内燃机测试_8.ppt
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发动机原理第十一章 内燃机试验
容积式数字油耗仪是 在球瓶细颈刻线的一侧 设有电光源，另一侧有 光电管，每对光源与光 电管置于同一水平面上， 若球瓶充满燃油，光源 的光穿过球瓶细颈时， 由于燃油对光线的折射 作用，光不能照在光电 管上；当球瓶细颈无油 时，光可穿过细颈射到 光电管上，使光电管通 电，通过电路控制电动 三通阀和计数器工作， 实现时间和油耗量的自 动显示。
第十一章 内燃机试验
第一节：内燃机试验的分类： 一、分类： 定型试验、验证试验、可靠性试验、验收试验、出厂试验、抽样
试验。 定型试验：新产品、改进或变型产品，检验其性能指标是否达到 设计或改进的要求，对其可靠性和耐久性进行试验。 验证试验:对转厂生产的产品，检验其性能指标是否达到设计或 改进的要求，对其可靠性和耐久性进行试验。 可靠性试验：在试验台上进行满负荷、标定转速的连续运转，以 考核发动机的动力性、经济性、稳定性及零件的耐用性。 验收试验：验收单位检验发动机性能，是否复合技术文件规定的 要求，而进行的试验。 出厂试验：每台发动机出厂前进行的性能试验，以检验产品质量 是否达到设计要求，确保出厂产品质量的合格性。 抽样试验：批量生产的发动机，抽取一定数量的产品进行性能试 验，检验是否达到技术要求。可同时进行可靠性和耐久性试验， 以检验产品质量的稳定性。
第四节：试验规划与数据整理
一：试验的准备与规划
包括：制定试验大纲、准备试验对象、准备测量仪器、准备技术文件、 组织训练试验人员等。 （一）、测量仪器精度的选择： 直接测量参数：据该参数的允许误差选定仪表精度。 间接测量参数：按误差分配原则确定仪表精度。 间接测量误差分配： 1、根据规定确定间接测量误差范围。 2、按等作用原则计算各直接测量参数误差。
二、内燃机性能试验项目
点燃式内燃机的燃烧ppt课件
06
总结与展望
当前存在问题与挑战
01
燃油消耗和排放问题
随着环保要求的提高，如何降低点燃式内燃机的燃油消耗和减少排放成
为亟待解决的问题。
02
燃烧效率与性能提升
当前点燃式内燃机的燃烧效率仍有提升空间，需要研究如何提高燃烧效
率，同时保持或提升发动机性能。
03
新技术应用与融合
随着新技术的发展，如缸内直喷、可变气门正时等，如何将这些技术应
稀薄燃烧技术
在过量空气系数较大的条件 下进行燃烧，可以降低燃烧 温度，减少NOx的生成。
分层燃烧技术
在缸内形成不同浓度的可燃 混合气层，实现分层燃烧， 提高燃烧效率并降低污染物 排放。
均质压燃技术
通过提高压缩比、采用高热 值燃料等手段，实现均质混 合气的压燃式燃烧，具有高 效、低污染的特点。
05
新型点燃式内燃机技术进展
高效率与低排放
未来点燃式内燃机将更 加注重提高燃烧效率和 降低排放，采用先进的 燃烧技术、优化燃烧室 设计等方式来实现。
行业创新机遇挖掘
新型燃烧技术
研究新型燃烧技术，如预混合压缩点火、 均质压燃等，以提高燃烧效率和降低排放
。
新材料与新工艺
探索新材料和新工艺在点燃式内燃机中的 应用，如高强度轻质材料、3D打印技术等
03
影响因素与优化措施
空燃比对燃烧性能影响
空燃比定义
空燃比是指空气与燃料的质量比，是影响燃烧性能的关键因素。
空燃比对燃烧速度的影响
空燃比过低会导致燃烧速度减慢，燃烧不充分；空燃比过高则会使 燃烧速度过快，产生爆震现象。
空燃比对排放性能的影响
空燃比不合理会导致排放物中CO、HC等有害物质含量增加，对环 境造成污染。
内燃机ppt课件
❸汽油机与柴油机的比较
种类 项目 顶部构造
吸入气体
点火方式
汽油机
__火__花__塞___ _汽__油__和___空__气__的__混___ _合__气__体__
____点__燃__式______
柴油机
__喷___油__嘴_____ ___只__吸__入__空__气___
__压__燃__式___
主要缺点 应用
12．如图所示为四冲程内燃机的__吸__气___冲程，此时进气门打 开，活塞向_下___(选填“上”或“下”)运动。
13 ． 甲 图 中 ， 迅 速 向 下 压 活 塞 ， 能 量 的 转 化 情 况 是 _机__械__能__转__化__为__内__能____。乙图内燃机的工作过程中与甲图能量 转化情况相同的冲程是__B__(填字母代号)。
【点拨】热机完成 1 个工作循环，经过 4 个冲程，活塞往返 2 次，飞轮转动 2 周，燃气对外做功 1 次，根据比例关系求 出活塞所做的功，再利用 P＝Wt 求出功率。
效率低、汽油贵
笨重
小型汽车、摩托车
载重汽车、大型拖拉 机
1．如图所示的四种交通工具，不属于用热机作为动力机械的 是( A )
