差壓式流量計介紹

1、差壓式流量計介紹差壓式流量計 （以下簡稱 DPF 或流量計 ）是根據(jù)安裝于管道中流量檢測件產(chǎn)生的差 壓、已知的流體條件和檢測件與管道的幾何尺寸來測量流量的儀表。 DPF 由一次裝置 （檢測 件） 和二次裝置 （差壓轉(zhuǎn)換和流量顯示儀表 ）組成。通常以檢測件的型式對DPF 分類，如孔扳流量計、 文丘里管流量計及均速管流量計等。 二次裝置為各種機(jī)械、 電子、 機(jī)電一體式差壓 計，差壓變送器和流量顯示及計算儀表，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。差壓計既可用于測量流量參數(shù)，也可測量其他參數(shù)（如壓力、物位、密度等 ）。DPF 按其檢測件的作用原理可分為節(jié)流式、

2、動壓頭式、水力阻力式、離心式、動壓增 益式和射流式等幾大類，其中以節(jié)流式和動壓頭式應(yīng)用最為廣泛。節(jié)流式 DPF 的檢測件按其標(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、 制造、 安裝和使用， 無須經(jīng)實流校準(zhǔn)即可確定其流量值并估算流 量測量誤差，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， 因為只有節(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)檢測件的理論和實踐向深度和 廣度拓展，這是其他流量計所不及的。 1980 年 ISO（ 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 ）正式通過國際標(biāo)準(zhǔn) ISO 5167，至此流量測量節(jié)流裝置第一個國際標(biāo)準(zhǔn)誕生了。 ISO 5167 總結(jié)了幾十年來國際上對 為數(shù)有限的幾種節(jié)流裝置 （孔板、噴嘴和文丘里管 ）的理論與試驗的研究成果，反映了此類檢 測件的當(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、下幾個方面。1）ISO 5167 試驗數(shù)據(jù)的陳舊性 ISO 5167 中采用的數(shù)據(jù)大多是 30年代的試驗結(jié)果，今 天無論節(jié)流裝置制造技術(shù)， 流量試驗設(shè)備及實驗技術(shù)都有巨大的進(jìn)步， 重新進(jìn)行系統(tǒng)地試驗 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， 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，美國投了反對票，其主要原因是對直管段長度的規(guī)定有不同意見，這個問題應(yīng)是ISO 5167 修訂的主要問題之一。3）ISO 5167 中各項規(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、 流體流動湍流度等， 眾多因素影響錯綜復(fù)雜， 有的參數(shù) 難以直接測量， 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調(diào)整器的作用等。4）關(guān)于節(jié)流式 DPF 測量精確度提高的問題 鑒于節(jié)流式 DPF 在流量計中占有重要地位， 提高其測量精確度意義重大。 歷次國際學(xué)術(shù)會議認(rèn)為必須使流量測量工作者、

6、 流體力學(xué)與計 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)模的孔板流量計試驗研究，歐洲為歐共體實驗計劃（EEC Exp erime ntal P rogram），美國為 API 實驗計劃（API Exp erime ntal P rogram）。試驗的目的是用現(xiàn)代最新測試設(shè)備及試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計處理技術(shù)進(jìn)行新一輪的范圍廣泛的試驗研究，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）, 該文件為委員會草案， 它在技術(shù)內(nèi)容與編輯上都有很大改動， 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會議上審查通過為 DIS（標(biāo)準(zhǔn)草案），但 是會議認(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)何時正式頒布尚不得而 知。 ISO 5167 新標(biāo)準(zhǔn)在標(biāo)準(zhǔn)的兩個核心內(nèi)容皆有實質(zhì)性變化，一是孔板的流出系數(shù)公式， 用 Reader-Harris/Gallagher 計算式 （R-G 式）代替 Stolz 計算式，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（線性孔板 ）；7）毛細(xì)管節(jié)流件 層流流量計；

9、8）脈動流節(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數(shù)占50-60（每年約百萬臺 ），金額占 30左右。我國銷售臺數(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 ）的 35-42（每年 6萬-7萬臺）。2 工作原理這種測量方法是以流動連續(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，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，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個參數(shù)的函數(shù)，此6個參數(shù)可分為實測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)計量(C、£兩類。(1)實測量1) d、D式(4 . 1)中d與流量為平方關(guān)系，其精確度對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)計及工作溫度對材料熱膨脹的影響。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定管道內(nèi)徑D必須實測，需在上游管段的幾個截面上進(jìn)行多次測量求其平均值，誤差不應(yīng)大于也.3%。除對數(shù)值測量精度要求較高外，還應(yīng)考慮內(nèi)徑偏差會對節(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，在現(xiàn)場配管應(yīng)充分注意這個問題。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時，絕不要忘記P的測量精度亦應(yīng)與之相匹配。否則AP的提高將會被P的降低所抵消。3）差壓AP的精確測量不應(yīng)只限于選用一臺高精度差壓變送器。實際上差壓變送器能否接受到真實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)計量1）C統(tǒng)計量C是無法實測的量（指按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計制造安裝

