差壓式流量計(jì)介紹

1、差壓式流量計(jì)介紹差壓式流量計(jì) （以下簡稱 DPF 或流量計(jì) ）是根據(jù)安裝于管道中流量檢測(cè)件產(chǎn)生的差 壓、已知的流體條件和檢測(cè)件與管道的幾何尺寸來測(cè)量流量的儀表。 DPF 由一次裝置 （檢測(cè) 件） 和二次裝置 （差壓轉(zhuǎn)換和流量顯示儀表 ）組成。通常以檢測(cè)件的型式對(duì)DPF 分類，如孔扳流量計(jì)、 文丘里管流量計(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，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)格龐雜的一大類儀表。差壓計(jì)既可用于測(cè)量流量參數(shù)，也可測(cè)量其他參數(shù)（如壓力、物位、密度等 ）。DPF 按其檢測(cè)件的作用原理可分為節(jié)流式、

2、動(dòng)壓頭式、水力阻力式、離心式、動(dòng)壓增 益式和射流式等幾大類，其中以節(jié)流式和動(dòng)壓頭式應(yīng)用最為廣泛。節(jié)流式 DPF 的檢測(cè)件按其標(biāo)準(zhǔn)化程度分為標(biāo)準(zhǔn)型和非標(biāo)準(zhǔn)型兩大類。所謂標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝 置是指按照標(biāo)準(zhǔn)文件設(shè)計(jì)、 制造、 安裝和使用， 無須經(jīng)實(shí)流校準(zhǔn)即可確定其流量值并估算流 量測(cè)量誤差，非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置是成熟程度較差，尚未列入標(biāo)準(zhǔn)文件中的檢測(cè)件。標(biāo)準(zhǔn)型節(jié)流式 DPF 的發(fā)展經(jīng)過漫長的過程，早在 20 世紀(jì) 20 年代，美國和歐洲即開始 進(jìn)行大規(guī)模的節(jié)流裝置試驗(yàn)研究。用得最普遍的節(jié)流裝置 - 孔板和噴嘴開始標(biāo)準(zhǔn)化。現(xiàn)在標(biāo) 準(zhǔn)噴嘴的一種型式 ISA l932 噴嘴，其幾何形狀就是 30 年代標(biāo)準(zhǔn)化的，而標(biāo)準(zhǔn)孔

3、板亦曾稱為 ISA l932 孔板。 節(jié)流裝置結(jié)構(gòu)形式的標(biāo)準(zhǔn)化有很深遠(yuǎn)的意義， 因?yàn)橹挥泄?jié)流裝置結(jié)構(gòu)形式標(biāo) 準(zhǔn)化了， 才有可能把國際上眾多研究成果匯集到一起， 它促進(jìn)檢測(cè)件的理論和實(shí)踐向深度和 廣度拓展，這是其他流量計(jì)所不及的。 1980 年 ISO（ 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 ）正式通過國際標(biāo)準(zhǔn) ISO 5167，至此流量測(cè)量節(jié)流裝置第一個(gè)國際標(biāo)準(zhǔn)誕生了。 ISO 5167 總結(jié)了幾十年來國際上對(duì) 為數(shù)有限的幾種節(jié)流裝置 （孔板、噴嘴和文丘里管 ）的理論與試驗(yàn)的研究成果，反映了此類檢 測(cè)件的當(dāng)代科學(xué)與生產(chǎn)的技術(shù)水平。但是從ISO 5167 正式頒布之日起，它就暴露出許多亟待解決的問題，這些問題主要有以

4、下幾個(gè)方面。1）ISO 5167 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的陳舊性 ISO 5167 中采用的數(shù)據(jù)大多是 30年代的試驗(yàn)結(jié)果，今 天無論節(jié)流裝置制造技術(shù)， 流量試驗(yàn)設(shè)備及實(shí)驗(yàn)技術(shù)都有巨大的進(jìn)步， 重新進(jìn)行系統(tǒng)地試驗(yàn) 以獲得更高精確度及更可靠的數(shù)據(jù)是必要的。 進(jìn)入 80 年代美國和歐洲都進(jìn)行大規(guī)模的試驗(yàn)， 為修訂 ISO 5167 打下基礎(chǔ)。2）ISO 5167中關(guān)于直管段長度規(guī)定的問題 在ISO投票通過ISO 5167時(shí)，美國投了反對(duì)票，其主要原因是對(duì)直管段長度的規(guī)定有不同意見，這個(gè)問題應(yīng)是ISO 5167 修訂的主要問題之一。3）ISO 5167 中各項(xiàng)規(guī)定的科學(xué)性問題 影響節(jié)流裝置流出系數(shù)的因素特別多，

