差压式流量计测量原理

差压式流量计

    差压式（也称节流式）流量计是基于流体流动的节流原理，利用流体流经节流装置时产生的压力差而实现流量测量的。它是目前生产中测量流量最成熟、最常用的方法之一。通常是由能将被测流体的流量转换成压差信号的节流装置（如孔板、喷嘴、文丘利管等）和能将此压差转换成对应的流量值显示出来的差压流量计所组成。
    所谓节流装置就是在管道中放置能使流体产生局部收缩的元件。应用最广的是孔板，其次是喷嘴、文丘利管和文丘利喷嘴。这几种节流装置的使用历史较长，已经积累了丰富的实践经验和完整的实验资料，因此，国内外都把它们的形式标准化，并称为标准节流装置。就是说根据统一标准进行设计和制造的标准节流装置可直接用来测量，不必单独标定。但对于非标准化的特殊节流装置，在使用时，应对其进行个别标定。

差压式流量计测量原理

    流体在有节流装置的管道中流动时，在节流装置前后的管壁处，流体的静压力产生差异的现象称为节流现象。节流装置包括节流元件和取压装置。节流元件是使管道中的流体产生局部收缩的元件，常用的节流元件有孔板、喷嘴和文丘利管等，下面以孔板为例说明节流现象。
    在管道中流动的流体具有动能和位能，在一定条件下这两种能量可以相互转换。而根据能量守恒定律，流体所具有的静压能和动能，再加上克服流动阻力的能量损失，在没有外加能量的情况下，其总和是不变的。图示在孔板前后流体的速度与压力的分布情况。流体在管道截面I 前，以一定的流速v流动。此时的静压力为P；。在接近节流装置时，由于遇到节流装置的阻挡，使靠近管壁处的流体受到节流装置的阻挡作用最大，因而使一部分动能转换为静压能，出现了节流装置人口端面靠近管壁处的流体静压力升高，并且比管道中心处的压力要大，即在节流装置人口端面处产生一径向压差，这一径向压差使流体产生径向附加速度，从而使靠近管壁处的流体质点的流向与管道中心轴线相倾斜，形成了流束的收缩运动。由于惯性作用，流束收缩最小的地方不在孔板的开孔处，而是在开孔处的截面11 处。根据流体流动的连续性方程，截面ＩＩ处的流体的流动速度最大，达到ｖ２。随后流束又逐渐扩大，至截面ＩＩＩ后则完全恢复平稳状态，流速便降低到原来的数值，即ｖ１＝ｖ３。
    由于节流装置造成流束的局部收缩，使流体的流速发生变化，即动能发生变化。与此同时，表征流体静压能的静压力也在变化。在截面I 处，流体具有静压力Ｐ１。到达截面ＩＩ时，流速增加到最大值，静压力则降低到最小值Ｐ２，而后又随着流束的恢复而逐渐恢复，由于在孔板端面处，流通截面突然缩小和扩张，使流体形成局部涡流，要消耗一部分能量，同时流体流经孔板时，要克服摩擦力，所以流体的静压力不能恢复到原来的数值Ｐ；，而产生了压力损失￡＝Ｐ１-Ｐ２。节流装置前流体的压力较高，称为正压，常以“+ ' ，标志；节流装置后流体压力较低，称为负压（不同于真空度的概念），常以“一”标志。节流装置前后压差的大小与流量有关。管道中流动的流体流量越大，在节流装置前后产生的压差也越大，只要测出孔板前后压差的大小，即可反映出流量的大小，这就是节流装置测量流量的基本原理。
    值得注意的是：要准确地测量出截面I 与截面ＩＩ处的压力Ｐ１和Ｐ２是有困难的，这是因为产生最低静压力Ｐ２的截面ＩＩ的位置随着流速的不同会改变，事先根本无法确定。因此，实际上是在孔板前后的管壁上选择两个固定的取压点，来测量流体在节流装置前后的压力变化。因而所测得的压差与流量之间的关系，与测压点和测压方式的选择是紧密相关的。