详解孔板差压式流量计的原理及公式

详解孔板差压式流量计的原理及公式-彩

差压式流量计在各个行业都应用广泛、历史悠久，在各类流量仪表中其使用量占居首位. 近年来，由于各种新型流量计的不断涌现，致使它的用量有所下降。

差压式孔板流量计由三部分组成，即由节流装置、导压管和差压计。差压式流量计是利用流体流动的节流原理来实现流量测量的.节流原理是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.

1、差压孔板流量计的原理

流动流体的能量有静压能和动能两种形式.流体具有静压能是因为有压力，具有动能是因为有流动速度，在一定条件下，这两种形式的能量是可以相互转化 . 根据能量守恒定律，在没有外

加能量的前提下，流体所具有的静压能和动能，再加上用以克服流体流动阻力的能量损失，其能量总和是相等的 .

图 2 表示在节流装置前后截面Ⅰ、Ⅱ及Ⅲ处流体压力与速度的分布情况.流体在到达截面Ⅰ之前，以一定的流速v1流动，此时静压力为p1. 在接近节流装置时，由于遇到节流装置的阻碍，使靠近管壁处的流体受到节流装置的阻挡作用，使部分动能转化为静压能，使得节流装置入口端面靠近管壁处的流体静压力升高，并且远大于管径中心处的压力，因此节流装置入口端面

处产生一径向压差 .

在径向压差的作用下，流体产生径向加速度，从而使靠近管壁处的流体质点的流动方向倾斜于管道中心轴线，出现缩脉现象.由于受到惯性作用，流速的最小截面并不在节流装置的孔口处，而是经过节流装置之后仍继续收缩，到截面Ⅱ处流速达到最小，此时流速大，即v2，之后流速又逐渐扩大，至截面Ⅲ后完全恢复，流速逐渐降到原值，即v3=v1.

2、差压孔板式流量方程推导

流体流经节流装置时，不对外做功，没有外加能量，流体本身也没有温度变化 . 在管道内流动的流体，对于管道中任意两个截面都符合伯努利方程，现选截面Ⅰ和Ⅱ（见图2）进行分析。流体的伯努利方程：

从上式可以看出：流量与压力差ΔP 的平方根成正比 .对于可压缩流体流量监测，因其易发生体积变化，所以在流量方程中要引入膨胀系数ε，则流量基本方程可写为：

式中：qv、qm分别为被测介质的体积流量和质量流量；A0节流装置的开孔截面积；ρ 节流装置前的流体密度 .式（13）、（14）为节流式流量计的流量方程，即压差和流量间的定量关系 .由流量基本方程可以看出，在其他条件不变的前提下，流量与压差的平方根成正比，要知道流量与压力差的真实关系，关键在于α 的取值.α 是受许多因素影响的综合性系数，对于标准节流装置，其值可以从有关手册中查出；对于非标准节流装置，其值主要由实验方法得到 .

3、差压孔板式流量计优缺点

3.1 差压式流量计的优点：①标准差压式流量计应用广泛，结构简单牢固，性能稳定可靠，使用寿命长，安装方便，适用于大流量的测量 .

②标准节流装置适用于测量管道直径大于50mm，雷诺数在指数104-105以上，流体应当清洁且充满全部管道，同时不发生相变 .

3.2差压式流量计的缺点：

①差压式流量计的测量精度偏低，测量的重复性、度在流量计中处于中等水平，由于各种因素的综合影响，其度难以提高.

②流量测量范围度窄，由于流量与仪表信号(差压)的平方根成正比关系，范围度一般仅3:1-4:1.

③现场安装条件要求较高，为保证流体在节流装置前后为稳定的流动状态，在节流装置的上、下游必须配置一定长度的直管段(指孔板，喷嘴)，一般难以满足.

④差压式流量计的压损较大，孔板流量计的压损最大，喷嘴流量计次之，文丘里管流量计最小，当不允许有较大的管道压损时，不宜采用.

⑤检测件与差压显示仪表之间的引压管线容易产生泄漏、堵塞、冻结及信号失真等故障.

4结论

差压式流量计的流量基本方程主要是根据伯努利方程和流体连续性方程进行推导而得到的。差压式流量计是一种恒节流、变压降的流量仪表，由流量基本方程可以看出，在流量系数、膨胀系数及节流面积不变的前提下，流量与压差的平方根成正比，该压力计应用广泛，结构简单牢固，性能稳定可靠，使用寿命长，安装方便，适用于大流量的测量，压损较大.