论上就是流束开始收缩到最小截面的距离。角接取压装置上下游取压孔位于节流件的前后端面处。径距取压装置上游侧取压孔的轴线至孔板上游端面的距离为Dm±0.1Dm，下游侧取压孔的轴线至节流件下游端面的距离为0.5Dm。损失取压装置上游侧取压孔的轴线至节流件上游端面的距离为2.5Dm，下游侧取压孔轴线至节流件下游端面的距离为8Dm。流量测量仪表职业教育电厂热能动力装置专业教学资源库

标准孔板的取压方式有角接取压和法兰取压两种形式。角接取压环室取压单独钻孔取压

前、后环室装在节流件两边，环室夹在法兰之间，法兰和环室、环室和节流件之间有垫片并夹紧。在孔板夹紧环上打孔取压。压力信号稳定，费材料，加工麻烦。法兰取压节流件夹持在两块特制的法兰中间，其间加两片垫片。流量测量仪表职业教育电厂热能动力装置专业教学资源库

标准喷嘴的取压方式仅采用角接取压形式。流量测量仪表职业教育电厂热能动力装置专业教学资源库（三）节流件前后测量直管段：确保流体流动在节流件前后充满全部管道流动。它反映了节流装置所测差压与流量间的关系，与节流件上下游侧拐弯、扩张、缩小、分岔及阀门等局部阻力件的形式、节流件开孔直径比β及流体在节流件前后的流动情况有关。

L1的长度取决于节流件上游第一个阻流件的形式和β值。

L2的长度取决于节流件下游第一个阻流件的形式和β值。流量测量仪表职业教育电厂热能动力装置专业教学资源库孔板和喷嘴上下游直管段最小长度如下表：

【说明】

温度计套管或插孔直径<0.03D时,上游直管段最小长度为5(3)D。温度计套管或插孔直径0.3D~0.13D时,上游直管段最小长度为20(10)D。温度计套管或插孔的安装将不改变对于其它管件所需的上游直管段。当使用一个括号内的值时,应在流出系数误差上附加±0.5%的流量极限误差。表中的数字是管道直径D的倍数，没有括号的数字可以直接引用。

流量测量仪表职业教育电厂热能动力装置专业教学资源库文丘里管上游直管段最小长度如下表：

【说明】(*)弯头的弯曲半径≥D。(**)由于这些管件的影响在40D后仍然会出现,因此本表不能给出无括号的值。(***)一般没有管件能距标准文丘里管上游取压口近到0.5D。

流量测量仪表职业教育电厂热能动力装置专业教学资源库(四)标准节流装置的使用条件被测介质应该充满全部管道截面和节流装置连续流动。管道内的流动状态应该是稳定的或者随时间变化缓慢，不能有脉动流。被测介质在通过节流装置前后一段距离内，不应该发生流体相变或析出杂质，同时在物理上和热力学上是均匀的、单相存在的。在距离节流装置前后各有2D长的一段管道的内表面必须是光滑的，不能有凸出、沉积物和明显的粗糙不平现象。93%82%70%68%流量测量仪表职业教育电厂热能动力装置专业教学资源库(四)标准节流装置的使用条件在节流装置前后应该有足够长的直管段，避免测量过程中流体受扰动影响，保证流体在流过节流装置前后流束与管道轴线平行，没有旋转流产生。流体必须是可压缩的或者认为是不可压缩的流体。管道应该具有圆形截面，且管道的直径在规定的范围内。流体的流动速度一般在音速以下。93%82%70%68%流量测量仪表职业教育电厂热能动力装置专业教学资源库1.流量计算：管道上安装了节流装置，在管道内径和节流

件形式和开孔尺寸、取压方式、流体及工作状态参数

（P，t）已知的情况下，计算一定差压

P下的流量。(五)标准节流装置的命题2.最大差压值的计算：为已知节流装置选配差压计。

-用于核对流量或热力系统的有关实验。3.标准节流装置的设计计算：在一定流量条件下，已知管道内径和管路布置情况，流体的性质和工作参数，根据用户提出的限制要求设计计算标准节流装置。-选定节流件形式（类型、取压方式）-计算所需最小直管段流量测量仪表职业教育电厂热能动力装置专业教学资源库

标准节流装置设计计算所需要的原始数据被测流体的名称、组成成分。被测流体的流量：最大流量Qmax、常用流量Qch、最小流量Qmin。被测流体的工作状态：工作压力P、工作温度t及其变化范围。节流装置安装地点的平均大气压力P0。允许压力损失δP。管道材质：20℃时的管道内径D20，管道内表面情况。管道敷设情况和局部阻力形式。其它方面的要求。流量测量仪表职业教育电厂热能动力装置专业教学资源库设计计算要求精度高1234流量系数平稳直管段长度节流