5、主要有孔 徑與管徑的比值 3取壓裝置、雷諾數(shù)、節(jié)流件安裝偏心度、前后阻流件類型及直管段長度、 孔板入口邊緣尖銳度、 管壁粗糙度、 流體流動(dòng)湍流度等， 眾多因素影響錯(cuò)綜復(fù)雜， 有的參數(shù) 難以直接測(cè)量， 因此標(biāo)準(zhǔn)中有些規(guī)定并非科學(xué)地確定， 而是為了取得一致， 不得不人為地確 定。著名流量專家斯賓塞（E. A. Spencer）提出一系列應(yīng)重新檢討的問題，如孔板平直度、 同心度、直角邊緣尖銳度、管道粗糙度、上游流速分布及流動(dòng)調(diào)整器的作用等。4）關(guān)于節(jié)流式 DPF 測(cè)量精確度提高的問題 鑒于節(jié)流式 DPF 在流量計(jì)中占有重要地位， 提高其測(cè)量精確度意義重大。 歷次國際學(xué)術(shù)會(huì)議認(rèn)為必須使流量測(cè)量工作者、

6、 流體力學(xué)與計(jì) 算機(jī)技術(shù)工作者緊密合作共同攻關(guān)才能解決此問題。20 世紀(jì) 80 年代美國和歐洲開始進(jìn)行大規(guī)模的孔板流量計(jì)試驗(yàn)研究，歐洲為歐共體實(shí)驗(yàn)計(jì)劃（EEC Exp erime ntal P rogram），美國為 API 實(shí)驗(yàn)計(jì)劃（API Exp erime ntal P rogram）。試驗(yàn)的目的是用現(xiàn)代最新測(cè)試設(shè)備及試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理技術(shù)進(jìn)行新一輪的范圍廣泛的試驗(yàn)研究，為修訂ISO 5167打下技術(shù)基礎(chǔ)。1999年ISO發(fā)出ISO 5167的修訂稿（ISO /CD 5167-1-4）, 該文件為委員會(huì)草案， 它在技術(shù)內(nèi)容與編輯上都有很大改動(dòng)， 是一份全新的標(biāo)準(zhǔn)。 本來預(yù)定 于1999年

7、7月在美國丹佛舉行的ISO/TC30 /SC2會(huì)議上審查通過為 DIS（標(biāo)準(zhǔn)草案），但 是會(huì)議認(rèn)為尚有細(xì)節(jié)問題應(yīng)再商榷而未能通過。新的 ISO 5167標(biāo)準(zhǔn)何時(shí)正式頒布尚不得而 知。 ISO 5167 新標(biāo)準(zhǔn)在標(biāo)準(zhǔn)的兩個(gè)核心內(nèi)容皆有實(shí)質(zhì)性變化，一是孔板的流出系數(shù)公式， 用 Reader-Harris/Gallagher 計(jì)算式 （R-G 式）代替 Stolz 計(jì)算式，另一為節(jié)流裝置上游側(cè)直管段 長度的規(guī)定以及流動(dòng)調(diào)整器的使用等。我們通常稱ISO 5167（GB /T2624）中所列節(jié)流裝置為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，其他的都稱為非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置， 應(yīng)該指出，非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置不僅是指那些節(jié)流裝置結(jié)構(gòu)與標(biāo)難節(jié)流裝

8、置相異的， 如果標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置在偏離標(biāo)準(zhǔn)條件下工作亦應(yīng)稱為非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，例如， 標(biāo)準(zhǔn)孔板在混相流或標(biāo)準(zhǔn)文丘里噴嘴在臨界流下工作的都是。目前非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置大致有以下一些種類：1）低雷諾數(shù)用 1 4 圓孔板，錐形入口孔板，雙重孔板，雙斜孔板，半圓孔板等；2）臟污介質(zhì)用 圓缺孔板，偏心孔板，環(huán)狀孔板，楔形孔板，彎管節(jié)流件等；Vasy 管3）低壓損用 羅洛斯管，道爾管，道爾孔板，雙重文丘里噴嘴，通用文丘里管， 等；4）小管徑用 整體（內(nèi)藏 ）孔板；5）端頭節(jié)流裝置 端頭孔板，端頭噴嘴， Borda 管等；6）寬范圍度節(jié)流裝置 彈性加載可變面積可變壓頭流量計(jì)（線性孔板 ）；7）毛細(xì)管節(jié)流件 層流流量計(jì)；

9、8）脈動(dòng)流節(jié)流裝置；9）臨界流節(jié)流裝置 音速文丘里噴嘴；10）混相流節(jié)流裝置。ISO節(jié)流式 DPF 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的不斷拓展必然提出發(fā)展非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的要求，十余年來 亦在不斷制訂有關(guān)非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的技術(shù)文件， 在它們不能成為正式標(biāo)準(zhǔn)之前作為技術(shù)報(bào)告 發(fā)表?？梢灶A(yù)見，今后有可能若干較為成熟的非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置會(huì)晉升為標(biāo)準(zhǔn)型的。20世紀(jì) 90年代中后期世界范圍內(nèi)各式 DPF 銷售量在流量儀表總量中臺(tái)數(shù)占50-60（每年約百萬臺(tái) ），金額占 30左右。我國銷售臺(tái)數(shù)約占流量儀表總量 （不包括家用燃?xì)獗砗?家用水表及玻璃管浮子流量計(jì) ）的 35-42（每年 6萬-7萬臺(tái)）。2 工作原理這種測(cè)量方法是以流動(dòng)連續(xù)性

