差壓式流量計(以下簡稱DPF或流量計)是根據安裝于管道中流量檢測件產生的差壓、已知的流體條件和檢測件與管道的幾何尺寸來測量流量的儀表。DPF由一次裝置(檢測件)和二次裝置(差壓轉換和流量顯示儀表)組成。通常以檢測件的型式對DPF分類，如孔扳流量計、文丘里管流量計及均速管流量計等。二次裝置為各種機械、電子、機電一體式差壓計，差壓變送器和流量顯示及計算儀表，它已發展為三化(系列化、通用化及標準化)程度很高的種類規格龐雜的一大類儀表。差壓計既可用于測量流量參數，也可測量其他參數(如壓力、物位、密度等)。
　　DPF按其檢測件的作用原理可分為節流式、動壓頭式、水力阻力式、離心式、動壓增益式和射流式等幾大類，其中以節流式和動壓頭式應用。
　　節流式DPF的檢測件按其標準化程度分為標準型和非標準型兩大類。所謂標準節流裝置是指按照標準文件設計、制造、安裝和使用，無須經實流校準即可確定其流量值并估算流量測量誤差，非標準節流裝置是成熟程度較差，尚未列入標準文件中的檢測件。
　　標準型節流式DPF的發展經過漫長的過程，早在20世紀20年代，美國和歐洲即開始進行大規模的節流裝置試驗研究。用得zui普遍的節流裝置--孔板和噴嘴開始標準化。現在標準噴嘴的一種型式ISA l932噴嘴，其幾何形狀就是30年代標準化的，而標準孔板亦曾稱為ISA l932孔板。節流裝置結構形式的標準化有很深遠的意義，因為只有節流裝置結構形式標準化了，才有可能把上眾多研究成果匯集到一起，它促進檢測件的理論和實踐向深度和廣度拓展，這是其他流量計所不及的。1980年ISO(標準化組織)正式通過標準ISO 5167，至此流量測量節流裝置*個標準誕生了。ISO 5167總結了幾十年來上對為數有限的幾種節流裝置(孔板、噴嘴和文丘里管)的理論與試驗的研究成果，反映了此類檢測件的當代科學與生產的技術水平。但是從ISO 5167正式頒布之日起，它就暴露出許多亟待解決的問題，這些問題主要有以下幾個方面。
　　1)ISO 5167試驗數據的陳舊性 ISO 5167中采用的數據大多是30年代的試驗結果，今天無論節流裝置制造技術，流量試驗設備及實驗技術都有巨大的進步，重新進行系統地試驗以獲得更高精確度及更可靠的數據是必要的。進入80年代美國和歐洲都進行大規模的試驗，為修訂ISO 5167打下基礎。
　　2) ISO 5167中關于直管段長度規定的問題 在ISO投票通過ISO 5167時，美國投了反對票，其主要原因是對直管段長度的規定有不同意見，這個問題應是ISO 5167修訂的主要問題之一。
　　3) ISO 5167中各項規定的科學性問題 影響節流裝置流出系數的因素特別多，主要有孔徑與管徑的比值β、取壓裝置、雷諾數、節流件安裝偏心度、前后阻流件類型及直管段長度、孔板入口邊緣尖銳度、管壁粗糙度、流體流動湍流度等，眾多因素影響錯綜復雜，有的參數難以直接測量，因此標準中有些規定并非科學地確定，而是為了取得*，不得不人為地確定。流量專家斯賓塞(E．A．Spencer)提出一系列應重新檢討的問題，如孔板平直度、同心度、直角邊緣尖銳度、管道粗糙度、上游流速分布及流動調整器的作用等。
　　4)關于節流式DPF測量精確度提高的問題 鑒于節流式DPF在流量計中占有重要地位，提高其測量精確度意義重大。歷次學術會議認為必須使流量測量工作者、流體力學與計算機技術工作者緊密合作共同攻關才能解決此問題。
　　20世紀80年代美國和歐洲開始進行大規模的孔板流量計試驗研究，歐洲為歐共體實驗計劃(EEC Experimental Program)，美國為API實驗計劃(API Experimental Program)。試驗的目的是用現代測試設備及試驗數據的統計處理技術進行新一輪的范圍廣泛的試驗研究，為修訂ISO 5167打下技術基礎。1999年ISO發出ISO 5167的修訂稿(ISO／CD 5167-1-4)，該文件為委員會草案，它在技術內容與編輯上都有很大改動，是一份全新的標準。本來預定于1999年7月在美國丹佛舉行的ISO／TC30／SC2會議上審查通過為DIS(標準草案)，但是會議認為尚有細節問題應再商榷而未能通過。新的ISO 5167標準何時正式頒布尚不得而知。ISO 5167新標準在標準的兩個核心內容皆有實質性變化，一是孔板的流出系數公式，用Reader-Harris/Gallagher計算式(R-G式)代替Stolz計算式，另一為節流裝置上游側直管段長度的規定以及流動調整器的使用等。
　　我們通常稱ISO 5167(GB／T2624)中所列節流裝置為標準節流裝置，其他的都稱為非標準節流裝置，應該指出，非標準節流裝置不僅是指那些節流裝置結構與標難節流裝置相異的，如果標準節流裝置在偏離標準條件下工作亦應稱為非標準節流裝置，例如，標準孔板在混相流或標準文丘里噴嘴在臨界流下工作的都是。
　　目前非標準節流裝置大致有以下一些種類：
　　1)低雷諾數用 1／4圓孔板，錐形入口孔板，雙重孔板，雙斜孔板，半圓孔板等；
　　2)臟污介質用 圓缺孔板，偏心孔板，環狀孔板，楔形孔板，彎管節流件等；
　　3)低壓損用 羅洛斯管，道爾管，道爾孔板，雙重文丘里噴嘴，通用文丘里管，Vasy管等；
　　4)小管徑用 整體(內藏)孔板；
　　5)端頭節流裝置 端頭孔板，端頭噴嘴，Borda管等；
　　6)寬范圍度節流裝置 彈性加載可變面積可變壓頭流量計(線性孔板)；
　　7)毛細管節流件 層流流量計；
　　8)脈動流節流裝置；
　　9)臨界流節流裝置 音速文丘里噴嘴；
　　10)混相流節流裝置。
　　節流式DPF現場應用的不斷拓展必然提出發展非標準節流裝置的要求，十余年來ISO亦在不斷制訂有關非標準節流裝置的技術文件，在它們不能成為正式標準之前作為技術報告發表。可以預見，今后有可能若干較為成熟的非標準節流裝置會晉升為標準型的。
　　20世紀90年代中后期世界范圍內各式DPF銷售量在流量儀表總量中臺數占50％-60％(每年約百萬臺)，金額占30％左右。我國銷售臺數約占流量儀表總量(不包括*表和家用水表及玻璃管浮子流量計)的35％-42％(每年6萬-7萬臺)。
2 工作原理
2.1 基本原理
　　充滿管道的流體，當它流經管道內的節流件時，如圖4.1所示，流速將在節流件處形成局部收縮，因而流速增加，靜壓力降低，于是在節流件前后便產生了壓差。流體流量愈大，產生的壓差愈大，這樣可依據壓差來衡量流量的大小。這種測量方法是以流動連續性方程(質量守恒定律)和伯努利方程(能量守恒定律)為基礎的。壓差的大小不僅與流量還與其他許多因素有關，例如當節流裝置形式或管道內流體的物理性質(密度、粘度)不同時，在同樣大小的流量下產生的壓差也是不同的。


