学校代码：10128学号：201021204055

课程设计说明书

题目：标准节流装置流量测量系统设

计

学生姓名：雷锋仅供参考不能抄袭！

学

班院：电力学院级：自动化10-2

指导教师：马然、萧贵玲

2012年12月26日

课程论文

题目：标准节流装置流量测量系统

(检测部分)设计

学生姓名：

学

班院：电力学院级：自动化

指导教师：马然、萧贵玲

2012年12月26

日

内蒙古工业大学课程设计任务书

课程名称：热工测量仪表

学生姓名：廖文宗学院：电力学院班级：自10-2马然萧贵玲_学号：２０１０２１２０４０５５指导教师：

一、题目

标准节流装置流量测量系统（检测部分）设计

二、目的与意义

1、掌握不可压缩流体流量的系统设计及计算方法；

2、通过本设计培养提高解决工程实际问题的能力。

3、从工艺的角度来看,需要学生在实际设计中把握：

(1)、测量精度尽可能高；（2）、在所要求的测量范围内，流量系数具有平稳的数值，以便流量值和差压有简单的对应关系；（3）、节流件前后的直流管段长度尽量短；（4）、流经节流件的压力损失尽可能小。

三、要求(包括原始数据、技术参数、设计要求、图纸量、工作量要求等)主要技术指标及要求： 1.被测介质：水； 2.流量测量范围：qmax=48m3/h、qch=45 m3/h、qmin=15 m3/h; 3.介质参数：p1=1400kPa(相对压力)、t=70℃; 4.允许压损：δp≤25kPa; 5.管道内径：D20=80mm; 6.管道材料：普通钢管(A3钢); 4.5m

7.管道情况如上图所示(箭头方向为流体流动方向，二管道合并后在总管测流量，总管长共4.5m): 8.节流件型式及材料：由设计者定；节流件材料：1Cr18Ni9Ti;

需要完成的工作： 1、设计温度、压力补偿式质量流量计，完成流量测量系统的设计方案(要求根据温度、压力范围选择合适的传感器); 2、选择节流件型式(标准节流件及其取压方式)和确定节流件开孔直径； 3、选择差压计类型、精度等级及其差压和流量量程范围； 4、检查管道粗糙度是否符合要求； 5、校核直管段长度及压力损失； 6、计算流量测量总误差； 7、完成下列图纸的绘制(A4幅面):流量测量系统框图节流装置结构图节流装置和差压计的安装连接系统图 8、编写设计说明书一份，要求计算正确，论述清楚，文字精练，插图简明，书写整洁。对所引用的计算公式和数据资料，应注明来源——参考资料的名称编号和页码。建议按如下内容编写： (1)《热工测量仪表课程设计》任务书； (2)摘要； (3)目录； (4)引言：简述课题来源和意义； (5)第一部分：

节流式流量测量原理及系统总体设计； (6)第二部分：选择节流件型式和差压计类型及量程； (7)第三部分：关键参数计算及检验计算； (8)第四部分：系统安装和使用说明； (9)结论；

（10）参考文献，按下列格式列出；

序号作者姓名．书名．出版地．出版者．出版年：引用部分起止页码

四、工作内容、进度安排

1、第一天：总体安排课程设计任务及思路；

学生分析原始资料，查找文献，明确设计目的，完成流量测量系统总体设计；

2、第二～第四天：收集资料，重新学习相关的理论知识，并把基本理论应用到实际设计中；完成节流件型式和差压计类型及量程的选择，关键参数计算，绘制系统框图及系统安装图。

3、第五天：撰写设计说明书。

五、主要参考文献

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]吴永生，方可人.热工测量及仪表.北京.中国电力出版社.2001吴勤勤.控制仪表及装置.第三版.北京.化学工业出版社.2007何适生.热工参数测量及仪表.北京.华北电力大学《工业自动化仪表手册》机械工业出版社《实用热工手册》机械工业出版社其他相关文献

