差壓式流量計(jì)是根據(jù)安裝于管道中流量檢測(cè)件產(chǎn)生的差壓、已知的流體條件和檢測(cè)件與管道的幾何尺寸以計(jì)算流量的儀表。差壓式流量計(jì)由一次裝置(檢測(cè)件)和二次裝置(差壓變送器和流量積算儀)組成。通常以檢測(cè)件的型式對(duì)差壓式流量計(jì)分類(lèi)，如孔板流量計(jì)、文丘里管流量計(jì)、均速管流量計(jì)等。二次裝置為差壓變送器和流量積算儀及DCS等。
差壓式流量計(jì)的應(yīng)用最廣泛的節(jié)流式檢測(cè)件按其標(biāo)準(zhǔn)化程度分為標(biāo)準(zhǔn)式和非標(biāo)準(zhǔn)式二大類(lèi)。所謂標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)件是指只要按照標(biāo)準(zhǔn)文件設(shè)計(jì)、制造、安裝和使用，無(wú)須經(jīng)實(shí)流校準(zhǔn)即可確定其流量值和估算流量誤差，非標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)件是成熟程度較差，尚未列入標(biāo)準(zhǔn)文件中的檢測(cè)件。
差壓式流量計(jì)是一類(lèi)應(yīng)用廣泛的流量計(jì)，在各類(lèi)流量?jī)x表中其用量占居首位，其中尤以節(jié)流式差壓流量計(jì)中用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置作為檢測(cè)件的最為普及，是流量計(jì)選用時(shí)優(yōu)先考慮的儀表。一般把流量測(cè)量國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO5167中所包括的節(jié)流裝置稱為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，而把除此以外的節(jié)流裝置以及不符合標(biāo)準(zhǔn)使用條件的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置稱為非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的種類(lèi)在全部節(jié)流裝置中只占極少數(shù)，目前它只有三種：孔板、噴嘴和文丘里管，而全部節(jié)流裝置目前已超過(guò)20種。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的發(fā)展歷史悠久，積累了極其豐富的技術(shù)資料，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO5167就是這些技術(shù)資料的總結(jié)文件。在使用中只要嚴(yán)格遵循標(biāo)準(zhǔn)的各項(xiàng)要求，可以無(wú)須實(shí)流校準(zhǔn)即能確定流量與儀表信號(hào)的關(guān)系并估算其測(cè)量誤差。這是此類(lèi)流量計(jì)獲得廣泛使用的重要原因。
一、差壓式流量計(jì)原理和結(jié)構(gòu)
1、差壓式流量計(jì)基本原理
在昌暉儀表網(wǎng)《差壓式流量計(jì)簡(jiǎn)介》中已對(duì)差壓式流量計(jì)工作做了詳細(xì)介紹，在本文不再累述。
2、差壓式流量計(jì)流量公式
差壓式流量計(jì)流量公式中qm為質(zhì)量流量，kg/s；qv為體積流量，m3/s；C為流出系數(shù)；ε為可膨脹性系數(shù)；β為直徑比，β=d/D；d為工作條件下節(jié)流件的孔徑，m；D為工作條件下上游管道內(nèi)徑，m；△P為差壓，Pa；ρ1為上游流體密度，kg/m3。由上面的流量公式可見(jiàn)，流量為C、ε、d、ρ、△P和β6個(gè)參數(shù)的函數(shù)，此6個(gè)參數(shù)可分為實(shí)測(cè)量(d、ρ、△P和β)和統(tǒng)計(jì)量(C、ε)兩類(lèi)。
①實(shí)測(cè)量
◆d和D
在上面的流量公式中d與流量為平方關(guān)系，其精度對(duì)流量總精度影響較大，誤差值一般應(yīng)控制在±0.05%左右。還應(yīng)計(jì)及工作溫度對(duì)材料熱膨脹的影響。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定管道內(nèi)徑D必須實(shí)測(cè)，需在上游管段的幾個(gè)截面上進(jìn)行多次測(cè)量求其平均值，誤差不應(yīng)大于±0.3%。除對(duì)數(shù)值測(cè)量精度要求較高外，還應(yīng)考慮內(nèi)徑偏差會(huì)對(duì)節(jié)流件上游通道造成不正常節(jié)流現(xiàn)象所帶來(lái)的嚴(yán)重影響。因此，當(dāng)不是成套供應(yīng)節(jié)流裝置時(shí)，在現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)配管應(yīng)充分注意這個(gè)問(wèn)題。
