2.3.1.1　基本原理

差壓式（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(jīng)節(jié)流裝置時產(chǎn)生的壓強差實現(xiàn)流量測量的。通常是由能將被測流體的流量轉換成壓差信號的孔板、噴嘴等節(jié)流裝置以及用來測量壓差而顯示出流量的壓差計所組成。從伯努利方程式可以推導出節(jié)流式流量計不可壓縮流體流量的基本方程式

式中C0——孔流系數(shù)，是用實驗的方法測定的系數(shù)，對于標準節(jié)流件可以從表中查出孔流系數(shù)，不必自行測定；

A 0——節(jié)流孔開孔面積，m2；

ρ——介質(zhì)密度，kg/m3；

p 1、p 2——節(jié)流件前后取位點壓強，Pa。

在自動化高速發(fā)展的今天，差壓式流量計已經(jīng)由標準節(jié)流裝置、差壓變送器和智能顯示儀表組成，并且可以和計算機控制系統(tǒng)直接通信。

2.3.1.2　常用的標準節(jié)流元件

標準節(jié)流裝置由標準節(jié)流元件、標準取壓裝置和節(jié)流件前后測量管三部分組成，目前國際標準已規(guī)定的標準節(jié)流裝置如下。

（1）角接取壓標準孔板。

（2）法蘭取壓標準孔板。

（3）徑距取壓標準孔板。

（4）角接取壓的標準噴嘴（ISA 1932噴嘴）。

（5）徑距取壓長徑噴嘴。

（6）文丘里噴嘴。

（7）古典文丘里管。

按照上述標準規(guī)定設計、制造的節(jié)流式流量計，制成后可直接使用而無須標定。通過壓差測量儀表測得壓差后，根據(jù)流量公式和國家標準中的流量系數(shù)即可算出流量值，還能計算流量測量的誤差，誤差一般在0.5%～3%。在實際工作中，如果偏離了標準中的規(guī)定條件就會引起誤差，此時應對該節(jié)流裝置進行實際標定。

另外，由于工業(yè)現(xiàn)場的流量測量情況十分復雜，有時不能滿足標準規(guī)定的適用范圍，例如高黏度、低流速、低壓損、小管徑以及臟污介質(zhì)等情況，因此還研究出多種非標準節(jié)流裝置，包括低雷諾數(shù)孔板（1/4圓孔板和錐形入口孔板）、測量臟污介質(zhì)用的圓缺孔板、偏心孔板和楔形節(jié)流件、低壓損節(jié)流裝置（道爾管、低損管和雙頸文丘里管）等，細節(jié)請查閱有關專著。

下面簡單介紹幾種常用的節(jié)流元件。

1）孔板

標準孔板結構如圖分別為上、下游端面，δ1為孔板厚度，δ2為孔板開孔厚度，d為孔徑，α為斜面角，G、H和I為上、下2-8所示。它是一個帶圓孔的板，圓孔與管道同心。A1、A 2游開孔邊緣。對各部分的要求可查閱GB/T 2624—2006。在任何情況下，節(jié)流孔徑d均應等于或大于12.5 mm，直徑比β應滿足：0.20≤β≤0.75。標準孔板的特點是結構簡單、易加工、造價低，但能量損失大于噴嘴和文丘里管。加工孔板時應注意進口邊沿必須銳利、光滑，否則將影響測量精度?？装宀牧弦话銥椴讳P鋼、銅或硬鋁。2-9，它是由入口平面A、收縮部BC、圓筒形喉部E及防止邊緣損傷的保護槽F組成的。噴嘴測量精度高，加工困難，腐蝕性、臟污性被測介質(zhì)對測量精度影響不大，能量損失僅次于文丘里管。

圖2-8　標準孔板

圖2-9　ISA 1932噴嘴

3）文丘里管

文丘里管的結構如圖

孔板的安裝應注意方向，不能裝反。加工要求嚴格，特別是G、H和I處要尖銳，無毛刺；否則，影響測量精度。對于在測量過程中易使節(jié)流裝置變臟、磨損和變形的臟污或腐蝕性介質(zhì)不宜使用孔板。

2）噴嘴

屬于標準節(jié)流裝置的噴嘴有ISA 1932噴嘴和長徑噴嘴兩種，ISA 1932噴嘴的結構見圖2-10所示。它是由入口圓筒段A、圓錐形收縮段B、圓筒形喉部C和圓錐形擴散段E所組成的，在A，C段上分別開有取壓孔。它的特點是：制造工藝復雜，價格貴，但能量損失最小。流體流過文丘里管后壓力基本能恢復。2-11所示，由入口圓筒段、收縮段、圓筒形喉部及擴散段組成，基本上是ISA 1932噴嘴加上擴散段。根據(jù)擴散段長度不同分為不截尾的擴散段（長管型）和