审核意见

系（教研室）主任（签字）

指导教师下达时间年月日

指导教师签字：_______________

摘要

本课题设计的是标准节流装置流量测量系统中的检测部分。随着现代工业的发展，对于热工测量仪表的精度要求越来越高，对流量的控制现代尤为重要。本课设本着学以致用的思想，针对水流量的测量设计了一个标准节流差压流量计。该流量计采用的是喷嘴节流件，采用温度补偿的方法，反复迭代计算，满足高精度的要求。本流量计的体积小，安装简单，运行可靠。对直管段的要求比较低，使用于多数情况。关键字：喷嘴节流件；标准节流装置流量测量；热工仪表

目录

第一章节流式流量测量原理及系统总体设计..................................................................1

1.1节流件测量原理.....................................................................................................1

1.2总体设计.................................................................................................................1

第二章标准节流件差压计及取压装置..............................................................................2

2.1准备计算.................................................................................................................2

2.2选择节流件型式和差压计类型及量程.................................................................2

第三章关键参数计算及检验计算......................................................................................3

3.1计算常用流量下的差压值.....................................................................................3

3.2迭代计算β值和d值.............................................................................................3

3.3迭代计算................................................................................................................3

3.4相关参数确定........................................................................................................4

3.4.1验算压力损失............................................................................................4

3.4.2确定节流件的开孔直径............................................................................4

3.4.3确定直管段长度对管道粗糙度的要求....................................................5

3.4.4标准节流装置流量结果不确定度............................................................6

第四章系统安装和使用说明..............................................................................................7

4.1安装图示................................................................................................................7

4.2安装注意事项........................................................................................................7结论....................................................................................................................................8参考文献................................................................................................................................9

引言

在工业生产过程中需要进行物质流量和数量测量的场合随处可见，流体流量测量对于节约能源、防止大气污染和生产过程自动化是必不可少的。随着生产技术的发展，对流体流量和总量的计量和测试提出了越来越多、越来越高的要求，特别是在注重节省能源、提高能源利用率的今天，流量计量和测试的重要性也就更加突出。各种流量测量仪表，尤其是作为经济核算依据和量值传递的高准确度的标准流量计，从研制到投入使用之前，就必须对其特性进行细致、系统的研究。而这些试验研究工作，都需要在流量标准装置上进行，所以流量标准装置必须满足仪表试验特性的要求，并且对流量标准装置的精度、可靠性、智能化程度提出了新要求。然而，影响流量计特性的因素很多，除了仪表本身的设计参数和结构之外，与流体的流动特性、工作状态等都有着密切的关系。同时，由于现场流量计的使用条件千变万化，建立完全和现场条件一致的流量标准装置是很困难的。因此，必须选定其共性条件，建立标准装置，运用理论与实际相结合的方法，解决使用条件的问题。各种流量测量仪表在研制的工作中有大量实流实验的工作，以便充分掌握仪表的动态特性，进一步验证或改进设计。在流量计的生产过程中需逐台检定，以确定流量计的仪表系数、不确定度、重复性和量程范围等技术指标。这些工作都需要在流量标准装置上才能进行，因此，流量标准装置的研究和应用是流量计量和测试技术发展的重要基础。

第一章节流式流量测量原理及系统总体设计

1.1节流式流量计的工作原理

在充满流体的管道中放置一个固定的、有孔的局部阻力件(节流元件)，以造成流束的局部收缩。对一定结构的节流元件，其前后的静压差与流量成一定的函数关系。节流元件、静差压取出装置和节流元件前后的直管段的组合体，称为节流装置。在管道内安装节流件，流体流过节流件的时候流束收缩，于是在节流件前后产生差压。当流量计设计好以后，节流件的形状尺寸便固定，对于一定的测压位置和前后直管段情况，一定参数的流体，和其他条件下，节流件前后产生的压力差随着流量的改变而改变，而且两者间有一个固定的关系，因此可以通过测量压力差来测量流量。标准节流装置只适用于测量圆形截面管道中的单相、均质流体的流量，并要求流体充满管道；在节流件前后一定距离内不发生相变或析出杂质；流速小于音速，流动属于非脉动流；流体在流过节流件前，流束与管道轴线平行，不得有旋转流。

