1、 動力工程及工程熱物理現代測試技術 學院：冶金與能源工程學院姓名： 譚方關 學號： 2012702009 專業： 動力工程 解析節流式壓差流量計譚方關 2012702002 昆明理工大學 冶金與能源工程學院摘要：差壓流量計是一種很有發展前途的流量測量儀表，它具有通用性強、標準節流件不需實際流體標定等優點，因此應用范圍十分廣泛。文章介紹了差壓式流量計的結構特點和發展應用現狀，分析了節流裝置的發展狀況和使用時的注意事項。關鍵詞：標準節流裝置 取壓裝置 壓差儀表 標準孔板 管道條件 流體條件Abstract: Differential pressure flow meter is a useful

2、development of the future of flow measurement instruments, it has the versatility, standard cutting pieces without actual fluid calibration, etc., so a very wide range of applications. The article describes the structural characteristics of the differential pressure flowmeter and development applica

3、tion status, throttling device development and use precautionsKey words: Standard throttling device, a pressure measuring device, differential pressure meter, standard orifice plate, pipeline conditions, fluid conditions0前言節流式流量計是利用節流效應來測量流量的。在管道中安裝一個通徑比管道內徑小的節流件，當流體流經節流件時，由于通流面積縮小，流束產生收縮，因而流速加快，在節流

4、件的上、下游側之間產生靜壓差。這個靜壓差的大小與流量有關，因此通過測量節流件上、下游的靜壓差來獲得流量值。近年來，電子技術的迅猛發展，差壓變送器和流量顯示技術有突破性的進展，以及節流件加工工藝的提高，使差壓式流量計的許多局限性可以得到彌補。特別是定值節流件、一體化節流式流量計的出現，給傳統的節流裝置注入了新的活力，使其綜合技術經濟指標達到一個新的高度。此外，國內在差壓流量計應用方面的研究有所發展，并取得了一定的成果。它是利用流體流過管道中的節流元件（孔板、噴嘴、進口流量管）所產生的壓差（p）來計算流量的，即 它廣泛的用于氣體、液體的流量測量。只是這種測量的計算方程中有平方根項，帶來的非線性因素

5、限制了測量范圍；其次流體的參數的變化，會造成密度的變化，使得計算變得麻煩并帶來了誤差，所以節流元件前后壓差不能太大；再者，這種形式的流量計(特別是孔板)中的流體壓力損失大，在使用中要注意這方面的影響。1.1基本原理流體經過孔板。噴嘴或文丘里管等節流元件時，將產生局部的收縮，其流速增加，靜壓降低，在節流元件前后產生靜壓差。因此，節流裝置選定后，壓差與流量的關系就確定了，流量越大，這個靜壓差也越大。測出節流元件前后的靜壓差，就可以間接算出流量，所以節流裝置也稱壓差式流量計。節流式流量計主要由節流裝置、壓力信號傳輸管道、差壓儀表或差壓變送器組所示。成，如圖1-1所示圖1-1節流式流量計組成示意圖 1

6、-節流裝置 2-壓力信號傳輸管 3-差壓儀表2.標準節流裝置 節流裝置是由節流件、取壓裝置以及節流件上游側第一個阻力件、第二個阻力件、下游側第一阻力件以及它們之間的直管段所組成，如圖2-1所示。節流形式有很多，有孔板，文丘里管，文丘里噴嘴等。 圖2-1整套節流裝置示意 1-上游側第二個局部阻力件；2-上游側第一個局部阻力件；3-節流件； 4-下游側第一個局部阻力件目前用得最多的是孔板和噴嘴。根據節流件的標準差壓儀表化與否，節流裝置可分為標準節流裝置和非標準節流裝置。標準節流裝置的流量與差壓的關系以及測量誤差等都可按標準規定計算得到。我國已按1989年通過的國際標準IOS5167-1對原國標GB

7、2624進行修訂，并于1993.年發布了新的國標GB/T2624-93。標準節流裝置應根據我國流量測量節流裝置國家標準和檢定規程進行設計、制造、安裝和使用。2.1標準節流件及取壓裝置目前，國標規定的標準節流件的形式和取壓方式有標準孔板，可采用角接取壓、法蘭取壓；標準噴嘴（也稱ISA1932噴嘴），采用角接取壓。另外，國際上還有其他的已標準化的節流件，如徑距取壓標準孔板，徑距取壓長徑噴嘴，后者也稱ASME噴嘴。(1) 標準孔板標準孔板的全稱是“同心薄壁銳緣孔板”，是應用最為廣泛的節流件，其形狀如圖2-1所示。它是一塊中間開圓筒形孔的薄板。其標準孔板的開孔直徑d是一個重要尺寸，其值由設計計算而定，

8、加工公差見表2-1.對制成的孔板，必須嚴格測定其上游側端面的孔徑d，應在四個大致相等的角度上測得并求其平均值，要求各個單測值與平均值之差在0.05%范圍內。圖2-1 標準孔板 圖2-2 標準噴嘴E=0.020.05D （a）23(b)23 e=0,.0050.02D表2-1標準孔板開孔直徑d的加工公差 開孔直徑d(mm) 加工公差（mm） 開孔直徑d()mm 加工公差（mm） 5d6±0.0810d25±0.013 6d10±0.010d25d每增加25mm,公差增加0.013標準孔板適用范圍如表2-2所示。表2-2 標準孔板適用范圍角接取壓法蘭取壓徑距取壓12.