A.自行里的水加热，水蒸气会把软木 塞冲出去。在这个过程中，酒精燃烧，把酒精的化学能转化 为 __内__ 能 ， 再传递 给 水 和 水 蒸气 ， 最 后 转 化为 软 木 塞 的 __机__械___能。这个实验证明了我们可以利用内能来__做__功___， 热机就是利用这个原理来工作的。
10．在冬天，人们常常通过搓手取暖，这个过程中的能量转 化与四冲程内燃机的哪个冲程相同( B ) A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程
11．(模型构建)在如图所示的“汽油机模型”实验中，将少量 的汽油喷入筒内，用软木塞塞住筒口，摇动起电机，观察到 放电针放电，汽油燃烧，软木塞被高温高压的气体冲出。该 实验可模拟四冲程汽油机工作时的( C ) A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程
内燃机内燃机公开课PPT课件
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增压技术在内燃机中应用
01
02
03
增压方式
常见的增压方式有机械增 压、涡轮增压和复合增压 等。
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增压原理
通过提高进气压力，增加 发动机的进气量，从而提 高发动机的功率和扭矩。
增压效果
增压技术可以显著提高发 动机的功率密度和燃油经 济性，但也会增加发动机 的复杂性和成本。
空气供给系统
包括空气滤清器、进气管等， 负责为内燃机提供清洁的空气
03
混合气形成装置
如化油器或电子控制喷油装置 ，用于将空气和燃油按一定比
例混合形成可燃混合气
7
润滑与冷却系统
01
润滑系统
02
冷却系统
包括机油泵、机油滤清器、机油冷却器等，负责为内燃机各部件提供 润滑和冷却，减少磨损和摩擦热
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排放异常
燃油燃烧不充分、点火系统故 障、三元催化器失效等。
异响和振动
曲轴轴承磨损、气门间隙过大 、点火系统故障等。
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故障诊断方法和步骤
初步检查
观察故障现象，了解故 障发生时的环境和条件
。
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仪器检测
使用故障诊断仪等检测 设备，读取故障码和数
据流。
系统分析
部件检查
根据故障现象和检测结 果，分析可能的原因和
保证发动机内部清洁，延长发动机使用寿命 。
定期检查点火系统
保证点火系统正常工作，提高发动机燃烧效 率。
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定期检查空气滤清器
防止空气滤清器堵塞，保证发动机进气顺畅 。
定期检查排放系统
保证排放系统畅通，减少环境污染。
内燃机ppt课件
只需看打开了哪个气门。
◆识别做功冲程与压缩冲程，在确定两个气门都关闭的
前提下，只需看活塞的运动方向。活塞向上运动为压
缩冲程，活塞向下运动为做功冲程。
◆做功冲程的最明显标志是火花塞点火。
感悟新知
知2－练
例2 [中考·邵阳] 如图2 是四冲程汽油机其中一个冲程的 工作示意图，它表示的是( ) A. 吸气冲程 B. 压缩冲程 C. 做功冲程 D. 排气冲程
2. 活塞式内燃机的工作原理 汽油、柴油等燃料与空气混合， 如果遇到火花或遇到高温达到着火点，就会发生燃烧。 在活塞式内燃机里，这样的燃烧是在汽缸内进行的。汽 缸内的每次燃烧，都会生成高温高压的燃气，推动活塞 做功，而活塞通过连杆、曲轴与飞轮相连，从而使活塞 的移动带动飞轮转动。
感悟新知
知1－讲
3. 活塞式内燃机的种类 常见的活塞式内燃机有汽油机和柴 油机两种，以汽油为燃料的是汽油机，以柴油为燃料的 是柴油机。
感悟新知
知3－练
解析：柴油机和汽油机都属于内燃机，工作过程中， 汽油机吸入的是空气和汽油的混合物，柴油机吸入的 是空气，故A 错误；
特别提醒 汽油机和柴油机都属于内燃机，但它们
的结构、吸气冲程时吸入的工作物质、压缩 冲程时的压缩程度及点火方式等都有所不同。
感悟新知
知3－练
汽油机是通过火花塞点火的，而柴油机是压燃式点火 的，故B 错误；燃料在汽缸内猛烈燃烧，燃料热值保 持不变，故C 错误；压缩冲程中，活塞压缩气体，对 气体做功，气体的内能变大，故D 正确。
感悟新知
总结归纳 火箭发动机也是热机的一种，其工作原理是：
知4－讲
课堂小结
常见的活塞 式内燃机
内燃机
柴油机 汽油机
