差壓式流量計測量原（yuán）理與流動情況

如果在充滿流體的管道中固（gù）定放置一個（gè）流通麵積小於管道截麵積的節流件，則管（guǎn）內流束（shù）在通過該節流件時就會造成局部收縮。在收縮（suō）處，流速增加，靜壓力（lì）降低（dī），因（yīn）此，在（zài）節流件前後將產生一定的（de）壓力差。實踐證明，對於一定形狀和尺寸的（de）節流件，一定（dìng）的測壓位置和前後（hòu）直管段，在一定的（de）流體參數情況下，節流件前後的差壓△p與流量qv之間有（yǒu）一（yī）定的函數關係。因此，可（kě）以通過測量節流件前後的差壓來測量流量。

*為（wéi）常見（jiàn）的節流件有標準孔板（bǎn）、標（biāo）準噴嘴、文丘裏管和文丘裏噴嘴等幾種形式，如圖3-2所示。

如圖3-3a所示，硫酸流量計流體通過孔板前就已經開（kāi）始收縮，由於慣性的作用，流束通（tōng）過孔板後（hòu）還將繼續收縮（suō），直到在孔板（bǎn）後的某一距（jù）離處達到*小流（liú）束截麵。這時流體的平均流速達到*大值（zhí）。然後流束又逐漸擴大到充滿整個圓管，流體的速度也恢（huī）複到孔板（bǎn）前來流的速度。靠近孔板前後的角落處，由於（yú）流體的（de）粘性和局部（bù）阻力以及靜壓差回流等的影響將造成渦流。這時沿管壁（bì）流體的靜壓變化和軸線上（shàng）不同（tóng），圖3-3b中實線表示（shì）管壁上的靜壓沿軸線方向的變化（huà）曲線。在孔板前，由於孔板對（duì）流體的（de）阻力，造成部分流體局部滯（zhì）止，使得（dé）管道壁麵上的靜（jìng）壓比上遊壓力稍有升高。通過（guò）孔板後，流體壓力突然降低（dī）並隨著流束的縮小，流速的提（tí）高而減小，一直達到某一（yī）*低值。然後又隨流束的擴張（zhāng）而升高，*後恢複到一個稍低於原管中壓力的壓力，這就是節流件造成的不可恢複壓力（lì）損失。管道軸線上流體壓力沿軸線方（fāng）向的（de）分布如圖3-3b中（zhōng）虛線所示。

節流裝置中造成流體壓力損（sǔn）失的原（yuán）因是孔板前後（hòu）渦流的形成以及流體（tǐ）的沿（yán）程摩擦，它使得流（liú）體具有的總機械能的一部（bù）分不可逆地變成了熱能，散失在（zài）流體內。為了減小這部分損失，人們采用（yòng）了噴（pēn）嘴、文丘裏管等節（jiē）流件，以盡量消除節流件前後的渦流區，大大減少了流（liú）動的（de）壓力損失。還有一些低壓損的節流件，可以節約儀表運行的能量消耗。

2、節流（liú）裝置的流（liú）量公式

節流裝置的流量公式是（shì）在假定所研究的流體是理想流體，流動是一維等滴定常流動的條件下，根據伯努利方程和連續性方（fāng）程推導出來的。然後對不符合假設條件的影響因素進行（háng）修正。

在（zài）圖3-3a中取兩個截麵I和II，截（jié）麵（miàn）I是流束收縮前的截麵，截麵II為流束*小截麵。根（gēn）據不可壓（yā）縮理想流體的伯努（nǔ）利方程

和（hé）連續性方程

可以（yǐ）推得

式中，P1、P2是截圖I和II的靜壓力（Pa）；u1、u2是（shì）截麵I和II處的平均流速（m/s）；P1、P2是截麵I和II處的流體密度（kg/m³）；u是流束收縮係數（A2=uAo），它的大小與節流件的形式及流動狀態有關；

稱為節流裝置的直徑比。d為節流（liú）件的開孔直徑，D為管道內徑。

由於壓力P1和P2是截麵I和截麵（miàn）II處流體的平均壓力（lì），而實際測量時，差壓P1-P2是按一定的取壓方式在管壁處取得的，與差壓P1、P2有一定差（chà）異（yì）。引進取壓（yā）係數Ψ，使（shǐ）P1-P2-Ψ（p1 p2），取壓方式不同，Ψ也不同。另外，實際的流動（dòng）都存在（zài）損失，與假定（dìng）的理想流體等熵定常流也有（yǒu）差異，為此，引進係數（shù）Σ對u2進行修正。這樣，修正後的不可壓（yā）縮流體的體積流量表達式為

式中，a是流量係數，它是一個與節（jiē）流件形式、直（zhí）徑比、取壓方式、流動（dòng）雷諾（nuò）數及管壁粗糙度等有關的係數，是節流裝置中*為重要的（de）一個係（xì）數。由（yóu）於流束收（shōu）縮係數u，修（xiū）正係數Σ及Ψ無法測量，所以，通常流量係數a由實驗確定。

對（duì）於可壓縮流體，流體密度的變化是不可忽視的。根據可壓縮流體的伯努利方（fāng）程

式中，k是氣體的等熵指數，v1、v2是截麵I和II處流體比體積（m³/kg）。並考慮到和推導（dǎo）不（bú）可壓縮流體的流量公式時一樣的（de）原（yuán）因，對於（yú）實際流體和實際（jì）的取壓（yā）位置，引（yǐn）入（rù）修正係數Σ，取壓係數（shù）Ψ和可壓縮流體的流束收縮係數uk後，將可壓縮流（liú）體的流量公式整理成與不可壓縮（suō）流體的流（liú）量公式（3-6）或（3-7）有類似的形式，

式中，a就是不可（kě）壓縮流體的流（liú）量係數，即式（3-5）所確定的值，Σ稱為可（kě）壓縮（suō）流體的可膨（péng）脹（zhàng）性係數，它由下式確（què）定

由式（3-11）可得可（kě）壓（yā）縮流體的體積流量公式為

由於不可壓縮流體的可膨脹（zhàng）性係數Σ-1，所以可以認為（wéi）可壓縮流體的流量公式（3-11）和式（3-13）是節流式流（liú）量計流（liú）量公式的普遍形式。

如果用節流件開孔直徑（jìng）d來表示式中的Ao，即（jí）Ao=πd2/4，並用信號差壓△p來表示p1-p2，流出係數C來代替流量（liàng）係數a，則節流式流量計的流量公式普遍形式可寫成

式中，K為一常數項，由公式中各量的計算單位確定K值的大小。顯然，在S1主單位（wèi）中，K=2π/4=1.11072.如果按照工程上的習慣，孔徑d的單位用mm，流量qv或（huò）qm的單（dān）位用m³/h或（huò）kg/h，則K=2π/4×3600×10-6=0.0039986，一般取K=0.004.

流出係數C與流量係數a的關係為

利（lì）用流出係數C來分（fèn）析各種（zhǒng）因素對流量（liàng）的影響顯（xiǎn）得更加方便，在不同的β和不同的Re下，C的變化範圍要比a的變化（huà）範圍小得多。尤其是對各種文丘裏管，在一定條件下，C是一個不隨管徑D、直徑比β和雷諾數Re變化的常數，使得流量公式接近一個完全（quán）解析式，簡化節流裝置的計算。在新的**標準中，節流裝置的計算均采用流（liú）出係數。