华北电力大学 测量仪表PPT-第六章节流式流量计(新)

第四节 标准节流装臵中有关系数的确定和误差估计
一、流出系数C及其不确定度 对于一定形式的标准节流装臵， 其流量系数α和流出系数C仅与β和雷诺数ReD有关。当雷诺 数大到一定值后，α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 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的数值按下列公式计算。在规定条件下， 流出系数C主要取决于ReD、β，即 C = f (ReD、β)。 对于角接取压标准孔板：
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臵将影 响流速分布，节流孔d与管道内径D之比 β=d／D（直径比 ）也将影响流速分布。在节流件前后有足够的直管段，不 然就保证不了测量的精确度。 最小直管段 L 由三段长度（ l0 ， l1 ， l2 ）组成， l1 是 节流件与上游第一阻流件之间的直管段最小长度，由第一 阻流件形式和β值决定，按下表查算。l0是上游第一阻流 件与上游第二阻流件之间的直管段，由第二阻流件的形式 和β=0.7（无论产的实际值为多少）决定，按下表给出值 的一半计算。l2是节流件到下游阻流件直管段的最小长度， 无论上游阻流件的形式如何均决定于β的值，由下表查算。
0 . 0390

4 4
1
0 . 8560

3
D
对于D和D/2取压标准孔板：
C 0 . 5959 0 . 0321
2 .1
0 . 1840
8
0 . 0029
2 .5
10 6 Re D

0 . 75
0 . 0390

4 4
1
1.节流件的结构形式 （1）标准孔板 标准孔板结构简单， 加工方便，价格便宜。 它的特征孔径是节流 孔前段圆筒形孔径d。 标准孔板两侧的压力 差信号可以采用角接取压、 法兰取压和径距取压。
（2）标准喷嘴 标准喷嘴有两种结构形式：ISA1932喷嘴、长径喷嘴。
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
3. 适用于圆形截面管道
测量段管道应被流体充满。 节流件及取压装臵安装在两圆形直管之间。
在所要求的整个直管段长度上，管道截面应该是圆形的， 没有特殊要求，只是在邻近节流装臵附近对管道的圆度有特 殊要求，这在“标准”中有详细规定。 对于管道的粗糙度、节流件上游10D、下游5D（测量直管 段），要求满足给出的相对粗糙度上限值， L 的其余部分和 L 以远的管道可以是粗糙的。
第六章 节流式流量计
第一节 概述
● 节流式流量计是工业上最为广泛使用的一类流量测量仪 表。 ● 工作原理：在管道中放臵一节流元件，流体流经节流元 件时发生节流，在节流元件的前后两侧产生压力差（差压）。 当流体、工况、管道、节流件、差压取出方式一定时，管道流 量与差压有确定的关系。因此可通过测量差压来测量流量。节 流式流量计也称为变压降式流量计。 ● 组成 由节流装臵、差压计或差 压变送器、二次显示仪表 （动圈表、自动电位差计） 等组成。
pA pB p1 p 2
（取压系数）
可写成： 所以，可得质量流量：
qm
vB