结构 工作过程 相同点和不同点
内燃机的型式试验
内燃机的型式试验内燃机的型式试验 1 通则1.1 内燃机的型式认可包括审图、规格认可、⽣产符合性、型式试验⼤纲认可、发动机型式试验、试验结果评审和型式认可证书的签发。
型式认可证书有效期最长为5年。
发动机及部件的审图和规格认可在其他统⼀要求中予以规定。
1.2 就本统⼀要求⽽⾔，下列定义适⽤：低速发动机系指额定转速⼩于300 r/min 的柴油机。
中速发动机系指额定转速不⼩于300 r/min 但⼩于1400 r/min 的柴油机。
⾼速发动机系指额定转速不⼩于1400 r/min 的柴油机。
2 ⽬的2.1 本统⼀要求中规定的型式试验应能代表发动机制造商规定的典型可预见的⼯作负荷，并涵盖因疲劳分散和合理预见的营运⽼化⽽需要的裕量。
2.2 本统⼀要求适⽤于：- 承受⾼周疲劳（HCF ）的部件，例如连杆、凸轮、滚轴和弹簧调谐阻尼器，这些部件可能因⾼喷射压⼒、⽓缸最⼤压⼒等产⽣较⾼应⼒。
- 承受低周疲劳（LCF ）的部件，例如“热”部件，这些部件经常承受诸如空载-满载-空载（陡坡）频繁交替的负荷变化。
- 报警系统所设定的发动机⼯作限值，例如在最低许⽤油压和/或最⾼许⽤进油温度条件下以最⼤许⽤功率运⾏。
3 有效性3.1 对拟安装在⼊级船舶上的每⼀新型发动机均要求进⾏型式试验。
3.2 对于在任⼀制造地点对某⼀特定机型发动机进⾏的型式试验，可以适⽤于许可证持有者或许可证颁发者制造的所有同类型发动机，前提是每⼀制造地点均为船级社所接受。
3.3 发动机机型按下列要素定义：- 缸径和冲程- 喷油⽅式（直接或间接喷油）- 阀和喷油操作（通过凸轮或电控）注:1 IACS 船级社应对2016年7⽉1⽇或以后申请发证的发动机统⼀实施UR M71要求。
M71(2015年2⽉)- 燃料种类(液体、双燃料、⽓体)- ⼯作循环(4冲程、2冲程)- 涡轮增压系统（脉冲或定压）- 吸⽓冷却系统(例如有或⽆中间冷却器)- ⽓缸排列⽅式(直列或V形)1)- ⽓缸功率、转速和⽓缸压⼒2)注：1)对具有不同⽓缸数的⼀系列发动机只需作⼀次型式试验。
2022汽车内燃机试验设计优秀ppt
③用这种方法比较条件好坏时，只是对单个的试验数据进行数 值上的简单比较，不能排除必然存在的试验数据误差的干扰。
三、正交试验法
克服了全面试验法试验次数过多和对比试验法缺乏代表性 的缺点，使所有因子和水平在试验过程中均匀分配，试验 点具有代表性，且试验次数大大减少。
以3水平3因子为例，正交试验设计图例如图所示。 对应于每个因子的每个水平都有一个平面，对每个因子和 每个水平均同等看待。因此，在9个平面上所选择的试验 点应一样多。由于每个平面都有3行3列，若要每行每列所 选的试验点一样多，则应选出9个有代表性的试验点，如 图所示，这样可满足试验点均匀分布的要求。这是正交试 验设计的基本思想。
例某化工厂想提高某化工产品的质量和产量，对工艺中三 个主要因素各按三个水平进行试验(见表2-1)。试验的目的 是为提高合格产品的产量，寻求最适宜的操作条件。
此方案数据点分布的均匀性极好，因素和水平的搭配十分 全面，唯一的缺点是实验次数多达33＝27次(指数3代表3 个因素，底数3代表每因素有3个水平)。因素、水平数愈 多，则实验次数就愈多，例如，做一个6因素3水平的试验， 就需36＝729次实验，显然难以做到。因此需要寻找一种 合适的试验设计方法。
仍以例1为例。先固定T1和p1，只改变m，观察因素m不同 水平的影响，做如图(1)所示的三次实验，发现m=m2时的 实验效果最好，合格产品的产量最高，因此认为在后面的
实验中因素m应取m2水平。
固定T1和m2，改变p的三次实验如图(2)所示，发现p=p3时 的实验效果最好，因此认为因素p应取p3水平。 固定p2和m2，改变T的三次实验如图(3)所示，发现因素T 宜取T2水平。 因此可以引出结论：为提高合格产品的产量，最适宜的操 作条件为m2p3T2。
2) 寻找影响试验指标的可能因素，也称为影响因子和输入变 量。因素变化的各种状态称为水平，要求根据专业知识初 步确定因素水平的范围。
三、正交试验法
克服了全面试验法试验次数过多和对比试验法缺乏代表性 的缺点，使所有因子和水平在试验过程中均匀分配，试验 点具有代表性，且试验次数大大减少。
以3水平3因子为例，正交试验设计图例如图所示。 对应于每个因子的每个水平都有一个平面，对每个因子和 每个水平均同等看待。因此，在9个平面上所选择的试验 点应一样多。由于每个平面都有3行3列，若要每行每列所 选的试验点一样多，则应选出9个有代表性的试验点，如 图所示，这样可满足试验点均匀分布的要求。这是正交试 验设计的基本思想。
例某化工厂想提高某化工产品的质量和产量，对工艺中三 个主要因素各按三个水平进行试验(见表2-1)。试验的目的 是为提高合格产品的产量，寻求最适宜的操作条件。
