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差壓式流量計的工作原理及選型

來源：上海瑾熙自動化設(shè)備有限公司 2021年11月12日 14:18

差壓式流量計的工作原理及選型

摘要：差壓式流量計是目前比較廣泛的差壓式流量計種類之一，它具有結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用范圍廣，便于維修，且標準件便于生產(chǎn)等特點，因而廣泛的應(yīng)用于石油石化行業(yè)。文章主要淺析了差壓式流量計的工作原理和選型，為今后差壓式流量計的選型和優(yōu)化提供一定的理論依據(jù)。

差壓式流量計是一種根據(jù)安裝于管道中的流量檢測元件產(chǎn)生的差壓，以及流體的類型和管道的綜合尺寸因素等來計量流量的流量計。它通常由一次裝置(也就是流量檢測件)和二次裝置(差壓轉(zhuǎn)換器和流量轉(zhuǎn)換器)組成。通常用的一次裝置有孔扳流量計、文丘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等裝置[1]。它已發(fā)展為三化(系列化、通用化及標準化)程度很高的種類規(guī)格龐大的一大類儀表。差壓式流量計既可以用于流量參數(shù)的測量也可以用于其它參數(shù)如密度，壓力等物理參數(shù)的測量。

通常我們把安裝于管道中流量檢測件稱為一次裝置，特一般有節(jié)流件，取壓裝置和前后直管段組成，二次裝置也成為顯示儀表，它通常由差壓信號管路和測量中所需要的儀器儀表組成。
圖 1 差壓式流量計組成示意圖

圖 1 差壓式流量計組成示意圖
差壓式流量計應(yīng)用歷史比較廣泛，實踐經(jīng)驗也比較成熟，且制定的規(guī)程和和標準也比較規(guī)范，品種比較齊全的流量計，二十世紀 50 年代它是可以測量天然氣的流量計[2]。經(jīng)過許多年的發(fā)展它的技術(shù)更加成熟，一次裝置和二次裝置也更加的，估計今后此類流量計仍將占據(jù)重要的地位。

差壓式流量計的應(yīng)用比較廣泛，在封閉的管道中測量流量對流體介質(zhì)的要求不高且能適應(yīng)比較惡劣的現(xiàn)場測量環(huán)境，測量精度也比較高，因此在各行各業(yè)應(yīng)用都比較的廣。如流體方面：單相、混相、潔凈、臟污、粘性流等；工作狀態(tài)方面：常壓、高壓、真空、常溫、高溫、低溫等；管徑方面：從幾毫米到幾米;流動條件方面：亞音速、音速、脈動流等。它在各工業(yè)部門的用量約占流量計全部用量的 50 %~60 %[3]。

1、差壓式流量計的測量原理分析：
流體在流經(jīng)節(jié)流件時由于流體被壓縮流體將被加速，由于流體的速度增加導(dǎo)致流體的動能也會相應(yīng)的增加，按照能量守恒的定律我們知道被加速處流體的靜壓力會減低相應(yīng)的數(shù)值[4]。
圖 2 差壓流量計工作原理圖

圖 2 差壓流量計工作原理圖

如圖 2 所示：管道在橫截面 1 處的橫截面積是 A1，流體在流經(jīng)橫截面 A1 時的平均流速是 V1，其密度是 ρ1，；當(dāng)流體流過橫截面 2 時，流體的平均流速變?yōu)槭?V2，密度是 ρ2，橫截面積是 A2，根據(jù)流體流動連續(xù)性原理有如下關(guān)系式：V1A1ρ1= V2A2ρ2，如果流體是液體，在壓縮前后流體的密度一般認為是恒定的，即 ρ1＝ρ2＝ρ

因此液體的體積流量：
qv= V1A1= V2A2						(1)

