流量測量儀表1

1、第三節(jié) 流量測量儀表1概述一般把流體移動的量稱為流量。單位時間內(nèi)流過管道橫截面或明渠橫截面的流體量，稱為瞬時流量。流體量以質(zhì)量表示時稱為質(zhì)量流量，以體積表示時稱為體積流量。有時也需要知道在一段時間內(nèi)流過的流體量，稱為總量或累積流量。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，流量是指導操作、監(jiān)視設備運行情況和進行核算的一個重要參數(shù)和依據(jù)。（1） 體積流量 如果流體通過管道某橫截面的一個微小面積dA上的流速為u，則通過此微小面積的體積流量為dqv=udA （2-3-1）通過管道全截面積的體積流量為qv=udA （2-3-2）如果整個截面積上各點流速相同，則由式（2-3-2）可以導出qv=uA （2-3-3）式中A為管道面

2、積。實際上，流體在管道上流動時，同一截面積上的各點的流速并不相同，所以式（2-3-3）中的流速u是指平均流速u（在本篇中，如無特殊說明，均指平均流速）。體積流量單位一般用m3/h表示。（2）質(zhì)量流量 如果流量密度為，由（2-3-3）可以導出qm=qv=uA （2-3-4）質(zhì)量流量單位一般用kg/h表示。 流體的密度是隨工況參數(shù)變化的。對于液體，由于壓力的變化對密度的影響非常小，一般可以忽略不計，但是因為溫度變化所產(chǎn)生的影響應引起注意，不過一般溫度變化10時，液體密度變化約在1%以內(nèi)，所以除溫度變化較大，測量準確度要求較高的場合外，往往也可以忽略不計。對于氣體，由于密度受溫度、壓力變化影響較大，

3、例如，在常溫附近，溫度每變化10，；密度變化約在3%；在常壓附近，壓力每變化10kPa時，密度變化約在3%。因此在測量氣體流量時，必須同時測量流體的溫度和壓力，并將不同工況下的體積流量換算或標準體積流量qvN（Nm3/h）。所謂標準體積流量，在工業(yè)上是指壓力為101325Pa，溫度為20時的體積流量?？偭康膯挝粸榍Э耍╧g）或噸（t）。用來測量流體流量的儀表稱為流量計。隨著工業(yè)生產(chǎn)和科學技術的發(fā)展，對流量的要求也越來越高，條件也更加復雜。例如：在工藝條件上從低溫低壓到高溫高壓；在流體狀態(tài)方面有層流、紊流和脈動流；流體本身也有低粘度、高粘度和強腐蝕等；流量對象方面有氣、液、固相和兩相流體；測量范

4、圍從每秒數(shù)滴到每小時數(shù)噸，等等。面對著這么復雜的情況的要求，測量流量的方法，儀表得到很快的發(fā)展，使測量中的難題正在逐步得到解決。當然隨著生產(chǎn)和科學技術的發(fā)展，新的測量問題也在不斷的出現(xiàn)。本篇只能介紹一些基本內(nèi)容。關于流量測量方法和流量儀表的分類，是比較錯綜復雜的問題，目前還沒有統(tǒng)一的分類。為便于敘述和思考，本篇進行一定的歸納，按測量原理進行分類如圖2-3-1和圖2-3-2。2 節(jié)流式流量計流體在流動過程中，在一定條件下，流體的動能和靜壓能（壓力能）可以互相轉(zhuǎn)換，并可以利用這種轉(zhuǎn)換關系來測量流體的流量。例如，在管道中安裝阻力件，流體通過阻力件所在截面時，由于流通面積忽然縮小，促使流速產(chǎn)生局部收縮

5、，流速加快，靜壓力降低，因而在阻力件前后出現(xiàn)壓力差（簡稱壓差）。可以通過測量此壓差的大小按一定的函數(shù)關系來計算出流量值。在流量儀表中，一般稱此阻力件為節(jié)流件，并稱節(jié)流件與取出壓差信號的整個裝置為節(jié)流裝置。這種類型的流量計稱為節(jié)流式流量計。節(jié)流式流量計有三部分組成（圖2-3-3）：將被測流體的流量值變換成差壓信號的節(jié)流裝置，其中包括節(jié)流件、取壓裝置和測量所要求的直管段；傳送差壓信號的差壓管路；檢測差壓信號的差壓計或差壓變送器。節(jié)流件的類型較多。嚴格的說，在管道中裝入任意形狀的節(jié)流件都能產(chǎn)生節(jié)流作用，并且節(jié)流件前后兩側(cè)的差壓與流過流體的流量都會有相應的關系。但是，它們并不都是可以找到差壓與流量之間

6、存在適合需要的關系，只有差壓與流量之間存在穩(wěn)定的關系，并且重復性好，適合應用的節(jié)流件才有實用價值。目前已經(jīng)應用的節(jié)流件種類有同心圓孔板、偏心孔板、圓缺孔板、錐形入口孔板、1/4圓孔板、文丘里管、噴嘴、道爾管、契形節(jié)流件等等。節(jié)流式流量計應用廣泛，油田、煉油廠及化工廠中所使用的流量計中，一般有70%80%是節(jié)流式流量計，在整個工業(yè)生產(chǎn)領域中，節(jié)流式流量計約占流量計的一半以上。節(jié)流式流量計的歷史悠久，積累了豐富的經(jīng)驗和大量的可靠數(shù)據(jù)。一些國家進行了不斷的研究和制定標準，力求使某些節(jié)流裝置用于流量測量時能夠標準化，以便應用。國際標準組織（ISO）在匯總各國研究成果的基礎上，分別于1967年和1968