圖4.1 孔板附近的流速和壓力分布

2.2 流量方程
　
式中 qm--質量流量，kg/s;
　　 qv--體積流量，m3/s;
　　 C--流出系數；
　　 ε--可膨脹性系數；
　　 β--直徑比，β=d/D;
　　 d--工作條件下節流件的孔徑，m；
　　 D--工作條件下上游管道內徑，m；
　　 △P--差壓，Pa；
　　 ρl--上游流體密度，kg/m3。
　　由上式可見，流量為C、ε、d、ρ、△P、β(D)6個參數的函數，此6個參數可分為實測量[d，ρ，△P，β(D)]和統計量(C、ε)兩類。
　　(1)實測量
　　1)d、D 式(4．1)中d與流量為平方關系，其精確度對流量總精度影響較大，誤差值一般應控制在±0．05％左右，還應計及工作溫度對材料熱膨脹的影響。標準規定管道內徑D必須實測，需在上游管段的幾個截面上進行多次測量求其平均值，誤差不應大于±0．3％。除對數值測量精度要求較高外，還應考慮內徑偏差會對節流件上游通道造成不正常節流現象所帶來的嚴重影響。因此，當不是成套供應節流裝置時，在現場配管應充分注意這個問題。
　　2)ρ ρ在流量方程中與△P是處于同等位置，亦就是說，當追求差壓變送器高精度等級時，絕不要忘記ρ的測量精度亦應與之相匹配。否則△P的提高將會被ρ的降低所抵消。
　　3)△P 差壓△P的精確測量不應只限于選用一臺高精度差壓變送器。實際上差壓變送器能否接受到真實的差壓值還決定于一系列因素，其中正確的取壓孔及引壓管線的制造、安裝及使用是保證獲得真實差壓值的關鍵，這些影響因素很多是難以定量或定性確定的，只有加強制造及安裝的規范化工作才能達到目的。
　　(2)統計量
　　1)C 統計量C是無法實測的量(指按標準設計制造安裝，不經校準使用)，在現場使用時zui復雜的情況出現在實際的C值與標準確定的C值不相符合。它們的偏離是由設計、制造、安裝及使用一系列因素造成的。應該明確，上述各環節全部嚴格遵循標準的規定，其實際值才會與標準確定的值相符合，現場是難以*這種要求的。
　　應該指出，與標準條件的偏離，有的可定量估算(可進行修正)，有的只能定性估計(不確定度的幅值與方向)。但是在現實中，有時不僅是一個條件偏離，這就帶來非常復雜的情況，因為一般資料中只介紹某一條件偏離引起的誤差。如果許多條件同時偏離，則缺少相關的資料可查。
　　2)ε 可膨脹性系數ε是對流體通過節流件時密度發生變化而引起的流出系數變化的修正，它的誤差由兩部分組成：其一為常用流量下ε的誤差，即標準確定值的誤差；其二為由于流量變化ε值將隨之波動帶來的誤差。一般在低靜壓高差壓情況，ε值有不可忽略的誤差。當△P／P≤0.04時，ε的誤差可忽略不計。

