摘 要:雖然流量計(jì)已成功地應(yīng)用于工業(yè)愈百年，但是目前在全部流量計(jì)中一種能達(dá)到***新國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) ISO5167 — 1、ISO5167 —2、ISO5167 — 3 和 ISO5167 — 4 標(biāo)準(zhǔn)的流量計(jì)只有差壓式流量計(jì)。所謂“標(biāo)準(zhǔn)化”就是無(wú)須實(shí)驗(yàn)校準(zhǔn)而確定差壓與流量的關(guān)系，并可估算其測(cè)量誤差。本文略述差壓式流量計(jì)的基本工作原理與分類(lèi)，以供參考。
1、差壓式流量計(jì)的工作原理：
差壓式流量計(jì)的工作原理如下：流體流經(jīng)一個(gè)收縮（節(jié)流）件時(shí)，流體將被加速。這種流體的加速將使它的動(dòng)能增加，而同時(shí)按照能量守恒定律，在流體被加速處它的靜壓力一定會(huì)降低一個(gè)相對(duì)應(yīng)的值。能量守恒定律告訴我們：在一個(gè)封閉的系統(tǒng)中，流體的總能量是一個(gè)常數(shù)。為進(jìn)一步進(jìn)行定量分析，見(jiàn)下圖：
在橫截面 1 處，流體的平均流速是 V1，其密度是ρ 1，管道在橫截面 1 處的橫截面積是A1；當(dāng)流體流過(guò)橫截面 2 時(shí)，相應(yīng)的平均流速是 V2，密度是ρ 2，橫截面積是 A2，根據(jù)流體流動(dòng)連續(xù)性原理有如下關(guān)系式：V1·A1·ρ1 = V 2 ·A 2 · ρ 2 … （ 1 ）如果流體是液體，可認(rèn)為在收縮前、后其密度不變，即ρ1＝ρ2＝ρ所以液體的體積流量：q V ＝ V1·A1 ＝V2·A2 （2）根據(jù)別努利方程（能量守恒定律），在水平管道上 Z1 ＝ Z2，則有如下關(guān)系式：
又由于流出系數(shù) C 的定義是：C= ，***后可得出節(jié)流式差壓流量計(jì)普遍適用的實(shí)際量公式：
質(zhì)量流量 qm=qv·ρ 1……（6）式 中 ：——被測(cè)介質(zhì)的可膨脹性系數(shù)，對(duì)于液體=1；對(duì)氣體、蒸氣等可壓縮流體 ＜ 1；qv ——流體的體積流量，[m3/s];（工況下流體的體積流量）；qm ——流體的質(zhì)量流量，[㎏ /S];d ——工作狀況下節(jié)流件的等效開(kāi)孔直徑，[m]（對(duì)于孔板是孔徑，對(duì)于文丘得管是喉徑，對(duì)于 VNZ 流量計(jì)是等效開(kāi)孔直徑）；△ P —差壓，△ P=P1-P2；[Pa];ρ 1 ——工作狀況下，節(jié)流件（前）上游處流體的密度，[㎏ /m3];C ——流出系數(shù)，[—]無(wú)量綱；β——直徑比[—]無(wú)量綱。β =d ／ D。如果要求有高準(zhǔn)確度的測(cè)量結(jié)果，如要求不確定度是± 0.5% 的流量值，那么就需要在規(guī)定的流量范圍和相對(duì)應(yīng)的雷諾數(shù)范圍內(nèi)進(jìn)行校準(zhǔn)，即標(biāo)定出 C 值。如果± 1% 到 2% 的精度是可以接受的，那么對(duì)于孔板、噴嘴和文丘利管等標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置可以根據(jù)***新國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn) ISO-5167（2003）或我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定C（流出系數(shù)值）。
2、差壓式流量計(jì)的分類(lèi)：
以往采用有差壓式流量計(jì)的分類(lèi)原則大致上有以下三種：
按產(chǎn)生差壓的作用原理分類(lèi)：包括分類(lèi)類(lèi)型有：節(jié)流式；動(dòng)壓式；水力阻力式；離心式；動(dòng)壓增壓式；射流式。其中節(jié)流式是差壓流量計(jì)的主要品種，關(guān)于節(jié)流式差壓計(jì)進(jìn)一步合理分類(lèi)將在下文作專(zhuān)題論述。按結(jié)構(gòu)形式分類(lèi)：標(biāo)準(zhǔn)孔板；標(biāo)準(zhǔn)噴嘴；經(jīng)典文丘利管；標(biāo)準(zhǔn)文丘利噴嘴；圓缺孔板；耐磨孔板;環(huán)形孔板；錐形入口孔板等約20多種，詳見(jiàn)文獻(xiàn)。按用途分類(lèi)又可分為：標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置；臟污流節(jié)流裝置；低雷諾數(shù)節(jié)流裝置;低壓損節(jié)流裝置；寬量程節(jié)流裝置；小管徑節(jié)流裝置；臨界流節(jié)流裝置等。
3、節(jié)流式流量計(jì)的合理分類(lèi)：