10、方程 （質(zhì)2.1 基本原理 充滿管道的流體，當(dāng)它流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流件時(shí)，如圖 4.1 所示，流速將在節(jié)流件處形成 局部收縮，因而流速增加，靜壓力降低，于是在節(jié)流件前后便產(chǎn)生了壓差。流體流量愈大， 產(chǎn)生的壓差愈大， 這樣可依據(jù)壓差來衡量流量的大小。（密度、粘度 ）不同時(shí)，在同樣大小的量守恒定律 ）和伯努利方程 （能量守恒定律 ）為基礎(chǔ)的。 壓差的大小不僅與流量還與其他許多因 素有關(guān)，例如當(dāng)節(jié)流裝置形式或管道內(nèi)流體的物理性質(zhì) 流量下產(chǎn)生的壓差也是不同的。2.2流量方程= q/p41)a. 2)式中 qmr-質(zhì)量流量，kg/s;3qv-體積流量， m /s;C-流出系數(shù)；&-可膨脹性系數(shù)；m;

11、m;P P、3 (D)6個(gè)參數(shù)的函數(shù)，此6個(gè)參數(shù)可分為實(shí)測(cè)3-直徑比，3 =d/D;d-工作條件下節(jié)流件的孔徑，D-工作條件下上游管道內(nèi)徑，P-差壓，Pa;P-上游流體密度，kg/m3。由上式可見，流量為 C、量d , p P, 3 (D)和統(tǒng)計(jì)量(C、£兩類。(1)實(shí)測(cè)量1) d、D式(4 . 1)中d與流量為平方關(guān)系，其精確度對(duì)流量總精度影響較大，誤差值一 般應(yīng)控制在±). 05 %左右，還應(yīng)計(jì)及工作溫度對(duì)材料熱膨脹的影響。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定管道內(nèi)徑D必須實(shí)測(cè)，需在上游管段的幾個(gè)截面上進(jìn)行多次測(cè)量求其平均值，誤差不應(yīng)大于也.3%。除對(duì)數(shù)值測(cè)量精度要求較高外，還應(yīng)考慮內(nèi)徑偏差會(huì)對(duì)節(jié)

12、流件上游通道造成不正常節(jié)流現(xiàn)象所帶來的嚴(yán)重影響。因此，當(dāng)不是成套供應(yīng)節(jié)流裝置時(shí)，在現(xiàn)場(chǎng)配管應(yīng)充分注意這個(gè)問題。2）P在流量方程中與 AP是處于同等位置，亦就是說，當(dāng)追求差壓變送器高精度等級(jí)時(shí)，絕不要忘記P的測(cè)量精度亦應(yīng)與之相匹配。否則AP的提高將會(huì)被P的降低所抵消。3）差壓AP的精確測(cè)量不應(yīng)只限于選用一臺(tái)高精度差壓變送器。實(shí)際上差壓變送器能否接受到真實(shí)的差壓值還決定于一系列因素，其中正確的取壓孔及引壓管線的制造、安裝及使用是保證獲得真實(shí)差壓值的關(guān)鍵，這些影響因素很多是難以定量或定性確定的，只有加強(qiáng)制造及安裝的規(guī)范化工作才能達(dá)到目的。（2）統(tǒng)計(jì)量1）C統(tǒng)計(jì)量C是無法實(shí)測(cè)的量（指按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制造安裝

13、， 不經(jīng)校準(zhǔn)使用），在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí) 最復(fù)雜的情況出現(xiàn)在實(shí)際的 C值與標(biāo)準(zhǔn)確定的 C值不相符合。它們的偏離是由設(shè)計(jì)、 制造、 安裝及使用一系列因素造成的。 應(yīng)該明確，上述各環(huán)節(jié)全部嚴(yán)格遵循標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定， 其實(shí)際值 才會(huì)與標(biāo)準(zhǔn)確定的值相符合，現(xiàn)場(chǎng)是難以完全滿足這種要求的。應(yīng)該指出，與標(biāo)準(zhǔn)條件的偏離， 有的可定量估算（可進(jìn)行修正），有的只能定性估計(jì)（不確 定度的幅值與方向）。但是在現(xiàn)實(shí)中，有時(shí)不僅是一個(gè)條件偏離，這就帶來非常復(fù)雜的情況， 因?yàn)橐话阗Y料中只介紹某一條件偏離引起的誤差。如果許多條件同時(shí)偏離，則缺少相關(guān)的資料可查。2）£可膨脹性系數(shù)£是對(duì)流體通過節(jié)流件時(shí)密度發(fā)生變化而引起的

