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节流变压降流量计课程设计
引言在热力发电厂中，流体（水、蒸汽、油等）的流量直接反映设备的负荷高低、工作状况和效率等运行情况。
因此，连续监视流体的流量对热力设备的安全、经济运行及能源管理有着重要意义。
了解节流变压降流量计组成、工作原理，标准节流件、标准节流装置结构及适用条件，设计出适合条件的补偿式质量流量计来测量流量。
第一章节流变压降流量计的工作原理及设计方案1.1 节流件测量原理节流变压降流量计的工作原理是，在管道内装入节流件，流体流过节流件时流束收缩，于是在节流件前后产生压差，对于一定形状和尺寸的节流件，一定的测压位置和前后直管道情况，一定参数的流体，和其他条件下，节流件前后产生的差压值随流量而变，并且两者之间有确定的关系。
因此可通过测量差压来测量流量。
标准节流装置只适用于测量圆形截面管道中的单相、均质流体的流量，并要求流体充满管道；在节流件前后一定距离内不发生相变或析出杂质；流速小于音速，流动属于非脉动流；流体在流过节流件前，流束与管道轴线平行，不得有旋转流。
1.2 系统设计方案采用温度、压力补偿式质量流量计。
其工作原理是，测量流体的体积流量、温度和压力值，根据已知的被测流体密度与温度、压力之间的关系，通过运算，把测得的体积流量数值自动换算到标准状态下的体积流量数值。
由于被侧流体种类一定后，其标准状态下的密度ρ0是定值，所以标准状态下的体积流量就代表了流体的质量流量值。
１.2.1过热蒸汽质量流量的量当流体为过热蒸汽时，被测蒸汽密度 取决于蒸汽的压力Ｐ和蒸汽的温度，Ｐ取自节流件上游取压口，测点一般选取在节流件上游足够长度的部位，由于差压式流量计测量是建立在蒸汽流过节流件时不发生相变的基础上，所以温度的测点选取在节流件下游５Ｄ管段上也是合适的。
第二章标准节流件差压计及取压装置2.1 标准节流装置标准节流装置只适用于测量圆形截面管道中的单相、均质流体的流量，并要求流体充满管道；在节流件前后一定距离内不发生相变或析出杂质；流速小于音速，流动属于非脉动流；流体在流过节流件前，流束与管道轴线平行，不得有旋转流。
9节流式流量计
1
2
3
P
v2 C 2
υ2 υ1 υ3
q → △P
2、流量方程：
2 P1 v12 P2 v2 1 2 2 2
P
△P P1 P2 δp 2
P3
设：流体为不可压缩理想流体——ρ1 =ρ2 = ρ 同时引入流速不均匀修正系数：C1 、C2
P1
2 2 C12v12 P2 C2 v2 2 2
考虑压力损失： P1
2 2 C1 P 2 C ξ 2 2 2 2 + v1 = + v2 + v2 ρ 2 ρ 2 2
由流体连续性方程得：A1υ1= A2υ2 设：m=A0/A1 μ =A2/A0
υ 1= A2 υ 2／ A1 υ 1= m μυ 2
2
1
2 C2 C12 2 m 2
2
( P1 P 2)
3
引入取压系数： P / P / 1 2
P1 P 2
2
2
2 1 2 2
C C m
2 2
(P P )
/ 1 / 2
qv = A2υ2
A0
C C m
2 2 2 1 2 2
2
P
qv A0
2
P
qm A0 2P
复习引入
差压式流量计：
一、组成
节流装置 节流件 取压装置
q →
△P
导压管 差压计或变送器及显示仪表
标准节流装置：
标准节流件 （孔板、喷嘴）
＋－
标准取压装置 （角接取压、法兰取压）
1
二、检测原理及流量方程：
流量计压差法
节流变压降式流量计制作：齐永健节流变压降式流量计⏹一节流变压降式流量计简介⏹二节流变压降式流量计的工作原理及计算公式⏹三压差流量计的使用⏹节流变压降式流量计简称节流式流量计，是根据安装于管道中流量检测件产生的差压、已知的流体条件和检测件与管道的几何尺寸来测量流量的仪表。
⏹流量计是由一次装置(检测件)和二次装置(差压转换和流量显示仪表)组成。
二次装置为各种机械、电子、机电一体式差压计。
它由节流装置,导压管路及压差计部分组成。
原理结构图如下当流体流经管道内的节流件（孔板）时，流速在节流件处形成局部收缩，导致流速增加。
此时的静压力降低，在节流件前后形成压力差。
差压变送器用于测量此压力差。
压力差的大小取决于孔板的直径（d）和管道直径（D）的比值β=（d/D）充满管道的流体，当它流经管道内的节流件时，如下图所示，流速将在节流件处形成局部收缩，因而流速增加，静压力降低，于是在节流件前后便产生了压差。
流体流量愈大，产生的压差愈大，这样可依据压差来衡量流量的大小。
这种测量方法是以流动连续性方程(质量守恒定律)和伯努利方程(能量守恒定律)为基础的。
压差的大小不仅与流量还与其他许多因素有关，例如当节流装置形式或管道内流体的物理性质(密度、粘度)不同时，在同样大小的流量下产生的压差也是不同的。
⏹当流体到达1截面时，流束开始收缩。
由于流束有惯性，流束缩小到最小界面的位置不在节流件处，而在节流件后的2截面处（此位置随流量大小而变），此时的流速最大，压力最低。
⏹在实际测量中压力P1 P2是管道中心处的压力，不易测得，且截面2的位置是变化的，所以用节流件前后的管壁压力差代替。
⏹式中qm--质量流量，kg/s;⏹qv--体积流量，m3/s;⏹C--流出系数；⏹ε--可膨胀性系数；⏹β--直径比，β=d/D;⏹d--工作条件下节流件的孔径，m；⏹D--工作条件下上游管道内径，m；⏹△P--差压，Pa；⏹ρl--上游流体密度，kg/m3。
流体流量的测量方法
d
D