◆ρ
在流量方程中與△P是處于同等位置，亦就是說(shuō)，當(dāng)追求差壓變送器高精度等級(jí)時(shí)，絕不要忘記ρ的測(cè)量精度亦應(yīng)與之相匹配。否則ΔP的提高將會(huì)被ρ的降低所抵銷(xiāo)。昌暉流量積算儀密度補(bǔ)償精度很高，這就是用戶覺(jué)得昌暉流量積算儀測(cè)量很準(zhǔn)確的原因。
◆ΔP
差壓ΔP的精確測(cè)量不應(yīng)只限于選用一臺(tái)高精度差壓變送器。實(shí)際上差壓變送器能否接受到真實(shí)的差壓值還決定于一系列因素，其中正確的取壓孔及引壓管線的制造、安裝及使用是保證獲得真正差壓值的關(guān)鍵，這些影響因素很多是難以定量或定性確定的，只有加強(qiáng)制造及安裝的規(guī)范化工作才能達(dá)到目的。
②統(tǒng)計(jì)量
◆C
統(tǒng)計(jì)量C是無(wú)法實(shí)測(cè)的量(指按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制造安裝，不經(jīng)校準(zhǔn)投用)，在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)最復(fù)雜的情況出現(xiàn)在實(shí)際的C值與由標(biāo)準(zhǔn)確定的C值不相符合。它們的偏離是由設(shè)計(jì)、制造、安裝及使用一系列因素造成的。應(yīng)該明確，上述各環(huán)節(jié)全部嚴(yán)格遵循標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，其實(shí)際值才會(huì)與標(biāo)準(zhǔn)確定的值相符合，現(xiàn)場(chǎng)是難以完全滿足這種要求的。
應(yīng)該指出，與標(biāo)準(zhǔn)條件的偏離，有的可定量估算(可進(jìn)行修正)。有的只能定性估計(jì)(不確定度的幅度與方向)，但是現(xiàn)實(shí)中，有時(shí)不僅是一個(gè)條件偏離，這就帶來(lái)非常復(fù)雜的情況，因?yàn)橐话阗Y料中只介紹某一條件偏離引起的誤差。如果許多條件同時(shí)偏離，則缺少相關(guān)的資料可查。
以下列舉應(yīng)該著重檢查的問(wèn)題。
a、結(jié)構(gòu)的偏離
●孔板入口直角銳利度
●孔板厚度
●孔板上游端面平面度
●取壓位置
●取壓孔加工不規(guī)范或堵塞
●管徑尺寸與計(jì)算不符
●節(jié)流件附近產(chǎn)生臺(tái)階、錯(cuò)位
●環(huán)室尺寸產(chǎn)生臺(tái)階、偏心
●焊接，焊縫突出
●節(jié)流件偏心(不同軸度)
b、管線布置的偏離
●阻流件靠近節(jié)流裝置
阻流件類(lèi)型很復(fù)雜，有單一阻流件，亦有組合式阻流件，標(biāo)準(zhǔn)僅給出單一的，對(duì)于組合式阻流件的資料還欠缺。
●流動(dòng)調(diào)整器的應(yīng)用
使用流動(dòng)調(diào)整器目的是使進(jìn)入節(jié)流件的流動(dòng)為充分發(fā)展管流，但并非隨意使用它都能達(dá)到目的，有時(shí)使用不當(dāng)反會(huì)帶來(lái)流場(chǎng)偏倚、堵塞、高壓損等負(fù)作用。
c、使用偏離
●孔板彎曲(變形)
●上游端面沉積臟物
●上游測(cè)量管沉積臟物
●孔板入口直角邊緣變鈍、破損
d、管道粗糙度的影響
●管道粗糙度增加使速度分布曲線變陡，會(huì)增大流出系數(shù)。
●管道粗糙度是一個(gè)難以掌握的因素，它與流體性質(zhì)、管壁腐蝕、積垢等有關(guān)，隨時(shí)間而變化。
●可膨脹性系數(shù)ε是對(duì)流體通過(guò)節(jié)流件時(shí)密度發(fā)生變化而引起的流出系數(shù)變化的修正，它的誤差由兩部分組成：其一為常用流量下ε的誤差，即標(biāo)準(zhǔn)確定值的誤差；其二為由于流量變化ε值將隨之波動(dòng)帶來(lái)的誤差。一般在低靜壓高差壓情況，ε值由不可忽略的誤差。但△P/P≤0.04時(shí)ε的誤差可忽略不計(jì)。
3、差壓式流量計(jì)結(jié)構(gòu)