14、流出系數(shù)變化的修正，它的誤差由兩部分組成：其一為常用流量下£的誤差，即標(biāo)準(zhǔn)確定值的誤差；其二為由于流量變化£值將隨之波動(dòng)帶來的誤差。 一般在低靜壓高差壓情況，£值有不可忽略的誤差。 當(dāng)P/ PW 0.04時(shí)，£的誤差可忽略不計(jì)。3分類差壓式流量計(jì)分類如表4.1所示。表4.1差壓式流量計(jì)分類表分類原則1分類類型按產(chǎn)生差壓的作用原理分類1）節(jié)流式；2）動(dòng)壓頭式；3）水力阻力式；4 ）離心式；5）動(dòng)壓增益式；6 ）射 流式按結(jié)構(gòu)形式分類1）標(biāo)準(zhǔn)孔板；2）標(biāo)準(zhǔn)噴嘴；3）經(jīng)典文丘里管；4）文丘里噴嘴；5）錐形入口孔 板；6）1/4圓孔板；7）圓缺孔板；8）偏心孔板

15、；9）楔形孔板；10）整體（內(nèi)藏）孔板；11）線性孔板；12）環(huán)形孔板；13）道爾管；14）羅洛斯管；15）彎管；16）可換孔板節(jié)流裝置；17）臨界流節(jié)流裝置按用途分類1）標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置；2）低雷諾數(shù)節(jié)流裝置；3）臟污流節(jié)流裝置；4）低壓損節(jié)流 裝置；5）小管徑節(jié)流裝置；6）寬范圍度節(jié)流裝置；7）臨界流節(jié)流裝置；3.1按產(chǎn)生差壓的作用原理分類1）節(jié)流式依據(jù)流體通過節(jié)流件使部分壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能以產(chǎn)生差壓的原理工作，其檢測(cè)件稱之為節(jié)流裝置，是 DPF的主要品種。2）動(dòng)壓頭式 依據(jù)動(dòng)壓轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓的原理工作，如均速管流量計(jì)。3）水力阻力式 依據(jù)流體阻力產(chǎn)生的壓差原理工作，檢測(cè)件為毛細(xì)管束，又稱層流流量

16、計(jì)，一般用于微小流量測(cè)量。4）離心式 依據(jù)彎曲管或環(huán)狀管產(chǎn)生離心力原理形成的壓差工作，如彎管流量計(jì)，環(huán)形 管流量計(jì)等。5）動(dòng)壓增益式 依據(jù)動(dòng)壓放大原理工作，如皮托 -文丘里管。3.2按結(jié)構(gòu)形式分類1）標(biāo)準(zhǔn)孔板 又稱同心直角邊緣孔板，其軸向截面如圖4.2所示?？装迨且粔K加工成圓形同心的具有銳利直角邊緣的薄板。孔板開孔的上游側(cè)邊緣應(yīng)是銳利的直角。標(biāo)準(zhǔn)孔板有三種取壓方式：角接、法蘭及6）射流式 依據(jù)流體射流撞擊產(chǎn)生原理工作，如射流式差壓流量計(jì)。D-D/2取壓;如圖4.3所示。為從兩個(gè)方向的任一個(gè)方向測(cè)量流量，可采用對(duì)稱孔板，節(jié)流孔的兩個(gè)邊緣均符合直角邊緣孔板上游邊緣的特性，且孔板全部厚度不超過節(jié)流孔

17、的厚度。2）標(biāo)準(zhǔn)噴嘴有兩種結(jié)構(gòu)形式：ISA 1932噴嘴和長徑噴嘴。a. ISA 1932 噴嘴（圖4.4 ）上游面由垂直于軸的平面、廓形為圓周的兩段弧線所確定的收縮段、圓筒形喉部和凹槽組成的噴嘴。ISA 1932噴嘴的取壓方式僅角接取壓一種。b.長徑噴嘴（圖4.5 ）上游面由垂直于軸的平面、廓形為 1/4橢圓的收縮段、圓筒形喉部和可能有的凹槽或斜角組成的噴嘴。長徑噴嘴的取壓方式僅D-D/2取壓一種。3）經(jīng)典文丘里管由入口圓筒段A、圓錐收縮段B、圓筒形喉部C和圓錐擴(kuò)散段E組成，如圖4.6所示。根據(jù)不同的加工方法，有以下結(jié)構(gòu)形式：具有粗鑄收縮段的；具有機(jī)械加工收縮段的；具有鐵板焊接收縮段的。不同

18、結(jié)構(gòu)形式的L1、L2、R1、R2與D、d的關(guān)系如表 4.2所示。4）文丘里噴嘴由進(jìn)口噴嘴、圓筒形喉部及擴(kuò)散段組成，如圖4.7所示。5）錐形入口孔板錐形入口孔板與標(biāo)準(zhǔn)孔板相似，相當(dāng)于一塊倒裝的標(biāo)準(zhǔn)孔板，其結(jié)構(gòu)如圖4.8所示，取壓方式為角接取壓。10-4d3.3按用途分類1）標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置ISO 5167或GB/T2624中所包括的節(jié)流裝置稱為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，它們是標(biāo)準(zhǔn)孔板、 標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、經(jīng)典文丘里管和文丘里噴嘴。在設(shè)計(jì)、制造、安裝及使用方面皆遵循標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，可不必個(gè)別 校準(zhǔn)而使用。2）低雷諾數(shù)節(jié)流裝置 如1/4圓孔板、錐形入口孔板和雙重孔板等。3）臟污流節(jié)流裝置如圓缺孔板、偏心孔板和楔形孔板等。4）低壓

