孔板流量计则是利用静压能转变为动能的原理来测量流速的。
如图1-43所示,孔板流量计的结构为 一片中央开有圆孔的金属薄板,用法兰对夹 在导管上,孔板前后匀压室的测压孔与液柱 压强计相连,由压强计上所显示的读数,可 算出导管中的流速和流量。
当流体通过孔口时,因流道截面积的突 然缩小,流速骤增,随着流体速度的增加,势 必减低了流体的静压头。因此,在孔板前后 造成了流体的压强差。由于流体流动的惯 性作用,最大流速并不恰好在孔口上,而是 在孔口下游某一位置2-2处,此处流道截 面积最小,称为缩脉。缩脉离孔口的距离, 随着流体流动的雷诺数而变化,也随孔口和 导管两者截面积之比而变化。

图1-43 孔板流量计
设孔板上游截面1-1上,流体流动截 面面积为F1,流速为u1及静压强为p1;而在孔板下游截面2-2(即缩脉截面)上,它们则 分别为F2、u2和p2。若暂不考虑流体通过两截面间的压头损失,对于不可压缩性流体, 在两截面间的能量衡算方程如下:

因为导管是水平管,所以h1=h2,便得:

或

由于上式未考虑流体通过孔板的压头损失,而且缩脉处的截面积F2也不易求得,因而u2 也无法确定。但是,孔口的截面积是已知的。所以可用流体通过孔口的流速u0来代替 u2。同时,孔板流量计的两测压孔的位置常取在紧靠孔板两边,而并不在截面1-1和2-2上。有了上述这些差别,有必要将所得式子改写成如下的另一种形式,并用校正系数 C来概括地修正由上述各种因素所带来的变化。

利用连续性方程,可将上面等式左端的一项简化。对于不可压缩性流体,由于qv=u0F0= u1F1,故有

将此式代入前一式,整理后便得:

令:

则:
(1-110)
或
(1-110a)
式中 u0——流体通过孔口的流速,m/s
△p——孔板前后的压头差,m流体柱
R——液柱压力计上的读数,m
g——重力加速度,9.81m/s
C0——校正系数,考虑了面积比值、测压点位置、收缩影响(从孔口到缩脉)、压头 损失等因素,称为孔板流量系数,其数值由实验测定
图1-44示出了标准孔板流量系数C0与Red(以导管直径计算的雷诺数)及m(孔 口与导管截面积的比值,即m=F0/F1)的关系。

图1-44 标准孔板流量系数
由图1-44可见,对于每一个m值,当Red超过极限允许值时,C0即为常数。例如 当m=0.2时,从图1-44上查到Red极限允许值为5.5×104,此时,C0=0.615,即表明 只要Red≥5.5×104,C0的数值都是0.615。
用式1-110求取流体通过孔口的速度u0时,必须先确定流量系数C0的数值,但是 C0是与Red有关的,导管中流体的流速u1不知道,就无法算出Red。在这种情况下,可 先假定Red是超过极限允许值,表示原来的假定是正确的,否则须重新假定C0值。
经上面的计算后,可求得流体的流量:
(1-111)
或
(1-111a)
在测量气体或蒸汽的流速时,若孔板前后的压 强差△p较大,当△p/p1≥20%时,应考虑气体或蒸 汽的重度变化,在式1-111及1-111a中应加入一 个校正系数εr,即

式中 εr——体积膨胀系数,它是绝热指数K、压差 比值△p/p及面积比值m的函数。εr 值可由仪表手册中查到