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)行測定的。

 基本介紹

  壓差流量計(jì)是一種測定流量的儀器。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，通過測量壓差來實(shí)現(xiàn)流量測定。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，無需通過實(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)流式差壓流量儀表。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)流式差壓流量儀表的原理也就都明白了，下面通過復(fù)習(xí)一下兩個(gè)定律來說明塔形流量計(jì)（或壓差式流量計(jì)）的工作原理所說的質(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．一次裝置稱流量測量元件，它安裝在被測流體的管道中，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。它接收測量元件產(chǎn)生的差壓信號，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。這種利用差壓測量流量的方法歷史悠久，比較成熟，世界各國一般都用在比較重要的場合，約占各種流量測量方式的70%。發(fā)電廠主蒸汽、給水、凝結(jié)水等的流量測量都采用這種表計(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、噴嘴等在測量性能和結(jié)構(gòu)上存在著嚴(yán)重的缺陷，所以近百年來人們從未間斷過對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，人們曾研制出1/4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，試圖解決這些問題。但是這些節(jié)流件同標(biāo)準(zhǔn)孔板一樣，大都沒有突破“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)問題，并沒有從根本上徹底解決所有問題,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)邊壁而流過塔形體，通過測量塔形體前后的壓差來得到流體的流量。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)過國外國內(nèi)十幾年應(yīng)用和大量的測試數(shù)據(jù)，已充分證明它能在極短的直管段條件下，以更寬的量程比對各種流體（包括臟污、低流速）進(jìn)行更準(zhǔn)確更有效的測量。從此揭開了差壓式流量儀表劃時(shí)代的嶄新一頁?？梢灶A(yù)言，隨著人們對它逐漸認(rèn)識、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、測量管2、塔形體6（錐形體）、低壓測量管5（兼支架）、正負(fù)測壓

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

發(fā)展

    流量測量的發(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)代已采用孔板測量居民的飲用水水量。公元前1000年左右古埃及用堰法測量尼羅河的流量。我國著名的都江堰水利工程應(yīng)用寶瓶口的水位觀測水量大小等等。17世紀(jì)托里拆利奠定差壓式流量計(jì)的理論基礎(chǔ)，這是流量測量的里程碑。自那以后，18、19世紀(jì)流量測量的許多類型儀表的雛形開始形成，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)由于過程工業(yè)、能量計(jì)量、城市公用事業(yè)對流量測量的需求急劇增長，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。至今，據(jù)稱已有上百種流量計(jì)投向市場，現(xiàn)場使用中許多棘手的難題可望獲得解決。

我國開展近代流量測量技術(shù)的工作比較晚，早期所需的流量儀表均從國外進(jìn)口。

流量測量是研究物質(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，因此其測量對象已不限于傳統(tǒng)意義上的管道液體，凡需掌握量變的地方都有流量測量的問題。流量和壓力、溫度并列為三大檢測參數(shù)。對于一定的流體，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)換的測量中必須檢測此三個(gè)參數(shù)。能量轉(zhuǎn)換是一切生產(chǎn)過程和科學(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)過程

流量儀表是過程自動(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民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。在過程自動(dòng)化儀表與裝置中，流量儀表有兩大功用：作為過程自動(dòng)化控制系統(tǒng)的檢測儀表和測量物料數(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。流量儀表是能源計(jì)量儀表的重要組成部分，水、人工燃?xì)狻⑻烊粴?、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。國家把可持續(xù)發(fā)展列為國策，環(huán)境保護(hù)將是21世紀(jì)的最大課題。空氣和水的污染要得到控制，必須加強(qiáng)管理，而管理的基礎(chǔ)是污染量的定量控制。

我國是以煤為主要能源的國家，全國有上百萬個(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)測計(jì)量的物質(zhì)很多，如血液，尿液等。儀表開發(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_流道，一般需檢測流速，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。