此方案数据点分布的均匀性极好，因素和水平的搭配十分 全面，唯一的缺点是实验次数多达33＝27次(指数3代表3 个因素，底数3代表每因素有3个水平)。因素、水平数愈 多，则实验次数就愈多，例如，做一个6因素3水平的试验， 就需36＝729次实验，显然难以做到。因此需要寻找一种 合适的试验设计方法。
仍以例1为例。先固定T1和p1，只改变m，观察因素m不同 水平的影响，做如图(1)所示的三次实验，发现m=m2时的 实验效果最好，合格产品的产量最高，因此认为在后面的
实验中因素m应取m2水平。
固定T1和m2，改变p的三次实验如图(2)所示，发现p=p3时 的实验效果最好，因此认为因素p应取p3水平。 固定p2和m2，改变T的三次实验如图(3)所示，发现因素T 宜取T2水平。 因此可以引出结论：为提高合格产品的产量，最适宜的操 作条件为m2p3T2。
2) 寻找影响试验指标的可能因素，也称为影响因子和输入变 量。因素变化的各种状态称为水平，要求根据专业知识初 步确定因素水平的范围。
内燃机温度测试PPT课件
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测温元件
5. 热电偶温度计 热电偶是目前在科研和生产中应用最普遍、最广泛 的测温元件。
原理： 将温度信号转换成电势（mV）信号，配以测量
毫伏的仪表或变送器可以实现温度测量。 特点：
结构简单、制作方便、测量范围宽、准确度高、 性能稳定、复现性好、体积小、响应时间短。
8
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两个 热电极
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测温元件
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滑行式接触装置虽然接触时间长（信号引出 时间长），但装置容易磨损，使用期限短， 由于接触电阻大而不稳定。
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打击式接触装置
打击式接触装置主要有以下几种：(a)悬臂式簧片接触 装置(b)弹簧触头接触装置(c)采用压缩空气来代替弹簧 的气动触头接触装置
30
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三.间歇信号的测量系统
引出的间歇信号是一个脉冲热电势，经过电容 积累器变为波动很小的稳定电压，然后用高抗 阻的电位差计进行测量、用光电检流计进行监 测，这种测量方法称为热电积累法。路线图如 下所示
热电偶的测温原理 热电效应 两种不同材料的金属丝两端牢靠地接触在
一起，组成闭合回路，当两个接触点（结 点）温度T和T0不相同时，回路中即产生电 势，并有电流流通，这种把热能转换成电 能的现象称为热电效应。
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测温元件的安装与温度测量误差
测温元件安装的基本要求：
测温元件应与介质形成逆流，即安装时测温元件应迎着 被测介质流向插入，若不能迎着介质流向插入，可采用迎着 被测介质流向斜插，至少也许与被测介质正交，应尽量避免 与被测介质顺流。
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二.热电偶的引出
热电偶信号的引出可以分为连续的和间歇的两 种，信号连续引出即直接引线法，但对于像活 塞这样做往复运动的运动零件，由于电缆极易 折断而安装引出机构需要足够的空间，一般不 采用连续引出，而是采用间歇引出装置，常见 的间歇引出装置有以下几种：
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为了便于比较流量的大小，还常常将体积流量换算成某统一约定状态 下的值，如标准状态(20℃，0.10133MPa)下的标准体积流量。
二、流量计的类型
1．容积型流量计
容积型流量汁测量流量的基本依据是，单位时间内被测流体充满(或排 积型流量计的工作原理比较简单，适合于测量高粘度、低雷诺数的 流体。其特点是流动状态对测量结果的影响较小，精确度较高，但不宜用 于高温、高压和脏污介质的流量测量。
推导式质量流量计是同时测取流体的密度和体积流量。通过运算而推 导出质量流量的。一般，它由速度型流量计和密度计组合而成。
温度压力补偿式质量流量计也可看成是一种推导式质量流量计，只是 它不配用密度计，而是利用温度、压力与密度之间的关系，将温度、压力 的测量值转换为密度，再与体积流量进行运算而得到质量流量。由于连续 测量温度、压力比连续测量密度容易，因此，目前工业上所用的推导式质 量流量计大多属于温度压力补偿式。