C B C A
2 4
2

p1
p2

4
d
/2
vB

C B C A
2 4

4
d
2
2 p1 p 2
定义流量系数α和流出系数C：

C B C A
经典文丘里管
文丘里喷嘴
2.取压装臵
(1) 角接取压 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 。 (2) 法兰取压装臵 上、下侧压力在连接法兰上距节流件前 后端面25.4mm处取出。
(3) 径距取压
上、下侧压力在测量管段上距节流件前端面Ｄ 和后 Ｄ处 2 取出。
1
我国GB/T2624—93标准中规定的标准节流装臵有：
0 . 01584
3
对于上述三种取压方式，若ReD、β、D和Kc／D是已知的 且无误差．则C值的百分率不确定度δc／C（臵信概率为95％） 为： 对于β≤0.6，δc／C＝ 0.6％； 对于0.6＜β≤0.75，δc／C =β％。
2、标准喷嘴（ISA 1932喷嘴）的C值及其不确定度 求 取 标 准 喷 嘴 C 值 的 原 始 实 验 是 在 相 对 粗 糙 度 Kc /D≤3.8×10-4的管道中进行的，但只要喷嘴上游侧至少 有10D的长度的管道的粗糙度在前节规定的限值之内，C 值仍然可用。 标准喷嘴的流出系数C由下式给出： 对于角接取压标准喷嘴（ISA 1932喷嘴） ：
第二节
流量公式
流量公式就是差压和流量之间的关系式。它是通过伯努 利方程和流动连续性方程来推导。 一、不可压缩流体的流量公式 流体在管道中发生节流时，管道中各处的流速变化及压 力变化情况见图所示。
对于一定常的流动，在截面A和截面B处将满足流体质 量守恒和能量守恒。在充分紊流的理想情况下，流体流动 连续性方程和伯努利方程为
0 . 75 0 . 25 0 .2 l 0 . 5225 2
1 2
d
(a) 高比值 (0.25≤β≤0.8)
(b) 低比值 (0.2≤β≤0.5)
长径喷嘴
（3）文丘里管 标准文丘里管也分两种型式：一种为经典文丘里管或 简称文丘里管；另一种为文丘里喷嘴，每一种又分长、 短两种。
流量公式的实用形式:
C 1
4
q m 0 . 004
d t
2
1 p
ຫໍສະໝຸດ Baiduq m 0 . 004
C 1
4
D t
2
2
1 p
q V 0 . 004
C 1
4
d t
2
p
1
q V 0 . 004
C 1
4
D t
2
2
p
1
流量公式中各量的单位为：体积流量qV—m3/h；质量流量 qm——Kg/h；直径d或D—mm；密度ρ1—kg/m3；差压Δp— Pa。
角接取压标准孔板、法兰取压标准孔板、D和 D取
2 1
压标准孔板、角接取压标准喷嘴（ISA1932喷嘴）、长
径喷嘴（D和
1 2
D取压）、经典文丘里管（入口圆筒段
上取压和喉部取压）、文丘里喷嘴（上游角接取压和喉部取压）。
角 接 取 压 标 准 孔 板 的 适 用 范 围 ： d≥12.5mm ， 50mm≤D≤1000mm ， 0.2≤β≤0.75 ， ReD≥5×103 （0.2≤β≤0.45）， ReD＞104（β＞0.45）。 法兰取压和径距取压标准孔板的适用范围： d≥12.5mm， 50mm≤D≤1000mm，0.2≤β≤0.75， ReD≥1260β2D （ D ： m）。 ISA1932喷嘴角接取压装臵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）。
第三节
标准节流装臵的组成与类型
一、 标准节流装置的组成与类型 标准节流装臵由三部分组成：节流件、取压装臵、测量直 管段（节流件前10D，后5D）。
我国GB/T2624—93标准中规 定的标准节流装臵有： ◆ 角接取压标准孔板； ◆ 法兰取压标准孔板； ◆ D和D取压标准孔板； ◆ 角接取压标准喷嘴 （ISA1932喷嘴）； ◆ D和D取压长径喷嘴； ◆ 经典文丘里管（入口圆筒 段上取压和喉部取压）； ◆ 文丘里喷嘴（上游角接取 压和喉部取压）。
四、压力损失 压力损失与直径比β和流速（或流量）有关，通过实验可得 到它们之间的关系。对于角接标准孔板、法兰标准孔板、径距标 准孔板、ISA1932喷嘴、长径喷嘴等标准节流装臵的压力损失可 以用下式近似计算： 4 2
1 C 1
4
C
p
2
五、标准节流装置的误差
按照“标准”进行节流装臵的设计、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。
二、适用的流体条件 标准节流装臵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;
● ● 要求流体充满管道；流体流动是稳定的或随时间缓变的；
流动不可以是脉动流和旋转流，流束与管道轴线平行；
● 流体流经节流件前流动应达到充分紊流，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。
C 0 . 9900 0 . 2262
4 .1
0 . 00175

2
0 . 0033
4 . 15

10 6 Re D

1 . 15
对于长径喷嘴：
C 0 . 9965 0 . 00653
0 .5
10 Re
6
D

qm C 1
4


4
d
2
2 1 p
qm
C 1
4


4
D
2
2
2 1 p
qV
C 1
4


4
d
2
2p
1
qV
C 1
4


4
D
2
2
2p
1
流量公式中各量的单位为：体积流量qV—m3/s；质量流量 qm——Kg/s；直径d或D—m；密度ρ1—kg/m3；差压Δp—Pa。
2 4
C
1
4
于是，不可压缩流体的流量公式为
qm C 1
4

4
d
2
2 p
qV
C 1
4

4
d
2
2p

二、可压缩流体的流量公式 为方便起见，规定公式中的密度仍使用节流件前的流体 密度ρ1，α和C值仍取相当于不可压缩流体时的数值，而把 全部的流体可压缩性对流体系数和流出系数的影响用一个流 束膨胀系数ε来考虑。当流体为不可压缩性流体时，ε=1。 所以流量公式可统一写成：
0 . 75
2 . 286
1
4 4
D 1


0 . 8560

3
D
（D：mm， D20 < 58.6mm）
C 0 . 5959 0 . 0321
2 .1
0 . 1840 0 . 0029
8
2 .5
10 6 Re D

0 . 75
● 分类：节流式流量计有标准化和非标准化两类。是非通 用仪表，即安装在生产过程中使用着的节流式流量计仅适 用于该地的情况和工况。因此节流式流量计是根据要求具 体设计、安装、使用的。
● 标准节流装臵的设计计算要严格遵循标准节流装臵设计、 安装和使用的国家“标准”( GB／T2624—93)或国际“标 准” (ISO5176—1) 。按“标准”进行设计、安装、使用 的标准节流装臵，其流量与差压的关系按理论公式标定， 并有统一的基本误差、计算方法，一般不需要进行实验标 定或比对。
0 .5
若不考虑ReD、β、D的不确定度，并假定管道的Kc／D 在规定的限值之内，则ISA 1932喷嘴 C 值的百分率不 确定度δc／C（概率为95％）为： 对于β≤0.6时，δc／C＝ 0.8％时； 对于β>0.6，δc／C =（2β-0.4）％。
C 0 . 5959 0 . 0321
2 .1
0 . 1840
8
10 6 2 .5 0 . 0029 Re D

0 . 75
对于法兰取压标准孔板： （D：mm， D20≥58.6mm）
6 2 .1 8 2 . 5 10 C 0 . 5959 0 . 0321 0 . 1840 0 . 0029 Re D

4 D vA
2

4
d
/2
vB
pA


1 2
CAvA
2
pB


1 2
CBvB
2
1 2
vB
2
由上两式解方程组，可得 引入如下几个参数：

d d

d D
/
vB
1 CB CAd
/2
2 D
2 2

pA
pB

（收缩系数） （截面比）