9、5mmd50mmD1000mm0,20.75 當0.20.45時Re5000 當0.45時 Re10000表中=d/D，稱直徑比，其中D為管道內徑。2.2標準噴嘴標準噴嘴的形狀如圖2-2所示，它是一個以管道為中心線為軸線的旋轉對稱體，其郭形由進口斷面A、收縮部分第一圓弧面c1，第二圓弧面c2、圓筒形喉部e和出口邊緣保護槽H所組成。圓筒形喉部直徑即為標準噴嘴的開孔直徑d，圓筒形喉部長度為0.3d。開孔直徑d是重要尺寸，應由計算確定。標準噴嘴只采用角接取壓，其使用范圍為：D=50500mm；0.30.8；當0.30.44時，適用的雷諾數的范圍；當，適用于。標準噴嘴和標準孔板的加工制造，安裝使用等更

10、詳細的要求，可參閱國標GB/T2624-93.2.3角接取壓裝置角接取壓裝置有環室取壓和單獨鉆孔取壓兩種。圖2-3所示上半部為環室取壓裝置的結構，下半部為單獨鉆孔取壓結構。環室取壓的前后環室裝在節流件的兩側，并用法蘭加緊。節流件上、下游端面之間所形成的連續環隙上取得的，其值為整個圓周上靜壓的平均值，環隙寬度a規定為：對于清潔流體，當時；當時，。對于任意值，應該在1mm10mm之間。為起到均壓作用，應使環腔截面積h×c0.5Da單獨鉆孔取壓的取壓孔可以鉆在法蘭上，也可以鉆在法蘭之間的，夾緊環上。測量蒸汽和液化氣體時，取壓孔直徑可在410mm之間，單獨鉆孔取壓適用于節流件上游有足夠長的直

11、管段，以及節流件前后壓差較大時采用。圖2-3 環室取壓和單獨鉆孔取壓裝置結構2.4法蘭取壓裝置法蘭取壓裝置如圖2-4所示，標準孔板夾持在兩塊壓孔直徑相同，其值應小于0.13D，最大不得超過13mm。上游側取壓孔中心線到孔板上游側端面距離為25.4mm，下游側取壓孔中心線到孔板下游側端面距離為25.4mm。圖2-4 法蘭取壓裝置2.2使用標準節流裝置的流體條件和管道條件流經節流件的流體流量與節流件前后的壓差之間的關系不僅與節流件結構形式和取壓方式有關，而且還與流體在節流件上、下游的流動情況有關，因此，適用于標準節流裝置的流體、流動條件及管道條件等必須符合標準規定。（1） 標準節流裝置只適用于測量

12、圓形截面管道中的單相、均質流體的流量，流體應充滿管道并作連續、穩定流動，流速應小于音速。流體在流過節流件前應是充分發展的紊流，不得有旋轉流。（2） 節流件上、下游側直管段長度有一定要求節流件上、下游第一阻力件與節流件之間的直管段L1 、L2長度（見圖7-3)，取決于上、下游第一阻力件的形式和所用節流件的值，如表所列。表2-3節流件上下游測的最小直管段長度節流件上游側局部阻力件形式和最小直管段長度l1單個直角彎頭或者三通同一平面上有多個直角彎頭空間彎頭（在不同平面內有多個直角彎頭）異徑管（大變小，2DD，長度3D；小變大0.5DD，長度1.5D）全開截止閥全開閘閥節流件下游側最小直管段長度（左面

13、所有的局部阻力件形式）123456780.2010（6）14（7）34（17）16（8）18（9）12（6）4（2）0.2510（6）14（7）34（17）16（8）18（9）12（6）4（2）0.3010（6）16（8）34（17）16（8）18（9）12（6）5（2.5）0.3512（6）16（8）36（18）16（8）18（9）12（6）5（2.5）0.4014（7）18（9）36（18）16（8）20（10）12（6）6（3）0.4514（7）18（9）38（19）18（9）20（10）12（6）6（3）0.5014（7）20（10）40（20）20（10）22（11）12（6）6（3

14、）0.5516（8）22（11）44（22）20（10）24（12）14（7）6（3）0.6018（9）26（13）48（24）22（11）26（13）14（7）7（3.5）0.6522（11）32（16）54（27）24（12）28（14）16（8）7（3.5）0.7028（14）36（18）62（21）26（13）32（18）20（10）7（3.5）0.7536（18）42（21）70（35）28（14）36（18）24（12）8（4）0.8046（23）50（25）80（40）30（15）44（22）30（15）8（4） 表中所列數值為管道內徑的倍數。上游第一阻力件與第二阻力件之間的直管