依據(jù)流體通過(guò)節(jié)流件時(shí)，部分靜壓能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能，因而產(chǎn)生差壓的原理工作。其檢測(cè)件被稱(chēng)為節(jié)流裝置。按照流體被節(jié)流件節(jié)流的方式，即實(shí)現(xiàn)流體收縮的方式，可將節(jié)流裝置細(xì)分為以下的兩大類(lèi)，共四個(gè)小類(lèi)，這樣有助于從分類(lèi)學(xué)的高度認(rèn)識(shí)各種節(jié)流裝置由于其自身結(jié)構(gòu)所決定的優(yōu)缺點(diǎn)。
3.1、中心收縮式節(jié)流裝置：
利用節(jié)流件將被測(cè)流體節(jié)流集中收縮到管道中心軸線(xiàn)附近的節(jié)流，這是到目前為止絕大多數(shù)節(jié)流式流量計(jì)所采用的節(jié)流方式，在該大類(lèi)中，又可分成以下兩個(gè)小類(lèi)：
中心突然收縮式節(jié)流裝置：即流體流入節(jié)流裝置后，預(yù)先沒(méi)有流經(jīng)任何預(yù)收縮件而突遇節(jié)流件并在管軸中心線(xiàn)附近形成收縮的節(jié)流裝置，它的典型代表就是標(biāo)準(zhǔn)孔板，孔板是一個(gè)帶有同心（同軸）圓孔或偏心圓孔的一塊板，當(dāng)流體流過(guò)時(shí)由所開(kāi)的圓孔形成流體的局部收縮。在孔板下游會(huì)形成幅度相當(dāng)大的旋渦，它會(huì)使量程比縮小，差壓信號(hào)中的噪聲增大，降低流量計(jì)的測(cè)量精度，壓損增大。由孔板所造成的這種中心突然收縮的節(jié)流方式所帶來(lái)的其他缺點(diǎn)還有：要求的上游直管過(guò)長(zhǎng)(一般至少20D至50D)；孔板前極易積污；孔板入口極易被磨損從而喪失精度；流出系數(shù)不穩(wěn)定，線(xiàn)性差。
中心逐漸收縮式節(jié)流裝置:流體進(jìn)入節(jié)流裝置后，先經(jīng)逐漸收縮段，然后進(jìn)入中心軸線(xiàn)附近的喉部，***后經(jīng)擴(kuò)散段而流出節(jié)流裝置，它以經(jīng)典文丘利管為代表，由于實(shí)現(xiàn)了逐漸收縮與擴(kuò)散，壓損較小。一般說(shuō)來(lái)，文丘利管的流出系數(shù)接近于1，但是由于磨損和使用，此流出系數(shù)可能有變化。文丘利管的主要缺點(diǎn)有：安裝費(fèi)用高；要求的上游直管段較長(zhǎng)(與阻流件及β值有關(guān)）；不適合于測(cè)量含濕（或冷凝液）的氣體；測(cè)量含固體顆粒的流體時(shí)，易于被堵塞；當(dāng)用于大口徑管線(xiàn)時(shí)，文丘利管體積龐大，而且非常笨重，價(jià)格昂貴；量程比?。▋H5：1）；總重量太大；鋪設(shè)的總長(zhǎng)度太長(zhǎng)。
3.2、邊壁收縮式節(jié)流裝置：
利用同軸安裝在管道中的節(jié)流件，將流體節(jié)流，收縮到管道的內(nèi)邊壁附近，讓流體流過(guò)由節(jié)流件與管內(nèi)壁所形成間隙，從而形成節(jié)流件前后的差壓；通過(guò)測(cè)量此差壓Δ P，實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量?？梢苑譃橐韵聝深?lèi)：
突然收縮式:可以用環(huán)形孔板作為此類(lèi)節(jié)流裝置的典型代表，環(huán)形孔板是一個(gè)實(shí)現(xiàn)流體在邊壁突然收縮的節(jié)流裝置，它由一個(gè)被同軸安裝在測(cè)量管中的圓盤(pán)、三腳支架和中心軸管組成。由盤(pán)上測(cè)量全（滯止）壓力的測(cè)壓孔所測(cè)得的上游壓力和圓盤(pán)上朝向下游的取壓孔所測(cè)得的下游壓力經(jīng)中心軸傳送到差壓變送器。環(huán)形孔板的優(yōu)點(diǎn)是既能疏泄管道底部的液體或固體顆粒又能使被測(cè)液體中的氣體或蒸氣沿管道頂部通過(guò)，排出節(jié)流裝置。對(duì)于臟污流體，朝向上游的取壓孔仍有被堵塞的危險(xiǎn)。關(guān)于與管道尺寸之間的相互關(guān)系的數(shù)據(jù)目前公布的很少，一些在常用β值下，用環(huán)形孔板測(cè)量干凈空氣流量的數(shù)據(jù)。
逐漸收縮式:以V 形內(nèi)錐流量計(jì)為代表利用同軸安裝在測(cè)量管中的V 形尖圓錐，將流體逐漸地節(jié)流，收縮到管道內(nèi)壁附近。通過(guò)測(cè)量此V形內(nèi)錐體前后的差壓來(lái)實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量.通過(guò)以上的分類(lèi)學(xué)分析，可以看清，人類(lèi)對(duì)節(jié)流式流量計(jì)的改進(jìn)進(jìn)程，V 形內(nèi)錐流量測(cè)量節(jié)流裝置是對(duì)已有節(jié)流式流量計(jì)改進(jìn)完善的必然結(jié)果。
