差壓式流量計測量原理

差壓式流量計
 

    差壓式（也稱節流式）流量計是基于流體流動的節流原理，利用流體流經節流裝置時產生的壓力差而實現流量測量的。它是目前生產中測量流量最成熟、最常用的方法之一。通常是由能將被測流體的流量轉換成壓差信號的節流裝置（如孔板、噴嘴、文丘利管等）和能將此壓差轉換成對應的流量值顯示出來的差壓流量計所組成。
    所謂節流裝置就是在管道中放置能使流體產生局部收縮的元件。應用最廣的是孔板，其次是噴嘴、文丘利管和文丘利噴嘴。這幾種節流裝置的使用歷史較長，已經積累了豐富的實踐經驗和完整的實驗資料，因此，國內外都把它們的形式標準化，并稱為標準節流裝置。就是說根據統一標準進行設計和制造的標準節流裝置可直接用來測量，不必單獨標定。但對于非標準化的特殊節流裝置，在使用時，應對其進行個別標定。
 

差壓式流量計測量原理
 

    流體在有節流裝置的管道中流動時，在節流裝置前后的管壁處，流體的靜壓力產生差異的現象稱為節流現象。節流裝置包括節流元件和取壓裝置。節流元件是使管道中的流體產生局部收縮的元件，常用的節流元件有孔板、噴嘴和文丘利管等，下面以孔板為例說明節流現象。
    在管道中流動的流體具有動能和位能，在一定條件下這兩種能量可以相互轉換。而根據能量守恒定律，流體所具有的靜壓能和動能，再加上克服流動阻力的能量損失，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。此時的靜壓力為P；。在接近節流裝置時，由于遇到節流裝置的阻擋，使靠近管壁處的流體受到節流裝置的阻擋作用最大，因而使一部分動能轉換為靜壓能，出現了節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，即在節流裝置人口端面處產生一徑向壓差，這一徑向壓差使流體產生徑向附加速度，從而使靠近管壁處的流體質點的流向與管道中心軸線相傾斜，形成了流束的收縮運動。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。根據流體流動的連續性方程，截面ＩＩ處的流體的流動速度最大，達到ｖ２。隨后流束又逐漸擴大，至截面ＩＩＩ后則完全恢復平穩狀態，流速便降低到原來的數值，即ｖ１＝ｖ３。
    由于節流裝置造成流束的局部收縮，使流體的流速發生變化，即動能發生變化。與此同時，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。到達截面ＩＩ時，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而逐漸恢復，由于在孔板端面處，流通截面突然縮小和擴張，使流體形成局部渦流，要消耗一部分能量，同時流體流經孔板時，要克服摩擦力，所以流體的靜壓力不能恢復到原來的數值Ｐ；，而產生了壓力損失￡＝Ｐ１-Ｐ２。節流裝置前流體的壓力較高，稱為正壓，常以“+ ' ，標志；節流裝置后流體壓力較低，稱為負壓（不同于真空度的概念），常以“一”標志。節流裝置前后壓差的大小與流量有關。管道中流動的流體流量越大，在節流裝置前后產生的壓差也越大，只要測出孔板前后壓差的大小，即可反映出流量的大小，這就是節流裝置測量流量的基本原理。
    值得注意的是：要準確地測量出截面I 與截面ＩＩ處的壓力Ｐ１和Ｐ２是有困難的，這是因為產生最低靜壓力Ｐ２的截面ＩＩ的位置隨著流速的不同會改變，事先根本無法確定。因此，實際上是在孔板前后的管壁上選擇兩個固定的取壓點，來測量流體在節流裝置前后的壓力變化。因而所測得的壓差與流量之間的關系，與測壓點和測壓方式的選擇是緊密相關的。