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橫河差壓式流量計(jì)測量原理

2013年07月29日 23:24:49人氣：1770來源：深圳市華倫康盛科技有限公司

差壓式流量計(jì)是指在管道內(nèi)安裝孔板，測量因流量大小不同而在孔板前后產(chǎn)生的差壓，從而求出流量的儀表。差壓式流量計(jì)又稱為孔板流量計(jì)。

由于其結(jié)構(gòu)簡單，適用于液體、氣體、蒸汽任意一種的測量，因此早期就開始作為工業(yè)用流量計(jì)廣泛使用。理論上可以根據(jù)伯努利定理求得差壓和流量的關(guān)系，但實(shí)際上由于存在種種誤差，所以一般使用經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算兩者間的關(guān)系。在日本有JIS標(biāo)準(zhǔn)。

差壓流量計(jì)的測量原理

如圖所示，在斷面為圓形的水平管道中心安裝垂直于流體的孔板。假設(shè)理想流體充滿了管道，圖中上游PH點(diǎn)和下游PL點(diǎn)截面之間，由伯努利公式和流體連續(xù)性方程式得出公式（1）和公式（2）。

從以上兩個(gè)公式中得出的通過孔板的體積流量Q（m³/S）是:

由于實(shí)際流體具有黏性，同時(shí)考慮到對壓縮性流體的應(yīng)用，所以在實(shí)用公式中使用孔板的橫截面積πd²/4來代替F2，體積流量Qv（m³/S）如下:

根據(jù)Qm＝Qvρ1得出質(zhì)量流量Qm（kg/s）如下:

層流與紊流

差壓流量計(jì)的流量與差壓的關(guān)系為: 層流時(shí)成比例特性，紊流時(shí)成平方特性。

通過計(jì)算出雷諾數(shù)Red來辨別層流與紊流狀態(tài)。雷諾數(shù)小于2320時(shí)為層流，大于2320時(shí)為紊流。一般的差壓流量計(jì)是在紊流狀態(tài)下進(jìn)行測量的。

紊流狀態(tài)下流量與差壓的關(guān)系

雷諾數(shù)Red的計(jì)算公式

雷諾數(shù)Red的實(shí)用公式

雷諾數(shù)Red的計(jì)算實(shí)例

20℃的水，以15m³/h的流量在內(nèi)徑為50mm的管中流動(dòng)時(shí)的雷諾數(shù)為:
Red=3.54×15×1000/50/0.01=1.062×10⁵

此值顯然在紊流范圍內(nèi)。

流速分布

如下圖所示，層流與紊流管內(nèi)流速分布不同。

孔板種類

孔板的種類很多，其中代表性的為右圖中的同心直角邊緣孔板。除此之外，還有噴嘴式、文丘里式。另外還有JIS標(biāo)準(zhǔn)以外的1/4圓孔板、圓筒孔板等。如下圖所示。

雖然對含有沙子和固態(tài)物質(zhì)的流體，可使用偏心孔板和圓缺孔板。但JIS標(biāo)準(zhǔn)中沒有這些類型，所以省略圖解。

孔板孔徑的計(jì)算

質(zhì)量流量Qm的計(jì)算公式（公式5）與孔板的種類無關(guān)，可通用。但是流量系數(shù)α受孔板種類和差壓測得位置的影響，從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中得到直徑和雷諾數(shù)的關(guān)系。

如下圖所示，孔板的面積比為β²＝（d/D）²，該值大于雷諾數(shù)Red值時(shí)流量系數(shù)α為一定。一般的情況下，α在一定范圍中變化。

求孔板口徑

確定孔板的種類。

常用流量及差壓。

將上述公式（5）代入以下公式、首先計(jì)算公式右邊。

根據(jù)雷諾數(shù)的函數(shù)α反復(fù)計(jì)算得出β²，zui終得到孔板口徑d。

參考數(shù)據(jù): 流量系數(shù)α和雷諾數(shù)Red的關(guān)系（舊數(shù)據(jù)）

流量系數(shù)和雷諾數(shù)的關(guān)系（參考用）

孔板的結(jié)構(gòu)選定

孔板種類	用途	特點(diǎn)
同心直角邊緣孔板	通用	形狀簡單、容易制作、價(jià)格低、流量系數(shù)小、壓損大
噴嘴式孔板	高溫流體、	機(jī)械強(qiáng)度大、流量系數(shù)大（端口的1.6倍）、測量泥狀流體性能強(qiáng)、比文丘里管壓損大
噴嘴式孔板	高壓和高速流體
文丘里管型	低壓損流體	壓損小（噴嘴的1/4～1/6）、耐久性強(qiáng)、沉淀堆積少，價(jià)格高
孔板	低壓損流體	壓損小（噴嘴的1/4～1/6）、耐久性強(qiáng)、沉淀堆積少，價(jià)格高
1/4圓孔板	低雷諾數(shù)流體	雷諾數(shù)小時(shí)的流量系數(shù)變化小、圓筒孔板的補(bǔ)充
圓筒孔板	微量流體	用于微量流量，1/4圓孔板的補(bǔ)充，預(yù)估誤差大

差壓流量計(jì)的結(jié)構(gòu)

氣體差壓流量計(jì)的代表性結(jié)構(gòu)實(shí)例如右圖所示。調(diào)節(jié)閥前后的壓力通過導(dǎo)壓管和三閥組引導(dǎo)至差壓變送器。從差壓變送器輸出變送信號4-20mA或20～100kPa。使用時(shí)應(yīng)確認(rèn)三閥組的差壓變送器的零點(diǎn)。

氣體流量的壓力補(bǔ)償

氣體的密度是隨壓力和溫度而變化的。因此，當(dāng)使用條件和設(shè)計(jì)條件不同時(shí)有必要進(jìn)行補(bǔ)償。

測量流體為氣體時(shí)，根據(jù)波義耳-查理定律得出密度ρ1、可用前述公式（5）進(jìn)行溫度壓力的補(bǔ)償運(yùn)算。

關(guān)鍵詞：差壓式流量計(jì)流量計(jì)孔板流量計(jì)差壓流量計(jì)差壓變送器

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