19、損節(jié)流裝置 如道爾管、羅洛斯管、彎管及環(huán)形管等。5）小管徑節(jié)流裝置 女僂體（內(nèi)藏）孔板和一體式流量變送器等。6）寬范圍度節(jié)流裝置如線性孔板等。7）臨界流節(jié)流裝置如臨界流文丘里噴嘴等。4節(jié)流式差壓流量計(jì)的主要特點(diǎn)應(yīng)用最普遍的節(jié)流件標(biāo)準(zhǔn)孔板結(jié)構(gòu)易于復(fù)制，簡單，牢固，性能穩(wěn)定可靠，使用期限長，價(jià)格低廉。 節(jié)流式DPF應(yīng)用范圍極廣泛，至今尚無任何一類流量計(jì)可與之相比。全部單相流體，包括液、氣、 蒸汽皆可測(cè)量，部分混相流，如氣固、氣液、液固等亦可應(yīng)用，一般生產(chǎn)過程的管徑、工作狀態(tài)（壓力，溫度）皆有產(chǎn)品。檢測(cè)件與差壓顯示儀表可分開不同生產(chǎn)廠生產(chǎn)，便于專業(yè)化形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)，它們的結(jié)合非常靈 活方便。檢測(cè)件

20、，特別是標(biāo)準(zhǔn)型的，是全世界通用的，并得到國際標(biāo)準(zhǔn)組織的認(rèn)可。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)型檢測(cè)件進(jìn)行的試驗(yàn) 研究是國際性的，其他流量計(jì)一般僅依靠個(gè)別廠家或研究群體進(jìn)行，因此其研究的深度和廣度不可同日 而語。從時(shí)間上看，標(biāo)準(zhǔn)型檢測(cè)件自20世紀(jì)30年代由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織確定后再也沒有改變，其研究資料及生產(chǎn)實(shí)踐的積累極其豐富，它涉及的應(yīng)用范圍還沒有一類流量計(jì)可比。正是由于上述原因，標(biāo)準(zhǔn)型節(jié)流式DPF無需實(shí)流校準(zhǔn)，即可投用，在流量計(jì)中亦是惟一的。目前在各種類型中以節(jié)流式和動(dòng)壓頭式應(yīng)用最多。節(jié)流式已開發(fā)20余品種，并且仍有新品種開發(fā)出，較成熟的向標(biāo)準(zhǔn)型發(fā)展，ISO設(shè)有專門技術(shù)委員會(huì)負(fù)責(zé)此項(xiàng)工作。動(dòng)壓頭式以均速管流量計(jì)為代表，近

21、年有較快發(fā)展，它是插入式流量計(jì)的主要品種，其用量在迅速增加。節(jié)流式DPF主要存在以下缺點(diǎn)：1）測(cè)量的重復(fù)性、精確度在流量計(jì)中屬于中等水平，由于眾多因素的影響錯(cuò)綜復(fù)雜，精確度難以提 咼。3:1-4:1 。2）范圍度窄，由于儀表信號(hào)（差壓）與流量為平方關(guān)系，一般范圍度僅3）現(xiàn)場(chǎng)安裝條件要求較高，如需較長的直管段（指孔板，噴嘴），一般難以滿足。4）檢測(cè)件與差壓顯示儀表之間引壓管線為薄弱環(huán)節(jié)，易產(chǎn)生泄漏、堵塞、凍結(jié)及信號(hào)失真等故障。5）壓損大（指孔板，噴嘴）。為了彌補(bǔ)上述缺點(diǎn)，近年儀表開發(fā)有如下一些措施。1）關(guān)于范圍度的拓寬節(jié)流式DPF范圍度拓寬從兩方面著手：1）開發(fā)線性孔板；2）采用寬量程差壓變送器

22、或多臺(tái)差壓變送 器并用。（2）開發(fā)定值節(jié)流件定值節(jié)流件是指對(duì)每種通徑測(cè)量管道配以有限數(shù)量的節(jié)流件，節(jié)流件的3值（孔徑）則按優(yōu)先數(shù)系選用，每種通徑配3-5種3值。定值節(jié)流件的應(yīng)用有許多優(yōu)點(diǎn)：改變節(jié)流件應(yīng)用對(duì)號(hào)入座的缺陷；節(jié)流件 生產(chǎn)方式由小生產(chǎn)作業(yè)方式轉(zhuǎn)變?yōu)榇笈可a(chǎn)；對(duì)于廓形節(jié)流件（如噴嘴，文丘里管等）采用專用加工設(shè)備實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本，為擴(kuò)大使用創(chuàng)造條件；給用戶帶來使用的方便等等。（3）壓損問題通常節(jié)流式DPF壓損大是指檢測(cè)件為孔板或噴嘴等品種，其實(shí)早已開發(fā)多種低壓損節(jié)流件，如各種 流量管（道爾管、羅洛斯管、通用文丘里管等），它們未能大量應(yīng)用的原因是結(jié)構(gòu)笨重，價(jià)格高，如采用定值節(jié)流件

