壓差流量計(jì)概述及原理

•                                                                                                                        差壓流量計(jì)

    壓差流量計(jì)是采用介質(zhì)流體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)產(chǎn)生的壓力差與流量之間存在一定關(guān)系的工作原理進(jìn)行測(cè)定的。

 基本介紹

  壓差流量計(jì)是一種測(cè)定流量的儀器。它是利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)所產(chǎn)生的壓力差與流量之間存在一

定關(guān)系的原理，通過(guò)測(cè)量壓差來(lái)實(shí)現(xiàn)流量測(cè)定。節(jié)流裝置是在管道中安裝的一個(gè)局部收縮元件，最常用的有孔板、噴嘴和文丘里管。流量Q的計(jì)算公式為： 式中：C為流量系數(shù)；ε為氣體膨脹修正系數(shù)；F為節(jié)流部的截面積；g為重力加速度；γ為流體密度；P1和P2分別為節(jié)流前后的壓力。對(duì)于不可壓縮的氣體，可不考慮氣體膨脹修正系數(shù)，即流量公式為： C和ε一般由實(shí)驗(yàn)方法確定。目前，壓差流量計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化程度已相當(dāng)高，它的構(gòu)造、尺寸嚴(yán)格按照規(guī)定制作時(shí)，則可查出C和ε，無(wú)需通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法確定。

工作原理

  傳統(tǒng)的差壓式流量（如孔板等）儀表都是屬于節(jié)流式差壓流量?jī)x表。其工作原理都是基于封閉管道中流體質(zhì)量守恒（連續(xù)性方程）和能量守恒（伯努利方程）兩個(gè)定律。在這里大家首先要重溫一下質(zhì)量守恒（連續(xù)性方程）和能量守恒（伯努利方程）這兩個(gè)定律的實(shí)質(zhì)內(nèi)容，只有掌握了這兩個(gè)定律才能懂得壓差流量計(jì)的工作原理，而且所有的節(jié)流式差壓流量?jī)x表的原理也就都明白了，下面通過(guò)復(fù)習(xí)一下兩個(gè)定律來(lái)說(shuō)明塔形流量計(jì)（或壓差式流量計(jì)）的工作原理所說(shuō)的質(zhì)量守恒定律（連續(xù)性方程）和能量守恒定律（伯努利方程），可以這樣去理解：質(zhì)量守恒：流體在一個(gè)封閉的管道中流動(dòng)，當(dāng)遇到節(jié)流件時(shí)，在節(jié)流件前后它的質(zhì)量是不變的，用連續(xù)性方程表示為： V1*A1*ρ1=V2*A2*ρ2（液體為： V1*A1=V2*A2） 能量守恒：用伯努利方程來(lái)表示為是指封閉管道中流體的壓力和流速有如下的關(guān)系：

P+1/2V2ρ=常數(shù)

對(duì)于安裝有節(jié)流件的管道則有：P1+1/2*(V1)2*ρ1=P2+1/2*(V2)2*ρ2

式中： A1、A2 分別是節(jié)流件前后的截面積；

V1、V2 分別是A1、A2處的流速；

P1、P2 分別是A1、A2處的壓力

ρ1、ρ2 分別是A1、A2處的流體密度；

種類

    差壓式流量計(jì)由一次裝置和二次裝置組成．一次裝置稱流量測(cè)量元件，它安裝在被測(cè)流體的管道中，產(chǎn)生與流量(流速)成比例的壓力差，供二次裝置進(jìn)行流量顯示。二次裝置稱顯示儀表。它接收測(cè)量元件產(chǎn)生的差壓信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的流量進(jìn)行顯示．差壓流量計(jì)的一次裝置常為節(jié)流裝置或動(dòng)壓測(cè)定裝置(皮托管、均速管等)。二次裝置為各種機(jī)械式、電子式、組合式差壓計(jì)配以流量顯示儀表．差壓計(jì)的差壓敏感元件多為彈性元件。由于差壓和流量呈平方根關(guān)系，故流量顯示儀表都配有開(kāi)平方裝置，以使流量刻度線性化。多數(shù)儀表還設(shè)有流量積算裝置，以顯示累積流量，以便經(jīng)濟(jì)核算。這種利用差壓測(cè)量流量的方法歷史悠久，比較成熟，世界各國(guó)一般都用在比較重要的場(chǎng)合，約占各種流量測(cè)量方式的70%。發(fā)電廠主蒸汽、給水、凝結(jié)水等的流量測(cè)量都采用這種表計(jì)。