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• 流量系数 α与下列因素有关： • 节流件的形式、β值、雷诺数、管道粗糙度及取压方式等 • 对于可压缩流体 流量公式：
qv
a
4
d2
2 p a 2D2
1
4
2 p
1
qm
a
4
d2
21p
a
4
2D2
21p
第13页/共63页
• 流量测量的温度压力补偿 • 为什么要进行补偿？
第14页/共63页
• 缺点
1）要求流体的清洁度高，不能夹杂物或固体颗粒； 2）不适于测量粘度过大的液体的流量。
第39页/共63页
4．安装 第40页/共63页
二、涡街流量计
• 测量原理 在流体中放置一个有对称形状的非流线型阻流体（漩涡发生体）
时，从阻流体下游两侧就会交替产生两列有规则的漩涡（卡门涡街）。 在一定的流量范围内漩涡分离的频率与管道内的平均流速成正
第50页/共63页
四、超声波流量计
第51页/共63页
四、超声波流量计
• 传播时间法： （时差法、相差法、频差法）
根据流体的流速不同，从而超声波传播的速度不同来测量流速的。
第52页/共63页
第53页/共63页
四、超声波流量计
• 多普勒法 利用流体中固体微粒或气泡对超声波的散射所产生的多普勒频移
压力
压力
信号
信号
流量信号
压
ΔP
G
节
流
装 置
P1、P2
力
信
号 管P1、P2源自差 压 计I流 量 显 示
路
第8页/共63页
一、节流变压降式流量计
• 流量公式推导： • 设流经水平管道的流体为不可压缩性流体，并忽略流动阻力损失，对截面1、2
第7章 节流变压降流量计
第二节 标准节流装臵的流量公式 可压缩流体，将公式中ρ使用节流前的流 体密度ρ 1，将可压缩性对流量的影响流速 膨胀系数ε来修正(不可压缩流体ε ＝1） 故流量公式可统一写为：
2 C 2 2 qm d 2 1p D 2 1p 4 4 4 1 4 或 1 2 2 2 qm d 2 1p D 2 1p
2 1
2 2
2 2
2 2
p1’、p2’—流体在截面I—I和II—II处的静压力
C1,C2 —截面I—I和II—II流速不均匀，用平均流速代替 中心点流速时计算动能的修正系数 ξ —节流件的阻力系数
v1 ,v2
—流体在截面I—I和II—II处的平均流速
第二节 标准节流装臵的流量公式
流动的连续性方程：
一、标准节流件及其取压装臵 3 角接取压装臵 角接取压装臵有环室取压和单独钻孔取压两种。 环室取压的前后环室在节流件的两边。 单独钻孔取压可以钻在法兰上，也可以钻在法兰 之间的夹紧环上。
第一节 标准节流装臵
一、标准节流件及其取压装臵 4 法兰取压装臵 法兰取压：上下游侧取压孔的轴线至孔板上、 下游侧端面之间的距离均为25.4±0.8mm （1inch)。取压孔开在孔板上下游侧的法兰 上．
第一节 标准节流装臵
标准节流装臵包括：节流件，取压装臵，节流 件上游侧的第一个阻力件，第二个阻力件，下 游侧的第一个阻力件，以及它们之间的直管段。
一、标准节流件及其取压装臵
1 取压方式
按照ISO5167-1标准（1989）
标准孔板：角接取压，法兰取压 标准喷嘴：角接取压
一、标准节流件及其取压装臵 1 标准孔板
第二节 标准节流装臵的流量公式
由于实际上是用固定点的取压孔的压力p1,p2代 替p1’,p2’,所以引入取压系数ψ进行修正：
最新华北电力大学热能工程专业过程参数检测和仪表经典课件第7章节流变压降流量计
➢ 加工要求：
1）d值应是不小于8个单测值的算术平均值，其中 4个是在圆筒形喉部始端测得，另4个是在其终 端测得，并且是在大致相距450角的位置上测得 的。要求任一单测值与平均值的差值不得超过 ±0.05%.
第二节 标准节流装置
一、标准节流件及其取压装置
2 标准喷嘴
2）各段形线之间必须相切，不得有不光滑部分 3）当β>2/3,由于此时1.5d已大于管道直径D，必须
5)孔板厚度E满足 e<E<0.05D
6)在各处测得的E值之间的最大差值和各处测得的e值 之间的最大差值均不得超过0.001D;
7)孔板必须与管道轴线垂直安装，其偏差不超过±10。
8）若E小于0.02D,则可以不做成450±150的圆锥形出 口，这样的孔板用于测量双向流动的流体，但这时 要求下游端面的表面粗糙度和边缘尖锐度必须与上 游端面的相同
3）因此可通过测量差压来测流量。
2 常用的节流装置：
孔板、喷嘴、文丘利管，1/4圆喷嘴等。属于标准 节流装置：孔板、喷嘴。
3 节流变压降流量计的显示：显示仪表为差压计， 不过按流量刻度
第一节 标准节流装置的流量公式
➢ 由于实际上是用固定点的取压孔的压力p1,p2代 替p1’,p2’,所以引入取压系数ψ进行修正：
2）实验研究用系统，L1应至少为括号外数值的一 倍。
3）上游第一阻力件与第二阻力件直间的直管长度 L0按上游第二阻力件的形式和β=0.7（不论所用 节流件的β为多少）查上表L1数值折半。
4）如节流件上游有温度计套管，它与节流件的距 离应为5D(3D)(温度计套管直径<= 0.03D）或 20D(10D)，（温度计套管直径在0.03~ 0.13D)之 间。
将喷嘴上游端面切去一部分ΔL，使上游进口部 分最大直径与管道内径相等，以便夹持。 4）喷嘴在管道上的安装要求与标准孔板的相同。
1）d值应是不小于8个单测值的算术平均值，其中 4个是在圆筒形喉部始端测得，另4个是在其终 端测得，并且是在大致相距450角的位置上测得 的。要求任一单测值与平均值的差值不得超过 ±0.05%.