7、年制定出ISO/R 541和ISO/R 781，在國際上將幾種類型的節(jié)流裝置標準化。1980年又對前兩個文件進行了修訂，出版了ISO 5167，推廣應用。中國于1981年制定出了流量測量標準節(jié)流裝置的國家標準GB 2624，1993年出版了采用國際標準的ISO 51671（1991）的節(jié)流測量節(jié)流裝置的國家標準GB/T 262493。對于已經(jīng)制定出標準的幾種標準化的節(jié)流裝置，一般稱為標準節(jié)流裝置。應用標準節(jié)流裝置測量流量，比較方便，只要是按標準的規(guī)定所提供的數(shù)據(jù)和要求進行節(jié)流裝置的設計、加工、安裝和使用，無需對節(jié)流裝置最近性標定就可以用來測量流量，其流量不確定度不會超出允許的范圍。這也是節(jié)流式

8、流量計能夠得到廣泛應用的重要原因。那些尚未標準化的節(jié)流裝置，一般稱為非標準節(jié)流裝置。對于非標準節(jié)流裝置，在應用前必須進行標定，以保證流量測量的流量不確定度。本書將重點介紹標準節(jié)流裝置。對于非標準節(jié)流裝置，將在本書的最后簡單地介紹幾種。2 1測量原理以孔板為例，觀察在管道中流動的流體經(jīng)過節(jié)流件時流體的靜壓力（簡稱壓力）和流速的變化情況。實驗表明（見圖2-3-4），在距孔板前大約（0.52）D（管道內(nèi)徑）處，流束開始收縮，即靠近管壁處的流體開始向管道的中心處加速，管道中心處流體的壓力開始下降，靠近管壁處有渦流形成，壓力也略有增加。流束經(jīng)過孔板后，由于慣性作用而繼續(xù)收縮，大約在孔板后的（0.30.5

9、）D處流束的截面積最小，流速最快、壓力最低。在這以后，流束開始擴張，流速逐漸恢復到原來的速度，壓力也逐漸恢復到最大，但不能恢復到收縮前的壓力值，這是由于實際的流體經(jīng)過節(jié)流件時會永久性的壓力損失p所致。流體流經(jīng)噴嘴和文丘里管的情況相似，只是他們的開口面積和流束的最小收縮截面接近一致。流體的壓力和流速在節(jié)流件前后的變化，反映了流體的動能和靜壓能的相互轉(zhuǎn)換情況。假定流體是處于穩(wěn)定流動，既同一時間內(nèi)，通過管道截面A和節(jié)流件的開口截面a時的流速必然要比通過截面A的流速快，這個速度的改變是由于動能增靜壓能降低造成的，從而產(chǎn)生節(jié)流件前后的壓力差。此壓力差的大小與通過流體的流量大小有關。在孔板前，由于孔板對流

10、體的阻擋，使流體滯止，因而管壁處的壓力略高于上游壓力。為便于推導流量的方程式，將圖2-3-4的節(jié)流過程簡化成如圖2-3-5所示。假定流體是在水平管道中軸線方向做穩(wěn)定流體，流體不對外作功，和外界也沒有熱量交換，流體本身也沒有溫度變化，并且流體的黏度可以忽略，則由上述的能量關系可寫出如下關系式： （2-3-5）式中u為流體的平均流速：p為靜壓力；為流體的密度。如果截面A和截面B處的壓力、流速（平均流速）分別為p1、u1和p2、u2，則由式（2-3-5）可寫出：= （2-3-6）由于流動是穩(wěn)定的，則從截面A流入的流體質(zhì)量與從截面B流出的流體質(zhì)量必然相等，這就是連續(xù)性方程： （2-3-7）式中A為截面

11、A處的截面積；a為截面B處的截面積。下面將依據(jù)式（2-3-6）和式（2-3-7）推導出可壓縮流體和不可壓縮流體的流量的理論方程式。2.1.1 不可壓縮流體由于不可壓縮流體的密度可以認為是不變的，則式（2-3-6）和式（2-3-7）可寫成： （2-3-8） （2-3-9）這就是不可壓縮流體的伯努利方程和連續(xù)性方程。假定管道的直徑為（A=D2/4），節(jié)流件的開口直徑為d（a=d2/4），有上述兩公式可求得流經(jīng)節(jié)流件的流速為： （2-3-10）令直徑比=d/D，差壓p=p1-p2，根據(jù)質(zhì)量流量的定義，qm=au2，可寫出質(zhì)量流量的理論方程式為： （2-3-11）2.1.2 可壓縮流體對于可壓縮流體，

12、流體經(jīng)過節(jié)流件時，由于流體的動能增加而降低了靜壓，流體的密度必然也要減少，因而不能忽略在節(jié)流過程中密度的變化。假設流體符合理想氣體的條件，流體經(jīng)過節(jié)流件時是等熵過程，則流體的密度與壓力的關系為： （2-3-12）式中k為等熵指數(shù)。由式（2-3-6）和式（2-3-12）的關系可推導出可壓縮流體的伯努利方程式為： （2-3-13）根據(jù)式（2-3-12），可將上式寫成如下形式： （2-3-14）令壓力比p2/p1=r。由連續(xù)性方程式（2-3-6）及式（2-3-12）可得： （2-3-15）將式（2-3-15）代入式（3-2-10），得：即 （2-3-16）根據(jù)質(zhì)量流量的定義：，而，則可壓縮流體的質(zhì)量

13、流量方程為： （2-3-17）將式（2-3-17）乘除及，并進行整理，得 （2-3-18）并可簡寫為如下形式： （2-3-19）式中： （2-3-20）式（2-3-19）為可壓縮流體的質(zhì)量流量的理論方程式。稱為可膨脹性系數(shù)，是表示流體可壓縮性的影響，如=1，則式（2-3-19）與不可壓縮流體的公式相同，即式（2-3-19）對不可壓縮流體也是有效的，只是用于可壓縮性流體時1，用于不可壓縮流體時=1。對于噴嘴和文丘里管，由于流束的收縮情況與節(jié)流件的幾何形狀相接近，流束的最小截面實際上可以認為等于噴嘴和文丘里管的喉部截面。因此他的可膨脹系數(shù)的實驗值，與由式（2-3-20）計算出的理論值相一致。而對于

