各种流量计工作原理、结构图.doc

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1、第一节节流式流量检测如果在管道中安置一个固定的阻力件，它的中间是一个比管道截面小的孔，当流体流过该阻力件的小孔时，由于流体流束的收缩而使流速加快、静压力降低，其结果是在阻力件前后产生一个较大的压力差。它与流量(流速)的大小有关，流量愈大，差压也愈大，因此只要测出差压就可以推算出流量。把流体流过阻力件流束的收缩造成压力变化的过程称节流过程，其中的阻力件称为节流件。作为流量检测用的节流件有标准的和特殊的两种。标准节流件包括标准孔板、标准喷嘴和标准文丘里管，如图9.1所示。对于标准化的节流件，在设计计算时都有统一标准的规定要求和计算所需的有关

2、数据、图及程序；可直接按照标准制造、安装和使用，不必进行标定。图9.1标准节流装置特殊节流件也称非标准节流件，如双重孔板、偏心孔板、圆缺孔板、1/4圆缺喷嘴等，他们可以利用已有实验数据进行估算，但必须用实验方法单独标定。特殊节流件主要用于特殊；介质或特殊工况条件的流量检测。目前最常见的节流件是标准孔板，所以在以下的讨论中将主要以标准孔板为例介绍节测式流量检测的原理、设计以及实现方法等。一、检测原理设稳定流动的流体沿水平管流经节流件，在节流件前后将产生压力和速度的变化，如刚9.2所示。在截面1处流体未受节流件影响，流束充满管道，管道截面为

3、A1，流体静压力为p1，平均流速为v1，流体密度为1。截面2是经节流件后流束收缩的最小截面，其截面积为A2，压力为P2，平均流速为v2，流体密度为2。图9.2中的压力曲线用点划线代表管道中心处静压力，实线代表管壁处静压力。流体的静压力和流速在节流件前后的变化情况，充分地反映了能量形式的转换。在节流件前，流体向中心图9.2流体流经节流件时压力和流速变化情况加速，至截面2处，流束截面收缩到最小，流速达到最大，静压力最低。然后流束扩张，流速逐渐降低，静压力升高，直到截面3处。由于涡流区的存在，导致流体能量损失，因此在截面3处的静压力P3不等于

4、原先静压力p1，而产生永久的压力损失。设流体为不可压缩的理想流体，在流经节流件时，流体不对外作功，和外界没有热能交换，流体本身也没有温度变化，则根据伯努利方程，对于截面1、2处沿管中心的流线有以下能量关系：（9-1）因为是不可压缩流体，则。由于流速分布的不均匀，截面1、2处平均流速与管中心的流速有以下关系：（9-2）式中C1，C2为截面1、2处流速分布不均匀的修正系数。考虑到实际流体有粘性，在流动时必然会产生摩擦力，其损失的能量为，为能量损失系数。在考虑上述因素后，截面1、2处的能量关系可写成：（9-3）根据流体的连续性方程，有（9-4

5、）又设节流件的开孔面积为A0，定义开口截面比m=A。／A1，收缩系数=A2／A0。联解式(9-2)-式（9-4）可得（9-5）因为流束最小截面2的位置随流速而变，而实际取压点的位置是固定的；另外实际取压是在管壁取的，所测得的压力是管壁处的静压力。考虑到上述因素，设实际取压点处取得的压力为，用它代替式(9-5)中管轴中心的静压力时，需引入一个取压系数，并且取（9-6）将上式代入（9-5），并根据质量流量的定义，可写出质量流量与差压的关系：（9-7）令流量系数为（9-8）于是流体的质量流量可简写为（9-9）体积流量为（9-10）对于可压缩性

6、流体，考虑到气体流经节流件时，由于时间很短，流体介质与外界来不及进行热交换，可认为其状态变化是等熵过程，这样，可压缩性流体的流量公式与不可压缩性流体的流量公式就有所不同。但是，为了方便起见，可以采用和不可压缩性流体相同的公式形式和流量系数，只是引入一个考虑到流体膨胀的校正系数，称可膨胀性系数，并规定节流件前的密度为1，则可压缩性流体的流量与差压的关系为（9-11）式中可膨胀性系数￡的取值为小于等于1，如果是不可压缩性流体，则=1。式（9-11）成为流量方程，也称流量公式。在实际应用时，流量系数常用流出系数C来表示，它们之间的关系为：（9

7、-12）式中，称为直径比。这样，流量方程也可写成：（9-13）二、标准节流装置节流装置包括节流件、取压装置和符合要求的前、后直管段。标准节流装置是指节流件和取压装置都标准化，节流件前后的测量管道也符合有关规定。它是通过大量试验总结出来的，装置一经设计和加工完毕便可直接投入使用，无需进行单独标定。这意味着，在标准节流装置的设计、加工、安装和使用中必须严格按照规定的技术要求、规程和数据进行，以保证流量测量的精度。下面以标准孔板为例介绍标准节流装置的结构、特性和安装等的技术要求及规程：图9.3标准孔板(1)标准节流件——孔板标准孔板是一块具有

8、与管道轴线同心的圆形开孔的、两面平整且平行的金属薄板，其剖面图如图9.3所示。它的结构形式和要求如下(详见标准GB／T2624—93)：1)标准孔板的节流孔直径d是一个很重要的尺寸，在任何情况必须满足同时，