力學(xué)原理：屬于此類原理的儀表有利用伯努利定理的差壓式、轉(zhuǎn)子式；利用動(dòng)量定理的沖量式、可動(dòng)管式；利用牛頓第二定律的直接質(zhì)量式；利用流體動(dòng)量原理的靶式；利用角動(dòng)量定理的渦輪式；利用流體振蕩原理的旋渦式、渦街式；利用總靜壓力差的皮托管式以及容積式和堰、槽式等等。

新一代

     以孔板、噴嘴和文丘里管為代表的差壓式流量計(jì)（統(tǒng)稱標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置） 在流量領(lǐng)域已應(yīng)用近百年，其優(yōu)點(diǎn)是已標(biāo)準(zhǔn)化、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固、易于加工制 造、價(jià)格低廉、通用性強(qiáng)。但是孔板、噴嘴等在測(cè)量性能和結(jié)構(gòu)上存在著嚴(yán)重的缺陷，所以近百年來(lái)人們從未間斷過(guò)對(duì)它們的研究和改善工作，但是由于先天結(jié)構(gòu)上的缺陷，其本身固有的一些缺點(diǎn)，至今仍然沒(méi)能得到很好的解決。如：流出系數(shù)不穩(wěn)定、線性差、重復(fù)性不好、準(zhǔn)確度也不高?？装迦肟阡J角這個(gè)關(guān)鍵部位易磨損、前部易積污、量程比小、壓力損失大，特別是十分苛刻的直管段要求在實(shí)際使用中很難滿足等。為了克服上述這些不足，人們?cè)兄瞥?/4圓孔板、錐形入口孔板、圓缺孔板、偏心孔板、楔形孔板、可更換孔板、等諸多的非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件，試圖解決這些問(wèn)題。但是這些節(jié)流件同標(biāo)準(zhǔn)孔板一樣，大都沒(méi)有突破“流體中心突然收縮”這個(gè)模式，只是或多或少改善了局部某一個(gè)問(wèn)題，并沒(méi)有從根本上徹底解決所有問(wèn)題,這種改進(jìn)工作到了80年代中期才有了突破性的發(fā)展： 塔形流量計(jì)的出現(xiàn)打破了沿襲近百年的模式結(jié)構(gòu)，使得節(jié)流式差壓儀表發(fā)生了“質(zhì)的飛躍”。塔形流量計(jì)的重大突破在于：變流體在管道中心收縮為管道邊壁逐漸收縮，即利用同軸安裝在管道中的塔形體（節(jié)流件），迫使流體逐漸從中心收縮到管道內(nèi)邊壁而流過(guò)塔形體，通過(guò)測(cè)量塔形體前后的壓差來(lái)得到流體的流量。正是這個(gè)邊壁收縮的結(jié)構(gòu)，使得塔形流量計(jì)具有了一系列其他差壓儀表無(wú)法相比的優(yōu)點(diǎn)，徹底克服了以孔板為代表的傳統(tǒng)差壓儀表的諸多缺點(diǎn)。經(jīng)過(guò)國(guó)外國(guó)內(nèi)十幾年應(yīng)用和大量的測(cè)試數(shù)據(jù)，已充分證明它能在極短的直管段條件下，以更寬的量程比對(duì)各種流體（包括臟污、低流速）進(jìn)行更準(zhǔn)確更有效的測(cè)量。從此揭開(kāi)了差壓式流量?jī)x表劃時(shí)代的嶄新一頁(yè)。可以預(yù)言，隨著人們對(duì)它逐漸認(rèn)識(shí)、了解、熟悉和掌握，必將逐漸和完全取代以孔板為代表的傳統(tǒng)差壓儀表。