第二节 标准节流装置
一、标准节流件及其取压装置
2 标准喷嘴
2）各段形线之间必须相切，不得有不光滑部分 3）当β>2/3,由于此时1.5d已大于管道直径D，必须
5)孔板厚度E满足 e<E<0.05D
6)在各处测得的E值之间的最大差值和各处测得的e值 之间的最大差值均不得超过0.001D;
7)孔板必须与管道轴线垂直安装，其偏差不超过±10。
8）若E小于0.02D,则可以不做成450±150的圆锥形出 口，这样的孔板用于测量双向流动的流体，但这时 要求下游端面的表面粗糙度和边缘尖锐度必须与上 游端面的相同
3）因此可通过测量差压来测流量。
2 常用的节流装置：
孔板、喷嘴、文丘利管，1/4圆喷嘴等。属于标准 节流装置：孔板、喷嘴。
3 节流变压降流量计的显示：显示仪表为差压计， 不过按流量刻度
第一节 标准节流装置的流量公式
➢ 由于实际上是用固定点的取压孔的压力p1,p2代 替p1’,p2’,所以引入取压系数ψ进行修正：
2）实验研究用系统，L1应至少为括号外数值的一 倍。
3）上游第一阻力件与第二阻力件直间的直管长度 L0按上游第二阻力件的形式和β=0.7（不论所用 节流件的β为多少）查上表L1数值折半。
4）如节流件上游有温度计套管，它与节流件的距 离应为5D(3D)(温度计套管直径<= 0.03D）或 20D(10D)，（温度计套管直径在0.03~ 0.13D)之 间。
将喷嘴上游端面切去一部分ΔL，使上游进口部 分最大直径与管道内径相等，以便夹持。 4）喷嘴在管道上的安装要求与标准孔板的相同。
流量计培训PPT课件
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3.1涡轮流量计
涡轮流量计是一种速度式流量仪表，由于具有测量精度 高、反应速度快、测量范围广、价格低廉、安装方便等 优点，被广泛应用于化工生产中。 3.1.1涡轮流量计的工作原理 涡轮流量计由涡轮、轴 承、前置放大器、显示仪表组成。 被测流体冲击涡 轮流量计涡轮叶片并使之转，涡轮的转速随流量的成正 比变化，再经磁电转换装置把涡轮的转速转换为相应频 率的电脉冲，经前置放大器放大后，送入涡轮流量计流 量积算仪进行计数和显示，根据单位时间内的脉冲和累 计 脉 冲 数 即 可 求 出 瞬 时第流25量页/共和92累页 积 流 量 。
第14页/共92页
9．流体振荡式流量计 流体振荡式流量计是利用流体在特定流道条件下流动时将产生振荡，且振
荡的频率与流速成比例这一原理设计的．当通流截面一定时，流速与导容 积流量成正比。因此，测量振荡频率即可测得流量．这种流量计是70年代 开发和发展起来的．由于它兼有无转动部件和脉冲数字输出的优点，很有 发展前途。目前典型的产品有涡街流量计、旋进旋涡流量计。
第6页/共92页
二、按流量计结构原理分类 按当前流量计产品的实际情况，根据流量计的结构原理，大致上可归纳为 以下几种类型： 1．容积式流量计 容积式流量计相当于一个标准容积的容器，它接连不断地对流动介质进行 度量。流量越大，度量的次数越多，输出的频率越高。容积式流量计的原 理比较简单，适于测量高粘度、低雷诺数的流体。根据回转体形状不同， 目前生产的产品分：适于测量液体流量的椭圆齿轮流量计、腰轮流量计(罗 茨流量计)、旋转活塞和刮板式流量计；适于测量气体流量的伺服式容积流 量计、皮膜式和转简流量计等．
力 学 原 理
量
计
热 学 原 理
光 学 原 理
工作原理
3.1涡轮流量计
涡轮流量计是一种速度式流量仪表，由于具有测量精度 高、反应速度快、测量范围广、价格低廉、安装方便等 优点，被广泛应用于化工生产中。 3.1.1涡轮流量计的工作原理 涡轮流量计由涡轮、轴 承、前置放大器、显示仪表组成。 被测流体冲击涡 轮流量计涡轮叶片并使之转，涡轮的转速随流量的成正 比变化，再经磁电转换装置把涡轮的转速转换为相应频 率的电脉冲，经前置放大器放大后，送入涡轮流量计流 量积算仪进行计数和显示，根据单位时间内的脉冲和累 计 脉 冲 数 即 可 求 出 瞬 时第流25量页/共和92累页 积 流 量 。
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9．流体振荡式流量计 流体振荡式流量计是利用流体在特定流道条件下流动时将产生振荡，且振
荡的频率与流速成比例这一原理设计的．当通流截面一定时，流速与导容 积流量成正比。因此，测量振荡频率即可测得流量．这种流量计是70年代 开发和发展起来的．由于它兼有无转动部件和脉冲数字输出的优点，很有 发展前途。目前典型的产品有涡街流量计、旋进旋涡流量计。
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二、按流量计结构原理分类 按当前流量计产品的实际情况，根据流量计的结构原理，大致上可归纳为 以下几种类型： 1．容积式流量计 容积式流量计相当于一个标准容积的容器，它接连不断地对流动介质进行 度量。流量越大，度量的次数越多，输出的频率越高。容积式流量计的原 理比较简单，适于测量高粘度、低雷诺数的流体。根据回转体形状不同， 目前生产的产品分：适于测量液体流量的椭圆齿轮流量计、腰轮流量计(罗 茨流量计)、旋转活塞和刮板式流量计；适于测量气体流量的伺服式容积流 量计、皮膜式和转简流量计等．
力 学 原 理
