差压流量计

    压差流量计是采用介质流体流经节流装置时产生的压力差与流量之间存在一定关系的工作原理进行测定的。

 基本介绍

  压差流量计是一种测定流量的仪器。它是利用流体流经节流装置时所产生的压力差与流量之间存在一

定关系的原理，通过测量压差来实现流量测定。节流装置是在管道中安装的一个局部收缩元件，***常用的有孔板、喷嘴和文丘里管。流量Q的计算公式为： 式中：C为流量系数；ε为气体膨胀修正系数；F为节流部的截面积；g为重力加速度；γ为流体密度；P1和P2分别为节流前后的压力。对于不可压缩的气体，可不考虑气体膨胀修正系数，即流量公式为： C和ε一般由实验方法确定。目前，压差流量计的标准化程度已相当高，它的构造、尺寸严格按照规定制作时，则可查出C和ε，无需通过实验方法确定。

工作原理

  传统的差压式流量（如孔板等）仪表都是属于节流式差压流量仪表。其工作原理都是基于封闭管道中流体质量守恒（连续性方程）和能量守恒（伯努利方程）两个定律。在这里大家首先要重温一下质量守恒（连续性方程）和能量守恒（伯努利方程）这两个定律的实质内容，只有掌握了这两个定律才能懂得压差流量计的工作原理，而且所有的节流式差压流量仪表的原理也就都明白了，下面通过复习一下两个定律来说明塔形流量计（或压差式流量计）的工作原理所说的质量守恒定律（连续性方程）和能量守恒定律（伯努利方程），可以这样去理解：质量守恒：流体在一个封闭的管道中流动，当遇到节流件时，在节流件前后它的质量是不变的，用连续性方程表示为： V1*A1*ρ1=V2*A2*ρ2（液体为： V1*A1=V2*A2） 能量守恒：用伯努利方程来表示为是指封闭管道中流体的压力和流速有如下的关系：

P+1/2V2ρ=常数

对于安装有节流件的管道则有：P1+1/2*(V1)2*ρ1=P2+1/2*(V2)2*ρ2

式中： A1、A2 分别是节流件前后的截面积；

V1、V2 分别是A1、A2处的流速；

P1、P2 分别是A1、A2处的压力

ρ1、ρ2 分别是A1、A2处的流体密度；

种类

    差压式流量计由一次装置和二次装置组成．一次装置称流量测量元件，它安装在被测流体的管道中，产生与流量(流速)成比例的压力差，供二次装置进行流量显示。二次装置称显示仪表。它接收测量元件产生的差压信号，并将其转换为相应的流量进行显示．差压流量计的一次装置常为节流装置或动压测定装置(皮托管、均速管等)。二次装置为各种机械式、电子式、组合式差压计配以流量显示仪表．差压计的差压敏感元件多为弹性元件。由于差压和流量呈平方根关系，故流量显示仪表都配有开平方装置，以使流量刻度线性化。多数仪表还设有流量积算装置，以显示累积流量，以便经济核算。这种利用差压测量流量的方法历史悠久，比较成熟，世界各国一般都用在比较重要的场合，约占各种流量测量方式的70%。发电厂主蒸汽、给水、凝结水等的流量测量都采用这种表计。

力学原理：属于此类原理的仪表有利用伯努利定理的差压式、转子式；利用动量定理的冲量式、可动管式；利用牛顿第二定律的直接质量式；利用流体动量原理的靶式；利用角动量定理的涡轮式；利用流体振荡原理的旋涡式、涡街式；利用总静压力差的皮托管式以及容积式和堰、槽式等等。

新一代

     以孔板、喷嘴和文丘里管为代表的差压式流量计（统称标准节流装置） 在流量领域已应用近百年，其优点是已标准化、结构简单牢固、易于加工制 造、价格低廉、通用性强。但是孔板、喷嘴等在测量性能和结构上存在着严重的缺陷，所以近百年来人们从未间断过对它们的研究和改善工作，但是由于先天结构上的缺陷，其本身固有的一些缺点，至今仍然没能得到很好的解决。如：流出系数不稳定、线性差、重复性不好、准确度也不高。孔板入口锐角这个关键部位易磨损、前部易积污、量程比小、压力损失大，特别是十分苛刻的直管段要求在实际使用中很难满足等。为了克服上述这些不足，人们曾研制出1/4圆孔板、锥形入口孔板、圆缺孔板、偏心孔板、楔形孔板、可更换孔板、等诸多的非标准节流件，试图解决这些问题。但是这些节流件同标准孔板一样，大都没有突破“流体中心突然收缩”这个模式，只是或多或少改善了局部某一个问题，并没有从根本上***所有问题,这种改进工作到了80年代中期才有了突破性的发展： 塔形流量计的出现打破了沿袭近百年的模式结构，使得节流式差压仪表发生了“质的飞跃”。塔形流量计的重大突破在于：变流体在管道中心收缩为管道边壁逐渐收缩，即利用同轴安装在管道中的塔形体（节流件），迫使流体逐渐从中心收缩到管道内边壁而流过塔形体，通过测量塔形体前后的压差来得到流体的流量。正是这个边壁收缩的结构，使得塔形流量计具有了一系列其他差压仪表无法相比的优点，彻底克服了以孔板为代表的传统差压仪表的诸多缺点。经过国外国内十几年应用和大量的测试数据，已充分证明它能在极短的直管段条件下，以更宽的量程比对各种流体（包括脏污、低流速）进行更准确更有效的测量。从此揭开了差压式流量仪表划时代的崭新一页。可以预言，随着人们对它逐渐认识、了解、熟悉和掌握，必将逐渐和完全取代以孔板为代表的传统差压仪表。

