医学教程 5差压式流量计

差压式流量计12/12/20241差压式流量计是目前工业生产中用来测量气体、液体和蒸汽流量的最常用的一种流量仪表。据调查统计，在整个工业流量测量领域中，差压式流量计占流量仪表总数的一半以上。其中用得最多的是由节流装置和差压计组成的节流式流量计。差压式流量计12/12/20242结构分类1、有可动部件容积式流量计和部分速度式流量计2、没有可动部件差压式流量计和部分速度式流量计3、没有阻碍流体流动的部件部分速度式流量计12/12/20243差压式流量计特点结构简单，安装方便，工作可靠，成本低，又具有一定的准确度。基本能满足工程测量的需要。研究设计和使用历史悠久，有丰富的、可靠的实验数据，设计加工已经标准化。12/12/20244差压式流量计家族标准节流式流量计非标准节流式流量计均速管流量计浮子流量计楔形流量计弯管流量计层流流量计V锥体流量计12/12/20245测量原理12/12/202461、体积流量公式：2、质量流量公式：

为流量系数，称为可压缩流体的膨胀性系数

流量公式12/12/20247用流出系数表示时在SI主单位中，K=

=1.11072。按照工程上的习惯，孔径d的单位用mm，流量的单位用m3/h或kg/h，则K=×3600×10

6=0.0039986，一般取K=0.004。老资料上，差压用kgf/m2，K=0.004=0.0125212/12/20248流量公式12/12/20249系数确定12/12/202410孔板系数12/12/202411喷嘴和长径喷嘴系数12/12/20241212/12/202413不确定度估计

D/D最大可取

0.4%，

d/d最大可取

0.07%。直管段长度不符合要求而引入的

0.5%附加不确定度，应加在流出系数C上12/12/20241412/12/202415差压式流量计家族标准节流式流量计非标准节流式流量计均速管流量计浮子流量计楔形流量计弯管流量计层流流量计V锥体流量计12/12/202416标准节流式流量计标准节流式流量计:标准节流装置（一次元件，传感器）差压计（或差压传感器+显示仪表）差压信号管路（连接件）标准节流装置:标准节流件标准的取压装置符合要求的节流件前后直管段12/12/202417标准节流装置12/12/202418标准节流件标准孔板标准喷嘴长径喷嘴文丘里管文丘里喷嘴12/12/202419

12/12/20242012/12/20242112/12/20242212/12/20242312/12/202424取压方式角接取压法兰取压D-D/2取压12/12/202425已标准化的标准节流装置1、角接取压标准孔板；2、法兰取压标准孔板；3、D

D/2取压标准孔板；4、角接取压标准喷嘴；5、D

D/2取压长径喷嘴；6、经典文丘里管；7、文丘里喷嘴。12/12/202426前后直管段的要求12/12/202427前后直管段的要求12/12/202428节流件上

游侧阻流件形式和最小直管段长度

直径比

单个90

弯头或只有一个支管的三通同平面上两个或两个以上90

弯头不同平面两个或两个以上90

弯头渐缩管(1.5～3D长度内由2D变D)渐扩管(1～2D长度内由0.5D变为D)全开球阀全孔球阀或闸阀全开节流件下游最小直管段长度

表中所有阻流件0.2010(6)14(7)34(17)516(8)18(9)12(6)4(2)0.2510(6)14(7)34(17)516(8)18(9)12(6)4(2)0.3010(6)16(8)34(17)516(8)18(9)12(6)5(2.5)0.3512(6)16(8)36(18)516(8)18(9)12(6)5(2.5)0.4014(7)18(9)36(18)516(8)20(10)12(6)6(3)0.4514(7)18(9)38(19)517(9)20(10)12(6)6(3)0.5014(7)20(10)40(20)6(5)18(9)22(11)12(6)6(3)0.5516(8)22(11)44(22)8(5)20(10)24(12)14(7)6(3)0.6018(9)26(13)48(24)9(5)22(11)26(13)14(7)7(3.5)0.6522(11)32(16)54(27)11(6)25(13)28(14)16(8)7(3.5)0.7028(14)36(18)62(31)14(7)30(15)32(16)20(10)7(3.5)0.7536(18)42(21)70(35)22(11)38(19)

36(18)24(12)8(4)0.8046(23)50(25)80(40)30(15)54(27)44(22)30(15)8(4)12/12/202429标准节流装置适用范围节