量
计
热 学 原 理
光 学 原 理
工作原理
节流式流量计(新)资料教程
三、适用的管道条件
1. 管道内表面光滑的判定是应不超过表4-1、表4-2给出的 相对粗糙度上限值。
表 4-1 标准孔扳上游管段相对粗糙度（Kc/D）上限值
表 4-2 ISA1932喷嘴上游管段相对粗度（Kc/D）上限值
2. 节流件前后应有足够长的直管段L
节流件上游阻流件的形式及上下游阻力件的位置将影响
下式近似计算：
14 C2
p
14 C2
五、标准节流装置的误差
按照“标准”进行节流装置的设计、制造、安装、使用时，其 基本误差是按照“标准”中提供的计算公式进行计算的。
当设计、制造、安装、使用等环节中有违背“标准”要求时， 则将由此产生附加误差。附加误差的极性与大小或修正系数是通 过大量实验确定的。
第二节 流量公式
当 d＞2D／3时，还应在入口部分切除一部分圆廓形收缩段。
其应切去的长度为
l0.20.750.22 50.522125 d
2.取压装置
(1) 角接取压
(2) 分为环室取压和单独钻孔取压, 上、下侧压力在节流 件前后端面处取出 。
(3) (2) 法兰取压装置 上、下侧压力在连接法兰上距节流件 前后端面25.4mm处取出。
50mm≤D≤1000mm （D：m）。
，
0.2≤β≤0.75
，
ReD≥1260β2D
ISA1932喷嘴角接取压装置有单独钻孔和环室取压。
ISA1932喷嘴的适用范围：50mm≤D≤500mm， 0.30≤β≤0.80，7×104≤ReD≤107（0.30≤β≤0.44时）， 2×104≤ReD≤107（0.44≤β≤0.80时）。
二、适用的流体条件
● 标准节流装置适用于测量圆形截面管道中的单相、均质流 体，即是可压缩的（气体）或认为不可压缩的（液体）牛顿 流体;
节流变压降流量计
第二节 标准节流装置
第二节 标准节流装置
一 标准节流装置的适用范围 1. 适用范围见书183页表7-1 2. 流体条件 1）满管流 2）单相流 3）定常流 4）无相变流 5）无旋流 不应用条件：脉动流、临界流
P1'
1
C1
v12 2
P2'
2
C2
v22 2
v22 2
p1’、p2’—流体在截面I—I和II—II处的静压力
v1 ,v2 —流体在截面I—I和II—II处的平均流速
C1,C2 —截面I—I和II—II流速不均匀，用平均流速代替 中心点流速时计算动能的修正系数
ξ —节流件的阻力系数
第一节 标准节流装置的流量公式
将喷嘴上游端面切去一部分ΔL，使上游进口部 分最大直径与管道内径相等，以便夹持。 4）喷嘴在管道上的安装要求与标准孔板的相同。
第二节 标准节流装置
一、标准节流件及其取压装置 3 角接取压装置
角接取压装置有环室取压和单独钻孔取压两种。
环室取压的前后环室在节流件的两边。
单独钻孔取压可以钻在法兰上，也可以钻在法兰 之间的夹紧环上。
21p
qv
4
d 2
2 p CEd2
1
4
2 p
1
第一节 标准节流装置的流量公式
➢可压缩流体，将公式中ρ使用节流前的流 体密度ρ 1，将可压缩性对流量的影响流速 膨胀系数ε来修正(不可压缩流体ε ＝1）
故流量公式可统一写为：
qm 或
C d2 1 4 4
21p
C 2D2 1 4 4
21p
2)孔板进口圆筒形部分应与管道同心安装。 3)孔板进口边缘应是严格的直角，不能有毛刺和可
第十章 节流变压降流量计
1/ 2
五、标准节流装置的压力损失
流体流经标准节流装置时，涡流的产生必然造 成压力损失，其损失大小因节流件形式而异。孔 板的压力损失要大于喷嘴。β值愈小，压力损失 愈大。
∆ω ≈ 1 − β 4 − Cβ 2 1 − β + Cβ
4 2
∆P
第三节 标准节流装置的计算
常见的标准节流装置计算命题大致有以下两类： 1）校核计算： 已知管道内径、节流件开孔直径、节流件形式、 取压方式、被测流体参数等必要条件，要求根据 所测得的差压值∆p计算流量qm。这一般是试验 工作中的命题。为了准确地求得流量值，需较准 确地测量当时的差压值和流体温度、压力等参数。
′ p1
4
4
二、流量公式
qm = C 1− β 4
ε
π
4
d
2
2 ρ1∆p =
C 1− β 4
ε
π
4
节流装置的流出系数C值及其不确定度 标准节流装置的流出系数 值及其不确定度 1.标准孔板的C值 ⑴查附录表Ⅱ-6 6 0.75 2.1 8 2.5 10 ⑵ C = 0.5959+ 0.0312β − 0.1840β + 0.0029β Re
2）设计计算： 已知管道内径及管路布置情况，流体的性质 和参数值，大致流量范围，要求设计标准节流装 置流量测量系统，即要进行以下工作：①选择节 流件形式和确定节流件开孔直径；②选择差压计 类型及其差压和流量量程范围；③建议节流件在 管道上的布置位置；④必要时计算流量测量不确 定度。
第二节 标准节流装置的流量公式
流量公式就是差压和流量之间的关系 式.可通过伯努利方程和流动连续性方程 来推导。但必须指出，要完全从理论上计 算出差压和流量之间的关系目前是不可能 的，因为关系式中的个系数只能靠实验确 定。
自动检测技术6.6节流流量计
（2）取压方式和取压装置
差压式流量计的输出信号就是节流件前后取出的差压信号。不 同的取压方式，即取压孔在节流件前后的位置不同，取出的差压 值也不同。所以，不同的取压方式，对同一个节流件的流出系数 也将不同。