圖2-10　古典文丘里管

文丘里管列入標準的有兩種類型：古典文丘里管（或簡稱為文丘里管）和文丘里噴嘴。

文丘里噴嘴結構如圖截尾的擴散段（短管型）兩種。

圖2-11　文丘里噴嘴

2.3.1.3　標準節(jié)流裝置的使用條件

（1）被測介質(zhì)應充滿全部管道截面連續(xù)地流動。

（2）管道內(nèi)的流束（流動狀態(tài)）應該是穩(wěn)定的。

（3）被測介質(zhì)在通過節(jié)流裝置時應不發(fā)生相變。例如，液體不發(fā)生蒸發(fā)，溶解在液體中的氣體不釋放出來等。

（4）在離節(jié)流裝置前后各有2D長的一段管道的內(nèi)表面上不能有凸出物和明顯的粗糙與不平現(xiàn)象。

（5）在節(jié)流裝置前后應有足夠長度的直管段。

（6）以m表示孔徑與管徑之比，各種標準節(jié)流裝置的使用管徑D的最小值規(guī)定如下。

孔板：0.05≤m≤0.70時，D≥50 mm

噴嘴：0.05≤m≤0.65時，D≥50 mm

文丘里噴嘴：0.05≤m≤0.06且d＞20 mm時，D≥50 mm

文丘里管：0.2≤m≤0.50時，100 mm≤D≤800 mm

2.3.1.4　標準節(jié)流裝置的選擇原則

（1）在允許壓力損失較小時，可采用噴嘴、文丘里管和文丘里噴嘴。

（2）在測量某些容易使節(jié)流裝置污染、磨損和變形的臟污及腐蝕性介質(zhì)的流量時，采用噴嘴較孔板為好。

（3）在流量值和壓差值都相等的條件下，噴嘴的開孔截面比值較孔板的小，在這種情況下，噴嘴有較高的測量精度，而且所需的直管段長度也較短。

（4）在加工制造和安裝方面，孔板最簡單，噴嘴次之，文丘里管和文丘里噴嘴最為復雜，造價也與此相似，并且管徑越大時，這種差別也越顯著。

2.3.1.5　標準節(jié)流裝置的安裝

（1）節(jié)流裝置不論在空間的什么位置，必須安裝在直管段上，應盡量避免任何局部阻力×100%。當m＜0.3時，ΔD不應超過±2%；當m≥0.3時，ΔD不應超過±0.5%。

（4）節(jié)流裝置在安裝之前，應將表面的油污用軟布擦去，但應特別注意保護孔板的尖銳邊緣，不得用砂布或銼刀進行輔助加工。

2.3.1.6　導壓管的安裝

（1）引壓導管應按最短距離敷設，它的總長度應不大于50 m，但不小于3 m。管線的彎曲處應該是均勻的圓角。

（2）應設法排出引壓導管管路中可能積貯的氣體水分、液體或固體微粒等影響壓差精確而可靠地傳送其他成分。為此，引壓導管管路的敷設應保持垂直或與水平面之間成大于1∶10的傾斜度，并加裝氣體、凝液、微粒的收集器和沉淀器等，定期進行排除。

（3）引壓導管應不受外界熱源的影響，并應防止凍結的可能。

（4）對于黏性的有腐蝕性的介質(zhì)，為了防堵、防腐，應加裝充有中性隔離液的隔離罐。

（5）全部引壓管路應保證密封、無滲漏現(xiàn)象。

（6）引壓管路中應裝有必要的切斷、沖洗、灌封液、排污等所需要的閥門。

2.3.1.7　差壓計的安裝

差壓計的安裝首先是安裝地點周圍條件（例如溫度、濕度、腐蝕性、震動等）的選擇。其次，當測量液體流量時或引壓導管中為液體介質(zhì)時，應使兩根導壓管路內(nèi)的液體溫度相同，以免由于兩邊重度差別而引起附加的測量誤差。

2.3.1.8　差壓式流量計使用中的測量誤差

1）被測介質(zhì)工作狀態(tài)的變動

如果實際使用時被測介質(zhì)的工作狀態(tài)（溫度、壓力、濕度）以及相應的介質(zhì)密度、黏度等參數(shù)數(shù)值與設計計算時有所變動，則按照原有的儀表常數(shù)K值乘上差壓計流量標尺上的指示值N所得到的流量指示值，顯然將與流過節(jié)流裝置的被測介質(zhì)的實際流量值之間產(chǎn)生誤差。

2）節(jié)流裝置安裝不正確

例如，孔板的尖銳一側應迎著流向，為入口端，而其呈喇叭形一側為出口端，即孔板具有方向性，不能裝反。除此之外，由于安裝不正確而引起的測量誤差，往往是由于孔板開孔中心和管道軸心線不同心所造成的，管道實際內(nèi)徑和計算時所用的管道內(nèi)徑之間的差別，以及墊片等凸出物的出現(xiàn)、引壓管路上的毛病等也是引起測量誤差的原因。對流速的影響。例如在節(jié)流裝置前后長度為2D的一段管道內(nèi)壁上，不應有任何突出部分（例如凸出的墊片、粗糙的焊縫、溫度計套管等）；在節(jié)流裝置的直管段前面如有各種閥門、彎頭等局部阻力時，必須保證在節(jié)流裝置前面有足夠的直管段長度。

（2）必須保證節(jié)流裝置的開孔中心和管道中心線同心，節(jié)流裝置的入口端面應與管道中心線垂直。

（3）在靠近節(jié)流裝置和距離節(jié)流裝置為2D的兩個管道截面上，應測量其實際內(nèi)徑。每個截面上至少測量兩對互相垂直的直徑，取測量結果的算術平均值作為管道的實際平均內(nèi)徑D′。D′與管道內(nèi)徑計算值D的最大偏差為ΔD＝

3）孔板入口邊緣的磨損

孔板長期使用，其入口邊緣的尖銳度會由于受到?jīng)_擊、磨損和腐蝕而變鈍，這樣在相等數(shù)量的流體經(jīng)過時所產(chǎn)生的壓差將變小，從而引起儀表指示值偏低。

4）節(jié)流裝置內(nèi)表面的結污和流通截面積的變化

在使用中，孔板等表面可能會黏結上一層污垢，或者由于孔板前后角落處日久而有沉淀物沉積，或者有強腐蝕作用，這些都會使管道的流通截面積發(fā)生漸變及引壓導管管路的泄漏和臟污，造成流量測量的誤差。