流装

置孔径d(mm)管径D(mm)直径比

管道雷诺数Re标准孔板角接取压

0.56,Re

5000

>0.56,Re

16000

2D-D/2取压d

12.550

D

1000

0.1

0.75法兰取压Re

5000＆Re

170

2D

标准喷嘴

角接取压

50

D

500

0.3

0.800.3

<0.44,7×104

Re

1070.44

0.802×104

Re

107

长径喷嘴D-D/2取压50

D

6300.2

0.80104

Re

107粗铸收缩段100

D

8000.3

0.752×105

Re

2×106文丘里管加工收缩段50

D

2500.4

0.752×105

Re

1×106粗焊收缩段200

D

12000.4

0.702×105

Re

2×106文丘里喷嘴d

5065

D

5000.316

0.7751.5×105

Re

2×10612/12/202430

12/12/202431

冷凝器和隔离器12/12/202432成套节流装置12/12/202433电容式差压计12/12/202434文丘里差压式流量计12/12/202435一体化差压式流量计12/12/202436标准节流装置的计算1、已知管道内径D与节流件孔径d、取压方式、被测流体参数如温度t、压力P、密度

、粘度

、等熵指数k、管道内壁的粗糙度K/D、材料线膨胀系数

D和

d等必要条件，要求根据所测得的差压

P计算被测介质的流量。2、已知管道内径D及管道布置情况、流量范围、被测流体参数如温度t、压力P、密度

、粘度

、等熵指数k、管道内壁的粗糙度K/D、材料线膨胀系数

D和

d等必要条件，要求设计一个标准节流装置，即进行如下工作：选择节流件形式和确定节流件开孔直径d；选择计算差压变送器量程；推荐节流件在管道上的安装位置以及计算流量测量总不确定度。12/12/202437计算依据12/12/202438迭代公式两类命题都不能根据上两式进行直接计算，而要采用迭代计算方法。重新组合流量方程，将已知值组合在方程的一边，而将未知值组合在方程的另一边。确定迭代变量，计算差值迭代公式12/12/202439第一类命题计算步骤已知管径D、孔径d、差压

P、密度

和粘度

等参数，直径比

和膨胀性系数

可以通过已知参数求得。未知的是C和qm

C是雷诺数Re的函数，Re又是流量qm的函数。12/12/202440具体步骤1.根据节流件的形式，假设一流出系数C0

对于孔板，可设C0=0.5961+0.0261

2

0.216

8

对于喷嘴，可设C0=0.9900+0.2262

4.1

2.计算变量X1=C0

A1

3.根据X1（qm1）计算雷诺数ReD，计算流出系数C1。差值

1=A1

X1/C1

4.同理计算出X2和

2，由迭代公式计算X3..5.如果绝对值小于等于某一预定精度e时，迭代计算结束，Xn就是要求的流量值qm

12/12/202441例题1已知：角接取压标准孔板，测水，t=30℃，p=0.6MPa，D20=100mm，d20=50.47mm，信号差压ΔP=50kPa。计算D=100.001mm，d=50.4784mm，β=0.50478，查ρ=995.65，η=0.7975等参数计算＝74368设C0=0.5961+0.0261

2

0.216

8=0.601812/12/202442X1（qm1）=C0A1=44.755t/h雷诺数＝1.987×105

C1=0.6057X2（qm2）=C1A1=45.045t/hReD=1.999×105，C2=0.605712/12/202443已知的是管径D、流量qm（也即雷诺数ReD）、密度

和粘度η等参数，直径比

、膨胀性系数

、流出系数C是未知量差压

P通过差压上限的选择计算，也是已知的已知量未知量

X==A2/（C

）第二类命题计算步骤12/12/202444具体步骤假设一流出系数C0和

0。对于液体，令

=1计算变量X1=A2/（C0

0）根据X1计算雷诺数

根据有关公式计算流出系数C1和可膨胀性系数

1

计算差值

1=A2

X1C1

1将流出系数C1和膨胀性系数

1代入变量计算公式，得X2=A2/（C1

1），X3，X4…计算

，计算开孔直径d＝D

用流量公式验算流量，计算流量测量不确定度。12/12/202445例题2设计任务书（1）被测介质 过热蒸汽（2）流量范围 qmmax= 250t/h

qm=200t/h

qm

min=100t/h（3）工作压力 P=13.34MPa（绝对）（4）工作温度 t=550

C（5）允许压力损失

p=59kPa（6）管道内径 D20=221mm（实测）（7）管道材料 X20CrMoWV121无缝钢管12/12/202446管路系统布置如图12/12/202447辅助计算（1）查表得工作状态下过热蒸汽的粘度为

