李海华① LI Hai-hua；郭丽霞② GUO Li-xia
（①大地建筑事务所（国际），石家庄 050010；②河北科技大学机械学院，石家庄 050018）
（①Great Earth Architects ＆ Engineers（International），Shijiazhuang 050010，China；
②College of Mechanical and Electronic Ergneering，Hebei University of science and Technology，Shijiazhuang 050018，China）
摘要： 本文简要论述了孔板流量计的原理，提出一种孔板流量计的简单易行的准确设计方法，选择合适的取压方法，理论计算差压上限，设计多套可以随意更换的孔板，图线标定时确定出流量方程，这样设计出来的孔板流量计精度高，测量范围宽，在整个测量范围内的精度比普通孔板流量计高10%左右，为拓展孔板流量计的使用奠定了基础。
Abstract： This paper briefly discusses the principle of orifice meter， presents a simple and practicable way for its accurate design， chooses suitable pressure way， calculates the maximum pressure difference， designs a serious of orifices which can be optionally replaced， determines the flow equation when calibration， the orifice flowmeter designed in this way has high accuracy and broad measuring range， in hole measuring range， the accuracy can be increased about 10%， therefore the foundation for expanding the use of orifice flowmeter is established.
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关键词 ： 孔板流量计；设计；原理
Key words： orifice flowmeter；design；principle
中图分类号：TK313 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）19-0128-02
作者简介：李海华（1978-），男，河北衡水人，本科，暖通工程师，主要从事采暖通风与空调方面的研究。
0 引言
相对于电磁、涡街流量计，孔板流量计结构简单，费用相对低廉，对测定流体无限制，密封的实现也较为容易，同时设计压力在选择时无局限性，因此目前仍然被广泛的应用，就目前研究而言，设计方法简单的精度低，精度高的方法复杂，因此本文提出了一种测量范围宽，精度高的设计方法。
从图1中能够比较清楚的看出，孔板前有一个管道，流体就是在这个管道内流动，在流体穿过管道内部的节流件时，由于节流件的作用，流体的流动速度会受到一定程度的影响。在局部收缩的情况下，流体流速会加快，由于静压力降低，这样，流体在经过节流件前后，就形成了一定的压差，在实际测量过程中，技术人员可以依据这个压差来衡量流量的大小。这种测量方法是以流动连续性方程和伯努利方程为基础的[1~3]。
设计时首先确定孔板的取压方式；之后确定差压上限，设计锐孔，最后对设计的孔板流量计进行标定。（图1）
1 孔板的取压方式
1.1 角接取压法
角接取压包括夹紧环或法兰单独钻孔取压、环室取压。其特点是上下游取压孔中心至孔板前后端的间距各等于取压孔直径的一半，或取压孔在夹紧环或法兰内壁出口处的轴线分别与孔板上下游侧端面的距离等于取压孔直径的一半，或等于取压环隙宽度的一半。角接取压法的特点如下：
①能够比较容易的进行环室测量，使得测量的精确度较高，并且还可以节约最小直观的长度。
②在开口一定的情况下，流量的系数为一个固定值，在这种情况下，流量和压力差为恒定关系。
③使得管壁粗糙度随时日逐渐改变而产生的摩擦损失影响最小。
④如果在实际测量过程中，取压的位置不够精确，会对测量的灵敏度造成一定的影响。
1.2 法兰取压法
不论管道的直径大小，法兰取压的上游、下游取压管中心均位于距孔板两侧相应端面25．4mm（1英寸）处[4]。其特点是难以实现环室取压，但是在测量脏污介质时取压管的脏污和堵塞较易排除。
1.3 D和D/2取压法（径距取压法）
上游取压管中心位于孔板前端面距离为D 的管道上游处，下游取压管中心位于孔板前端面距离为D／2的管道下游处。其特点是测量脏污介质时取压管的脏污和堵塞较易排除，但测得的差压值较小。
2 差压上限
可以通过以下经验公式[5，6]，初步得出一些锐孔直径下，实验最大最小流量所对应的压差，确定差压上限，从而选定标定时所需压差计的规格，确定锐孔的直径范围。
其中：C为流出系数；E为渐近速度系数，ε为膨胀系数，β为锐孔直径与实际管内径的直径比。
3 锐孔的设计
孔板锐孔[5]（孔的出口稍微比入口大一点），如图2，要求：
①锐孔厚度e应在0．005D和0．02D之间，在锐孔上任何点所测得的e值之间的差不得大于0.00lD。
②孔板厚度E应在e和0．05D之间，在孔板上任何点所测得的E值之间的差不得大于0．00lD。
③如果孔板厚度E超过了锐孔厚度e，则孔板下游应做成倾斜面，斜面应加工得光滑。斜面角应在30°～45°之间。
④边缘G、H、I应是尖锐的既无划痕也无毛刺。锐孔应是圆筒形的，并垂直于上游端面。
⑤孔径d[7]值应至少取四个不同测量方向直径的平均值。这四个直径应按彼此大致相等的角距离分布在几个轴向平面内。任何孔径的单测值与平均直径之差不应大于0．05％。应尽量使β值接近0.5，以获得较高的测量准确度。此外，针对特殊流体所设计的孔板流量计，孔板与导管连接处密封垫的材质，厚度的选择要满足其要求。
4 孔板流量计的标定
在制作孔板时，要严格按照相关计算公式得出的数据，使用标准高的钻床，精确打孔，保证角度的灵敏正确。要清洗好相关的管道，把压差计准确的连接在管道的两侧。
设计的孔板流量计连接在标定用的装置上，用阀门调节不同的流量，用秒表计时，测量工质的质量。至少测十个点，每点最少三次，取最接近的两点求平均值[8]，以此为准，将数据点精确标在双对数坐标上，并做出压差-流量曲线，同时确定式中：
其中C0为流量系数，S0为锐孔的截面积。
5 结论
本文所提出的设计方法简单易行，设计出来的孔板流量计精度高，测量范围宽，拓展了孔板流量计的使用，得出以下结论：
①标定对于保证设计流量计的测量准确度很关键，因此，在做出压差-流量曲线的同时，确定出流量压差方程。
②需设计多套孔板，随时更换，以保证所有测量点均处于双对数坐标上压差-流量曲线的直线段。
③可开发所测量孔板智能流量积算仪[9]的软、硬件设计，以达到更高计量精度的要求。
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参考文献：
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