角接取压法、法兰取压法、Ｄ-Ｄ/2取压法（也称径距取压法）
6.6.2 标准节流装置
（2）取压方式和取压装置
流出系数C： ISO5167-2003
qV
CA0
1 4
2 P1 P2
• 对于可压缩流体： 1 2
qV
C d 2 1 4 4
2 P1 P2
qm
C d 2 1 4 4
2 (P1 P2 )
取节流件前 的密度 1
C f (Re, ) ——根据实际工况在线迭代计算
f ( , p2 p1 , ) ——根据实际工况在线计算 注：对于不可压缩流体 1 , 对于可压缩流体 1
6.6.2 标准节流装置
流体条件：满管流， 单相流，定常流， 无相变流，无旋流。 标准节流装置：标 准节流件、符合标 准的取压装置和前 后直管段三部分组 成。
6.6.2 标准节流装置
（1）标准节流件
①标准孔板。标准孔板 是一块具有圆形开孔、 与管道同心、直角入口 边缘非常锐利的薄板。 用于不同的管道内径和 各种取压方式的标准孔 板，其几何形状都是相 似的。孔板的轴向截面 如图所示。对图中的 Ａ、Ｂ、Ｅ、ｅ、Ｆ、 Ｇ （Ｈ和Ｉ）及ｄ 的 要求，标准中均有具体 规定
②迭代计算：
X n qmn Cn1 A1
支架 γθ
锥体
尾部取压口
6.6.1节流装置的测量原理和流量方程
（1）测量原理和流动情况 常见标准节流件
1）标准孔板
2）标准喷嘴
差压式流量计的输出信号就是节流件前后取出的差压信号。不 同的取压方式，即取压孔在节流件前后的位置不同，取出的差压 值也不同。所以，不同的取压方式，对同一个节流件的流出系数 也将不同。
角接取压法、法兰取压法、Ｄ-Ｄ/2取压法（也称径距取压法）
6.6.2 标准节流装置
（2）取压方式和取压装置
流出系数C： ISO5167-2003
qV
CA0
1 4
2 P1 P2
• 对于可压缩流体： 1 2
qV
C d 2 1 4 4
2 P1 P2
qm
C d 2 1 4 4
2 (P1 P2 )
取节流件前 的密度 1
C f (Re, ) ——根据实际工况在线迭代计算
f ( , p2 p1 , ) ——根据实际工况在线计算 注：对于不可压缩流体 1 , 对于可压缩流体 1
6.6.2 标准节流装置
流体条件：满管流， 单相流，定常流， 无相变流，无旋流。 标准节流装置：标 准节流件、符合标 准的取压装置和前 后直管段三部分组 成。
6.6.2 标准节流装置
（1）标准节流件
①标准孔板。标准孔板 是一块具有圆形开孔、 与管道同心、直角入口 边缘非常锐利的薄板。 用于不同的管道内径和 各种取压方式的标准孔 板，其几何形状都是相 似的。孔板的轴向截面 如图所示。对图中的 Ａ、Ｂ、Ｅ、ｅ、Ｆ、 Ｇ （Ｈ和Ｉ）及ｄ 的 要求，标准中均有具体 规定
②迭代计算：
X n qmn Cn1 A1
支架 γθ
锥体
尾部取压口
6.6.1节流装置的测量原理和流量方程
（1）测量原理和流动情况 常见标准节流件
1）标准孔板
2）标准喷嘴
第次讲稿流量测量剖析
1、常用的流量测量方法有哪些？ 2、节流式流量计由哪几部分组成，
其测量原理是什么？ 3、标准节流装置 4、常用的标准节流件和取压方式？
思考题：
5、涡轮流量计的组成部分？特点？ 使用注意事项？
6、涡街、电磁、超声波流量计的工 作原理和特点？
缺点
1）要求流体的清洁度高，不能夹杂物或固体颗粒； 2）不适于测量粘度过测量原理
在流体中放置一个有对称形状的 非流线型阻流体（漩涡发生体）时， 从阻流体下游两侧就会交替产生两列 有规则的漩涡（卡门涡街）。
在一定的流量范围内漩涡分离的 频率与管道内的平均流速成正比，与 阻流体的宽度成反比。
第四章 流量测量
第一节 概述
一、基本概念 流量（瞬时流量）
质量流量 体积流量 累积流量
第一节 概述
二、流量测量的主要方法和分类
差压式：节流变压降式：孔板 喷嘴 节流变截面：浮子 靶式 动压管式：毕托管 均速管）
速度式：涡轮式 涡街式 电磁式 超声波式 容积式：椭圆齿轮式 腰轮式 刮板式 质量式：科氏力
三、电磁流量计
测量原理
导电的流体介质在磁场中作垂直 方向流动而切割磁力线时，会在管道 两边的电极上产生感应电动势
E BDv
qv
4
D2v
D 2
4B
E
三、电磁流量计
组成 ➢ 变送器——将流速（流量）信号转变为感
应电动势；
➢ 转换器——将变送器送来的电压信号放
大，并且线性地转换成标准电信号输出。
声波的散射所产生的多普勒频移来确 定流体速度
便携式
一体式标准管段式
手持式
特点
1）可安装在管道外壁上，实现不接触测量； 2）能用于任何液体，特别是具有高粘度、强腐蚀性、非
其测量原理是什么？ 3、标准节流装置 4、常用的标准节流件和取压方式？
思考题：
5、涡轮流量计的组成部分？特点？ 使用注意事项？
6、涡街、电磁、超声波流量计的工 作原理和特点？
缺点
1）要求流体的清洁度高，不能夹杂物或固体颗粒； 2）不适于测量粘度过测量原理
在流体中放置一个有对称形状的 非流线型阻流体（漩涡发生体）时， 从阻流体下游两侧就会交替产生两列 有规则的漩涡（卡门涡街）。
在一定的流量范围内漩涡分离的 频率与管道内的平均流速成正比，与 阻流体的宽度成反比。
第四章 流量测量
第一节 概述
一、基本概念 流量（瞬时流量）
质量流量 体积流量 累积流量
第一节 概述