=31.83×10

6Pa·S，密度为

=38.3475kg/m3，管道的线膨胀系数为

D=12.3×10

6mm/mm·

C，取过热蒸汽的绝热指数为k=1.3。（2）求工作状态下管道直径D=D20[1+

D（t

20）]=221[1+12.3×10

6（550

20）]=222.44mm（3）计算雷诺数ReDReD=0.354qm/(D

)=0.354×200000/(222.44×31.83×10

6)=107

12/12/202448选取差压上限考虑到用户对压力损失的要求，拟选用喷嘴

Pmax=3

p=3×59=177kPa，

取

Pmax=160kPa；正常流量下的差压

P

P=(200/250)2×160=102.4kPa

求不变量A2

12/12/202449迭代计算设C0=1，

0=1Xn=A2/(Cn

1

n

1)

n=A2

XnCn

n从n=3起，Xn用快速弦截法公式

12/12/202450迭代计算结果n1234X0.50997480.54283180.54585830.5459473

0.67402390.69070590.69218870.6922322C0.94510380.94037470.93993680.9399239

0.99404010.99383880.99381960.9938191

3.08678×10

22.60349×10

3

7.43883×10

50E6.051584×10

25.205304×10

33.541580×10

5012/12/202451求d:d=D

=222.44×0.6922322=153.980(mm)验算流量求d20

=152.505(mm)

12/12/202452确定压力损失根据

=0.7和管路系统，查表可得直管长 l0=10D=2.224m l1=36D=8.008m l2=7D=1.557m12/12/20245312/12/202454节流式流量计的安装与使用节流件的安装:垂直度，同轴度取压口位置的安装液体气体蒸汽差压信号管路的安装12/12/202455测量液体流量时的信号管路12/12/202456测量气体流量时的信号管路12/12/202457测量蒸汽流量时的信号管路12/12/202458非标准节流式流量计在工程实际应用中，标准节流式流量计远远不能满足使用要求。在某些特殊场合只能应用非标准节流式流量计。适用于低雷诺数的流量测量，适用于脏污介质的流量测量，低压损节流装置。12/12/202459适用于低雷诺数的流量测量（1）1/4圆孔板（500

ReD

2.5×105）（2）锥形入口孔板（400

ReD

2×105

）12/12/202460适用于脏污介质的流量测量（1）偏心孔板12/12/202461适用于脏污介质的流量测量（2）圆缺孔板12/12/202462低压损节流装置（1）道尔管（2）罗洛斯管（3）通用(Universal)文丘里管（4）道尔(Dall)孔板（5）Gentile流量管12/12/20246312/12/20246412/12/202465线性孔板12/12/202466可换孔板12/12/202467

12/12/202468皮托管和均速管流量计皮托管是能同时测量流体总压和静压的一根双层小管——皮托—静压管，简称皮托管。皮托管输出的总压和静压之差（动压）。皮托管是测量流速的仪器。12/12/202469皮托管结构12/12/20247012/12/202471均速管流量计俗称阿纽巴，Annubar均速管流量计是在皮托管原理的基础上发展起来的一种新型差压式流量计压损小，能耗小，适用范围广，准确度和稳定性较好。12/12/202472均速管流量计结构12/12/202473均速管流量传感器12/12/202474威力巴流量计12/12/20247512/12/202476威力巴仍要注意防堵１．当引压管泄漏，探头高压平衡区遭到破坏，杂质中直径较小的颗粒就有可能进入取压孔。２．当管道处于停产时，由于分子的布朗运动，颗粒小的杂质有可能进入取压孔。３．系统频繁开停机，在高压区形成的瞬间，颗粒小的杂质有可能进入取压孔，日积月累，就有可能造成探头的堵塞。４．介质中含有大量的焦油、藻类生物，或者含有纤维状的物质，也有可能造成探头的堵塞。12/12/202477楔形流量计当被测流体流经传感器时，在楔形件的上下游将产生与流量成一定比例的静压力差，通过测量该压力差可得流量值。适用于测量高粘度流体以及悬浮液流量测量，还可测量腐蚀性介质，可在很低的管道雷诺数情况下正常工作。12/12/202478楔形流量计结构12/12/202479弯管流量计是利用流体流过一90度弯头时在弯管内外测产生的压力差来测量流量的差压式流量计无附加压力损失，可用于测量腐蚀性液体及脏污介质，并且很可靠地用于测量高温、高压介质的流量。经过实流标定的弯管传感器其测量准确度较高。12/12/202480弯管流量计结构12/12/202481弯管流量计流量公式12/12/2024821、安装简单，维修方便，成本低廉几乎所有的管线上都少不了要用弯头，可用管道上现有弯头的位置安装测量弯管；2、无压力损失，运行能耗低弯管流量计测量管中无流动阻力部件，常利用管系现成弯管，因此无外加检测件所引起的压力损失，是一种节能型流量仪表。3、适用范围大对于流体介质，弯管流量计除可以用于液体、气体和高温、高压蒸汽流量测量外，还可用于测量腐蚀性液体，浆液等脏污介质的流量。4、可以消除管道应力弯管流量计特点12/12/202483V锥体流量计是利用一V锥体在流场中产生的节流效应来测量流量计精度较高，范围度较宽，压损小。没有国际标准或国家标准，其流量系数只能通过实验标定得到。12/12/202484V锥体流量计结构12/12/202485V锥体流量计结构12/12/20248612/12/202487浮子流量计在测量过程中，始终保持浮子前后的压降不变；通过改变流通面积来改变流量的仪表；流量与浮子高度之间存在一一对应的近似线性关系。12/12/20248812/12/202489玻璃浮子流量计结构简单，成本低廉，一般只适用于常温、常压下透明介质的流量测量。它只有就地指示，不能远传流量信号，多用于工业原料的配比计量。12/12/202490金属管浮子流量计可就地指示，也可远传流量信号；多用于高温、高压介质，不透明介质及腐蚀性介质的流量测量。

