1、1概述概述 古罗马凯撒时代已采用孔板测量居民的饮用水水量。古罗马凯撒时代已采用孔板测量居民的饮用水水量。 公元前公元前10001000年左右古埃及用堰法测量尼罗河的流量。年左右古埃及用堰法测量尼罗河的流量。 我国著名的都江堰水利工程应用宝瓶口的水位观测水量大我国著名的都江堰水利工程应用宝瓶口的水位观测水量大小等等。小等等。2概述概述3概述概述4概述概述u差压流量计是基于流体流动的节流原理，利用流体流经节差压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流装置时产生的压力差压力差而实现流量测量。而实现流量测量。u目前生产中测量流量最成熟，最常用的方法之一。目前生产中测量流量最成熟，
2、最常用的方法之一。u通常节流装置产生的压差信号，通过通常节流装置产生的压差信号，通过差压流量变送器差压流量变送器转换转换成相应的标准电信号，以供显示、记录或控制用。成相应的标准电信号，以供显示、记录或控制用。 5概述概述u差压式流量计的历史已逾百年，至今已开发出的差压式流差压式流量计的历史已逾百年，至今已开发出的差压式流量计超过量计超过30多种，其中应用最普遍、最具代表性的差压式多种，其中应用最普遍、最具代表性的差压式流量计有：流量计有：6概述概述7工作原理工作原理u总的说来，节流式差压流量计的工作基于如下事实： 如果流体流经一个收缩（节流）件时，流体将被加速。如果流体流经一个收缩（节流）件时
3、，流体将被加速。 流体的加速使它的动能增加，而同时按照能量守恒定律，流体的加速使它的动能增加，而同时按照能量守恒定律，在流体被加速处它的静压力一定会降低一个相对应的值。在流体被加速处它的静压力一定会降低一个相对应的值。 能量守恒定律告诉我们：在一个封闭的系统中，流体的总能量守恒定律告诉我们：在一个封闭的系统中，流体的总能量是一个常数。能量是一个常数。 8工作原理工作原理u在横截面H处： 流体的平均流速是流体的平均流速是V1， 其密度是其密度是1， 横截面积是横截面积是A1；u在横截面L处： 流体的平均流速是流体的平均流速是V2， 密度是密度是2， 横截面积是横截面积是A2; 9工作原理工作原理
4、10工作原理工作原理u根据流体流动连续性原理有如下关系式： V1A11=V2A22 （1） u如果流体是液体，可认为在收缩前、后其密度不变: 12 u所以液体的体积流量： qVV1A1V2A2（2） 11工作原理工作原理u根据伯努利方程（能量守恒定律），在水平管道上Z1Z2，则有如下关系式： （3）u应用伯努利方程和流动连续性原理，在两个横截面上则有如下关系式：2222122111VpVp22122121VVPPP12工作原理工作原理u将（2）代入（3）式，并整理，则得：u根据直径比的定义：=d/D222121)(1 2VAAP2241)(1 2VDdP421DA422dA222411 AqP
5、V13工作原理工作原理u这样可推导出以下的理论流量公式： u又由于流出系数C的定义是：C= 实际流量/理论流量，可得出节流式差压流量计普遍适用的测量体积流量的实际流量公式：1242411dqv124241dcqv14工作原理工作原理u质量流量qm=qv1 u被测介质的可膨胀性系数： 对于液体对于液体=1； 对气体、蒸气等可压缩流体对气体、蒸气等可压缩流体1 u d 工作状况下节流件的等效开孔直径： 对于孔板是孔径对于孔板是孔径 对于文丘里管是喉径对于文丘里管是喉径 对于对于V形内锥流量计是等效开孔直径形内锥流量计是等效开孔直径 15工作原理工作原理u如果1%到2%的精度是可以接受的，那么对于孔
6、板、喷嘴和文丘利管等标准节流装置可以根据最新国标标准ISO-5167（2003）或我国国家标准来确定C（流出系数值）。16工作原理工作原理17工作原理工作原理u当要求有高精度（约0.5%）的流量测量结果时，对每一个V形内锥流量计都需进行单独校准。u通常是在制造厂的标准装置上或在可溯源至国家基准的独立实验室中进行校准C系数的工作。当雷诺数Red等于或大于8000时，V形内锥流量计的重复性为0.1%。18工作原理工作原理uV形内锥流量节流装置属于边壁收缩、逐渐收缩、逐渐扩散式：以V形内锥流量计为代表利用同轴安装在测量管中的V形尖圆锥，将流体逐渐地节流，收缩到管道内壁附近。通过测量此V形内锥体前后的