23、可使生產(chǎn)成本大幅度下降，為廣泛應(yīng)用創(chuàng)造條件。(4) 一體化節(jié)流式DPF把節(jié)流裝置和差壓變送器做成一體，省卻引壓管線，減少故障率，改善動(dòng)態(tài)特性，方便安裝使用，受到用戶的歡迎。國外應(yīng)用已相當(dāng)普遍，據(jù)統(tǒng)計(jì)，日本在 1996-1997年新建四家工廠400余臺(tái)差壓式流 量計(jì)，一體化直接安裝儀表約占三分之一。(5) 安裝條件問題經(jīng)典文丘里管必要的直管段長度短(約5D-10D)，在無長直管段場(chǎng)合盡量采用此類節(jié)流件，它做成定值節(jié)流件，可以降低制造成本。近年國際上為解決阻流件干擾著力研究適用的流動(dòng)調(diào)整器，在精度要求 較高時(shí)節(jié)流裝置與流動(dòng)調(diào)整器配套供應(yīng)，可保證測(cè)量的精確度，但也增加了壓損與維護(hù)工作量。5選用考慮要

24、點(diǎn)DPF應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛，封閉管道各種測(cè)量對(duì)象都有應(yīng)用：流體方面，單相、混相、潔凈、臟污；工 作狀態(tài)方面，常壓、高壓、真空、常溫、高溫、低溫；管徑方面，從幾毫米到幾米；流動(dòng)條件方面：亞 音速流、臨界流、脈動(dòng)流。并且在上述各方面都有大量的理論和實(shí)踐的資料可供參考。20世紀(jì)50年代以前在過程控制工程中幾乎是惟一的流量計(jì)，后來各種類型流量計(jì)相繼登場(chǎng)， 打破了其一統(tǒng)天下的局面，幾十年來它占的份額一直在下降，當(dāng)然絕對(duì)用量仍在增加。應(yīng)該看到，DPF三個(gè)組成部分一直在更新發(fā)展著， 尤其80年代以后借助微電子技術(shù)、 計(jì)算機(jī)技術(shù)、新材料及先進(jìn)加工技術(shù)的發(fā)展， 差壓轉(zhuǎn)換和流量顯示計(jì)算部分有突破性進(jìn)展。DPF無論可

25、靠性，精確度及功能多樣化已今非昔比。近年一些創(chuàng)新思路，如一體式、定值節(jié)流件等的開發(fā)更使它有中興的感覺。DPF的關(guān)鍵部分-檢測(cè)件是最難更新?lián)Q代的部分，現(xiàn)在亦有了新的發(fā)展思路，即把流量測(cè)量工作者、 流體力學(xué)與計(jì)算機(jī)技術(shù)工作者三方面人員的特長結(jié)合起來可以有效地攻下這個(gè)堡壘?？梢灶A(yù)計(jì)，DPF在流量計(jì)中仍會(huì)占據(jù)重要的位置。選用考慮因素的五個(gè)方面為儀表性能、流體特性、安裝條件、環(huán)境條件和經(jīng)濟(jì)因素，現(xiàn)分述如下。5.1儀表性能方面(1) 精確度、重復(fù)性、線性度、流量范圍和范圍度表4.3所示為流量測(cè)量節(jié)流裝置的主要技術(shù)參數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置規(guī)定有嚴(yán)格的使用范圍，包括管徑、節(jié)流件孔徑、直徑比、雷諾數(shù)范圍、管壁粗糙度等

26、。在這些使用范圍內(nèi)可以應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)文件(GB/T 2624)中提供的流出系數(shù)和可膨脹性系數(shù)，如表4.4所示。應(yīng)該指出，非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的使用范圍及其計(jì)算式僅作參考，一般來說，它要可靠地應(yīng)用還是實(shí)流校準(zhǔn)為好。如果節(jié)流裝置進(jìn)行個(gè)別實(shí)流校準(zhǔn)，則其使用范圍不 受表列參數(shù)限制，例如開封儀表廠曾實(shí)流校準(zhǔn)管徑達(dá)DN1600的文丘里管流量計(jì)用于水流量計(jì)量，又如標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定管徑應(yīng)不小于 DN5Q現(xiàn)在使用的小管徑節(jié)流裝置則遠(yuǎn)低于此值，但是它們必須逐臺(tái)進(jìn)行個(gè)別校準(zhǔn)才能 投用。由表4.4可見，標(biāo)準(zhǔn)噴嘴的流出系數(shù)的不確定度遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)孔板，這是由于廓形節(jié)流件的精確復(fù)制 比較困難，如果標(biāo)準(zhǔn)噴嘴進(jìn)行實(shí)流校準(zhǔn)，則亦可得高精確度。DPF的