根據(jù)別努利方程(即能量守恒定律)，在水平管道上 Z1＝Z2，
則有如下關(guān)系式：
	ρ1V12						ρ1V2		2	(2)
p1 +	2			= p2 +				2
	2							2
應(yīng)用別努利方程和流動連續(xù)性原理，在兩個橫截面上則有如
下關(guān)系式：
P = P – P = ρ1						[V		2 – V 2 ]		(3)
	1		2		2		2		1
由(1)式，得					2
由(1)式，得
V 1 =		A2	V
V 1 =		A	V
		A	2
	1
將(1)式和(2)式帶入(3)式可得：
P = ρ1 [1- (					A2	)2 ]V			2	(4)
P = ρ1 [1- (						)2 ]V			2	(4)
	2				A1			2
	2				A1

在上式中：

A1 = p 4D2 ； A2 = p4d2

根據(jù)直徑比 β 的定義：
b = Dd

由(1)式可得：

V = qv

所以：

r1 é

q2v

DP =

?1 –

A22

由此可以得出理論的流量公式：

2 P

(5)

qv =

1- β4

ρ1

又由流出系數(shù) C 的定義是：C=實際流量/理論流量，***后可

得出節(jié)流式差壓流量計普遍適用的實際流量公式：

2DP

(6)

qv =

4 d

1- b

ε 被測介質(zhì)的可膨脹性系數(shù)，一般來說對于液體 ε=1；對氣體、

蒸汽等可以壓縮流體 ε＜1；qv 流體的體積流量，(m3/S)；ρ1——工

作狀況下，節(jié)流件(前)上游處流體的密度，(kg/m3)；d 工作狀況下

節(jié)流件的等效開孔直徑，(m)；△P—差壓，△P=P1-P2，(Pa)。

2、差壓式流量計的選型：

差壓式流量計的選型應(yīng)考慮以下幾個方面：

2.1 、度、重復(fù)性、線性度、流量范圍和范圍度：

差壓式流量計的標準件有嚴格的使用范圍，包括管徑直徑比，雷諾系數(shù)，管壁厚度等參數(shù)，因此在實際的選擇和應(yīng)用中應(yīng)該合理的選擇這一系列參數(shù)。此外差壓式流量計的精度在很大程度上取決于現(xiàn)場的使用條件，在一般情況下取決于流體的條件。

2.2、流體的特性：

流體的特性指的是流體的密度、動力黏度、壓力、溫度、腐蝕性、磨蝕、結(jié)垢、臟污等流體的介質(zhì)條件。因此在選擇是應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場流體介質(zhì)的物理特性合理的選擇的差壓式流量計，在不明白現(xiàn)場流體的物理特性的情況下應(yīng)該主動使用儀器測量這些物理參數(shù)。

2.3、經(jīng)濟因素方面：

應(yīng)考率差壓式流量計的采購費用，安裝費用以及安裝后，后期的維護費用，校驗費用。榮大口徑的差壓式流量計后期的運行費用是一筆比較大的開銷，因此在選型時應(yīng)該選擇合適的口徑的差壓式流量計。

2.4、壓力損失：

壓力損失大事差壓式流量計的主要缺點之一。各類節(jié)流裝置中孔板和噴嘴是壓損較大的節(jié)流件，在同樣的流量及 β 值時噴嘴的壓損只為孔板壓損的 30 %~50 %，也就是說噴嘴是較低壓損的。

各種流量管(文丘里管、道爾管、羅洛斯管、通用文丘里管等)則是低壓損的節(jié)流裝置，它們壓損僅為孔板的 20 %，甚至低達 5%~10 %。這些節(jié)流裝置的開發(fā)應(yīng)用是今后一個努力方向。

3、結(jié)束語：

差壓式流量計是使用數(shù)量比較多的流量計種類之一，本文淺析了差壓式流量計的工作原理和選型，為今后差壓式流量計的選擇和使用提供了一定的理論借鑒基礎(chǔ)。

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差壓式流量計的工作原理及選型

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