差壓式流量計(jì)測(cè)量原理

差壓式流量計(jì)
 

    差壓式（也稱節(jié)流式）流量計(jì)是基于流體流動(dòng)的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)產(chǎn)生的壓力差而實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量的。它是目前生產(chǎn)中測(cè)量流量最成熟、最常用的方法之一。通常是由能將被測(cè)流體的流量轉(zhuǎn)換成壓差信號(hào)的節(jié)流裝置（如孔板、噴嘴、文丘利管等）和能將此壓差轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的流量值顯示出來的差壓流量計(jì)所組成。
    所謂節(jié)流裝置就是在管道中放置能使流體產(chǎn)生局部收縮的元件。應(yīng)用最廣的是孔板，其次是噴嘴、文丘利管和文丘利噴嘴。這幾種節(jié)流裝置的使用歷史較長(zhǎng)，已經(jīng)積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和完整的實(shí)驗(yàn)資料，因此，國(guó)內(nèi)外都把它們的形式標(biāo)準(zhǔn)化，并稱為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置。就是說根據(jù)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置可直接用來測(cè)量，不必單獨(dú)標(biāo)定。但對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)化的特殊節(jié)流裝置，在使用時(shí)，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行個(gè)別標(biāo)定。
 

差壓式流量計(jì)測(cè)量原理
 

    流體在有節(jié)流裝置的管道中流動(dòng)時(shí)，在節(jié)流裝置前后的管壁處，流體的靜壓力產(chǎn)生差異的現(xiàn)象稱為節(jié)流現(xiàn)象。節(jié)流裝置包括節(jié)流元件和取壓裝置。節(jié)流元件是使管道中的流體產(chǎn)生局部收縮的元件，常用的節(jié)流元件有孔板、噴嘴和文丘利管等，下面以孔板為例說明節(jié)流現(xiàn)象。
    在管道中流動(dòng)的流體具有動(dòng)能和位能，在一定條件下這兩種能量可以相互轉(zhuǎn)換。而根據(jù)能量守恒定律，流體所具有的靜壓能和動(dòng)能，再加上克服流動(dòng)阻力的能量損失，在沒有外加能量的情況下，其總和是不變的。圖示在孔板前后流體的速度與壓力的分布情況。流體在管道截面I 前，以一定的流速v流動(dòng)。此時(shí)的靜壓力為P；。在接近節(jié)流裝置時(shí)，由于遇到節(jié)流裝置的阻擋，使靠近管壁處的流體受到節(jié)流裝置的阻擋作用最大，因而使一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)換為靜壓能，出現(xiàn)了節(jié)流裝置人口端面靠近管壁處的流體靜壓力升高，并且比管道中心處的壓力要大，即在節(jié)流裝置人口端面處產(chǎn)生一徑向壓差，這一徑向壓差使流體產(chǎn)生徑向附加速度，從而使靠近管壁處的流體質(zhì)點(diǎn)的流向與管道中心軸線相傾斜，形成了流束的收縮運(yùn)動(dòng)。由于慣性作用，流束收縮最小的地方不在孔板的開孔處，而是在開孔處的截面11 處。根據(jù)流體流動(dòng)的連續(xù)性方程，截面ＩＩ處的流體的流動(dòng)速度最大，達(dá)到ｖ２。隨后流束又逐漸擴(kuò)大，至截面ＩＩＩ后則完全恢復(fù)平穩(wěn)狀態(tài)，流速便降低到原來的數(shù)值，即ｖ１＝ｖ３。
    由于節(jié)流裝置造成流束的局部收縮，使流體的流速發(fā)生變化，即動(dòng)能發(fā)生變化。與此同時(shí)，表征流體靜壓能的靜壓力也在變化。在截面I 處，流體具有靜壓力Ｐ１。到達(dá)截面ＩＩ時(shí)，流速增加到最大值，靜壓力則降低到最小值Ｐ２，而后又隨著流束的恢復(fù)而逐漸恢復(fù)，由于在孔板端面處，流通截面突然縮小和擴(kuò)張，使流體形成局部渦流，要消耗一部分能量，同時(shí)流體流經(jīng)孔板時(shí)，要克服摩擦力，所以流體的靜壓力不能恢復(fù)到原來的數(shù)值Ｐ；，而產(chǎn)生了壓力損失￡＝Ｐ１-Ｐ２。節(jié)流裝置前流體的壓力較高，稱為正壓，常以“+ ' ，標(biāo)志；節(jié)流裝置后流體壓力較低，稱為負(fù)壓（不同于真空度的概念），常以“一”標(biāo)志。節(jié)流裝置前后壓差的大小與流量有關(guān)。管道中流動(dòng)的流體流量越大，在節(jié)流裝置前后產(chǎn)生的壓差也越大，只要測(cè)出孔板前后壓差的大小，即可反映出流量的大小，這就是節(jié)流裝置測(cè)量流量的基本原理。
    值得注意的是：要準(zhǔn)確地測(cè)量出截面I 與截面ＩＩ處的壓力Ｐ１和Ｐ２是有困難的，這是因?yàn)楫a(chǎn)生最低靜壓力Ｐ２的截面ＩＩ的位置隨著流速的不同會(huì)改變，事先根本無法確定。因此，實(shí)際上是在孔板前后的管壁上選擇兩個(gè)固定的取壓點(diǎn)，來測(cè)量流體在節(jié)流裝置前后的壓力變化。因而所測(cè)得的壓差與流量之間的關(guān)系，與測(cè)壓點(diǎn)和測(cè)壓方式的選擇是緊密相關(guān)的。