12/12/202491浮子流量计12/12/20249212/12/202493刻度流量：对于液体，刻度流量是水在101325Pa和20℃状态下的流量；对于气体，刻度流量是空气在101325Pa和20℃状态下的流量。浮子流量计的刻度转换12/12/202494液体流量换算：

、

0、

f分别表示被测介质的密度、标定介质密度和浮子密度，为浮子流量计的读数。浮子流量计的刻度转换12/12/202495当

>

0时，即实际使用的流体密度大于标定介质的密度时，<，也就是说，实际流量小于流量计的读数；反之，如果

<

0，则>，即实际流量大于流量计的读数。12/12/202496气体流量换算：

0为标定介质在刻度状态下的密度，也就是空气在刻度状态下的密度。

为被测介质在使用状态（P，T）下的密度。浮子流量计的刻度转换12/12/202497也可以将介质密度和所处状态分开修正，即先在刻度状态下对使用介质的密度进行修正，然后进行状态修正。计算公式为：要注意的是上式中的

01是使用气体在刻度状态而不是在使用状态下的密度。12/12/202498刻度状态下的流量值：分别表示气体的密度修正系数、压力修正系数和温度修正系数，12/12/202499气

体

名

称分

子

式密度

(kg/m3)(20C,102.325kPa)K

氢

气

H20.0843.788氦

气He0.1662.694甲

烷CH4

0.6681.343氨

气NH30.7191.295一

氧

化

碳CO1.1651.017氮

气N21.1651.017乙

烯C2H4

1.1741.013空

气

1.2051.000乙

烷C2H61.2630.977氧

气O21.3310.951硫

化

氢H2S1.4340.917氯

化

氢HCl1.5270.888氩

气Ar1.6620.851二

氧

化

碳CO21.8240.813丙

烷C3H81.8670.803氯

甲

烷CH3Cl2.1470.749丁

烷C4H102.4160.706二

氧

化

硫SO22.7260.665氯

气Cl23.0000.63412/12/2024100P(MPa)KPP(MPa)KPP(MPa)KPP(MPa)KP0.100.99340.251.57080.702.62841.704.09610.111.04190.281.66230.802.80991.804.21480.121.08830.301.72070.902.98031.904.33030.131.13270.321.77711.003.14152.004.44280.141.17550.351.85861.103.29492.104.55250.151.21670.381.93661.203.44142.204.65960.161.25660.401.98691.303.58192.304.76440.181.33280.452.10741.403.71712.404.88680.201.40490.502.22141.503.84762.504.96720.221.47350.602.43341.603.97382.605.065612/12/2024101t(

C)KTt(

C)KTt(

C)KTt(

C)KT

251.0869300.9834800.91111600.8227

151.0656350.9754850.90471700.8133

101.0555400.9675900.89851800.8043

51.0456450.9599950.89231900.795601.0360500.95251000.88632000.787151.026655