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

                  

或                    

由于缩脉处位置随流速而变化，截面积又难以指导，而孔板孔径的面积是已知的，因此，用孔板孔径处流速来替代上式中的，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。

                                          

对于不可压缩流体，根据连续性方程可知，代入上式并整理可得：

                            

  令                                                 

则                                                 

根据和即可计算出流体的体积流量：

                                              

或                                   

式中：－流体的体积流量， m³/s；

     －U形压差计的读数，m；

     －压差计中指示液密度，kg/m³；

      －孔流系数，无因次；

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，接近于常数。一般工业上定型的流量计，就是规定在为定值的流动条件下使用。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约为0.98-0.99。机械能损失约为：

 

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，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，根据和，求得C₀值。

（4）根据，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－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㎡

2．数据处理

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－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？  

第二篇：文丘里流量计流量系数率测定实验

五、实验数据记录

仪器编号：2#文丘里实验仪

有关常数：量水箱断面积A=158.74cm²，管径d₁=1.88cm，管径d₂=1.0cm

表1 测量记录表格

六、实验数据处理及结果

表2 实验结果