《过程参数检测及仪表》课程设计
任务书
目的与要求
本课程设计为检测技术与仪器、自动化专业《过程参数检测及仪表》专业课的综合实践
环节。通过本课程设计，使学生加深过程参数检测基本概念的理解,
掌握仪表的基本设计方
法和设计步骤。
主要内容
通过本门课程设计，使学生了解流量测量的基本原理，流量仪表的基本结构，掌握节流
式流量计的设计方法和一般设计步骤。
四、设计（实验）成果要求
提交设计图纸及设计说明书
五、考核方式
答辩
学生姓名：蔡攀指导教师：田沛
2015 年6月19日
、课程设计目的与要求
本课程设计为检测技术与仪器、自动化专业《过程参数检测及仪表》专业课的综合实践
环节。通过本课程设计，使学生加深过程参数检测基本概念的理解，掌握仪表的基本设计方法和设计步骤。
二、课程设计正文
1.第一类命题
（第一题）已知条件：流体为水，工作压力P = 0.58MPa，工作温度t =30 C；管道
D2O =100mm，材料为20号钢旧无缝钢管；节流件为角接取压标准孔板，材料为
1Cr18Ni9Ti ；d?。=50.38mm ；差压i p =5"04Pa，求给定差压值下的水流量q m ?
解:
1.1设计任务书
序号项目符号单位数值
被测介质名称水1
2 流量状态参数：工作压力P MPa 0.58（绝对压力）
3 工作温度t C 30
4 管道直径（20 C下实测值）D20 mm 100
5 管道材料20号钢旧无缝钢管
6 节流件的形式角接取压标准孔板
7 节流件的材料1Cr18Ni9Ti
mm 50.38
8 节流件孔径（20 C下实测值）d
20
9 差压值3Pa 50000
1.2辅助计算
（1）查表可得水的密度耳=995.511kg/m3，水的动力粘度=828.005咒10-6Pa-s ,
管道线膨胀系数兀=11.16咒10°/C，节流件线膨胀系数S =16.60咒10°化。
由已知的管道直径D20和节流件开孔直径d20计算工作状态下的管道内径D t及节流件开孔
直径d t，即:
D t=D20[1 +k D(t -20)] =1OO[1+11.16咒10"x10]=100.01116mm ) d t=d20[1r d(t -
20)] =50.38[1+16.60X10" "0]= 50.38836 mm )
(2)计算直径比
竺鰹6 =0.50383
D t100.01116
(4)迭代计算中的不变量 A :
A= 0 354X0 004X 累dt ^H^P =316675
1.3根据题意可知，直管段长度和粗糙度符合要求。 1.4迭代计算流量q m
对于角接取压标准孔板，有
C =0.5959 +0.0312P 2.1
-0.1840P 8
+0.0029p 2.5
(107Re D )0.
75
令Re D =处，将P =0.50383带入上式得流出系数的初始值
C 。。
C o =C^ = 0.5959 +0.0312咒0.503832.1
-0.1840X0.503838
=0.60253
Re Dj =AC 0
=316675x0.60253=190806.2
将Re Di 的值带入公式(1)中，得
G =0.60253 +0.0029咒0.503832.5
咒(106
/190806.2)0.75
=0.60434
同理可得
Re D^AC^ 191379.4
C 2 =0.60253 +0.0029 X 0.503832
.5X (107191379.4)
0.75
= 0.60434
迭代计算结束，所以得
q^-^D/^C
0.354
316675 6 = ------ X100.01116 X828.005 X10 X 0.60434 0.354 =44768.57608(Kg / h)
3
3
流体为过热蒸汽；最大流量 q mm ax =240*10 kg/h ;常用流量q m ch =230*10 kg/h ;最小流 量 q mm in =100*10 3
kg/h ;工作压力 P=13.2MPa 工作温度 t=550 ° C ;管道 D 20 =221mm 材
料X20CrMoV121新无缝管；允许压力损失△ o y < 60kPa ；上游第一阻力件为 90°平面弯 头，上游第二阻力件为全开闸阀。求： (1)确定节流件形式；(2)选定差压计；(3)计算
B 、
C ￡ > d
20
； ( 4)确定最小直管段长度I 0,1「1 2 ； (5)计算压力损失并进行核算 (6)
计算基本误差。 此
题设计任务书为:
(1)
这时
C2-G
C 1
cZ n =佗10“
管道简图:
解:
1、准备计算:
根据介质工作状态下的压力P 1 =13.2MPa 和温度t=550 ° C ,查得介质密度p
1
=37.928kg/m 3,介质动力粘度n =31.222*10上Pa ? s ，过热蒸汽的等熵指数
K =1.3。
根据管道材料X20CrMoV121和工作温度550 ° C ，查得管道材料线膨胀系数入
D
=12.30*10 *1/ ° C 。计算 D t :
D t = D 20[1+ 入 D (t-20 ) ] =221*[1+12.30*10
■6
*(550-20)] =222.44(mm)
计算正常流量和最小流量下雷诺数:
口
4
q mch
R e Dch = R D t 叫
1 被测介质名称
过热蒸汽
2
流量测量范围：正常
q
mch kg/h 230000
最大
q
mmax kg/h 240000
最小
q
mmin
kg/h 100000 3 介质温度 t °C 550 4 介质绝对压力 p
MPa 13.2 5 管道内径实测值
D
20
mm
221
6 管道材料
X20CrMoV121新无缝管
7 节流件取压形式
标准喷嘴（角接取压）
8
管道阻力件
上游第一阻力件为 90 °平面
弯头，第二阻力件为全开闸阀
9 正常流量下允许的压力损失△
3 y △ 3 Y
Pa
3
60*10 3
10
90度平
面弯头
节流件
L1
L2
L0
=11.71877*10 6
4q m min
R e D min = -------
D E 兀
=5.091*10 6
可见，在最小流量下的雷诺数
R eDmin 已超过各种形式标准节流件雷诺数使用范围的下限。
2、确定节流件形式
1） 计算常用流量下的差压值 △ P ch
（_^^）2 =180*10 3
（230000 ）2
=165.3125*10 3
Pa; q m max
240000
2）将流量公式
q mch=—— P 2
D t 2
J 2 p 1也p ch 中已知数移至等号一边，形成一不变量
A ，即
4 7
q mch
（：）D t 2
J 2P 1A p ch
迭代方程为： ^^=A
孔板加工方便、价格较廉，但其压力损失^
3较大。
对于大型发电机组，由于管道雷诺 数较高，允许压力损失^ 3限制较严格，故常用喷嘴。 由于所测流体为过热蒸汽，且压
力损失的限制较为严格，故选用标准喷嘴。
3、选定差压计类型和量程
差压计类型根据投资费用和准确度要求选取，可参考附录
11-13,本例选用准确度等级为
0.25的电容式差压变送器
差压计量程上限^ P ma =3* △ 3 y =3*60*1000=180*10 3
Pa
III ax
y
可选用1151DP 电容式差压变送器， 其量程范围为（635-3810）*9.81 Pa ，耐静压为14MPa, 变送器差压量程调整在 0~195*10 3
Pa 。流量指示仪表的刻度上限流量是有规定的，
即为1,
1.25，1.6，2，
2.5，
3.2，4，5，6.3，8*10 n ，其中n 为正或负整数。本例最大流量为 250t/h, 所以流量计流量刻度上限
q mma x 定为250t/h 。
验算:
i p max P
180*10 3
々A ■人屮宀
-------- 6 = 0.013636<0.25,符合规定.
13.2*10 6
4、计算B 、C ￡、d 20、压力损失△ 3
ch
q mch 2 △ P ch =△ P max /
'
线性算法中变量为：X = 呼
230000
3600*( 3(222.44*10 -^)^/2*37.9281*165.3125*10 3
4
=0.46441; 3 ）迭代过程
4 ）设初始假定值 C 0=0.9
5 ; ￡ 0=0.99 ,对迭代法用C 语言编程有
#in elude
精密度判据为:
A-XCs
<5*10
5 10
(亦可高达5* 10
)
先确定C 0 ￡ 0的初始值然后按下列各式求取 X 、B 、C 、￡
其中
106
G =0.9900-0.2262盯.1
-(0.00175Pj -0.0033PT 5)X (^^)1.15
R
eDch
也p h —
A P 2 . 1
- d -「◎瓷 1
p 4 知={(1 _导严(_)[——][ -------------------- 1- P
Z 如 1邛14(1_"「
P
1 匕}
2
'ch
) K P 迭代结束后，可按下式计算 P 和dt :
1+A 严5
X 2
. / X 0.25 d t = D t
( ---- )
现在计算A 值: q mch
A= _
(中)D t 2
丁2陀
p ch