1.2总体设计

被测介质：水；

节流件类型：喷嘴；

取压方式：角接取压；

流量测量范围：qmax=48m3/h、qch=45m3/h、qmin=15m3/h；

介质参数：p1=1400kPa（相对压力）、t=70℃；

允许压损：δp≤25kPa；

管道内径：D20=80mm；

管道材料：普通钢管（A3钢）；

节流件材料：1Cr18Ni9Ti；

结构图：

图1.1喷嘴节流件

第二章选择节流件型式和差压计类型及量程

2.1准备计算

根据介质水工作状态下的压力P1=1400kP和温度t=70℃，从《热工测量及仪表》

3 978.03kg/m1附录Ⅱ-2中查得介质密度为：，从附录Ⅱ-1中查得介质动力粘度

6415.7 10为：η=Pa.s，根据管道材料普通钢管（A３钢）和工作温度t=70℃，从

附录Ⅲ-3中查得管道材料膨胀系数 D 11.75 10 6℃ 1

1)、计算Dt

Dt D20 1 D(t 20) 80 [1 11.75 10 6 (70 20) 80.047mm

2）、计算正常流量和最小流量下雷诺数

4qm.ch4 45 954.445 4.678 10 Dt 80.047 10 3 415.7 10 6 3600ReDch

4qm.min4 15 954.445ReD,min 1.56 10 Dt 80.047 10 3 415.7 10 6 3600

2.2选择节流件型式和差压计类型及量程

选择差压计量程的原则是在保证压损不超过允许压损δp的条件下，选用较大的差压计量程上限，从而使β值较小，并尽可能使β在0.5-0.6范围内为好。对于压力损失有严格限制的情况，可先按允许压力损失δp来估算差压计量程上限，计算结束时再验算压力损失是否超过。如果超过，则降低差压计上限重算。为了使计算出来的压力损失尽可能的小，结合此课题，选用喷嘴式的节流件。

pm.max 3.2 wy 3.2 25 103 8 104pa

pm.max 8 104

p1 103 0.057 0.25

符合要求，本课题选用喷嘴节流件

第三章关键参数计算及检验计算

3.1计算常用流量下的差压值 pch.

q

常用流量差压值公式：ch Pmax m.ch 2

m.max

代入数据得：

2

P80 103 45 978.03 4

ch 50 978.03 6.48 10Pa

3.2迭代计算β值和d值q 2

m.ch C

4 4 D2

t2 1 pch

由流量公式

A qmch

变形得4D2

t2 1 pch

C 2

A

迭代方程为 4

X 2 5

线性算法中变量 4 AC

A XCε

A5 10 5

精密度判据

1 0.25

迭代完成后计算β值和ｄ值(1 β＝X2)

d (X20.25

1 X2)

3.3迭代计算

计算A值：

A qm.ch 0.27544Dt22 1 P

第一步迭代：

设定初始值为C0 0.95， 0 1.

则有：

XA1 C 0. 0.2247

0 0.95

1

1 (1 x2) 0.25 (1 12) 0.25 0.6545

10.2247

根据 1，计算C1, 1，对标准喷嘴：

C1 0.9900 0.2262 4.1

1 (0.00175 2

1 0.0033 4.15)(1061.15

1Re.ch)

D

代入数值得：

C1 0.95087

1 1

第二步迭代：

X2 A

C 0.2245

11

1

2 (1 x2 0.25 (1 1 0.250.22452 0.4680

2

根据β2计算C2、ε2

C2 0.9900 0.2262 4.1

2 (0.00175 215

2 0.0033 4.