二、流量测量的主要方法和分类
差压式：节流变压降式：孔板 喷嘴 节流变截面：浮子 靶式 动压管式：毕托管 均速管）
速度式：涡轮式 涡街式 电磁式 超声波式 容积式：椭圆齿轮式 腰轮式 刮板式 质量式：科氏力
三、电磁流量计
测量原理
导电的流体介质在磁场中作垂直 方向流动而切割磁力线时，会在管道 两边的电极上产生感应电动势
E BDv
qv
4
D2v
D 2
4B
E
三、电磁流量计
组成 ➢ 变送器——将流速（流量）信号转变为感
应电动势；
➢ 转换器——将变送器送来的电压信号放
大，并且线性地转换成标准电信号输出。
声波的散射所产生的多普勒频移来确 定流体速度
便携式
一体式标准管段式
手持式
特点
1）可安装在管道外壁上，实现不接触测量； 2）能用于任何液体，特别是具有高粘度、强腐蚀性、非
第9章 节流变压降流量计
理论质量流量
qm = ρ
πd ′2
4
v2 = ρ
πd ′2
4
2( p1 − p2 ) ρ [1 − (d ′ / D ) 4 ]
令β＝d´/D，直径比
qm =
πd ′2
4
2 ρ ( p1 − p 2 )
1 1− β
4
7 （7）
2）可压缩流体的节流件理论流量计算公式 假定流体状态的变化是绝热变化
p
• 孙淮清。从IS05167 : 2003 (E)颁布看孔板流量计 的发展。工业计量： 2006年增刊1，2~6. • 孙淮清。关于我国孔板流量计发展和展望。自动 化仪表：2007，增刊，30~39. • 吴小平。差压流量计的发展现状。常州工学院学 报，2007，20（4）：49~51，70. • 蔡武昌。流量仪表应用和发展若干动态。自动化 仪表：2006，27（7）：1~7. • 流量计综述。工业计量，流量增刊。
1 流动情况
2 流量公式 假定：定常流动，粘度可忽略。 对于一元管流有能量方程：
v2 + 2
∫
dp
ρ
= const
（1）
v是截面平均速度；p是静压；ρ是同一截面上的 密度。 对于截面1－1、2－2有能量方程： 2 p dp （2） v 2 − v 12
2 = −∫
2
p1
ρ
连续方程：
ρ1 π
4 D v1 = ρ 2
• 第二类命题 已知：D，被测流体参数和其它必要条件以及预计 的流量范围。 要求：选择节流件形式和取压方式，确定d； 选择差压计及差压上限； 建议节流件在管道上的布置位置； 计算流量测量误差。 第一类命题又称为校核计算，第二类命题称为设 计计算。
节流变压降流量计-精选文档
ຫໍສະໝຸດ 第三节标准节流装置的流量公式
一、标准节流装置的流出系数C值及其不确定度 对于一定形式的标准节流装置，其流量系数α和流 出系数C仅与β和雷诺数ReD有关，见书上图。 1 标准孔板的C值及不确定度 由方程给出： C=0.5959+0.0312β2.1-0.1840β8+ 0.0029β2.5(106/ReD)0.75+0.0900L1’β4(1- β4)-1-0.0337 L2’β3 不确定度δc/C: β<0.6, 为0.6% 0.6<β<＝0.75 为β %
第二节 标准节流装置
4)e的尺寸：0.005D<e<0.02D 5)孔板厚度E满足 e<E<0.05D 6)在各处测得的E值之间的最大差值和各处测得的e值 之间的最大差值均不得超过0.001D; 7)孔板必须与管道轴线垂直安装，其偏差不超过±10。 8）若E小于0.02D,则可以不做成450±150的圆锥形出 口，这样的孔板用于测量双向流动的流体，但这时 要求下游端面的表面粗糙度和边缘尖锐度必须与上 游端面的相同 9）孔板加工过程中，不得使用刮刀和砂布进行修刮 和打磨。
第二节 标准节流装置
2 节流装置所用管道的条件 1）知道节流件前L1长度上的管道内壁的绝对粗糙 度Ks，或粗糙度的相对值Ks/D。 2)节流件上游10D和下游4D的范围内，管道内壁应 没有肉眼可见的凸凹不平,相对粗糙度应在表中 所给出的极限内。
第二节 标准节流装置
3）为了得到精确的D值和满足管道圆度的要求， 应在节流件上游0D 、0.5D及前两者之间处取与 管道轴线垂止的三个截面，对每个截面等角距 地测量四个管道内径，这十二个测量值的算术 平均值作为D值，并且平均值与任一单测值的偏 差不大了士0.3％。并且在节流件下游端面起的 2D长度的下游直径段上任何一个直径单测值与 上述平均值的偏差不得大于士3％
一、标准节流装置的流出系数C值及其不确定度 对于一定形式的标准节流装置，其流量系数α和流 出系数C仅与β和雷诺数ReD有关，见书上图。 1 标准孔板的C值及不确定度 由方程给出： C=0.5959+0.0312β2.1-0.1840β8+ 0.0029β2.5(106/ReD)0.75+0.0900L1’β4(1- β4)-1-0.0337 L2’β3 不确定度δc/C: β<0.6, 为0.6% 0.6<β<＝0.75 为β %
第二节 标准节流装置
4)e的尺寸：0.005D<e<0.02D 5)孔板厚度E满足 e<E<0.05D 6)在各处测得的E值之间的最大差值和各处测得的e值 之间的最大差值均不得超过0.001D; 7)孔板必须与管道轴线垂直安装，其偏差不超过±10。 8）若E小于0.02D,则可以不做成450±150的圆锥形出 口，这样的孔板用于测量双向流动的流体，但这时 要求下游端面的表面粗糙度和边缘尖锐度必须与上 游端面的相同 9）孔板加工过程中，不得使用刮刀和砂布进行修刮 和打磨。