14、孔板只能用實驗方法求得。一般采用圖表（如圖2-3-6）或經(jīng)驗公式給出可膨脹系數(shù)。2.1.3 實際流量公式由能量守恒定律和質(zhì)量守恒定律推導出理論流量方程式，指明了通過節(jié)流件的流體的流量值與節(jié)流件上下游差壓值存在一定函數(shù)關系。但是由于實際情況與理論的差異，實際測量中的一些問題在公式推導中并沒有考慮在內(nèi)，如果按理論流量方程式計算出流量值，則將遠大于實際流量。因此，只有對理論流量方程式進行修正后才能用于實際的流量計算。假設理論流量與實際流量之間的關系為： （2-3-21）將式（2-3-21）代入（2-3-19）可寫成節(jié)流式流量計的實際流量公式為： （2-3-22） （2-3-23） （2-3-24）式

15、中C是無量綱的數(shù)，稱為流出系數(shù)。它是通過實驗方法按式（2-3-25）確定的。 （2-3-25）流出系數(shù)C受許多因數(shù)影響，例如節(jié)流件形狀及尺寸，取壓位置，管道及安裝情況，流動狀態(tài)等許多因素對流出系數(shù)有影響。在實驗中由于全部結(jié)構(gòu)方面的影響包括在內(nèi)，在一定安裝條件下，對于給定的節(jié)流裝置，流出系數(shù)C只與雷諾數(shù)有關。圖2-3-7繪出標準孔板的流出系數(shù)C與Red的關系曲線，從圖2-3-7可以看出，當雷諾數(shù)Red大于某個數(shù)值（界限雷諾數(shù)）以后C值趨于穩(wěn)定（即與Red無關），并且值愈大C趨于定值的Red愈大。只有C為一常數(shù)時流量q才能夠與差壓p之間呈現(xiàn)固定的函數(shù)關系，在實際測量中為保證測量的準確度，流量計的測

16、量范圍要選在大于界限雷諾數(shù)的區(qū)域內(nèi)。對于不同的節(jié)流裝置，只要這些裝置是幾何相似，并且在相同雷諾數(shù)的條件下，則流出系數(shù)C的數(shù)值是相同的。各種節(jié)流裝置的流出系數(shù)的計算公式及應用條件將在以后分別介紹。在節(jié)流式流量計中，有時還用流量系數(shù)修正理論公式（2-3-19）。即令： （2-3-26）與式（2-3-22）相比較，顯然 （2-3-27）式中E=，稱為速度漸進系數(shù)；a稱為流量系數(shù)，也是通過實驗方法確定的。實際應用流量公式計算流量時，要代入公式中各個參數(shù)的單位，將各個單位進行換算整理，并歸納出公式中的常數(shù)K。各個參數(shù)所采用的單位不同，K可以得到不同的數(shù)值。例如：管道直徑D和節(jié)流件開口直徑d單為mm；差壓

17、單位為Pa；質(zhì)量流量單位為kg/h；流體的密度單位為kg/m3，則系數(shù)： （2-3-28）可寫出質(zhì)量流量的流量公式為： （2-3-29a）或 （2-3-29b）體積流量的流量公式由可得 （2-3-30a） (2-3-30b)2.2 標準節(jié)流裝置前面已經(jīng)提到，對于標準節(jié)流裝置，只要按標準規(guī)定的條件數(shù)據(jù)去設計，加工制造和安裝使用，無須對節(jié)流裝置進行標定，就可以直接應用與流量測量，其誤差不會超出規(guī)定的流量不確定度，如果稍有變動，還可以修正。這對于現(xiàn)場應用是非常方便的，但是其規(guī)定也是非常嚴格而細致的。下面將對標準節(jié)流裝置的結(jié)構(gòu)形式、安裝和使用等個方面的要求進行介紹。2.2.1 標準節(jié)流裝置的節(jié)流元件中

18、國國家標準規(guī)定的節(jié)流件有標準孔板，ISA1932噴嘴，長徑噴嘴，經(jīng)典文丘里管和文丘里噴嘴。2.2.1.1 孔板的結(jié)構(gòu)形式和技術要求（1）總體形狀 孔板的形狀如圖2-3-8所示。孔板是一塊與管道軸線同軸，直角入口非常銳利的薄板?？装逶诠艿纼?nèi)的部分是圓的，并與節(jié)流孔同心。在設計及安裝孔板時，要保證在工作條件下，受差壓或其他任何應力引起孔板的塑性扭曲和彈性變形所造成的影響時，如連接孔板表面上任意兩點的直線與垂直于軸線的平面之間的斜度不得超過1%。在進行測量時，孔板必須是清潔的。（2）上下游端面 孔板上下游端面都應該是平的，并且相互平行。對于上游端面A，如連接孔板表面上任意兩點的直線，則此直線與垂直于

19、軸線的平面之間的斜度0.5%時，可認為端面是平的?？装宓谋砻娲植诙葘装宓牧髁肯禂?shù)有直接的影響，表面粗糙時會造成流動的表面阻力增大，壓降增加，致使流量系數(shù)變小，并且管道直徑越小其影響越大（如圖2-3-9）。因此規(guī)定中要求上游端面A的粗糙度Ra10-4d。下游端面B的加工要求不必象上游端面那樣精細。其平直度和粗糙度只要通過目測檢查加以判斷就可以了。（3）孔板及節(jié)流孔的厚度及斜度 孔板的厚度E和節(jié)流孔的厚度e如圖2-3-8所示：e應在0.005D與0.02D之間，E應在e與0.05D之間，要求兩者在任意點上測得的各個E值或各個e值之間的差不得大于0.001D。當管徑50mmD64mm時?？装宓暮穸?/p>

20、E只要不大于3.2mm即可。如果孔板厚度E超過節(jié)流孔厚度e，孔板的下游側(cè)應有如圖2-3-8所示的圓錐形表面。該表面應經(jīng)過良好精加工。（4）邊緣G、H和I 上游邊緣G應無卷邊,無毛邊,無目測可見的任何異常.下游邊緣H和I由于是處于流動分離區(qū)域,對它們的要求低于上游邊緣G,可允許一些小的缺陷.上游邊緣G的狀況對流量系數(shù)影響很大,要求非常嚴格.圖2-3-10給出了孔板邊緣圓弧大小對流量系數(shù)的影響情況.若將邊緣圓弧的記做r,則邊緣G的圓弧對流量系數(shù)的影響可以表示為rd的函數(shù).現(xiàn)在給出的孔板的流量系數(shù)是對應于r/d=0的數(shù)值.有的研究報告指出,若使影響小于0.1%,必須使邊緣圓弧小于0.00025d.由