7、差压来实现流量测量。u人类对节流式流量计的改进进程，V形内锥流量测量节流装置是对已有节流式流量计改进完善的必然结果。19结构组成结构组成u节流装置：节流装置：安装于管道中产生差压，节流件前后的差压与流量成开方安装于管道中产生差压，节流件前后的差压与流量成开方关系。关系。u引压导管：引压导管：取节流装置前后产生的差压，传送给差压变送器。取节流装置前后产生的差压，传送给差压变送器。u差压变送器：差压变送器：产生的差压转换为标准电信号（产生的差压转换为标准电信号（4-20mA）。）。20节流装置节流装置 标准孔板标准孔板 标准喷嘴标准喷嘴 经典文丘里管经典文丘里管 文丘里喷嘴文丘里喷嘴21标准孔板标
8、准孔板法兰取压的取压孔轴线与孔板上下法兰取压的取压孔轴线与孔板上下游两侧端面的距离各为游两侧端面的距离各为25.41mm。角接取压的取压孔位于孔板角接取压的取压孔位于孔板或喷嘴上下游两侧端面处或喷嘴上下游两侧端面处22标准孔板标准孔板角角 接接 取取 压压法法 兰兰 取取 压压D D（D/2D/2） 取取 压压d12.5d12.550D100050D10000.200.750.200.755000Re 5000Re （0.200.450.200.45）126012602 2DReDRe10000Re 10000Re （0.450.45）23标准喷嘴标准喷嘴uISA 1932喷嘴24标准喷嘴标准
9、喷嘴u长径喷嘴25非标准节流装置非标准节流装置 低雷诺数：低雷诺数：1/41/4圆孔板，锥形入口孔板，双重孔板，双斜孔圆孔板，锥形入口孔板，双重孔板，双斜孔板，半圆孔板等；板，半圆孔板等； 脏污介质：圆缺孔板，偏心孔板，环状孔板，楔形孔板，脏污介质：圆缺孔板，偏心孔板，环状孔板，楔形孔板，弯管节流件等；弯管节流件等； 低压损：罗洛斯管，道尔管，道尔孔板，双重文丘里喷嘴低压损：罗洛斯管，道尔管，道尔孔板，双重文丘里喷嘴，通用文丘里管等；，通用文丘里管等； 脉动流节流装置；脉动流节流装置； 临界流节流装置：音速文丘里喷嘴；临界流节流装置：音速文丘里喷嘴； 混相流节流装置。混相流节流装置。26引压导
10、管引压导管u被测流体为清洁液体时，引压导管安装方式：垂直管道差压仪表在管道下方垂直管道差压仪表在管道下方 差压仪表在管道上方差压仪表在管道上方 27引压导管引压导管u被测流体为清洁的干燥气体时，引压导管安装方式：垂直管道差压仪表在管道下方垂直管道差压仪表在管道下方 差压仪表在管道上方差压仪表在管道上方28引压导管引压导管u被测流体为蒸汽时，引压导管安装方式：测量蒸汽时的安装图示意图测量蒸汽时的安装图示意图 29引压导管引压导管u被测流体为洁净湿气体时，引压导管安装方式：测量洁净湿气体时的安装图示意图测量洁净湿气体时的安装图示意图 30差压变送器差压变送器u由流量基本方程式可以看出，被测流量与差
11、压p成平方根关系;u对于直接配用差压变送器显示流量时，流量标尺是非线性的，为了得到线性刻度，可加开方运算电路或加开方器。u如差压变送器带有开方运算，变送器的输出电流就与流量成线性关系。显示仪表则显示流量的大小。31差压变送器差压变送器32差压变送器差压变送器33差压变送器差压变送器 差压变送器的压差和显示仪表的流量标尺有若干种规差压变送器的压差和显示仪表的流量标尺有若干种规格，选择时应与节流装置孔径匹配。格，选择时应与节流装置孔径匹配。 在测量蒸汽和气体流量时，常遇到工作条件的密度在测量蒸汽和气体流量时，常遇到工作条件的密度与设计时的密度与设计时的密度c c不相同，必须对示数进行修正。不相同，
12、必须对示数进行修正。34差压变送器差压变送器 显示仪表刻度通常是线性的，测量值（差压信号）要显示仪表刻度通常是线性的，测量值（差压信号）要经过开方运算进行线性化处理后再送显示仪表。经过开方运算进行线性化处理后再送显示仪表。 节流装置应正确安装。节流装置应正确安装。 接至差压变送器的压差应该与节流装置前后压差相一接至差压变送器的压差应该与节流装置前后压差相一致，这就需要正确安装差压信号管路。致，这就需要正确安装差压信号管路。35测量误差测量误差u 标准节流装置只适用于圆形截面的管道中单项、均质流体标准节流装置只适用于圆形截面的管道中单项、均质流体的流量；的流量；u 流体应充满圆管并连续稳定流动；