塔形流量计有多种如V形（型）锥、内锥 、环孔流量计、内置文丘里等。尽管名称各异，但原理结构都是一样的。单就节流件来讲，完全是金属件组成，不含任何电子器件。它主要由连接法兰1、测量管2、塔形体6（锥形体）、低压测量管5（兼支架）、正负测压

嘴2、3等组成（详见下图）。 当口径≤DN100时，塔体用负压测量管兼作支撑，口径≥DN150时，要在塔体后部再加支撑管架9，并在支撑管开测量孔8。 当温压一体化型时，需要在后部支撑架前安装测温元件套管10，若采用多参数变送器，则不再需要压力测量点，该变送器差压、压力同时测量并能接受温度信号。

发展

    流量测量的发展可追溯到古代的水利工程和城市供水系统。古罗***撒时代已采用孔板测量居民的饮用水水量。公元前1000年左右古埃及用堰法测量尼罗河的流量。我国***的都江堰水利工程应用宝瓶口的水位观测水量大小等等。17世纪托里拆利奠定差压式流量计的理论基础，这是流量测量的里程碑。自那以后，18、19世纪流量测量的许多类型仪表的雏形开始形成，如堰、示踪法、皮托管、文丘里管、容积、涡轮及靶式流量计等。20世纪由于过程工业、能量计量、城市公用事业对流量测量的需求急剧增长，才促使仪表迅速发展，微电子技术和计算机技术的飞跃发展极大***动仪表更新换代，新型流量计如雨后春笋般涌现出来。至今，据称已有上百种流量计投向市场，现场使用中许多棘手的难题可望获得解决。

我国开展近代流量测量技术的工作比较晚，早期所需的流量仪表均从国外进口。

流量测量是研究物质量变的科学，质量互变规律是事物联系发展的基本规律，因此其测量对象已不限于传统意义上的管道液体，凡需掌握量变的地方都有流量测量的问题。流量和压力、温度并列为三大检测参数。对于一定的流体，只要知道这三个参数就可计算其具有的能量，在能量转换的测量中必须检测此三个参数。能量转换是一切生产过程和科学实验的基础，因此流量和压力、温度仪表一样得到***广泛的应用。

作用领域

     压差流量计应用极其广泛，流量测量技术与仪表的应用大致有以下几个领域。

一，工业生产过程

流量仪表是过程自动化仪表与装置中的大类仪表之一，它被广泛适用于冶金、电力、煤炭、化工、石油、交通、建筑、轻纺、食品、医药、农业、环境保护及人民日常生活等国民经济各个领域，是发展工农业生产，节约能源，改进产品质量，提高经济效益和管理水平的重要工具在国民经济中占有重要的地位。在过程自动化仪表与装置中，流量仪表有两大功用：作为过程自动化控制系统的检测仪表和测量物料数量的总量表。

二，能源计量

能源分为一次能源（煤炭、***、煤层气、***和***）、二次能源（电力、焦炭、人工燃气、成品油、液化***、蒸汽）及载能工质（压缩空气、氧、氮、氢、水）等。能源计量是科学管理能源，实现节能降耗，提高经济效益的重要手段。流量仪表是能源计量仪表的重要组成部分，水、人工燃气、***、蒸汽和油品这些常用的能源都使用着数量极其庞大的流量计，它们是能源管理和经济核算不可缺少的工具。

三，环境保护工程

烟气，废液、污水等的排放严重污染大气和水资源，严重威胁人类生存环境。***把可持续发展列为国策，环境保护将是21世纪的***大课题。空气和水的污染要得到控制，必须加强管理，而管理的基础是污染量的定量控制。

我国是以煤为主要能源的***，***有上百万个烟囱不停地向大气排放烟气。烟气排放控制是***污染的重要项目，每个烟囱必须是安装烟气分析仪表和流量计，组成连椟排放监视系统。烟气的流量沆量有很大因难，它的难度为烟囱尺寸大且形状不规则，气体组分变化不定，流速范围大，脏污，灰尘，腐蚀，高温，无直管段等。

四，交通运输

有五种方式：铁路公路、航空、水运、和管道运输。其中管道运输虽早已有之，但应用并不普遍。随着环保问题的突出，管道运输的特点引起人们的重视。管道运输必须装备流量计，它是控制、分配和调度的眼睛，亦是安全监没和经济核算的必备工具。

五，生物技术

21世纪将迎来生命科学的世纪，以生物技术为特征的产业将获得迅速发展。生物技术中需监测计量的物质很多，如血液，尿液等。仪表开发的难度极大，品种繁多。

六，科学实验

科学实验需要的流量计不但数量多，且品种极其繁杂。据统计流量计100多种中很大一部分是应科研之需用的，它们并不批量生产，在市面出售，许多科研机构和大企业皆设专门小组研制专用的流量计。

七，海洋气象，江河湖泊

这些领域为敞开流道，一般需检测流速，然后推算流量。流速计和流量计所依据的物理原理及流体力学基础是共通的但是仪表原理及结构以及使用条件有很大差别。