27、精確度在很大程度上決定于現(xiàn)場(chǎng)的使用條件，如果節(jié)流裝置的制造質(zhì)量符合要求，則影響因素主要為兩方面：流體的物性參數(shù)的確定和流體流 動(dòng)特性是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求。這兩方面我們?cè)诹黧w特性和安裝條件中再談。整套流量計(jì)的精確度還決定于差壓變送器和流量顯示儀的精確度。目前有一種傾向盡量采用高精度的 差壓變送器，在流量測(cè)量不確定度計(jì)算式可以看到，當(dāng)其他參數(shù)的精確度不高時(shí)采用高精度差壓變送器并 不能起多大作用。流量顯示儀的作用主要在監(jiān)視運(yùn)行參數(shù)的穩(wěn)定性等方面，它的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換精度一般是無問 題的。因此，要提高測(cè)量的精確度應(yīng)有一個(gè)全面估計(jì)，這樣才能作出技術(shù)經(jīng)濟(jì)性最佳方案的選擇。我們?cè)俅螐?qiáng)調(diào)，DPF是一種從設(shè)計(jì)、制造到安裝使

28、用要求很嚴(yán)格的儀表，任何一個(gè)環(huán)節(jié)的失誤都會(huì)產(chǎn)生很大的誤差，反過來說，如果你嚴(yán)格遵循標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，它的精確測(cè)量是可保證的。DPF的重復(fù)性與其他流 量計(jì)（電磁式，容積式，渦輪，渦街等）相比要低，其原因?yàn)檩敵鲂盘?hào)為模擬值易受干擾，尤其差壓引壓 管線這一環(huán)節(jié)易使信號(hào)產(chǎn)生干擾波動(dòng)，正是由于重復(fù)性不高，影響到其精確度的提高。DPF的輸出信號(hào)與流量為平方關(guān)系，是非線性儀表，這是造成范圍度窄的原因，實(shí)際上節(jié)流裝置在廣 闊的雷諾數(shù)范圍內(nèi)其流出系數(shù)是穩(wěn)定的，因此目前采用兩種（或多種 ） 量程的差壓變送器可以拓寬其范圍度（可達(dá)（大于 10:1 以上）。近年已投用的彈性加載變面積變壓頭節(jié)流裝置則應(yīng)用其他工作原理增加其范圍

29、度100:1） 。壓力損失DPFDPF壓力損失大是它的一個(gè)弱點(diǎn)，但是若仔細(xì)分析一下這里還有一些選用時(shí)可以選擇的余地。在各類節(jié)流裝置中孔板和噴嘴是壓損較大的節(jié)流件，不過這里亦有差別。在同樣的流量及 3值時(shí)噴嘴的壓損只為孔板壓損的 30%-50%，也就是說噴嘴是較低壓損的。各種流量管（文丘里管、道爾管、羅洛斯管、通 用文丘里管等）則是低壓損的節(jié)流裝置，它們壓損僅為孔板的20%，甚至低達(dá) 5%-10%。這些節(jié)流裝置的開發(fā)應(yīng)用是今后一個(gè)努力方向。當(dāng)然，另一類動(dòng)壓頭式DPF （均速管流量計(jì)）則以低壓損著稱。5.2 流體特性方面流體特性分兩方面考慮。流體物性參數(shù)的確定流體物性參數(shù)包括密度、粘度、等熵指數(shù)、

30、濕度等，這些參數(shù)有的直接進(jìn)入流量方程，有的對(duì)流出系數(shù)、 可膨脹性系數(shù)等產(chǎn)生影響。在這些參數(shù)中密度是最重要的。對(duì)密度的精確度與對(duì)差壓的精確度有同等數(shù)量 級(jí)的要求，但是密度的精確確定卻遇到了困難，它是影響DPF精確度提高的一個(gè)重要原因。密度精確度不高的原因是，一般借助密度與組分、壓力和溫度的函數(shù)關(guān)系確定它，但是這個(gè)關(guān)系式的精確度數(shù)量往往并 不明確，尤其對(duì)于混合物普遍缺乏精確的函數(shù)式。在這種情況下采用密度計(jì)測(cè)量是較好的，但是遺憾的是 目前密度計(jì)品種規(guī)格不能滿足實(shí)際需要，并且價(jià)格貴，可靠性不高亦阻礙其廣泛使用。粘度的精確度要求可以低些，它是用來計(jì)算雷諾數(shù)的，而雷諾數(shù)對(duì)流出系數(shù)的影響并不敏感；粘度的 另

31、一作用是確定被測(cè)介質(zhì)是否為牛頓流體，目前流量測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)都限定被測(cè)介質(zhì)應(yīng)為牛頓流體。而由于石油 化工等工業(yè)的發(fā)展，愈來愈多非牛頓流體需要測(cè)量，因此粘度這個(gè)參數(shù)今后會(huì)引起更大的重視的。流體物性參數(shù)的確定除混合流體外，在高參數(shù)（高壓、高溫、低溫等 ） 領(lǐng)域遇到了困難。許多物性參數(shù)缺乏高參數(shù)下的數(shù)據(jù)。（2）流體的腐蝕、磨蝕、結(jié)垢、臟污等這些特性對(duì)流量計(jì)使用的可靠性造成很大的威脅。DPF是以幾何尺寸來確定流量與信號(hào)的關(guān)系的，在長期使用中保持幾何尺寸恒定成為保證測(cè)量精確度不變的關(guān)鍵因素。在使用中幾何尺寸變化不易覺察，也 就是說流量特性已變而不知道，這是很危險(xiǎn)的。如何對(duì)付這個(gè)困難問題仍在探索中，例如采用可換孔