1
0.3707 0.3184 4
1
p2 p1
1
x
0.935
采用法兰取压标准孔板时，在p2/p1 ≥0.75； 50mm≤ D≤ 750mm； 0.1 ≤ β ≤ 0.75，可压缩流体的膨胀校正系数ε为
(4)其他 除上述问题外，选择流量计时还应该考虑流量计的安装条件，包括 安装位置、安装尺寸以及流通管路的振动情况等，有时还要考虑测量过程产 生的永久压力损失带来额外耗能费用的大小。例如，对于泵送费用昂贵的大 口径输送管道的流量计量，应该选用永久压力损失系数较小或无阻挡式的流 量计，虽然这种流量计的价格较贵，但能够减省附加的泵送费用，因而从长 远看来是合算的。
差压式流量计由节流装置、差压信号管道 (导压管)和差压计三部分组成。流体通过节 流元件所产生的差压信号经导压管传入差压 计，差压计根据具体的测量要求把差压信号 以不同的形式传递给显示仪表，从而实现对 被测流体差压或流量的显示、记录和自动控 制。
2. 节流元件
节流件的形式很多，我们把几种标准化了的节流件(标准孔板、标准喷咀 和文丘利管)，规定了的取压方式和规定长度的前后直线段总称为标准节流 装置。对它们在规定的流体种类和流动条件下进行了大量试验，得出流量与 压差的关系，并形成了标准。国际标准化组织(ISO)推荐“采用孔板和喷咀 测量流体的流量”，于1967年出版了国际标准ISO／R54l，1968年出版了 ISO／R781作为节流装置的正式国际标准。1976年制定的IS05167又取代 了ISO／R541和ISO／R781。我国参照ISO／R541制定了“流量测量节流 装置国家标准”。标准节流件可以根据计算结果制造和使用，不必用试验方 法进行单独标定。它们主要用于测量清洁流体的流量。此外，工业上还应用 其他型式的节流件来解决一部分脏污、高粘度等流体的流量测量问题。由于 对它们的研究还不够深透，缺乏足够的试验数据，所以尚未标准化，故称为 “特殊节流件”，如l／4圆喷咀、锥形入口孔板、偏心孔板、因缺孔板、道 尔管等等。特殊节流件也可以利用已有的试验数据进行估算，但要进行精确 测量还应该用试验方法单独标定，否则会有一定的误差。各种节流件的简图 如下。
(4)理论取压： 上游取压孔中心至孔板前端面的间距为1D±0.1D，下游取压孔中 心至孔板前端面的间距见下表。
5)管接取压：上游取压孔中心至孔板前端面为2.5D，下游取压孔中心至孔板 后端面为8D。
4. 标准孔板
孔扳开孔上游侧的直角入口边缘应锐利、 无毛刺和划痕。若直角入口边缘形成圆弧， 其圆弧半径γR应小于或等于0.0004d，或用 肉眼检查必须看不到反射光。圆筒厚度e和 孔板厚度E不能过大， e＝0.005D～0.02D， E＝e-0.05D。在各处测得的e值间的偏差 和E值间的偏差应分别不得大于0.001D和 0.005D。整个孔板的不平度在1％以内。
属于这种类型的流量计很多、如差压式流量计、转子流量计、涡 轮流量计、电磁流量计和超声波流量计等，其中差压式流量计应用最 广。
3 ．质量型流量计
这类流量计以测量与流体质量有关的物理效应为基础，分为直接式、推 导式和温度压力补偿式三种。
直接式质量流量计利用与质量流量直接有关的原理(如惯性系中的牛顿第 二定律)进行测量。目前常用的有量热式质量流量计、角动量式质量流量计、 振动陀螺式质量流量计、马格努斯(Magnus)效应式质量流量计和科里奥利 (Coriolis)力式质量流量计等。
第八章 流量测量
第一节 流量及其测量仪表概述
一、流体与流量 流量通常是指单位时间内通过某有效流通截面的流体数量，称瞬时流量。 它可用质量单位表示，也可用体积单位表示，分别称为质量流量(kg／s)和体 积流量(m3／s)。质量流量与体积流量之间的换算关系为
qm qV
在工程实际中，有时还需要知道某一段时间间隔内通过某流通截面的流 体总量，这就是所谓的累计流量。累计流量除以相应的时间间隔，则为该 段时间内的平均流量。
第二节 流速法测量流量
测量出面积为A的流通截面上的平均流速，然后用下式计算流体的体积流量：
qV m A
第三节 差压式流量计
一、测量原理与节流装置
1. 测量原理
当流体流经管道中急骤收缩的局部截面 时，将产生增速降压的节流现象，流体的流 速越大，即流量越大，节流压降也越大。以 这种节流现象作为流量测量依据的仪表，简 称为差压式流量计或节流式流量计。
三、流量计的选用原则
(1)根据被测介质的性质选择 各种流量计对被测介质的适应性不同。因此， 在选择流量计时必须首先明确被测流体的物态及其特性。
