差壓式流量計測量原理

差壓式流量計
 

    差壓式（也稱節(jié)流式）流量計是基于流體流動的節(jié)流原理，利用流體流經節(jié)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(jié)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(jié)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(jié)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(jié)流裝置。就是說根據統一標準進行設計和制造的標準節(jié)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(jié)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(jié)流裝置的管道中流動時，在節(jié)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(jié)流現象。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(jié)流裝置時，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，因而使一部分動能轉換為靜壓能，出現了節(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(xù)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(wěn)狀態(tài)，流速便降低到原來的數值，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，即動能發(fā)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(jié)流裝置前流體的壓力較高，稱為正壓，常以“+ ' ，標志；節(jié)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(jié)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(jié)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(jié)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(jié)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。