2)(106

Re1.15

D.ch

代入数值得：C2 0.97358

2 1

第三步迭代：

X3 A 0.2841C2 2

11 3 (1 x 0.25 (1 0.25 0.5227

320.28412

C0.9900 0.2262 4.124.15

3 3 (0.00175 3 0.0033 3)(1061.15

代入数值得：Re)

D.ch

C3 0.9693

3 1

A X3C3ε3 0.2754-0.2841 0.9693 1 2.74 10 5＜5 10 5

A0.2754

符合精度要

0.5227、C 0.9693、 1

3.4相关参数确定

3.4.1验算压力损失：

δp 4 C 2-0.52274-0.9693 0.52272

4 C 2 pch -0.52274 0.9693 0.52272

17.58Kpa 25Kpa

压力验算合格

3.4.2确定节流件的开孔直径d20：

选用1Cr18Ni9Ti不锈钢为标准喷嘴,从附录表Ⅱ-3[1]中查得

d=18.20 10 6℃ 1

ddt

1 20) Dt0.5227 80.047

20 1 20)

d(t d(t 1 18.20 10-6 50

42.45mm

3.4.3确定直管段长度对管道粗糙度的要求：

按β=0.52257，规定上游侧无阻力件,上下游侧阻力件为一个90o弯头,从表10-2[1]中查得:

1L0 15D 7.5 80.047 0.6024m2L1 15D 15 80.047 1.2098mL2 7D 7 80.047 0.5643m标准喷嘴对管道相对粗糙度的限值可以从表10-4[1]中查得:对于β=0.52257管道相对粗糙度的限值为4.5 10所以要求节流件10D以内管道的绝对粗糙度为Ks:Ks 80.047 4.5 10 4 0.036mm 4

3.4.4标准节流装置流量结果不确定度：

取 0.52257计算：

c

流出系数和流束膨胀系数的不确定度C和

c

C 0.8％ 0％

d

节流孔件的不确定度d d

d 0.1％

D

管径的不确定度D D

D 0.2％

1

密度值的不确定度1：

因此:

1

2 c 2 2 D222 d21 p21 p12 ()2 ( )2 (( ())( () ( %44qm C 1 D1 d4 p4p1

2 0.689642222222 [0.979200 0.0626 ( 0.2 ( 0.11 0.689641 0.68964

111222 0.760570 1.0]％ 1.19％444 qm

第四章系统安装和使用说明

4.1

安装图示

4.2安装注意事项

差压流量计，通常都是由层流管或毛细管组成，测量时分别取管两端的压力值，此时需要保证液体状态稳定，即稳流状态或层流状态，不能垂直地面90度安装，尽量保持水平安装，同时也应注意管路两侧需要有一定的直管段（≥3D）。还有呢差压流量计对气体是有一定要求的，基本的有液体清洁度的要求。

结论

通过学习热工测量及仪表，对管道中介质流量的测量方法有了一些初步的了解，但那些都是一些理论的东西。通过这次标准节流装置流量测量系统设计，才把学到的东西与实践相结合，真正达到理论与实践相结合的目的，从中对我们学的知识有了更进一步的理解。

标准节流装置流量的测量系统设计中，更进一步地熟悉了节流装置的结构，差压变送器的原理以及节流式流量测量原理，还有节流式流量计的使用方法，也锻炼了自己独立思考问题的能力和通过查找翻阅与之相关资料、参考书来解决在设计中所遇到的问题的好习惯。在设计之前一定要熟知各远器件的原理及结构，接着要进行理论计算，对无法确定某个值的误差时，要利用它的不确定度来进行计算。计算中会出现许多误差，要明确出现误差的原因及怎样做才尽可能减小这些误差。还要综合考虑管道的长度和 值，要折中取 的值，这样可以减少误差，使测量结果更准确，接近于所要求的值。

通过此次课程设计，我们掌握了可压缩流体流量的系统设计及计算方法，具备了灵活运用知识的能力，提高了解决工程实际问题的能力