压差式流量计及其基本原理

流量计的种类和型式很多，本实验是研究压差式流量计的校正。压差式流量计也称速度式流量计，是用测定流体的压差来确定流体的速度，常用的有孔板流量计、文丘里流量计、毕托管和喷嘴等。

本实验用的孔板流量计如图13-1（a）所示，是在管道法兰间装有一中心开孔的铜板。可根据流体力学的基本原理导出孔板流量计的计算模型。

图13-1 流量计

当流体经小孔流出后，发生收缩，形成一缩脉（即流动截面最小处），此时流速最大，因而静压强相应降低。设流体为理想流体，无阻力损失，在图中截面1和截面2之间列伯努利方程，得：

或

由于式（13-2）没有考虑阻力损失，而且缩脉处（即截面2）的截面积不易测取，但孔口的大小是知道的，因此上式中的u2可用孔口速度u0来代替，同时，两测压孔的位置也不在截面1和截面2处，所以用校正系数c来校正上述各因素的影响，则式（13-2）变为

对于不可压缩流体，将代入上式后，整理得

令

又(www.xing528.com)

Δp＝Rg（ρi－ρ）　（13-6）

于是计算孔板流量计流量的数学模型式为

流量系数C0的引入简化了流量计的计算模型。但影响C0的因素很多，如管道流动的、孔口面积和管道面积比m、测压方式、孔口形状及加工粗糙度、孔板厚度和管壁粗糙度等，因此只能通过实验测定。对于测压方式、结构尺寸、加工状况等均已规定的标准孔板，流量系数C0可以表示为

C0＝f（，m）　（13-8）

式中，是以管径d计算的雷诺数，即

孔板流量计是一种易于制造、结构简单的测量装置，因此使用广泛，但其主要缺点是能量损失大，用U形压差计可以测得这个损失（称永久压强损失）。为了减少能量损耗可采用文丘里流量计，如图13-1（b）所示。其操作原理和孔板流量计一样，但由于流体流经有均匀收缩的收缩段和逐渐扩大的扩大段，流速改变平缓，故能量损耗很小。文丘里流量计的流量计算公式如下：

式中，CV为文丘里流量计的流量系数。

工厂生产的流量计大都是按照标准规范生产的，出厂时一般都在标准技术状况（1.013×105Pa，20℃）下以水或空气为介质进行标定，给出流量曲线或按规定的流量计计算公式给出指定的流量系数，然而在使用时，往往由于所处温度、压强、介质的性质与标定时不同，因此为了测量准确和方便使用，应在现场进行流量计地校正。即使已校正过的流量计，在长时间的使用中被磨损较大时，也需要再一次地校正。对于自制的非标准流量计，则必须进行校正，以确定其流量。流量计的校正，有量体法、称重法和基准流量计法。量体法或称重法都是以通过一定时间间隔内排出的流体体积量或质量的测量来实现的，而基准流量计法则是用一个已被事先校正过而精度级较高的流量计作为被校流量计的比较基准。