流量计流量的校正实验

一． 实验目的

1. 熟悉孔板流量计、文丘里流量计的构造、性能及安装方法。 2. 掌握流量计的标定方法之一——容量法。

3. 测定孔板流量计、文丘里流量计的孔流系数与雷诺准数的关系。

二． 基本原理

对非标准化的各种流量仪表在出厂前都必须进行流量标定，建立流量刻度标尺（如转子流量计）、给出孔流系数（如涡轮流量计）、给出校正曲线（如孔板流量计）。使用者在使用时，如工作介质、温度、压强等操作条件与原来标定时的条件不同，就需要根据现场情况，对流量计进行标定。

孔板、文丘里流量计的收缩口面积都是固定的，而流体通过收缩口的压力降则随流量大小而变，据此来测量流量，因此，称其为变压头流量计。而另一类流量计中，当流体通过时，压力降不变，但收缩口面积却随流量而改变，故称这类流量计为变截面流量计，此类的典型代表是转子流量计。 1、孔板流量计的校核

孔板流量计是应用最广泛的节流式流量计之一，本实验采用自制的孔板流量计测定液体流量，用容量法进行标定，同时测定孔流系数与雷诺准数的关系。

孔板流量计是根据流体的动能和势能相互转化原理而设计的，流体通过锐孔时流速增加，造成孔板前后产生压强差，可以通过引压管在压差计或差压变送器上显示。其基本构造如图1所示。

若管路直径为d1，孔板锐孔直径为d0，流体流经孔板前后所形成的缩脉直径为d2，流体的密度为ρ，则根据柏

努利方程，在界面1、2处有：

图1 孔板流量计

u2u12222p1p2p

或

u2u122p/

由于缩脉处位置随流速而变化，截面积A2又难以指导，而孔板孔径的面积A0是已知的，因此，用孔板孔径处流速u0来替代上式中的u2，又考虑这种替代带来的误差以及实际流体局部阻力造成的能

量损失，故需用系数C加以校正。

u2u1C222p/

A0A1u0，代入上式并整理可得：

对于不可压缩流体，根据连续性方程可知u1C2p/1(A0A1)2u0

令 C0C1(A0A1)2

则 u0C02p/ 根据u0和A0即可计算出流体的体积流量：

Vu0A0C0A02p/

或 Vu0A0C0A02gR(i)/ 式中：V－流体的体积流量， m3/s； R－U形压差计的读数，m； i－压差计中指示液密度，kg/m3； C0－孔流系数，无因次；

C0由孔板锐口的形状、测压口位置、孔径与管径之比和雷诺数Re所决定，具体数值由实验测定。

当孔径与管径之比为一定值时，Re超过某个数值后，C0接近于常数。一般工业上定型的流量计，就是规定在C0为定值的流动条件下使用。C0值范围一般为0.6～0.7。

孔板流量计安装时应在其上、下游各有一段直管段作为稳定段，上游长度至少应为10d1，下游为5d2。孔板流量计构造简单，制造和安装都很方便，其主要缺点是机械能损失大。由于机械能损失，使下游速度复原后，压力不能恢复到孔板前的值，称之为永久损失。d0/d1的值越小，永久损失越大。 2.文丘里流量计的校核

孔板流量计的主要缺点时机械能损失很大，为了克服这一缺点，可采用一渐缩渐括管，如图2所示，当流体流过这样的锥管时，不会出现边界层分离及漩涡，从而大大降低了机械能损失。这种管称为文丘里管。

文丘里管收缩锥角通常取15°～25°，扩大段锥角要取得小些，一般为5°-7°，使流速改变平缓，

因为机械能损失主要发生在突然扩大处。 图2 文丘里流量计

文丘里流量计测量原理与孔板完全相同，只不过永久损失要小很多。流速、流量计算仍可用计算孔板流量计式子进行计算，式中u0仍代表最小截面处（称为文氏喉）的流速。文丘里管的孔流系数C0约为0.98-0.99。机械能损失约为：

wf0.1u0

2文丘里流量计的缺点是加工比孔板复杂，因而造价高，且安装时需占去一定管长位置，但其永久损失小，故尤其适用于低压气体的输送。

三.实验装置与流程

实验装置 如图3所示。主要部分由循环水泵、流量计、U型压差计、温度计和水槽等组成，实验主管路为1寸不锈钢管（内径25mm）。

图3 流量计校合实验示意图

四.实验步骤

1. 熟悉实验装置，了解各阀门的位置及作用。启动离心泵。

2. 对装置中有关管道、导压管、压差计进行排气，使倒U形压差计处于工作状态。

3. 对应每一个阀门开度，用容积法测量流量，同时记下压差计的读数，按由小到大的顺序在小流

量时测量8～9个点，大流量时测量5～6个点。

4. 测量流量时应保证每次测量中，计量桶液位差不小于100mm或测量时间不少于40s。 5. 主要计算过程如下：

（1）根据体积法（秒表配合计量筒）算得流量V（m3/h）； （2）根据u4Vd2，孔板取喉径d0＝15.347mm，文丘里取喉径d＝12.403mm；

（3）读取流量V（由闸阀开度调节）对应下的压差计高度差R，根据u0C02p/和pgR，

求得C0值。 （4）根据Redu，求得雷诺数，其中d取对应的d0值。

（5）在坐标纸上分别绘出孔板流量计和文丘里流量计的C0－Re图。

五.实验数据记录及处理

1．数据记录

计量桶底面积为0.1㎡ 序号

2．数据处理

流量V m3/h 时间s 高度 ㎝ 水温t℃ 孔板压降△P mmH2O 左 右 压差 文丘里管压降△P mmH2O 左 右 压差 序号 流量V m3/h 流速u0 m/s 孔板压降△P1 文丘里管压降△P 2 Pa Pa 孔流系数C0 1. 将所有原始数据及计算结果列成表格，并附上计算示例。

2. 在单对数坐标纸上分别绘出孔板流量计和文丘里流量计的C0－Re图。 3. 讨论实验结果。

六.思考题

1. 孔流系数与哪些因素有关？

2. 孔板、文丘里流量计安装时各应注意什么问题？ 3. 如何检查系统排气是否完全？