21、于這個影響是r/d的函數(shù),則孔徑越小,邊緣尖銳度的影響就越大。標準規(guī)定孔板的上游邊緣G應該是尖銳的,并指明,如果邊緣半徑不大于0.0004d,則認為是尖銳的.標準中還規(guī)定了檢查的要求:d25mm時,一般用目測檢查,邊緣應該無反射光束;d25mm時,用目測檢查是不夠的,應該采取測量邊緣半徑的方法進行.對是否滿足規(guī)定要求有任何懷疑時, 應該采取測量邊緣半徑的方法進行檢查.（5）節(jié)流孔直徑 在任何情況下節(jié)流孔的直徑d均應等于或大于12.5mm,直徑比應在等于或大于0.20至等于或小于0.75的范圍內(nèi).應該在此極限值內(nèi)選擇開口直徑d.節(jié)流孔為圓筒形并垂直于上游端面A.節(jié)流孔直徑d值,應取相互之間大致相

22、等角度角度的四個直徑測量結(jié)果的平均值,并且任意一個直徑與平均值之差不得超過直徑平均值的±0.05%。在任何情況下，節(jié)流孔圓筒形粗糙度不得影響邊緣尖銳度的測量。（6）對稱孔板 若用孔板測量反向流量，則孔板還應滿足如下要求：孔板下游端面B不得加工成斜角；上下端面均應符合上述的上游端面A的要求；孔板厚度E應等于節(jié)流孔厚度e，在確定差壓值時必須考慮防止孔板變形；節(jié)流孔的兩側(cè)邊緣G均應符合上述要求。（7）材料和制造 在流量測量中，孔板只要滿足上述要求，就可以用任何材料和任何方式進行制造。2.2.1.2 噴嘴的結(jié)構(gòu)形式和技術要求屬于標準節(jié)流裝置的噴嘴有ISA1932噴嘴和長徑噴嘴兩種。其中長徑噴

23、嘴有分高比值噴嘴和地比值噴嘴兩種。（1）ISA1932噴嘴總體形狀 ISA1932噴嘴的形狀如圖2-3-11所示。它是由入口平面A，收縮部BC，圓桶形E及防止邊緣損傷的保護槽F四個部分組成。入口平面 入口平面部分A是直徑為1.5d且旋轉(zhuǎn)軸（噴嘴軸線）同心的圓周和直管為D的管道內(nèi)圓所限定的平面部分。當d=2D/3時，該平面的徑向?qū)挾葹榱?。當d2D/3時，直徑為1.5d的圓周將大于直徑為D的圓周，則在管內(nèi)沒有平面部分。這是，應象圖2-3-11（b）那樣，使平面部分A的直徑恰好等于管道內(nèi)徑D。收縮部分 收縮部分是由B、C兩段圓弧組成的曲面。圓弧B與平面A相切，圓弧C分別與B及喉部E相切。B、C的半徑

24、R1、R2分別為：0.50時，R1=0.2d0.02d； R2=D/30.03D0.50時，R1=0.2d0.06d； R2=D/30.01D它們的中心位置是：圓弧B的圓心距平面A為0.2d,距噴嘴軸線為0.75d;圓弧C的圓心距軸線為d/2+d/3=5d/6,距平面A的距離為a=(12+)d/60=0.304d。喉部 喉部E的直徑d,長度b=0.3d。直徑d值應該是在垂直于軸線的平面上至少測四個直徑的平均值,且各被測直徑之間有近似相等的角度.任何截面上的任何直徑平均直徑之差不能超過直徑平均值的±0.05%。保護槽 保護槽F的直徑e至少應等于1.06d,軸向長度等于或小于0.03d。

25、保護槽 的高度為（e-d）/2，并且與其軸向長度之比不大于1.2。出口邊緣f應該是銳利的。其他 不包括保護槽F的噴嘴長度如表2-3-1所示：表2-3-1值噴嘴總長度0.302/30.6041d2/30.800.4041+(0.75/-0.25/2-0.5525)1/2d噴嘴平面A及喉部E的表面粗糙度為R10-4d。入口收縮部分（圓弧曲面B和C）的廓形應用樣板進行檢驗。垂直于軸線的同一平面上，兩個直徑彼此相差不得超過直徑平均值的±0.1%。厚度不得大于0.1%。（2）長徑噴嘴 長徑噴嘴有高比值長徑噴嘴和低比值長徑噴嘴兩種。如圖2-3-12所示。高比值噴嘴的直徑比范圍為0.250.80,

26、低比值噴嘴的直徑比范圍為0.200.5,當在0.25和0.5之間時，這兩種類型都可以使用。長徑噴嘴由入口收縮部分A和圓筒形喉部B以及下游端面C三個部分組成。收縮段A的曲面形狀為1/4橢圓。橢圓長軸平行于噴嘴軸線。橢圓圓心的位置和橢圓軸長度因高、低比值不同而有所不同：高比值噴嘴的橢圓圓心距離噴嘴軸線的距離為D/2，低比值的距離為7d/6；高比值噴嘴的長半軸長度為D。2，短半軸為（D-d）/2，低比值的長半軸長度為d，短半軸為2d/3。收縮段的廓形應該用樣板進行檢驗。在垂直于噴嘴軸線的同一平面內(nèi)，兩個直徑彼此相差為平均直徑的±0.1%。喉部B的直徑為d，長度為0.6d。d值應為在垂直軸線