(2)根据用途选择 各种流量计的功能、测量精度和价格不同，而不同的使 用场合对流量计这些性能的要求也有所侧重。例如，作为计算使用，要求 测量精度较高时，可选用腰轮流量计。
适用范围： 200mm≤ D≤ 1200mm；0.4 ≤ β ≤ 0.7； 2×105 ≤ Re≤ 2×106
(2)文丘利喷咀：文丘利喷咀的型线如右 图所示。它是由呈弧形的收缩段、圆筒 形喉部和扩散段所构成。
收缩段与喷咀相同，喉部由长度 0.3d的部分E和长度0.4d到0.45d 的部分E'所组成。扩散段的夹角 φ/2应小于或等于30°。当扩散段 出口直径小于直径D时，称为截头 式文的 丘利管；如果扩散段出口直径等于D时， 称为非截头式文丘里管。扩散段长度L的长 短并不影响流量系数，但扩散段的夹角对压 力损失有影响。文丘里喷咀的适用范围：
5. 标准孔板取压装置结构
1) 角接取压
角接取压的取压装置结构见右图，有单 独钻孔和环室两种。环形缝隙通常是管道 的整个圆周均被切通；也可以是均匀分布 在圆周上的切口，每个环室至少有四个切 口，每个切口面积至少为12mm2。单独 钻孔的取压孔中心线应尽可能垂直于管道 轴线，与孔扳上下端面形成的夹角小于或 等于3°。
常见的节流元 件的结构型式
3. 节流装置的取压方式
(1)角接取压，上下游取压孔 中心至孔板(喷咀)前后端的间 距各等于取压孔直径的一半 或等于取压环隙宽度的一半， 因而取压孔穿透处与孔板端 面正好相平。
(2)法兰取压：上下游取压孔中心至孔板 前后端向的间距均为25.4±0.8mm。
(3)径距取压：上游取压孔中心至孔板前端面的间距为D，下游取压孔中心至 孔板(喷咀)前端面的间距为1/2D。
K1K2K30
式中，K1为粘度修正系数；K2为管壁表面粗糙度修正系数；K3为孔板磨损 修正系数。文丘里管K3=1。
2．流体膨胀校正系数ε
可压缩流体流经节流元件时，压力的变化将引起流体体积的变化。 所以，应用节流装置测量可压缩流体时，应该考虑流体体积变化对流 量计算结果的影响，为此引人流体膨胀校正系数ε 。
65mm≤ D≤ 500mm；0.316 ≤ β ≤ 0.7775； 1.5×105 ≤ Re≤ 2×106；d≥50mm
二、流量方程式与修正系数
(一)流量方程式
根据流动的连续性方程和伯努利方程，可推导出反应流量与节流压 降关系的流量方程为
qV
4
d2
2p
式中，qv为流体的体积流量(m3／s)；α为流量系数；ε为流体膨胀校正系数(对
7. 文丘利管
文丘利管是由收缩段、圆筒形喉部与圆锥形扩 散管三部分组成的。按收缩段的形状不同，又分为 古典文丘利管和文丘利喷咀。
(1)古典文丘利管：古典文丘利管由入口圆筒段A、 圆锥形收缩段B、圆筒形喉部C和圆锥形扩散段E所 组成。古典文丘利管又可分为若干种，现以用得较 多的粗焊铁板收缩段式古典文丘利管为例加以说明。 入口圆筒段A、收缩段B和圆筒形喉部C各相连线段 不应有连接曲面。
流体膨胀校正系数与节流元件前后的压比p2／p1(或Δp／p1)、被测流 体的等熵指数κ以及直径比β等因素有关。以下介绍国家标准GB2624结 出的有关经验公式，相应的数据表格可以查问该标淮。
采用角接取压标准孔板时，在p2/p1 ≥0.75； 50mm≤ D≤ 1000mm； 0.22 ≤ β ≤ 0.8可压缩流体的膨胀校正系数ε为
不可压缩流体，ε=1)；d为节流元件的开孔直径(m)； p 为p流1 体p流2 经节流
元件前后的差压(Pa)；ρ为流体在工作状态下的密度(kg／m3)。
(二)流量方程中有关系数的确定
1．流量系数α
流量系数“与节流元件的形式、取压方法、直径比β(β＝d／D，D 为流动管道直径)以及流动状态(雷诺数Re)等诸多因素有关。标准节 流装置的流量系数是通过试验求得的，即让密度为ρ的不可压缩流体 (ε＝1)流过开孔直径为d的节流元件，通道实测流量qv和相应的压降 ΔP后，利用流量方程式(8-3)反推出流量系数。
(3)根据工况条件选择 工况条件包括被测流体的流量变化范围、温度和压 力的高低等。这里要作特别说明的是关于流量计流量上限的刻度问题。通 常，液体流量计的流量上限采用20 C的水作为介质来刻度，而气体流量计 的流量上限则以20℃和0.10133MPa的空气作为介质进行刻度。因此，在 实际流量测量中，当被测流体的密度、温度、压力和其他特性与流量计刻 度时所用介质的参数值不同时，必须先将实际状态下被测流体的流量变化 范围换算成流星计刻度状态下相应介质(如水或空气)的流量大小， 并以此 作为选择流量计量程的依据。
二、流量计的类型
1．容积型流量计
容积型流量汁测量流量的基本依据是，单位时间内被测流体充满(或排 积型流量计的工作原理比较简单，适合于测量高粘度、低雷诺数的 流体。其特点是流动状态对测量结果的影响较小，精确度较高，但不宜用 于高温、高压和脏污介质的流量测量。