第二节 标准节流装置
2 节流装置所用管道的条件 1）知道节流件前L1长度上的管道内壁的绝对粗糙 度Ks，或粗糙度的相对值Ks/D。 2)节流件上游10D和下游4D的范围内，管道内壁应 没有肉眼可见的凸凹不平,相对粗糙度应在表中 所给出的极限内。
第二节 标准节流装置
3）为了得到精确的D值和满足管道圆度的要求， 应在节流件上游0D 、0.5D及前两者之间处取与 管道轴线垂止的三个截面，对每个截面等角距 地测量四个管道内径，这十二个测量值的算术 平均值作为D值，并且平均值与任一单测值的偏 差不大了士0.3％。并且在节流件下游端面起的 2D长度的下游直径段上任何一个直径单测值与 上述平均值的偏差不得大于士3％
第十章 节流变压降流量计
设流体为不可压缩的理想流体，由根据伯努利方程和 流体 的连续性方程可得
流体的质量流量可简写为： qm A0
流体的体积流量可简写为：
2p
qv A0 2p /
对于可压缩性流体，引入可膨胀性系数，并规定使用节流 件前的密度1，则有
qm A0 21pຫໍສະໝຸດ qv A0 2p / 1
l K qm
【例】有一节流式流量计，用于测量水蒸气流量,设计时的水蒸气密度为
=8.93kg/m3,但实际使用时被测介质的压力下降,使实际密度减小为8.12 kg/m3.试求当流量计读数为8.5kg/s时，实际流量为多少？由于密度变化使 流量指示值产生的相对误差为多少？
解：当密度变化时，实际流量为：
第二节 流量方程的讨论 1、流量系数（或流出系数C） 流量系数受多个因素影响，目前使用的流量系数完全是由 实验得到的实验数据。
节流件形式 开口直径 取压方式 流体流动状态 管道条件
①节流件形式：
标准节流件：标准孔板、标准喷嘴和标准文丘里管。
非标准节流件：双重孔板、偏心孔板等。主要用于特殊 介质或特殊工况条件的流量测量。使用时必须用实验方 法单独标定。
节流装置（取
压管及内部的
后取压管
节流孔板）
前取压管 流体通过节 流孔板时， 流速加快， 后取压管处 的压力减小 。
节流孔板
节流装置外形
后取压管
节流孔板
②取压方式：
取压点位置不同，所得差压也不同，影响流量系数
a. 角接取压法
b. 法兰取压法 c. D-D/2取压法
f ( Re, ) 或C f ( Re, )
2、流体密度
qm qm
qv qv
节流差压式流量计
流量方程
根据现场实际，上述公式可简化为：
（1）
Hale Waihona Puke （2）Q max k '
p max
（3）
k ' qm /
p max
（4）
Qm k
Qm k
p . '
p .
'/
Qm k '
p . ' /
二、差压式流量计测量原理 （1）标准节流装置测量条件 1、适用测量直径大于50mm的圆形截面管道中的单相、均质流体的流量。 2、流体充满管道，在节流件前后一定距离内不发生流体相变或析出杂质现象。 3、流速小于音速，流动为典型发展的紊流。 4、流体在节流件前，其流速与管道轴线平行，不得有旋转流。 （2）差压式流量计测量原理 充满管道的流体，当它流经节流件时，流速将在节流件处形成局部收缩，因 而流速增加，静压力降低，于是在节流件前后形成差压。流体流量愈大产生的差 压愈大，这样变可根据差压的大小来衡量流量的大小。这种测量方法是以流动连 续性方程（质量守恒定律）和伯努利方程（质量守恒方程）位基础的。 如图所示：
节流差压式流量计差压式流量计差压流量计计算公式差压式流量计工作原理节流式流量计差压式流量计原理差压式孔板流量计差压流量计差压流量计原理便携式超声波流量计
节流差压式流量计
一、节流差压式流量计组成 节流差压计主要由节流装置、差压变送器两部分组成，也简称差压式流量计。 （1）节流装置 节流装置按期标准化程度，分成标准节流装置和非标准装置两大类。 标准节流装置是指按照国家标准文件或国际计量组织文件（如GB/T2624或 ISO5167）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、法兰取压标准孔板、D-D/2取压标准孔板、角 接取压标准喷嘴四种。 （2）差压变送器 差压变送器的作用是：将节流装置产生的信号转换成标准信号输出的仪 表。
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2
?1
?
p
或
qv
? ??? d2
4
2
?1
?
p
?
??
?
4
?
2 D2
2
?1 ? p
第二节 标准节流装置
?标准节流装置包括：节流件，取压装置，节流 件上游侧的第一个阻力件，第二个阻力件，下 游侧的第一个阻力件，以及它们之间的直管段。
一、标准节流件及其取压装置
1 取压方式
按照ISO5167-1 标准（1989 ）
见的反光。
第二节 标准节流装置
4)e的尺寸： 0.005D<e<0.02D 5)孔板厚度E满足 e<E<0.05D 6)在各处测得的 E值之间的最大差值和各处测得的 e值
之间的最大差值均不得超过 0.001D; 7)孔板必须与管道轴线垂直安装，其偏差不超过± 10。 8）若E小于0.02D,则可以不做成 450±150的圆锥形出
第二节 标准节流装置
一、标准节流件及其取压装置 4 法兰取压装置
P1'
?1
?
C1
v12 2
?