15、段長度按上游第二阻力件形式和0.7，不論所用及節流件的實際數值值為多少）， 由表所查的L值折半。為保證對節流件上下游管道圓度及粗糙度的要求，應選擇幾何尺寸及光潔度精度高的金屬或非金屬管材。如果使用鑄鐵等粗糙管道，則需要參考有關設計使用手冊，以確其對測量的影響。3.標準節流裝置的的流量公式節流式流量計是通過測量節流件上、下游側靜壓差來獲得流量值。因此，必須確定這個靜壓差和流量之間有怎樣的定量關系。可以通過分析流體流經節流件前后的流動情況，并利用伯努利能量守恒定律和流體流動的連續性來得到。3.1標準節流裝置的流量公式推導先討論不可壓縮性流體，如圖2-5所示，流體在水平圓管內作連續穩定流動。這里，對

16、流束還未開始收縮的A界面和流束收縮至最小時的B截面，列出它們之間的伯努利能量守恒方程和流動連續性方程。截面A和截面B一元流動的伯努利方程如下：式中，、是截面A、B中心處的靜壓力；、是A、B截面處流體的密度；、是A、B截面上流體的平均流速；、是A、B界面處的動能修正系數；是阻力系數。流動連續性方程為式中、分別為A、B截面的通流面積。因討論的是不可壓縮流體，所以，是可表示為聯立方程式解得則可得流體體積流量為這里要指出的是，由于受流體流動的慣性力的影響，流束收縮到最小截面的位置和大小事歲流量大小的變化而變化，要測出其截面的大小AB和此處的靜壓PB是不現實的；另外，流束還未收縮的截面位置也不易確定。因

17、此，靜壓PA也不能準確測出。鑒于以上情況，在實際測量中，用節流件的最小開孔截面A0帶代替AB,但需要加以修正：式中，流束收縮系數，用于節流件上，下游側固定位置上的管道內壁處的靜壓P1、P2來代替PA、PB，同樣應加以修正：式中，取壓系數。綜合以上所述，可得式中為直徑比，=d/D；D為管道內徑；1為節流件上游測流流體的密度；P=P1、-P2。定義流量系數和流出系數C分別為或C是由實驗確定的。從上面分析可知，、C值與節流件形式，取壓方式、值、雷諾數ReD及管道粗糙度等因素有關。國際上推薦用C代替，是由于有幾種節流裝置的C值已有較簡單而精確的經驗公式。將、C帶入，可得上式為不可壓縮流體的力量公式。對

18、于可壓縮流體，情況有所不同。可壓縮性流體流經節流件時，由于壓力變化密度也隨之變化，不在滿足A=B的關系，而且，由于流體的膨脹，值也與不可壓縮流體時不同。但為了方便起見，規定公式中的一律使用節流件上游側的流體密度1，和C值仍采用不可壓縮性流體的數值，而把全部的流體可壓縮性對、和C值的影響用一個流束膨脹系數來修正。這樣可壓縮性流體的質量流量及體積流量公式可以表示為或對不可壓縮流體=1.3. 壓差流量計的特點3.1壓差流量計的優點節流式差壓流量計的主要優點表現在以下幾個方面。1)節流件標準孔板結構易于復制、簡單、牢固、性能穩定可靠、使用期限長、價格低廉。節流式差壓流量計應用范圍極為廣泛，至今尚無任何

19、類型的流量計可與之相比。2) 檢測元件與差壓顯示儀表可分別由不同廠家生產，便于專業化形成規模經濟生產，它們的結合靈活、方便。3) 檢測元件，特別是對標準型元件的檢測，是全世界通用的，并得到國際標準化組織的認可。對標準型檢測元件進行的實驗研究是國際性的，其他流量計一般依靠個別廠家或研究群體進行，因此，研究的深度和廣度不可同日而語。從時間上看，標準型檢測件自20世紀30年代國際標準化組織確定后始終沒有改變，其研究資料及生產實踐的積累極其豐富，應用范圍廣泛。4) 標準型節流裝置無需實流校準，即可投入使用，在流量計中也是唯一的。32 節流式差壓流量計的缺點節流式差壓流量計的缺點主要有：1)測量的重復性

20、、精確度在流量計中屬于中等水平，由于眾多因素的影響，精確度難以提高。2)范圍度窄，由于儀表信號(壓差)與流量為平方關系，一般范圍度僅為3：14：1。3)現場安裝條件要求高，如需要較長的直管般(指孔板、噴嘴)，一般難滿足。4)檢測件與壓差檢測儀表之間引壓管線為薄弱環節，易產生泄漏、堵塞、凍結及信號失真等故障。5)壓力損失大(指孔板、噴嘴)。33 流量測量儀表的發展方向隨著工業的發展和技術的進步，綜合控制和管理系統會越來越多。流量測量儀表是傳輸現場信息的重要部分，流量測量儀表的發展方向主要有： 1)大量地、準確地傳輸信息，這就需要以可靠性作為首要條件的小型、輕型、低價格、操作容易的流量測量儀表。2)系統實行分散化，將系統的一部分功能轉移到流量測量儀表