32、板節(jié) 流裝置就是為了便于檢查而采取的措施，另外采用并聯(lián)測(cè)量管路可以定期檢查清洗等等。流體的上述特性 甚至用戶都不一定完全掌握的，需要了解流體這些特性以便采取預(yù)防措施，在不明確的情況下有時(shí)需要進(jìn) 行一些試驗(yàn)。5.3 安裝條件方面要應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)文件 （GB/T 2624 或 ISO 5167）中的流出系數(shù)和可膨脹性系數(shù)，必須令投用的節(jié)流裝置與標(biāo) 準(zhǔn)節(jié)流裝置達(dá)到幾何相似和動(dòng)力學(xué)相似，現(xiàn)場(chǎng)的安裝條件是達(dá)到這兩個(gè)相似的重要因素，因此對(duì)節(jié)流裝置 的安裝應(yīng)給予足夠的重視。在安裝條件中節(jié)流件前后的必要直管段長度往往令選用者為難，在推理式流量計(jì)中節(jié)流式DPF需要的直管段是比較長的。 另外現(xiàn)場(chǎng)阻流件類型遠(yuǎn)多于標(biāo)準(zhǔn)文件

33、包括的， 尤其是所謂組合式阻流件 （ 兩種阻流件之 間間隔很短 ）更是難以解決，按照 GB/T 2624-93（ 或 ISO 5167-1） 遇到此類情況可以采用加裝流動(dòng)調(diào)整器解 決，但是加裝流動(dòng)調(diào)整器所需的直管段亦是很長的（約42D）。在此情況下有以下方案可供選擇：采用直管段長度要求較短的節(jié)流裝置，例如經(jīng)典文丘里管或其他流量管；用實(shí)流校驗(yàn)方法確定現(xiàn)場(chǎng)條件下的流出系 數(shù)，實(shí)流校驗(yàn)可以是在線的或離線的。前面我們已談過引壓管線是節(jié)流式DPF的薄弱環(huán)節(jié)，近年來一體式節(jié)流式DPF的出現(xiàn)較好地解決了此問題，例如我國北方冬天蒸汽流量測(cè)量往往為引壓管線的保溫防凍傷腦筋，一體式DPF徹底解決了它。大多數(shù)流量計(jì)

34、都有一體式和分離式兩種類型，它們的使用各有特點(diǎn)，要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況予以選用，節(jié)流式DPF亦不例外。一體式 DPF的差壓變送器必須適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)的嚴(yán)酷環(huán)境條件，在有些情況，如管道較強(qiáng)振動(dòng)或 強(qiáng)電磁干擾等還是采用分離式為好。5.4 環(huán)境條件方面DPF的差壓變送器和流量顯示儀兩部分有微處理器和電子元器件，它們對(duì)環(huán)境條件的要求與一般電子 儀表是一樣的，在本書的其他章節(jié)中已有討論，這里就不再重述了。5.5 經(jīng)濟(jì)因素方面經(jīng)濟(jì)因素包括購置費(fèi)、安裝費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)、校驗(yàn)費(fèi)、維護(hù)費(fèi)和備品備件。(1) 購置費(fèi)DPF的檢測(cè)件購置費(fèi)相對(duì)來說較便宜，但考慮其余兩部分：差壓變送器和流量顯示儀整套儀表就不一 定便宜了。另外，它還可能需

35、購置一些輔助設(shè)備，如冷凝器、集氣器、沉降器和隔離器等亦應(yīng)估計(jì)到。(2) 安裝費(fèi)分離型DPF的安裝比較麻煩，主要是差壓信號(hào)管路及其輔助設(shè)備的安裝，對(duì)于腐蝕臟污介質(zhì)之類采用 隔離系統(tǒng)，其費(fèi)用還要高些。(3) 運(yùn)行費(fèi)對(duì)于大口徑管道測(cè)量， 能耗產(chǎn)生的運(yùn)行費(fèi)可能是筆大數(shù)目， 當(dāng)然如選用低壓損節(jié)流裝置 ( 經(jīng)典文丘里管 等) 亦是降低費(fèi)用的辦法，但是節(jié)流裝置的購置費(fèi)又高了，應(yīng)該仔細(xì)核算一下。(4) 校驗(yàn)費(fèi)DPF的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可節(jié)省檢測(cè)件的校驗(yàn)費(fèi)，不但制造者，使用者亦可免去實(shí)流校驗(yàn)的麻煩，這點(diǎn)意義 深遠(yuǎn)。當(dāng)然DPF其余兩部分校驗(yàn)費(fèi)亦應(yīng)考慮，它們相對(duì)比較方便便宜。(5) 維護(hù)費(fèi)DPF檢測(cè)件維護(hù)費(fèi)較少，其余兩部分有一定的維護(hù)費(fèi)。(6) 備品備件