推导式质量流量计是同时测取流体的密度和体积流量。通过运算而推 导出质量流量的。一般，它由速度型流量计和密度计组合而成。
温度压力补偿式质量流量计也可看成是一种推导式质量流量计，只是 它不配用密度计，而是利用温度、压力与密度之间的关系，将温度、压力 的测量值转换为密度，再与体积流量进行运算而得到质量流量。由于连续 测量温度、压力比连续测量密度容易，因此，目前工业上所用的推导式质 量流量计大多属于温度压力补偿式。
1
0.3707 0.3184 4
1
p2 p1
1
x
0.935
采用法兰取压标准孔板时，在p2/p1 ≥0.75； 50mm≤ D≤ 750mm； 0.1 ≤ β ≤ 0.75，可压缩流体的膨胀校正系数ε为
(4)其他 除上述问题外，选择流量计时还应该考虑流量计的安装条件，包括 安装位置、安装尺寸以及流通管路的振动情况等，有时还要考虑测量过程产 生的永久压力损失带来额外耗能费用的大小。例如，对于泵送费用昂贵的大 口径输送管道的流量计量，应该选用永久压力损失系数较小或无阻挡式的流 量计，虽然这种流量计的价格较贵，但能够减省附加的泵送费用，因而从长 远看来是合算的。
差压式流量计由节流装置、差压信号管道 (导压管)和差压计三部分组成。流体通过节 流元件所产生的差压信号经导压管传入差压 计，差压计根据具体的测量要求把差压信号 以不同的形式传递给显示仪表，从而实现对 被测流体差压或流量的显示、记录和自动控 制。
2. 节流元件
节流件的形式很多，我们把几种标准化了的节流件(标准孔板、标准喷咀 和文丘利管)，规定了的取压方式和规定长度的前后直线段总称为标准节流 装置。对它们在规定的流体种类和流动条件下进行了大量试验，得出流量与 压差的关系，并形成了标准。国际标准化组织(ISO)推荐“采用孔板和喷咀 测量流体的流量”，于1967年出版了国际标准ISO／R54l，1968年出版了 ISO／R781作为节流装置的正式国际标准。1976年制定的IS05167又取代 了ISO／R541和ISO／R781。我国参照ISO／R541制定了“流量测量节流 装置国家标准”。标准节流件可以根据计算结果制造和使用，不必用试验方 法进行单独标定。它们主要用于测量清洁流体的流量。此外，工业上还应用 其他型式的节流件来解决一部分脏污、高粘度等流体的流量测量问题。由于 对它们的研究还不够深透，缺乏足够的试验数据，所以尚未标准化，故称为 “特殊节流件”，如l／4圆喷咀、锥形入口孔板、偏心孔板、因缺孔板、道 尔管等等。特殊节流件也可以利用已有的试验数据进行估算，但要进行精确 测量还应该用试验方法单独标定，否则会有一定的误差。各种节流件的简图 如下。
(4)理论取压： 上游取压孔中心至孔板前端面的间距为1D±0.1D，下游取压孔中 心至孔板前端面的间距见下表。
5)管接取压：上游取压孔中心至孔板前端面为2.5D，下游取压孔中心至孔板 后端面为8D。
4. 标准孔板
孔扳开孔上游侧的直角入口边缘应锐利、 无毛刺和划痕。若直角入口边缘形成圆弧， 其圆弧半径γR应小于或等于0.0004d，或用 肉眼检查必须看不到反射光。圆筒厚度e和 孔板厚度E不能过大， e＝0.005D～0.02D， E＝e-0.05D。在各处测得的e值间的偏差 和E值间的偏差应分别不得大于0.001D和 0.005D。整个孔板的不平度在1％以内。
属于这种类型的流量计很多、如差压式流量计、转子流量计、涡 轮流量计、电磁流量计和超声波流量计等，其中差压式流量计应用最 广。
3 ．质量型流量计
这类流量计以测量与流体质量有关的物理效应为基础，分为直接式、推 导式和温度压力补偿式三种。
直接式质量流量计利用与质量流量直接有关的原理(如惯性系中的牛顿第 二定律)进行测量。目前常用的有量热式质量流量计、角动量式质量流量计、 振动陀螺式质量流量计、马格努斯(Magnus)效应式质量流量计和科里奥利 (Coriolis)力式质量流量计等。
第八章 流量测量
第一节 流量及其测量仪表概述
一、流体与流量 流量通常是指单位时间内通过某有效流通截面的流体数量，称瞬时流量。 它可用质量单位表示，也可用体积单位表示，分别称为质量流量(kg／s)和体 积流量(m3／s)。质量流量与体积流量之间的换算关系为
qm qV
在工程实际中，有时还需要知道某一段时间间隔内通过某流通截面的流 体总量，这就是所谓的累计流量。累计流量除以相应的时间间隔，则为该 段时间内的平均流量。
第二节 流速法测量流量
测量出面积为A的流通截面上的平均流速，然后用下式计算流体的体积流量：
qV m A
第三节 差压式流量计
一、测量原理与节流装置
1. 测量原理
当流体流经管道中急骤收缩的局部截面 时，将产生增速降压的节流现象，流体的流 速越大，即流量越大，节流压降也越大。以 这种节流现象作为流量测量依据的仪表，简 称为差压式流量计或节流式流量计。