差壓式流量計(jì)典型安裝示意圖可以在孔板產(chǎn)品頁(yè)面查閱。差壓式流量計(jì)其部件包括一次裝置和二次裝置的差壓變送器。引壓管朝上傾斜，對(duì)于水，斜率為80mm/m，對(duì)于更粘的流體，為160-320mm/m，其長(zhǎng)度盡可能縮短。對(duì)于熱的液體。應(yīng)使未被保溫的引壓管線足夠長(zhǎng)，以便使密度的變化減小。二次裝置的流量積算儀一般安裝在儀表控制室，沒(méi)有在圖中表示出，它與差壓變送器用電信號(hào)線連接。
二、差壓式流量計(jì)特點(diǎn)
1、差壓式流量計(jì)優(yōu)點(diǎn)
①應(yīng)用最多的孔板流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固，性能穩(wěn)定可靠，使用壽命長(zhǎng)。
②應(yīng)用范圍廣泛，至今尚無(wú)任何一類(lèi)流量計(jì)可與之比擬，所有單相流體，包括液、氣、蒸氣皆可測(cè)量，部分混相流，如氣固、氣液等亦可應(yīng)用。一般工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的管徑、工作狀態(tài)(壓力、溫度)皆可測(cè)量。為適應(yīng)廣泛的使用要求，檢測(cè)件已開(kāi)發(fā)數(shù)10種之多，但是大多數(shù)檢測(cè)件仍研究得很不充分，只有有限的品種曾進(jìn)行過(guò)深入的試驗(yàn)研究，它就是標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置。
③檢測(cè)件與差壓變送器、流量積算儀可分別由不同廠家生產(chǎn)，這種生產(chǎn)方式便于專(zhuān)業(yè)化和規(guī)模經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)；并且兩者可以自由組合，非常靈活方便。
④檢測(cè)件，特別是標(biāo)準(zhǔn)型的，是全世界通用的，并得到國(guó)際計(jì)量組織的認(rèn)可。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)型檢測(cè)件進(jìn)行的試驗(yàn)研究是國(guó)際性的，其它流量計(jì)一般僅依靠個(gè)別廠家或研究群體進(jìn)行，因此其研究廣度與深度不可同日而語(yǔ)。從時(shí)間上看標(biāo)準(zhǔn)型自60年前由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織確定后再也沒(méi)有變化，這樣研究資料的積累就極其豐富，可以說(shuō)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)型檢測(cè)件的試驗(yàn)研究及實(shí)踐檢驗(yàn)其深度和和廣度在流量計(jì)中都沒(méi)有先例的。
⑤正是由于上述原因，標(biāo)準(zhǔn)型節(jié)流式差壓流量計(jì)無(wú)須實(shí)流校準(zhǔn)即可投用。
⑥目前在各種類(lèi)型差壓式流量計(jì)中以節(jié)流式及動(dòng)壓頭式應(yīng)用最多，節(jié)流式已發(fā)展至數(shù)10種，并且隨著應(yīng)用范圍的拓寬，新品種不斷地開(kāi)發(fā)出來(lái)，較成熟的向標(biāo)準(zhǔn)型方向發(fā)展，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織設(shè)有專(zhuān)門(mén)技術(shù)委員會(huì)負(fù)責(zé)此項(xiàng)工作；動(dòng)壓頭式以均速管流量計(jì)為代表近年有較快發(fā)展，它是插入式結(jié)構(gòu)，使用維護(hù)方便深受用戶歡迎。
2、差壓式流量計(jì)缺點(diǎn)
①測(cè)量精度普遍較低，由于眾多因素的影響錯(cuò)綜復(fù)雜，難以精確掌握。
②范圍度窄，由于差壓變送器輸出的4-20mA差壓信號(hào)與流量為平方關(guān)系，一般范圍度僅3:1-4:1。
③現(xiàn)場(chǎng)安裝條件要求較高，特別所需較長(zhǎng)的直管段長(zhǎng)度現(xiàn)場(chǎng)難以滿足，引壓管線易發(fā)生堵塞，凍結(jié)及信號(hào)失真等故障。
④壓損大(指孔板、噴嘴等)。
《差壓式流量計(jì)的選用(一)》的內(nèi)容到此結(jié)束，連載文章《差壓式流量計(jì)的選用(二)》主要介紹差壓式流量計(jì)應(yīng)用概括和選用考慮要點(diǎn)，期待你關(guān)注。
作者：孫淮清