3 分 類

　　差壓式流量計分類如表4.1所示。

表4.1 分類表
　 分類原則 　　　　　　 分 　　類 　　類　　 型
按產生差壓的作用原理分類 1）節流式；2）動壓頭式；3）水力阻力式；4）離心式；5）動壓增益式；6）射流式
按結構形式分類 1）標準孔板；2）標準噴嘴；3）經典文丘里管；4）文丘里噴嘴；5）錐形入口孔板；6）1/4圓孔板；7）圓缺孔板；8）偏心孔板；9）楔形孔板；10）整體（內藏）孔板；11）線性孔板；12）環形孔板；13）道爾管；14）羅洛斯管；15）彎管；16）可換孔板節流裝置；17）臨界流節流裝置
按用途分類 1）標準節流裝置；2）低雷諾數節流裝置；3）臟污流節流裝置；4）低壓損節流裝置；5）小管徑節流裝置；6）寬范圍度節流裝置；7）臨界流節流裝置；

3.1 按產生差壓的作用原理分類
　　1)節流式 依據流體通過節流件使部分壓力能轉變為動能以產生差壓的原理工作，其檢測件稱
　　　之為節流裝置，是DPF的主要品種。
　　2)動壓頭式 依據動壓轉變為靜壓的原理工作，如均速管流量計。
　　3)水力阻力式 依據流體阻力產生的壓差原理工作，檢測件為毛細管束，又稱層流流量計，一
　　　般用于微小流量測量。
　　4)離心式 依據彎曲管或環狀管產生離心力原理形成的壓差工作，如彎管流量計，環形管流量
　　　計等。
　　5)動壓增益式 依據動壓放大原理工作，如皮托-文丘里管。
　　6)射流式 依據流體射流撞擊產生原理工作，如射流式差壓流量計。

3.2 按結構形式分類
　　1) 標準孔板 又稱同心直角邊緣孔板，其軸向截面如圖4.2所示。孔板是一塊加工成圓形同心的具有銳利直角邊緣的薄板。孔板開孔的上游側邊緣應是銳利的直角。標準孔板有三種取壓方式：角接、法蘭及D-D/2取壓；如圖4.3所示。為從兩個方向的任一個方向測量流量，可采用對稱孔板，節流孔的兩個邊緣均符合直角邊緣孔板上游邊緣的特性，且孔板全部厚度不超過節流孔的厚度。


圖4.2 標準孔板

圖4.3 孔板的三種取壓方式
　　2) 標準噴嘴 有兩種結構形式：ISA 1932噴嘴和長徑噴嘴。
　　a. ISA 1932噴嘴（圖4.4） 上游面由垂直于軸的平面、廓形為圓周的兩段弧線所確定的收縮段、圓筒形喉部和凹槽組成的噴嘴。ISA 1932噴嘴的取壓方式僅角接取壓一種。


圖4.4 ISA 1932噴嘴
　　b. 長徑噴嘴（圖4.5） 上游面由垂直于軸的平面、廓形為1/4橢圓的收縮段、圓筒形喉部和可能有的凹槽或斜角組成的噴嘴。長徑噴嘴的取壓方式僅D-D/2取壓一種。
　　3） 經典文丘里管 由入口圓筒段A、圓錐收縮段B、圓筒形喉部C和圓錐擴散段E組成，如圖4.6 所示。根據不同的加工方法，有以下結構形式：①具有粗鑄收縮段的；②具有機械加工收縮段的；③具有鐵板焊接收縮段的。不同結構形式的L1、L2、R1、R2與D、d的關系如表4.2所示。
　　4）文丘里噴嘴 由進口噴嘴、圓筒形喉部及擴散段組成，如圖4.7所示。
　　5）錐形入口孔板 錐形入口孔板與標準孔板相似，相當于一塊倒裝的標準孔板，其結構如圖4 . 8所示，取壓方式為角接取壓。



表4.2 L1、L2、R1、R2與D、d關系
注 粗 鑄 入 口 機械加工的入口 粗焊的鐵板入口
1 ±0.25D(100mm＜D＜150mm)
L1=0.5D±0.05D L1=0.5D±0.05D
2 L2=1D或0.25D+250mm兩個量中的小者 L2≥D(入口直徑) L2≥D(入口直徑)
3 R1=1.375D+20% R1＜0.25D R1=0,焊縫除外
4 R2=3.625d至3.8d R2＜0.25D R2=0,焊縫除外




圖4.6 經典文丘里管

圖4.7 文丘里噴嘴

圖4.8 錐形入口孔板
1一環隙；2-夾持環；3一上游端面A；4-下游端面B；
5-軸線；6-流向；7-取壓口；8-孔板；
X-帶環隙的夾持環；Y-單獨取壓口