项目：流量计的流量校正

一、     实验目的

1.   了解几种常用流量计的构造、工作原理和主要特点。

2.   掌握流量计的标定方法。

3.         了解节流式流量计流量系数C₀随雷诺数Re的变化规律、流量系数C₀的确定方法。

学习合理选择坐标系的方法。

4.学会流量计的校正方法。

5.通过孔板流量计孔流系数的测定，了解孔流系数的变化规律。

二、     实验内容

1.   通过实验室实物和图像，了解孔板流量计、转子流量计、涡轮流量计的构工作原理。

2.         测定孔板流量计和转子流量计的流量标定曲线。

3.         测定孔板流量计的雷诺数Re和流量系数C₀的关系。

三、     基本原理

孔板流量计是最常用的一种利用测定流体的压差来确定流体流量的流量测量仪表。

根据伯努利方程式，管路中流体的流量与压差计读数的关系为：

 

    流量计的孔流系数确定以后，就可根据上式，由压差计读数来确定流量。流量计的校正就是要确定孔板流量计的孔流系数。

    影响孔板流量计孔流系数的因素很多，如流动过程的雷诺数、孔口面积与管道面积比、测压方式、孔口形状及加工光洁度、孔板厚度和管壁粗糙度等。对于测压方式、结构尺寸、加工状况等均已规定的标准孔板，

      

当实验装置确定，m 确定，

    测定过程中，用基准流量计测定管路中的流量，用压差计测定孔板前后的压差，即可通过①式求出值。

转子流量计和孔板流量计测量的都是体积流量，目前测定体积流量的流量计主要分为：节流式（压差式）、转子式、涡轮式等。

转子流量计通过改变流通面积的方法测量流量。转子流量计具有结构简单、价格便宜、刻度均匀、直观、量程比大、使用方便、能量损失少等特点。

孔板流量计是节流式流量计的一种，节流式流量计是利用液体流经节流装置时产生压力差而实现压力测量的。它通常是由能将被测流量转化成压力信号的节流元件（如孔板、喷嘴等）和测量压力差的压差计组成。

对于标准孔板，流量与流量系数的关系为：

，

式中：——体积流量，m³/s；

　　　——流量系数也称孔流系数，无因次；

——孔板小孔的面积，m²；

——孔板前后的压差，Pa；

——被测流体密度，kg/m³。

由测定的流量即可计算出流量系数的数值，流量系数与Re准数有关，通过实验可以测定C₀～Re关系图。

标定流量计的方法可按校验实验装置的标准器形式分为：容器式、称量式、标准体积管式和标准流量计式等。本实验采用的为称量法（称量式）。该方法，用离心泵将液体贮槽中抽出实验液体，通过被标定流量计进入测量容器，同时用电子秤对流入的液体进行测量。按照增加一定质量读取所需时间，然后用此重量、时间和被标定流量的示值即可标定该流量计。

式中：——准确体积流量，m³/h；

——流入液体的质量，kg；

——流过被标定流量计的液体密度，kg/m³；

——空气的密度，kg/m³；

——流入时间，s。

四、     装置流程及操作步骤

（一）装置流程

【设备参数】

【流程图】

图4.  柏努利方程实验装置流程

（二）操作步骤

1.   将水槽加满水，注意清理水槽内杂物，以免损坏离心泵。

2.   确认“流量调节阀”处于关闭状态，“回水阀”处于开启状态，启动离心泵。

3.   缓慢调节“流量调节阀”，调节流量至最大流量（400L/h），进行排气操作，至系统内无气泡为止，记录水温，

4.   开启电子秤，进行预热，将计量桶放在电子秤上。按“去皮”键，使重量读数为0.000kg。

5.   缓慢调节“流量调节阀”至所需流量，待系统稳定（约5分钟），先开启“计量阀”再关闭“回水阀”，记录转子流量计流量、孔板压差。

6.   当电子秤显示为1.000kg时开始计时，以后每增加2kg，记录一次时间，当电子秤显示9.000kg时，停止计时。

7.   记录结束，打开“回水阀”，再关闭“计量阀”。将计量桶内的水倒回水槽内，将秒表计时归零，准备进行下一组操作。

8.   改变流量，重复步骤5、6、7，最后再记录一次水温。

9.   实验结束，关闭电源，一切复原。

五、     注意事项

1.   开启离心泵电源前，应确认流量调节阀处于基本关闭状态，以免流量突然增大损坏转子流量计。

2.   离心泵不能缺水运行，实验前应先检查水槽内水量。

3.   开启和关闭“回水阀”和“计量阀”时，注意一定要先开后关，否则压差过大，导致系统内水流入Ｕ型管压差计导管，影响实验结果的准确性。切忌两阀同时关闭。

4.   电子秤的最大称量重量为15kg，测量桶约重2.3kg，因此最大称量量不得超过12.7kg。

5.   实验前应认真学习停表和电子秤的使用方法。

六、     数据记录           

原始数据表

七、     报告要求

1.   将实验数据和转子流量计标定结果（包括转子流量计读数、校正流量、标定流量、相对误差等）分别列在数据表格中，并以其中一组数据计算示例；

2.   在合适的坐标系上，标绘孔板流量计的流量标定曲线（即流量与压差关系）、流量系数C₀与雷诺数Re的关系曲线。

实验结果讨论及误差分析

   由Co随Re的变化趋势图可知：孔板流量计的孔流系数Co随Re的增大而减小。

 

（1） 在进行流量校正实验时，实际操作及用的是量筒和秒表在读数时都存在误差，使得流量校正方程不准，在后面计算流体流速时有一定误差；

（2） 直管阻力和局部阻力读数时由于液面不稳使得读数时存在误差；

（3） 实验开始前，对管路系统、引压管、压差计排气不充分，也会导致测定数据不稳定、不可靠；

（4） 数据处理过程中也存在误差，从而给实验结果带来误差。

第二篇：流量计流量的校正实验

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？