塔形流量計(jì)有多種如V形（型）錐、內(nèi)錐 、環(huán)孔流量計(jì)、內(nèi)置文丘里等。盡管名稱各異，但原理結(jié)構(gòu)都是一樣的。單就節(jié)流件來(lái)講，完全是金屬件組成，不含任何電子器件。它主要由連接法蘭1、測(cè)量管2、塔形體6（錐形體）、低壓測(cè)量管5（兼支架）、正負(fù)測(cè)壓

嘴2、3等組成（詳見(jiàn)下圖）。 當(dāng)口徑≤DN100時(shí)，塔體用負(fù)壓測(cè)量管兼作支撐，口徑≥DN150時(shí)，要在塔體后部再加支撐管架9，并在支撐管開(kāi)測(cè)量孔8。 當(dāng)溫壓一體化型時(shí)，需要在后部支撐架前安裝測(cè)溫元件套管10，若采用多參數(shù)變送器，則不再需要壓力測(cè)量點(diǎn)，該變送器差壓、壓力同時(shí)測(cè)量并能接受溫度信號(hào)。

發(fā)展

    流量測(cè)量的發(fā)展可追溯到古代的水利工程和城市供水系統(tǒng)。古羅馬凱撒時(shí)代已采用孔板測(cè)量居民的飲用水水量。公元前1000年左右古埃及用堰法測(cè)量尼羅河的流量。我國(guó)著名的都江堰水利工程應(yīng)用寶瓶口的水位觀測(cè)水量大小等等。17世紀(jì)托里拆利奠定差壓式流量計(jì)的理論基礎(chǔ)，這是流量測(cè)量的里程碑。自那以后，18、19世紀(jì)流量測(cè)量的許多類型儀表的雛形開(kāi)始形成，如堰、示蹤法、皮托管、文丘里管、容積、渦輪及靶式流量計(jì)等。20世紀(jì)由于過(guò)程工業(yè)、能量計(jì)量、城市公用事業(yè)對(duì)流量測(cè)量的需求急劇增長(zhǎng)，才促使儀表迅速發(fā)展，微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛躍發(fā)展極大地推動(dòng)儀表更新?lián)Q代，新型流量計(jì)如雨后春筍般涌現(xiàn)出來(lái)。至今，據(jù)稱已有上百種流量計(jì)投向市場(chǎng)，現(xiàn)場(chǎng)使用中許多棘手的難題可望獲得解決。

我國(guó)開(kāi)展近代流量測(cè)量技術(shù)的工作比較晚，早期所需的流量?jī)x表均從國(guó)外進(jìn)口。

流量測(cè)量是研究物質(zhì)量變的科學(xué)，質(zhì)量互變規(guī)律是事物聯(lián)系發(fā)展的基本規(guī)律，因此其測(cè)量對(duì)象已不限于傳統(tǒng)意義上的管道液體，凡需掌握量變的地方都有流量測(cè)量的問(wèn)題。流量和壓力、溫度并列為三大檢測(cè)參數(shù)。對(duì)于一定的流體，只要知道這三個(gè)參數(shù)就可計(jì)算其具有的能量，在能量轉(zhuǎn)換的測(cè)量中必須檢測(cè)此三個(gè)參數(shù)。能量轉(zhuǎn)換是一切生產(chǎn)過(guò)程和科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，因此流量和壓力、溫度儀表一樣得到最廣泛的應(yīng)用。