27、的平面內(nèi)至少是測量四個直徑的平均值，并且所測各直徑之間彼此有近似相等的角度。喉部為圓筒形，任意截面上的任意直徑與主竟平均值之差，不得超過直徑平均值的±0.5%。在規(guī)定的不確定度范圍內(nèi)，在流動方向上，無喉部擴張，可允許有輕微收縮，并應進行足夠數(shù)量的測量，判斷是否符合要求。喉部外表面至管道內(nèi)壁的距離應大于或等于3mm。內(nèi)表面的表面粗糙度高度參數(shù)應為Ra10-4d。2.2.2 取壓方式由節(jié)流件附近的壓力分布情況（如圖2-3-5）可以看出，即使流過節(jié)流件的流量是同意數(shù)值，如果在節(jié)流件的上下游的兩個取壓口的位置不同，則其差壓的大小也不同。自然，對于不同的取壓口位置，應該是有不同的數(shù)據(jù)和要求的。

28、常用的取壓方式有5種，其取壓口位置如圖2-3-15所示。（1）角接取壓 如圖2-3-15中1-1所示。上、下游取壓口位于孔板（或噴嘴）的上、下游端面處，也就是在節(jié)流件與管壁的兩個夾角處取出靜壓力。顯然，孔板變厚，孔板的刃口距下游取壓口的距離變遠，流量系數(shù)也受影響，所以對孔板的后的要求規(guī)定。（2）法蘭取壓 如圖2-3-15中2-2所示。上下游取壓口的中心與孔板的上下游端面的距離為25.4mm。（3）D和D/2取壓 如圖2-3-15中3-3所示。上游取壓口的中心與孔板（或噴嘴）上游端面的距離為D（管道內(nèi)徑），下游取壓口的中心與孔板（或噴嘴）上游端面的距離為D/2。這種取壓方式又稱為徑距取壓。兩個取

29、壓口的位置都是從上游端面算起。（4）理論取壓 如圖2-3-15中4-4所示。上游取壓口的中心與孔板上游端面的距離為D，游取壓口的中心位于流束最小截面處。（5）管道取壓 如圖2-3-15中5-5所示。上下游取壓口的中心與孔板的上下游端面的距離分別為2.5D與8D。各種取壓方式，對取壓口的位置的規(guī)定非常嚴格，取壓口位置有少許變化就會引起較大的差壓變化。對于小管徑的取壓口位置要求更為嚴格。圖2-3-16給出法蘭取壓時由于偏離規(guī)定位置差壓變化的情況，小管徑時尤為嚴重。關于取壓問題，除取壓口的定位以外，還有取壓口的直徑，取壓口的加工及相互配合等都有規(guī)定，主要是為防止取壓口被堵塞和獲得良好的差壓信號的動特

30、性，并保證所取得的是靜壓力差。標準節(jié)流裝置所采用的取壓方式如下：孔板可以采用角接取壓，法蘭取壓，D和D/2取壓；ISA1932噴嘴和文丘里噴嘴上游采用角接取壓，下游則各不同；長徑噴嘴，文丘里管的取壓方式另有規(guī)定。下面簡略介紹有關標準取壓裝置的規(guī)定。（1）對法蘭取壓、D和D/2取壓的取壓裝置的要求取壓口的軸線與孔板某個端面的距離應滿足如表2-3-2的要求（參照圖2-3-17）。在設計時應考慮墊圈和（或）密封材料的厚度。取壓口的直徑應小于0.13D,同時也應小于13mm.對取壓口的最小直徑不加限制,在實際應用中,由考慮偶然阻塞的可能性及良好的動態(tài)特性來決定最小的直徑.上下游取壓口的直徑應該相同.取

31、壓口的軸線應與管道軸線相交,并與其成直角(參照圖2-3-18).取壓口的穿透處應為圓形,其邊緣要與管壁內(nèi)表面平齊,并盡可能銳利.為確保消除內(nèi)邊緣上的毛邊或卷口,允許有倒圓,但倒圓應盡可能小,倒圓能測量之處其半徑應小于取壓口直徑的1/10 .在連接孔的內(nèi)部，管壁上轉(zhuǎn)出的孔的邊緣或靠近取壓口的管壁處不應顯現(xiàn)有不規(guī)則性。從管道內(nèi)壁量起,至少在2.5倍取壓口直徑的長度范圍內(nèi),取壓口應為圓筒形。取壓方式節(jié) 流 件 D-取壓長頸噴嘴0.91.1D 0.50±0.01D法蘭取壓孔板0.60，150D1000mm0.60，D150mm25.4±1mm25.4±0.5mm表 2-3

32、-2(2)對角接取壓裝置的要求 取壓口可以是單獨鉆孔的取壓口,也可以是環(huán)隙取壓口.圖2-3-19用一張圖表示了兩種形式的取壓口,上部分表示的是用孔板的環(huán)隙取壓口(也稱環(huán)室取壓), 下部分表示的是用孔板的單獨鉆孔的取壓口.應用ISA1932噴嘴和文丘里噴嘴的取壓口情況可參照圖2-3-11和圖2-3-14,它們的上游取壓口都是角接取壓.a.取壓口的位置及尺寸 取壓口軸線與節(jié)流件的相應端面之間的距離等于取壓口直徑a的一半,或為取壓口的環(huán)隙寬度a的一半. 對于單獨鉆孔的取壓口直徑a及環(huán)隙寬度a的指數(shù)規(guī)定如下。對于清潔流體和蒸汽:0.65， 0.005Da0.03D。0.65， 0.01Da0.02D。

33、對于任何值,必須滿足下面條件:清潔流體 1mma10mm用環(huán)隙取壓口測量蒸汽 1mma10mm用鉆孔取壓測量整齊和液化氣 4mma10mm.b. 環(huán)隙取壓口 環(huán)隙取壓口是在節(jié)流件兩側(cè)安裝夾持環(huán),用法蘭將夾持節(jié)流件和墊片緊固在一起.為了取得圓管道周圍均勻的壓力,環(huán)隙通常在整個圓周上穿通管道,連續(xù)而不中斷.否則,每個夾持環(huán)應至少由4個開孔與管道內(nèi)部連通.每個開孔的中心線彼此互相等角度,而每個開孔的面積至少為12mm2.夾持環(huán)的內(nèi)壁b必須等于或大于管道直徑D,以保證它不致凸入管道內(nèi).并必須滿足下式要求: （2-3-31）式中c和c為上游和下游夾持環(huán)的長度,其值不得大于0.5D。并且b值應在Db1.0

