摘 要:雖然流量計已成功地應用于工業(yè)愈百年，但是目前在全部流量計中一種能達到***新國際標準 ISO5167 — 1、ISO5167 —2、ISO5167 — 3 和 ISO5167 — 4 標準的流量計只有差壓式流量計。所謂“標準化”就是無須實驗校準而確定差壓與流量的關系，并可估算其測量誤差。本文略述差壓式流量計的基本工作原理與分類，以供參考。
1、差壓式流量計的工作原理：
差壓式流量計的工作原理如下：流體流經(jīng)一個收縮（節(jié)流）件時，流體將被加速。這種流體的加速將使它的動能增加，而同時按照能量守恒定律，在流體被加速處它的靜壓力一定會降低一個相對應的值。能量守恒定律告訴我們：在一個封閉的系統(tǒng)中，流體的總能量是一個常數(shù)。為進一步進行定量分析，見下圖：
在橫截面 1 處，流體的平均流速是 V1，其密度是ρ 1，管道在橫截面 1 處的橫截面積是A1；當流體流過橫截面 2 時，相應的平均流速是 V2，密度是ρ 2，橫截面積是 A2，根據(jù)流體流動連續(xù)性原理有如下關系式：V1·A1·ρ1 = V 2 ·A 2 · ρ 2 … （ 1 ）如果流體是液體，可認為在收縮前、后其密度不變，即ρ1＝ρ2＝ρ所以液體的體積流量：q V ＝ V1·A1 ＝V2·A2 （2）根據(jù)別努利方程（能量守恒定律），在水平管道上 Z1 ＝ Z2，則有如下關系式：
又由于流出系數(shù) C 的定義是：C= ，***后可得出節(jié)流式差壓流量計普遍適用的實際量公式：
質量流量 qm=qv·ρ 1……（6）式 中 ：——被測介質的可膨脹性系數(shù)，對于液體=1；對氣體、蒸氣等可壓縮流體 ＜ 1；qv ——流體的體積流量，[m3/s];（工況下流體的體積流量）；qm ——流體的質量流量，[㎏ /S];d ——工作狀況下節(jié)流件的等效開孔直徑，[m]（對于孔板是孔徑，對于文丘得管是喉徑，對于 VNZ 流量計是等效開孔直徑）；△ P —差壓，△ P=P1-P2；[Pa];ρ 1 ——工作狀況下，節(jié)流件（前）上游處流體的密度，[㎏ /m3];C ——流出系數(shù)，[—]無量綱；β——直徑比[—]無量綱。β =d ／ D。如果要求有高準確度的測量結果，如要求不確定度是± 0.5% 的流量值，那么就需要在規(guī)定的流量范圍和相對應的雷諾數(shù)范圍內(nèi)進行校準，即標定出 C 值。如果± 1% 到 2% 的精度是可以接受的，那么對于孔板、噴嘴和文丘利管等標準節(jié)流裝置可以根據(jù)***新國標標準 ISO-5167（2003）或我國標準來確定C（流出系數(shù)值）。
2、差壓式流量計的分類：
以往采用有差壓式流量計的分類原則大致上有以下三種：
按產(chǎn)生差壓的作用原理分類：包括分類類型有：節(jié)流式；動壓式；水力阻力式；離心式；動壓增壓式；射流式。其中節(jié)流式是差壓流量計的主要品種，關于節(jié)流式差壓計進一步合理分類將在下文作專題論述。按結構形式分類：標準孔板；標準噴嘴；經(jīng)典文丘利管；標準文丘利噴嘴；圓缺孔板；耐磨孔板;環(huán)形孔板；錐形入口孔板等約20多種，詳見文獻。按用途分類又可分為：標準節(jié)流裝置；臟污流節(jié)流裝置；低雷諾數(shù)節(jié)流裝置;低壓損節(jié)流裝置；寬量程節(jié)流裝置；小管徑節(jié)流裝置；臨界流節(jié)流裝置等。
3、節(jié)流式流量計的合理分類：