作用領(lǐng)域

     壓差流量計(jì)應(yīng)用極其廣泛，流量測(cè)量技術(shù)與儀表的應(yīng)用大致有以下幾個(gè)領(lǐng)域。

一，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程

流量?jī)x表是過(guò)程自動(dòng)化儀表與裝置中的大類儀表之一，它被廣泛適用于冶金、電力、煤炭、化工、石油、交通、建筑、輕紡、食品、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、環(huán)境保護(hù)及人民日常生活等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域，是發(fā)展工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，節(jié)約能源，改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量，提高經(jīng)濟(jì)效益和管理水平的重要工具在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。在過(guò)程自動(dòng)化儀表與裝置中，流量?jī)x表有兩大功用：作為過(guò)程自動(dòng)化控制系統(tǒng)的檢測(cè)儀表和測(cè)量物料數(shù)量的總量表。

二，能源計(jì)量

能源分為一次能源（煤炭、原油、煤層氣、石油氣和天然氣）、二次能源（電力、焦炭、人工燃?xì)?、成品油、液化石油氣、蒸汽）及載能工質(zhì)（壓縮空氣、氧、氮、氫、水）等。能源計(jì)量是科學(xué)管理能源，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，提高經(jīng)濟(jì)效益的重要手段。流量?jī)x表是能源計(jì)量?jī)x表的重要組成部分，水、人工燃?xì)?、天然氣、蒸汽和油品這些常用的能源都使用著數(shù)量極其龐大的流量計(jì)，它們是能源管理和經(jīng)濟(jì)核算不可缺少的工具。

三，環(huán)境保護(hù)工程

煙氣，廢液、污水等的排放嚴(yán)重污染大氣和水資源，嚴(yán)重威脅人類生存環(huán)境。國(guó)家把可持續(xù)發(fā)展列為國(guó)策，環(huán)境保護(hù)將是21世紀(jì)的最大課題?？諝夂退奈廴疽玫娇刂?，必須加強(qiáng)管理，而管理的基礎(chǔ)是污染量的定量控制。

我國(guó)是以煤為主要能源的國(guó)家，全國(guó)有上百萬(wàn)個(gè)煙囪不停地向大氣排放煙氣。煙氣排放控制是根治污染的重要項(xiàng)目，每個(gè)煙囪必須是安裝煙氣分析儀表和流量計(jì)，組成連櫝排放監(jiān)視系統(tǒng)。煙氣的流量沆量有很大因難，它的難度為煙囪尺寸大且形狀不規(guī)則，氣體組分變化不定，流速范圍大，臟污，灰塵，腐蝕，高溫，無(wú)直管段等。

四，交通運(yùn)輸

有五種方式：鐵路公路、航空、水運(yùn)、和管道運(yùn)輸。其中管道運(yùn)輸雖早已有之，但應(yīng)用并不普遍。隨著環(huán)保問(wèn)題的突出，管道運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)引起人們的重視。管道運(yùn)輸必須裝備流量計(jì)，它是控制、分配和調(diào)度的眼睛，亦是安全監(jiān)沒(méi)和經(jīng)濟(jì)核算的必備工具。

五，生物技術(shù)

21世紀(jì)將迎來(lái)生命科學(xué)的世紀(jì)，以生物技術(shù)為特征的產(chǎn)業(yè)將獲得迅速發(fā)展。生物技術(shù)中需監(jiān)測(cè)計(jì)量的物質(zhì)很多，如血液，尿液等。儀表開(kāi)發(fā)的難度極大，品種繁多。

六，科學(xué)實(shí)驗(yàn)

科學(xué)實(shí)驗(yàn)需要的流量計(jì)不但數(shù)量多，且品種極其繁雜。據(jù)統(tǒng)計(jì)流量計(jì)100多種中很大一部分是應(yīng)科研之需用的，它們并不批量生產(chǎn)，在市面出售，許多科研機(jī)構(gòu)和大企業(yè)皆設(shè)專門(mén)小組研制專用的流量計(jì)。

七，海洋氣象，江河湖泊

這些領(lǐng)域?yàn)槌ㄩ_(kāi)流道，一般需檢測(cè)流速，然后推算流量。流速計(jì)和流量計(jì)所依據(jù)的物理原理及流體力學(xué)基礎(chǔ)是共通的但是儀表原理及結(jié)構(gòu)以及使用條件有很大差別。