差壓式流量計(jì)的工作原理及選型
摘要：差壓式流量計(jì)是目前比較廣泛的差壓式流量計(jì)種類之一，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用范圍廣，便于維修，且標(biāo)準(zhǔn)件便于生產(chǎn)等特點(diǎn)，因而廣泛的應(yīng)用于石油石化行業(yè)。文章主要淺析了差壓式流量計(jì)的工作原理和選型，為今后差壓式流量計(jì)的選型和優(yōu)化提供一定的理論依據(jù)。
差壓式流量計(jì)是一種根據(jù)安裝于管道中的流量檢測(cè)元件產(chǎn)生的差壓，以及流體的類型和管道的綜合尺寸因素等來計(jì)量流量的流量計(jì)。它通常由一次裝置(也就是流量檢測(cè)件)和二次裝置(差壓轉(zhuǎn)換器和流量轉(zhuǎn)換器)組成。通常用的一次裝置有孔扳流量計(jì)、文丘管流量計(jì)及均速管流量計(jì)等，二次裝置為各種機(jī)械、電子、機(jī)電一體式差壓計(jì)，差壓變送器和流量顯示及計(jì)算儀表等裝置[1]。它已發(fā)展為三化(系列化、通用化及標(biāo)準(zhǔn)化)程度很高的種類規(guī)格龐大的一大類儀表。差壓式流量計(jì)既可以用于流量參數(shù)的測(cè)量也可以用于其它參數(shù)如密度，壓力等物理參數(shù)的測(cè)量。
通常我們把安裝于管道中流量檢測(cè)件稱為一次裝置，特一般有節(jié)流件，取壓裝置和前后直管段組成，二次裝置也成為顯示儀表， 它通常由差壓信號(hào)管路和測(cè)量中所需要的儀器儀表組成。
圖 1 差壓式流量計(jì)組成示意圖
差壓式流量計(jì)應(yīng)用歷史比較廣泛，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)也比較成熟，且制定的規(guī)程和和標(biāo)準(zhǔn)也比較規(guī)范，品種比較齊全的流量計(jì)，二十世紀(jì) 50 年代它是可以測(cè)量天然氣的流量計(jì)[2]。經(jīng)過許多年的發(fā)展它的技術(shù)更加成熟，一次裝置和二次裝置也更加的先進(jìn)，估計(jì)今后此類流量計(jì)仍將占據(jù)重要的地位。
1、差壓式流量計(jì)的測(cè)量原理分析：
流體在流經(jīng)節(jié)流件時(shí)由于流體被壓縮流體將被加速，由于流體的速度增加導(dǎo)致流體的動(dòng)能也會(huì)相應(yīng)的增加，按照能量守恒的定律我們知道被加速處流體的靜壓力會(huì)減低相應(yīng)的數(shù)值[4]。
圖 2 差壓流量計(jì)工作原理圖
| 因此液體的體積流量： | ||||||
| qv= V1A1= V2A2 | (1) | |||||
| 根據(jù)別努利方程(即能量守恒定律)，在水平管道上 Z1＝Z2， | |||||||||||
| 則有如下關(guān)系式： | |||||||||||
| ρ1V12 | ρ1V2 | 2 | (2) | ||||||||
| p1 + | 2 | = p2 + | 2 | ||||||||
| 應(yīng)用別努利方程和流動(dòng)連續(xù)性原理，在兩個(gè)橫截面上則有如 | |||||||||||
| 下關(guān)系式： | |||||||||||
| P = P – P = ρ1 | [V | 2 – V 2 ] | (3) | ||||||||
| 1 | 2 | 2 | 2 | 1 | |||||||
| 由(1)式，得 | |||||||||||
| V 1 = | A2 | V | |||||||||
| A | |||||||||||
| 2 | |||||||||||
| 1 | |||||||||||
| 將(1)式和(2)式帶入(3)式可得： | |||||||||||
| P = ρ1 [1- ( | A2 | )2 ]V | 2 | (4) | |||||||
| 2 | A1 | 2 | |||||||||
在上式中：
A1 = p 4D2 ； A2 = p4d2
根據(jù)直徑比 β 的定義：
b = Dd
由(1)式可得：
| V = qv | ||||||||||||||||||
| 2 | ||||||||||||||||||
| A2 | ||||||||||||||||||
| 所以： | ||||||||||||||||||
| r1 é | q2v | |||||||||||||||||
| DP = | b | 4 | ù | |||||||||||||||
| ë1 – | û | |||||||||||||||||
| a | A22 | |||||||||||||||||
| 由此可以得出理論的流量公式： | ||||||||||||||||||
| 1 | π | 2 P | (5) | |||||||||||||||
| qv = | d | 2 | ||||||||||||||||
| 1- β4 | 4 | ρ1 | ||||||||||||||||
| 又由流出系數(shù) C 的定義是：C=實(shí)際流量/理論流量，***后可 | ||||||||||||||||||
| 得出節(jié)流式差壓流量計(jì)普遍適用的實(shí)際流量公式： | ||||||||||||||||||
| ce | p | 2DP | (6) | |||||||||||||||
| 4 | ||||||||||||||||||
| qv = | 4 d | r | ||||||||||||||||
| 1- b | 4 | |||||||||||||||||
| 1 | ||||||||||||||||||
| ε 被測(cè)介質(zhì)的可膨脹性系數(shù)，一般來說對(duì)于液體 ε=1；對(duì)氣體、 | ||||||||||||||||||
| 蒸汽等可以壓縮流體 ε＜1；qv 流體的體積流量，(m3/S)；ρ1——工 | ||||||||||||||||||
| 作狀況下，節(jié)流件(前)上游處流體的密度，(kg/m3)；d 工作狀況下 | ||||||||||||||||||
| 節(jié)流件的等效開孔直徑，(m)；△P—差壓，△P=P1-P2，(Pa)。 | ||||||||||||||||||