三、流量计的选用原则
(1)根据被测介质的性质选择 各种流量计对被测介质的适应性不同。因此， 在选择流量计时必须首先明确被测流体的物态及其特性。
(2)根据用途选择 各种流量计的功能、测量精度和价格不同，而不同的使 用场合对流量计这些性能的要求也有所侧重。例如，作为计算使用，要求 测量精度较高时，可选用腰轮流量计。
适用范围： 200mm≤ D≤ 1200mm；0.4 ≤ β ≤ 0.7； 2×105 ≤ Re≤ 2×106
(2)文丘利喷咀：文丘利喷咀的型线如右 图所示。它是由呈弧形的收缩段、圆筒 形喉部和扩散段所构成。
收缩段与喷咀相同，喉部由长度 0.3d的部分E和长度0.4d到0.45d 的部分E'所组成。扩散段的夹角 φ/2应小于或等于30°。当扩散段 出口直径小于直径D时，称为截头 式文的 丘利管；如果扩散段出口直径等于D时， 称为非截头式文丘里管。扩散段长度L的长 短并不影响流量系数，但扩散段的夹角对压 力损失有影响。文丘里喷咀的适用范围：
5. 标准孔板取压装置结构
1) 角接取压
角接取压的取压装置结构见右图，有单 独钻孔和环室两种。环形缝隙通常是管道 的整个圆周均被切通；也可以是均匀分布 在圆周上的切口，每个环室至少有四个切 口，每个切口面积至少为12mm2。单独 钻孔的取压孔中心线应尽可能垂直于管道 轴线，与孔扳上下端面形成的夹角小于或 等于3°。
常见的节流元 件的结构型式
3. 节流装置的取压方式
(1)角接取压，上下游取压孔 中心至孔板(喷咀)前后端的间 距各等于取压孔直径的一半 或等于取压环隙宽度的一半， 因而取压孔穿透处与孔板端 面正好相平。
(2)法兰取压：上下游取压孔中心至孔板 前后端向的间距均为25.4±0.8mm。
(3)径距取压：上游取压孔中心至孔板前端面的间距为D，下游取压孔中心至 孔板(喷咀)前端面的间距为1/2D。
K1K2K30
式中，K1为粘度修正系数；K2为管壁表面粗糙度修正系数；K3为孔板磨损 修正系数。文丘里管K3=1。
2．流体膨胀校正系数ε
可压缩流体流经节流元件时，压力的变化将引起流体体积的变化。 所以，应用节流装置测量可压缩流体时，应该考虑流体体积变化对流 量计算结果的影响，为此引人流体膨胀校正系数ε 。
65mm≤ D≤ 500mm；0.316 ≤ β ≤ 0.7775； 1.5×105 ≤ Re≤ 2×106；d≥50mm
二、流量方程式与修正系数
(一)流量方程式
根据流动的连续性方程和伯努利方程，可推导出反应流量与节流压 降关系的流量方程为
qV
4
d2
2p
式中，qv为流体的体积流量(m3／s)；α为流量系数；ε为流体膨胀校正系数(对
7. 文丘利管
文丘利管是由收缩段、圆筒形喉部与圆锥形扩 散管三部分组成的。按收缩段的形状不同，又分为 古典文丘利管和文丘利喷咀。
(1)古典文丘利管：古典文丘利管由入口圆筒段A、 圆锥形收缩段B、圆筒形喉部C和圆锥形扩散段E所 组成。古典文丘利管又可分为若干种，现以用得较 多的粗焊铁板收缩段式古典文丘利管为例加以说明。 入口圆筒段A、收缩段B和圆筒形喉部C各相连线段 不应有连接曲面。
流体膨胀校正系数与节流元件前后的压比p2／p1(或Δp／p1)、被测流 体的等熵指数κ以及直径比β等因素有关。以下介绍国家标准GB2624结 出的有关经验公式，相应的数据表格可以查问该标淮。
采用角接取压标准孔板时，在p2/p1 ≥0.75； 50mm≤ D≤ 1000mm； 0.22 ≤ β ≤ 0.8可压缩流体的膨胀校正系数ε为
不可压缩流体，ε=1)；d为节流元件的开孔直径(m)； p 为p流1 体p流2 经节流
元件前后的差压(Pa)；ρ为流体在工作状态下的密度(kg／m3)。
(二)流量方程中有关系数的确定
1．流量系数α
流量系数“与节流元件的形式、取压方法、直径比β(β＝d／D，D 为流动管道直径)以及流动状态(雷诺数Re)等诸多因素有关。标准节 流装置的流量系数是通过试验求得的，即让密度为ρ的不可压缩流体 (ε＝1)流过开孔直径为d的节流元件，通道实测流量qv和相应的压降 ΔP后，利用流量方程式(8-3)反推出流量系数。
(3)根据工况条件选择 工况条件包括被测流体的流量变化范围、温度和压 力的高低等。这里要作特别说明的是关于流量计流量上限的刻度问题。通 常，液体流量计的流量上限采用20 C的水作为介质来刻度，而气体流量计 的流量上限则以20℃和0.10133MPa的空气作为介质进行刻度。因此，在 实际流量测量中，当被测流体的密度、温度、压力和其他特性与流量计刻 度时所用介质的参数值不同时，必须先将实际状态下被测流体的流量变化 范围换算成流星计刻度状态下相应介质(如水或空气)的流量大小， 并以此 作为选择流量计量程的依据。