流量計有多種類型:有些測量管道中流動的液體或氣體的體積(體積流量計);有些測量管道中流動的質量(質量流量計)。
質量流量以每單位時間的質量為單位進行測量,使用磅或千克每秒。體積流量以每單位時間的體積來衡量,單位為每秒加侖或升。當查看用于計算每個的方程式時,管道中體積流量和質量流量之間的關系變得明顯:
Q=A*v和W=ρ*Q
其中Q=流量,A=管道的橫截面積,v=管道中流體的速度,W=質量流量,ρ=流體密度。
無論是體積流量還是質量流量,都有許多不同類型的儀表用于測量。這篇文章將重點介紹從壓力推斷其測量結果的流量計:孔板、文丘里管、噴嘴和平均皮托管。全部使用壓差導出流量。本質上,每一個都會在流動中造成障礙,并且障礙的上游側和下游側之間的壓力差與體積流量成正比。要獲得其中任何一個的質量流量,還必須知道流體的密度。
音速噴嘴,也稱為臨界流量文丘里管或臨界流量噴嘴,僅用于氣體。由于其的工作原理,這種類型比其他類型具有明顯的優(yōu)勢,它只需要一個壓力讀數來推斷流量。這看似微不足道,但在使用差壓時,您要么需要兩個壓力傳感器,要么需要一個差壓傳感器。無論哪種方式,與單個傳感器相比,與這些相關的誤差更多。出于這個原因,音速噴嘴因其更高的精度而被用于氣體流量校準器。
根據所需的精度和應用的適用性,一種流量計可能優(yōu)于另一種流量計。壓力傳感元件應足夠準確以提供所需的流量精度水平,并具有足夠的響應速率以測量流體流量的快速變化。還有許多其他測量流量的方法超出了本文的范圍,包括容積式流量計、渦輪流量計、科里奧利流量計和熱流量計。
下面描述了一些使用壓力或壓差來推斷體積流量或質量流量的更普遍的流量計??装逋ㄟ^測量上游壓力和下游壓力之間的差異來確定流量。這通常使用差壓變送器來完成。
根據機械能守恒定律,文丘里流量計利用管道中的限制會導致速度增加和壓力降低的物理特性。這種壓力降低與體積流量成正比。
噴嘴類似于文丘里管,但通常設計為安裝在兩個法蘭之間并且沒有錐形出口。相同的壓差原理用于推斷流量。
平均皮托管是一種帶有多個孔的管,這些孔分別面向上游和下游。該管具有將上游孔與下游孔分開的內壁。該管延伸穿過測量流量的管道的直徑。上游孔進入沖擊壓力平均的氣室。下游側的獨立增壓室平均來自管子下游側的壓力。在流動條件下,上游孔比下游孔承受更高的壓力,并且差異與流量成正比。
在音速噴嘴的喉部或最小面積點,氣體速度達到音速。此時,氣體速度和密度,質量流量是入口壓力、入口溫度和氣體類型的函數。與需要差壓的儀表相比,它們可以實現更高的精度,因為它們只需要一次壓力測量來推斷流量。
所有這些儀表中的流量均源自伯努利方程,該方程指出流體速度的增加與靜壓的降低同時發(fā)生。
P+?ρV 2+ρgh=常數
其中P=壓力,ρ=密度,V=速度,g=重力,h=高度。
如果系統的高度和重力保持不變,可以將這個等式簡化為:
P+?ρV 2=常數
這里可以看到,當速度在限制條件下增加時,壓力必須降低。
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