34、4D的極限值之內(nèi)。厚度f應大于或等于環(huán)隙寬度a的2倍。環(huán)腔的橫截面積g×h應大于或等于環(huán)隙與管道內(nèi)部連通的開孔總面積的一半。夾持環(huán)與二次裝置連接的去牙口，直徑j=410mm，貫穿處應為圓形，其邊緣應與管內(nèi)平齊，盡可能銳利，不允許有毛邊或卷口,允許有倒圓, 但其半徑應小于取壓口直徑的1/10。采用單獨鉆孔的取壓口時，取壓口的軸線應盡可能以90°角與管道軸線相交。如在同一上游或下游取壓平面上有幾個單獨鉆孔取壓口，它們的軸線應彼此互成相等的角度。 ISA 1932噴嘴、長頸噴嘴和文丘里噴嘴、文丘里管的取壓口 ISA 1932噴嘴的下游取壓口可以按角接取壓口進行設置。也可以設置在較

35、遠的下游處，取壓口軸線與噴嘴平面A的距離為當0.67時為0.15D；0.67時為0.20D。取壓口的直徑應符合法蘭取壓口的要求，亦可采用角接取壓口的規(guī)定。長徑噴嘴的上游取壓口軸線距噴嘴平面A的距離為1D+0.2-0.1D。下游取壓口的軸線應在距離平面A的0.50D±0.01D處，但不得在噴嘴出口的更下游處。 經(jīng)典文丘里管的取壓裝置是，在上游設幾個單獨的管壁取壓口，在喉部設置幾個單獨的管壁取壓口，然后分別用均壓環(huán)將上游取壓口和喉部取壓口連接起來。取壓口的直徑為410mm，并且上游取壓口的直徑不大于0.1D，喉部取壓口的直徑不大于0.13d。均壓環(huán)截面積應等于或大于各取壓口總面積的一半。

36、 上游取壓口和喉部取壓口均應不少于4個，并且位于垂直于經(jīng)典文丘里管軸線的平面上，取壓口的軸線應彼此具有相等的角度。 具有粗鑄收縮段的經(jīng)典文丘里管，上游取壓口軸線距收縮段B和入口圓管段A相交平面的距離為： 當100mmD150mm時：0.5D±0.25D； 當150mmD800mm時：0.5D0-0.25D。 具有機械加工收縮段的經(jīng)典文丘里管和具有粗焊鐵板收縮段的經(jīng)典文丘里管，上游取壓口軸線距圓筒段A和收縮段B相交平面的距離為：0.5D±0.05D(圖2-3-13)。 對于所有類型的經(jīng)典文丘里管，喉部取壓口軸線距收縮段B和喉部C相交平面的距離均為：0.5d±0.02

37、d。 文丘里噴嘴的喉部取壓口也是采用均壓環(huán)形式，其單獨鉆孔取壓口的直徑應小于或等于0.04d，且應在210mm之間。2.2.3 標準節(jié)流裝置的管道、安裝和使用條件 標準節(jié)流裝置的流出系數(shù)都是在一定條件下通過試驗取得的。因此，除對節(jié)流件、取壓裝置要有嚴格要求外，對管道、安裝和使用條件都有嚴格的規(guī)定。如果實際工作中達不到規(guī)定要求，將引起較大的誤差。2.2.3.1 對流體和流動狀態(tài)的要求 標準節(jié)流裝置所測量的流體種類，可以是可壓縮流體或者是不可壓縮的液體。流體必須是牛頓流體，而且在物理學和熱力學上是均勻的、單相的流體(或者可認為是單相的流體)。具有高分散程度的膠質(zhì)溶液(例如牛奶)，可認為是相當于單相

38、流體。 流體要充滿管道。管道內(nèi)的流量應該不隨時間變化，或?qū)嶋H上只隨時間有微小和緩慢的變化。標準節(jié)流裝置不適于脈動流量的測量。 流體通過節(jié)流裝置時，不能發(fā)生相變。流體是氣體時，節(jié)流件前后的壓力比應該達到P2/P10.75。2.2.3.2 管道條件應該在緊鄰節(jié)流裝置上游，管道內(nèi)流體流動狀態(tài)接近典型的充分發(fā)展的紊流流動狀態(tài)且無旋渦的位置上安裝節(jié)流裝置。實際應用節(jié)流裝置測量流量時，難免管路中安裝有彎管、閥門、擴大管和縮小管等阻流件，這樣，流體流過阻流件后，就會變成非軸對稱的流動，或流速分布被改變，或產(chǎn)生二元流動，并且會延續(xù)很久，有時可延長到150D。為此，根據(jù)試驗結(jié)果制定出標準節(jié)流裝置及所連接管道、阻

39、力件等的安裝和鋪設的若干規(guī)定，節(jié)流裝置安裝和管道鋪設中要符合其規(guī)定。標準節(jié)流裝置及所連接的管道、阻流件等可用圖2-3-20表示。直管段長度。節(jié)流件上游和下游直管段應具有的長度，因阻流件的形式、節(jié)流件的形式及直徑比而有所不同。最短的直管段長度由表2-3-3和表2-3-4給出。表中直管段長度均以管道直徑D的倍數(shù)表示。不帶括號的值為“零附加不確定度”的值，即直管段的長度達到這個數(shù)值后，在計算流出系數(shù)不確定度時，不需附加任何不確定度。括號內(nèi)的值為0.5%的附加不確定度的值，即當上游或下游直管段長度小于“零附加不確定度”的值，且等于或大于“0.5%附加不確定度”的值時，應在流出系數(shù)的不確定度上算術相加&