13、流体应充满圆管并连续稳定流动；u 流速应小于亚音速；流速应小于亚音速；u 流体在到达节流件前应是充分发展的紊流；流体在到达节流件前应是充分发展的紊流；u 节流件上下游的直管段长度应符合标准的要求。节流件上下游的直管段长度应符合标准的要求。36测量误差测量误差u 在现场实际应用时，往往具有比较大的测量误差，有的甚在现场实际应用时，往往具有比较大的测量误差，有的甚至高达至高达1020。 37测量误差测量误差 被测流体工作状态的变动。被测流体工作状态的变动。 节流装置安装不正确。节流装置安装不正确。 孔板等入口边缘的磨损。孔板等入口边缘的磨损。 导压管安装不正确，或有堵塞、渗漏现象。导压管安装不正确
14、，或有堵塞、渗漏现象。 差压计安装或使用不正确。差压计安装或使用不正确。38测量误差测量误差 必须保证节流装置的开孔和管道的轴线同心必须保证节流装置的开孔和管道的轴线同心,并使节流装置并使节流装置端面与管道的轴线垂直。端面与管道的轴线垂直。 在节流装置前后长度为两倍于管径在节流装置前后长度为两倍于管径(2D)的一段管道内壁上的一段管道内壁上,不应有凸出物和明显的粗糙或不平现象。不应有凸出物和明显的粗糙或不平现象。 任何局部阻力任何局部阻力 (如弯管、三通管、闸阀等如弯管、三通管、闸阀等)均会引起流速在均会引起流速在截面上重新分布截面上重新分布,引起流量系数变化。所以在节流装置的上引起流量系数变
15、化。所以在节流装置的上、下游必须配置一定长度的直管。、下游必须配置一定长度的直管。39测量误差测量误差 标准节流装置标准节流装置 (孔板、喷嘴孔板、喷嘴) ,一般都用于直径一般都用于直径D50mm的管的管道中。道中。 被测介质应充满全部管道并且连续流动。被测介质应充满全部管道并且连续流动。 管道内的流束管道内的流束 (流动状态流动状态)应该是稳定的。应该是稳定的。 被测介质在通过节流装置时应不发生相变。被测介质在通过节流装置时应不发生相变。40测量误差测量误差41测量误差测量误差42V锥差压流量计锥差压流量计 uV锥节流装置是在测量管中同轴安装尖圆锥体和相应的取压口。该测量管是预先精密加工好的
16、，在尖圆锥体的两端产生差压。此差压的高压（正压）是在上游流体收缩前的管壁取压口处测得的静压力，而低压力（负压）则是在圆锥体朝向下游端面，锥中心轴处所开取压孔处压力。该圆锥体的顶尖朝向来流，与其尾随面之间是一个尖锐的锐角。此交合面的边缘使得流体在进入下游的低压区之前有一个平滑的过渡区。43V锥差压流量计锥差压流量计u由于流体不是被迫收缩到管道中心轴线附近，并且也不再是一个阻挡由于流体不是被迫收缩到管道中心轴线附近，并且也不再是一个阻挡物（节流件）令流体突然改变流动方向，而是利用内锥式节流装置实物（节流件）令流体突然改变流动方向，而是利用内锥式节流装置实现了对流体的逐渐朝向管内边壁的收缩（节流），
17、使现了对流体的逐渐朝向管内边壁的收缩（节流），使V形内锥式流量形内锥式流量计具有了计具有了一系列独特的优点。一系列独特的优点。 节流件的下游只会产生高频低幅的喘流（小涡流），因而差压变节流件的下游只会产生高频低幅的喘流（小涡流），因而差压变送器所测量的差压送器所测量的差压信号是低噪声信号。这样在低压力的取压孔信号是低噪声信号。这样在低压力的取压孔处可以测得灵敏度（分辨率）优于处可以测得灵敏度（分辨率）优于2.5毫米水柱的压力。这就使只毫米水柱的压力。这就使只用一个差压变送器就获得很宽的量程比（范围度）（量程比可大用一个差压变送器就获得很宽的量程比（范围度）（量程比可大于于15比比1）和很好的重复性，重复性优于）和很好的重复性，重复性优于0.1%成为可能。成为可能。44V锥差压流量计锥差压流量计45V锥差压流量计锥差压流量计精密测量管型维夫式插入式V形内锥节流装置的三种结构型式46V锥差压流量计锥差压流量计47V锥差压流量计锥差压流量计48V锥差压流量计锥差压流量计49V锥差压流量计锥差压流量计50V锥差压流量计锥差压流量计51V锥差压流量计锥差压流量计52V锥差压流量计锥差压流量计