依據(jù)流體通過節(jié)流件時，部分靜壓能轉變?yōu)閯幽埽蚨a(chǎn)生差壓的原理工作。其檢測件被稱為節(jié)流裝置。按照流體被節(jié)流件節(jié)流的方式，即實現(xiàn)流體收縮的方式，可將節(jié)流裝置細分為以下的兩大類，共四個小類，這樣有助于從分類學的高度認識各種節(jié)流裝置由于其自身結構所決定的優(yōu)缺點。
3.1、中心收縮式節(jié)流裝置：
利用節(jié)流件將被測流體節(jié)流集中收縮到管道中心軸線附近的節(jié)流，這是到目前為止絕大多數(shù)節(jié)流式流量計所采用的節(jié)流方式，在該大類中，又可分成以下兩個小類：
中心突然收縮式節(jié)流裝置：即流體流入節(jié)流裝置后，預先沒有流經(jīng)任何預收縮件而突遇節(jié)流件并在管軸中心線附近形成收縮的節(jié)流裝置，它的典型代表就是標準孔板，孔板是一個帶有同心（同軸）圓孔或偏心圓孔的一塊板，當流體流過時由所開的圓孔形成流體的局部收縮。在孔板下游會形成幅度相當大的旋渦，它會使量程比縮小，差壓信號中的噪聲增大，降低流量計的測量精度，壓損增大。由孔板所造成的這種中心突然收縮的節(jié)流方式所帶來的其他缺點還有：要求的上游直管過長(一般至少20D至50D)；孔板前極易積污；孔板入口極易被磨損從而喪失精度；流出系數(shù)不穩(wěn)定，線性差。
中心逐漸收縮式節(jié)流裝置:流體進入節(jié)流裝置后，先經(jīng)逐漸收縮段，然后進入中心軸線附近的喉部，***后經(jīng)擴散段而流出節(jié)流裝置，它以經(jīng)典文丘利管為代表，由于實現(xiàn)了逐漸收縮與擴散，壓損較小。一般說來，文丘利管的流出系數(shù)接近于1，但是由于磨損和使用，此流出系數(shù)可能有變化。文丘利管的主要缺點有：安裝費用高；要求的上游直管段較長(與阻流件及β值有關）；不適合于測量含濕（或冷凝液）的氣體；測量含固體顆粒的流體時，易于被堵塞；當用于大口徑管線時，文丘利管體積龐大，而且非常笨重，價格昂貴；量程比小（僅5：1）；總重量太大；鋪設的總長度太長。
3.2、邊壁收縮式節(jié)流裝置：
利用同軸安裝在管道中的節(jié)流件，將流體節(jié)流，收縮到管道的內(nèi)邊壁附近，讓流體流過由節(jié)流件與管內(nèi)壁所形成間隙，從而形成節(jié)流件前后的差壓；通過測量此差壓Δ P，實現(xiàn)流量測量。可以分為以下兩類：
突然收縮式:可以用環(huán)形孔板作為此類節(jié)流裝置的典型代表，環(huán)形孔板是一個實現(xiàn)流體在邊壁突然收縮的節(jié)流裝置，它由一個被同軸安裝在測量管中的圓盤、三腳支架和中心軸管組成。由盤上測量全（滯止）壓力的測壓孔所測得的上游壓力和圓盤上朝向下游的取壓孔所測得的下游壓力經(jīng)中心軸傳送到差壓變送器。環(huán)形孔板的優(yōu)點是既能疏泄管道底部的液體或固體顆粒又能使被測液體中的氣體或蒸氣沿管道頂部通過，排出節(jié)流裝置。對于臟污流體，朝向上游的取壓孔仍有被堵塞的危險。關于與管道尺寸之間的相互關系的數(shù)據(jù)目前公布的很少，一些在常用β值下，用環(huán)形孔板測量干凈空氣流量的數(shù)據(jù)。
逐漸收縮式:以V 形內(nèi)錐流量計為代表利用同軸安裝在測量管中的V 形尖圓錐，將流體逐漸地節(jié)流，收縮到管道內(nèi)壁附近。通過測量此V形內(nèi)錐體前后的差壓來實現(xiàn)流量測量.通過以上的分類學分析，可以看清，人類對節(jié)流式流量計的改進進程，V 形內(nèi)錐流量測量節(jié)流裝置是對已有節(jié)流式流量計改進完善的必然結果。