40、#177;0.5%的附加不確定度。當上游或下游直管段長度小于“0.5%附加不確定度”的數(shù)值時，標準均未給出附加不確定度值。在研究工作中，為了不引入附加不確定度，推薦采用的直管段長度至少為“零附加不確定度”所規(guī)定值的2倍。表2-3-3和表2-3-4所給出的直管段長度值，是在特定管件的上游安裝有很長的直管段進行試驗的情況下獲得的，因此可假定阻流件上游的流動是充分發(fā)展的，且無漩渦的流動。實際上這樣的條件是難以達到的，可用下面的注意事項作為正規(guī)安裝的指南。a.如果節(jié)流裝置安裝在敞開空間或大容器之后的管道中，不論是直接引出或者是通過任何管件引出，敞開空間與節(jié)流件之間管道總長度應不小于30D。如節(jié)流裝置與

41、敞開空間或大容器之間安裝有任何管件或阻流件，則表2-3-3和表2-3-4所給出的直管段長度，亦適用于此管件或阻流件與節(jié)流件之間的直管段長度。b.如果在節(jié)流件上游，設置除90°彎頭之外的幾個管件串接時，應時最接近節(jié)流件的注：表列數(shù)值為位于節(jié)流件上游或下游的各種阻流件與節(jié)流件之間所需要的最短直管段長度；不帶括號的值為“零附加不確定度”的值；帶括號的值為“0.5%附加不確定度”的值；直管段長度均以直徑D的倍數(shù)表示，它應從節(jié)流件上游端面量起。 由于這些管件或阻流件對管內(nèi)流速的影響在40D后可能會出現(xiàn)，因此本表不能給出不帶括號的值。由于沒有管件或阻流件距文丘里管上游取壓口軸線的距離比0.5D還

42、小，所以本表未給出帶括號的值。注：表列數(shù)值為經(jīng)典文丘里管上游的各種阻流件與經(jīng)典文丘里管之間所要求的最短直管段長度； 不帶括號的值為“零附加不確定度”的值；帶括號的值為“0.5%附加不確定度”的值直管段均以直徑D的倍數(shù)表示，從經(jīng)典文丘里管上游取壓口平面量起，至少在表2-3-4所示的長度范圍內(nèi)，管道粗糙度應不超過市場上可買到的光滑管子的粗糙度（約K/D10-3）；下游直管段：位于喉部取壓口平面下游至少4倍喉部直徑處的管件或其他阻流件（見表2-3-4）不影響測量的不確定度；經(jīng)典文丘里管所要求的最短直管段長度較表2-3-3中的孔板、噴嘴、文丘里噴嘴所規(guī)定的直管段長度為短，原因是：a. 它們是由不同的實

43、驗結(jié)果和不同的上游接管條件得到的；b. 設計經(jīng)典文丘里管的收縮部分可使得在其喉部能得到更均勻的“速度分布”。實驗表明，對于相同的直徑比，經(jīng)典文丘里管上游的最短直管段可比孔板、噴嘴和文丘里噴嘴所要求的為短；彎頭的彎曲半徑應等于或大于管道直徑。管件與節(jié)流件之間，有一個直管段L1，其長度按管件的形式及實際的值由表2-3-3中確定。另外，在管件與管件前的管件之間還應有一個直管段L0，其長度按管件的形式及取=0.7(不論的實際值是多少)，取表2-3-3中所列數(shù)值的一半。當管件1為對稱驟縮管件時，應按上述a中辦法處理。如果節(jié)流件安裝在表2-3-3和表2-3-4未列出的各種阻下游，建議使用流動調(diào)整器。此外，

44、當采用直徑比比較大的節(jié)流件時，也可以在管道上安裝流動調(diào)整器，這樣，有時允許采用比表2-3-3和表2-3-4中所列數(shù)值小的直管段。國家關于節(jié)流裝置的標準中，推薦5種類型流動調(diào)整器。圖2-3-21是其中的一種管束式流動調(diào)整器。它是由一捆外圓相切固定在一起的管束組成，各個管子的軸線相平等，并與管道的軸線平行。如果不能滿足這個要求，則流動調(diào)整器本身可能會對流動產(chǎn)生干擾。流動調(diào)整器至少應有19根管子，長度應大于或等于10d，整修管束與管道內(nèi)徑相切。流動調(diào)整器應安裝在節(jié)流件與最接近節(jié)流件的上游的阻流件或管件之間的直管上，此阻流件或管件與調(diào)整器之間的直管段長度應至少等于20D，而調(diào)整器與節(jié)流件之間的直管段長

45、度至少應等于22D。2.2.3.3 安裝下面介紹關于孔板、噴嘴和文丘里噴嘴的安裝要求。關于經(jīng)典文丘里管的安裝要求請參看國家標準。管道的圓度 用來計算節(jié)流件直徑比的管道直徑D值，應為上游取壓口的上游0.5D長度范圍內(nèi)的內(nèi)徑平均值。該內(nèi)徑平均值應該是至少在垂直軸線的3個橫截面內(nèi)所測得的平均值。該內(nèi)徑平均值應該是至少在垂直軸線的3個橫截面內(nèi)所測得的平均值，并且其中兩個橫截距上游取壓口分別為0D和0.5D，而在焊接頸部結(jié)構(gòu)情況下，其中一個橫截面必須在焊接平面內(nèi)(如圖2-3-22)。a.鄰近節(jié)流件(如有夾持環(huán)則鄰近夾持環(huán))的上游至少在2D長度范圍內(nèi)，管道內(nèi)徑應是圓形的，當在任何平面上測量直徑時，任意直徑

46、所測量的直徑平均值之差不超過直徑平均值的±0.3%，則認為管道是圓的。b.離節(jié)流件2D之外，敷設在節(jié)流件與第一個上游阻力件之間的上游管段，可由一種或多種截面的管道組成(如圖2-3-23)。只要任一臺階不超過上述所規(guī)定的±0.3的圓度要求，則流出系數(shù)無附加不確定度。如任一臺階的高度h超過此規(guī)定的極限值，但符合下式要求時，則流出系數(shù)的不確定度應算術相加±0.2%的附加不確定度。0.002()和0.05式中S為上游取壓口或夾持到臺階的距離。如臺階大于上式給出的任一極限值，則認為不符合標準。c.在離節(jié)流件上游端面至少2D長的下游直管段上，管道的內(nèi)徑與上游直管段的內(nèi)徑平均值