P2'
?2
? C2
v22 2
??
v22 2
p1' 、p2' —流体在截面I—I和II—II处的静压力
v1 ,v2 —流体在截面I—I和II—II处的平均流速
C1,C2 —截面I—I和II—II流速不均匀，用平均流速代替 中心点流速时计算动能的修正系数
ξ —节流件的阻力系数
? 加工要求：
1）d值应是不小于 8个单测值的算术平均值，其中 4个是在圆筒形喉部始端测得，另 4个是在其终 端测得，并且是在大致相距 450角的位置上测得 的。要求任一单测值与平均值的差值不得超过 ±0.05%.
第二节 标准节流装置
一、标准节流件及其取压装置
2 标准喷嘴
2）各段形线之间必须相切，不得有不光滑部分 3）当β>2/3,由于此时1.5d 已大于管道直径 D，必须
故流量公式可统一写为：
? ? C ? ? ? ? ? ? ? qm或? 1? 4
d2 4
2
1? p ?
C 1? 4
4
2D2 2 1? p
qm
?
???
4
d
2
2?1?
p
?
???
4
?2D2
2?1? p
第一节 标准节流装置的流量公式
?体积流量：
qv ?
C ?? d2 1? ?4 4
2
?1
?
p
?
C ?? ?2D2 1? ?4 4
2(
?1
p1
?
p2
)
qm
?
?1
?
4
d' 2v2
?
?1
?
4
?d 2v2
qm ?
??
? d2
C2 ? C1?2? 4 ? ? 4
2?1( p1 ? p2 )
第一节 标准节流装置的流量公式
?定义流量系数 ? ?
??
C2 ? C1? 2? 4 ? ?
流出系数
C ? ? 1? ? 4 ? ?
E
E? 1
，称速度渐近系数，只
第一节 标准节流装置的流量公式
?流动的连续性方程：
?两式整理得?1：?4
D 2 v1
?
?
2
?
4
d' 2v2
? ? v2 ?
1
C2 ? C1 d '2 / D2 2 ? ?
?2 ( p1' ? p2' ) 1
?由于流束在节流装置后的最小收缩面积 d' ，实 际上很难确切地知道它的数值，因此用 节流装 置开孔的截面积 d来表示, 故定义? 称为流束的收 缩系数? =(d'/d) 2,其大小与节流装置的类型和雷 诺数有关。孔板 ? ＝0.618，喷嘴? ＝1
3）因此可通过测量差压来测流量。 2 常用的节流装置： 孔板、喷嘴、文丘利管， 1/4圆喷嘴等。属于标准
节流装置：孔板、喷嘴。
3 节流变压降流量计的显示：显示仪表为差压计， 不过按流量刻度
第一节 标准节流装置的流量公式 一 流动情况和流量公式
第一节 标准节流装置的流量公式
?选定两个截面， I—I是节流装置前流体开始受节 流装置影响的截面； II-II 是流束经过节流装置后 收缩最厉害的流束截面，由伯努利方程式得
标准孔板：角接取压，法兰取压
标准喷嘴：角接取压
第二节 标准节流装置
一、标准节流件及其取压装置 1 标准孔板
1)开孔直径 d 根据计算得到，测量在上游端进行， 最好是在四个大致相等的角度上测量直径，求 其平均值。要求各个单测值与平均值之差在 0.05% 范围内。
2)孔板进口圆筒形部分应与管道同心安装。 3)孔板进口边缘应是严格的直角，不能有毛刺和可
口，这样的孔板用于测量双向流动的流体，但这时 要求下游端面的表面粗糙度和边缘尖锐度必须与上 游端面的相同 9）孔板加工过程中，不得使用刮刀和砂布进行修刮 和打磨。
第二节 标准节流装置
一、标准节流件及其取压装置
2 标准喷嘴
ISAl932 喷嘴的形状由进口端面 A、收缩部分第 一圆弧面B、第二圆弧面 C、圆筒形喉部 E和圆 筒形出口边缘保护槽 F等五部分组成。圆筒形喉 部E长度为0.3d,其直径即节流件开口直径 d。
1 ? ? 4 与节流件的直径比有关。
结论：不可压缩流体的流量公式
qm
?
?
4
?d
2
2 ?1?
p
?
?
4
CEd 2
2?1? p
qv
?
?
4
?d 2
2
?1
?p
?
?
4
CEd 2
2
?1?Βιβλιοθήκη p第一节 标准节流装置的流量公式
?可压缩流体，将公式中ρ使用节流前的流 体密度ρ 1，将可压缩性对流量的影响流速 膨胀系数ε来修正(不可压缩流体ε ＝1）
第七章 节流变压降流量计
主要内容
?第一节 标准节流装置 ?第二节 标准节流装置的流量公式 ?第三节 标准节流装置的计算
第七章 节流变压降流量计
1 工作原理： 1)在管道内装入节流件，流束将在节流件处形成 局部收缩，使流速增大，静压力降低 ，于是在 节流件前后产生压力差．
2) 在节流件一定；流体状态一定；管道工况一定； 取压方式一定的条件下，管道流量与节流差压 流量计的差压信号有确定的关系。
?β=d/D ，不可压缩流体 ρ1＝ ρ2
第一节 标准节流装置的流量公式
?由于实际上是用固定点的取压孔的压力 p1,p2代 替p1',p 2', 所以引入取压系数 ψ进行修正：
?因此：
? ? p1' ? p'2 ? p1' ? p'2
p1 ? p2
?p
?又由于： v2 ?
? C2 ? C1? 2? 4 ? ?
将喷嘴上游端面切去一部分 ΔL，使上游进口部 分最大直径与管道内径相等，以便夹持。 4）喷嘴在管道上的安装要求与标准孔板的相同。
第二节 标准节流装置
一、标准节流件及其取压装置 3 角接取压装置 角接取压装置有环室取压和单独钻孔取压两种。
环室取压的前后环室在节流件的两边。 单独钻孔取压可以钻在法兰上，也可以钻在法兰 之间的夹紧环上。