47、之間應不超過內(nèi)徑平均值的±3%。可通過檢查下游直管段一個直徑的方法進行判斷。節(jié)流件和夾持環(huán)的安裝 應注意節(jié)流件在管道中的安裝方向。節(jié)流件應垂直于管道軸線，其偏差允許在±1°之間。節(jié)流件應與管道同軸，如果采用環(huán)，亦應同軸，且夾持環(huán)的任何部位不得凸入管道內(nèi)。節(jié)流的軸線與上、下游管道軸線之間的距離eX，應滿足式（2-3-32）的要求，此時無附加不確定度。如果ex在式(2-3-33)的范圍內(nèi)，則流出系數(shù)c的不確定度應算術相加±0.3%的附加不確定度。如果eX達到式(2-3-34)的范圍，則認為不符合要求。 (2-3-32) (2-3-33) (2-3-34) 裝

48、配和墊圈 裝配和夾緊的方法均應保證節(jié)流件安裝在正確的位置上，且保持不變。當節(jié)流件安裝在法蘭之間時，要允許它自由熱膨脹，以免翹曲和彎扭。在使用墊圈時，墊圈應加工和安裝得沒有任何部位凸入管道內(nèi)。當采用角接取壓裝置時，墊圈也不得擋住取壓口或槽，墊圈應盡可能薄，并滿足取壓裝置的要求。2.2.4 壓力損失 流體通過節(jié)流件時，會有一部分能量消耗在摩擦阻力和節(jié)流件后的漩渦上，因而，流體的靜壓力并不能完全恢復到節(jié)流件前的情況，要產(chǎn)生一些永久性的壓力。 此壓力損失P的大小與節(jié)流件的形式及值的大小有關(見圖2-3-24)。在選擇節(jié)流件的形式及確定值時要注意現(xiàn)場的動力源情況，并盡量減少損耗。 下面介紹國家標準中已規(guī)

49、定的幾種標準節(jié)流裝置的壓力損失計算公式。2.2.4.1 孔板及噴嘴 國家標準中規(guī)定，節(jié)流件為標準孔板時，其壓力損失公式為 （2-3-35）式中c為流出系數(shù)；是節(jié)流裝置的差壓。此壓力損失是在其他壓力影響可忽略不計時，鄰近孔板上游側(cè)(大約在孔板上游1D處)的靜壓與靜壓恰好完全恢復的孔板下游側(cè)(大約在孔板下游6D處)所測得的靜壓之差。 對于孔板，其壓力損失也可用下式近似地計算。 （2-3-36） ISA1932噴嘴及長頸噴嘴的壓力按式(2-3-35)計算。2.2.4.2 文丘里管文丘里管的壓力(見圖2-3-25)，可根據(jù)管道上安裝文丘里管前、后的管道壓力變化來確定，如果為管道上未安裝文丘里管時，兩個

50、取壓口之間測得的壓力差，其中一個取壓口位于文丘里管上游，距文丘里管上游法蘭至少1D處，而另一個則在下游，距文丘里管下游法蘭至少6D處。如果為管道上安裝了文丘里管后，在上述兩個取壓口處所測的壓力差，則文丘里管產(chǎn)生的壓力損失為。相對壓力損失按下式計算 （2-3-37）即文丘里管的相對壓力損失除與有關外，還與下述因素有關：當增大時，減少；當ReD增大時，減少；與文丘里管的制造特性有關，當擴散角和粗糙度K/D增大時，增大，并與安裝條件有關，即與管道的同軸度以及上游管道內(nèi)壁的粗糙度等因素有關。一般來說，相對壓力損失大約在5%20%之間。 對于文丘里噴嘴，當擴散角不大于15°時，按上述方法計算。

51、2.3 主要參數(shù)的計算公式及應用條件2.3.1 流出系數(shù)2.3.1.1 孔板 使用極限條件 根據(jù)國家標準的規(guī)定，只有在表2-3-5所列條件下才能應用。 上游管道粗糙度上限應符合表2-3-6規(guī)定。表2-3-5角接取壓法蘭取壓D和D/2取壓d12.5mm50mmD1000mm0.200.75ReD5000用于0.200.45ReD12602DReD10000用于0.45表2-3-6 孔板上游管道相對粗糙度上限值0.300.320.340.360.380.400.450.500.600.75104K/D25.018.112.910.08.37.15.64.94.24.0國家標準給出的流出系數(shù)C值是經(jīng)

52、過大量實驗獲得的，對于角接取壓孔板的流出系數(shù)C值是在相對粗糙度K/D3.8×10-4的管道中進行試驗獲得的，對于D和D/2取壓孔板流出系數(shù)C值則是在K/D10×10-4的管道中進行試驗獲得的(各種材質(zhì)管道的粗糙度見表2)。K為等效絕對粗糙度，以長度單位表示，它取決于管壁峰谷高度、分布等因素。 如果在孔板上游直管段至少10D長度范圍內(nèi)，管道粗糙度是在表2-3-6給出的極限值之內(nèi)，直管段其余部分管道粗糙度不符合表2-3-6規(guī)定也可以使用。 流出系數(shù) 1975年斯托茲(J. Stolz)提出角接取壓、法蘭取壓、D和D/2取壓孔板的流出系數(shù)可使用一個通用的方程式，1980年ISO5167采納了斯托茲公式，1989年國際標準化組織做了修訂，并頒布了ISO51671(1991)標準，推廣使用。 流出系數(shù)C由Stolz方程給出 C=0.5959+0.03122.1-0.18408+00292.5(106ReD)0.75+0.0900L1 (2-3-38)當 式中 C流出系數(shù)； 直徑比，=d/D； ReD管道雷諾數(shù)； L1孔板上游端面到上游取壓口的距離除以管道直徑，L1=/D； L