13、， 不經(jīng)校準(zhǔn)使用），在現(xiàn)場使用時 最復(fù)雜的情況出現(xiàn)在實際的 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、 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， 其實際值 才會與標(biāo)準(zhǔn)確定的值相符合，現(xiàn)場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（不確 定度的幅值與方向）。但是在現(xiàn)實中，有時不僅是一個條件偏離，這就帶來非常復(fù)雜的情況， 因為一般資料中只介紹某一條件偏離引起的誤差。如果許多條件同時偏離，則缺少相關(guān)的資料可查。2）£可膨脹性系數(shù)£是對流體通過節(jié)流件時密度發(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，£的誤差可忽略不計。3分類差壓式流量計分類如表4.1所示。表4.1差壓式流量計分類表分類原則1分類類型按產(chǎn)生差壓的作用原理分類1）節(jié)流式；2）動壓頭式；3）水力阻力式；4 ）離心式；5）動壓增益式；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)閯幽芤援a(chǎn)生差壓的原理工作，其檢測件稱之為節(jié)流裝置，是 DPF的主要品種。2）動壓頭式 依據(jù)動壓轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓的原理工作，如均速管流量計。3）水力阻力式 依據(jù)流體阻力產(chǎn)生的壓差原理工作，檢測件為毛細(xì)管束，又稱層流流量

16、計，一般用于微小流量測量。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，環(huán)形 管流量計等。5）動壓增益式 依據(jù)動壓放大原理工作，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。孔板是一塊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。D-D/2取壓;如圖4.3所示。為從兩個方向的任一個方向測量流量，可采用對稱孔板，節(jié)流孔的兩個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、制造、安裝及使用方面皆遵循標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，可不必個別 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)流式差壓流量計的主要特點應(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可與之相比。全部單相流體，包括液、氣、 蒸汽皆可測量，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。對標(biāo)準(zhǔn)型檢測件進(jìn)行的試驗 研究是國際性的，其他流量計一般僅依靠個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。從時間上看，標(biāo)準(zhǔn)型檢測件自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可比。正是由于上述原因，標(biāo)準(zhǔn)型節(jié)流式DPF無需實流校準(zhǔn)，即可投用，在流量計中亦是惟一的。目前在各種類型中以節(jié)流式和動壓頭式應(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)委員會負(fù)責(zé)此項工作。動壓頭式以均速管流量計為代表，近

21、年有較快發(fā)展，它是插入式流量計的主要品種，其用量在迅速增加。節(jié)流式DPF主要存在以下缺點：1）測量的重復(fù)性、精確度在流量計中屬于中等水平，由于眾多因素的影響錯綜復(fù)雜，精確度難以提 咼。3:1-4:1 。2）范圍度窄，由于儀表信號（差壓）與流量為平方關(guān)系，一般范圍度僅3）現(xiàn)場安裝條件要求較高，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)及信號失真等故障。5）壓損大（指孔板，噴嘴）。為了彌補(bǔ)上述缺點，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)流件是指對每種通徑測量管道配以有限數(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：改變節(jié)流件應(yīng)用對號入座的缺陷；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壓損大是指檢測件為孔板或噴嘴等品種，其實早已開發(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，日本在 1996-1997年新建四家工廠400余臺差壓式流 量計，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調(diào)整器，在精度要求 較高時節(jié)流裝置與流動調(diào)整器配套供應(yīng)，可保證測量的精確度，但也增加了壓損與維護(hù)工作量。5選用考慮要

24、點DPF應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛，封閉管道各種測量對象都有應(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；流動條件方面：亞 音速流、臨界流、脈動流。并且在上述各方面都有大量的理論和實踐的資料可供參考。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，后來各種類型流量計相繼登場， 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)然絕對用量仍在增加。應(yīng)該看到，DPF三個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，即把流量測量工作者、 流體力學(xué)與計算機(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堡壘?？梢灶A(yù)計，DPF在流量計中仍會占據(jù)重要的位置。選用考慮因素的五個方面為儀表性能、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算式僅作參考，一般來說，它要可靠地應(yīng)用還是實流校準(zhǔn)為好。如果節(jié)流裝置進(jìn)行個別實流校準(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流校準(zhǔn)管徑達(dá)DN1600的文丘里管流量計用于水流量計量，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，但是它們必須逐臺進(jìn)行個別校準(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 動特性是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求。這兩方面我們在流體特性和安裝條件中再談。整套流量計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，在流量測量不確定度計算式可以看到，當(dāng)其他參數(shù)的精確度不高時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，要提高測量的精確度應(yīng)有一個全面估計，這樣才能作出技術(shù)經(jīng)濟(jì)性最佳方案的選擇。我們再次強(qiáng)調(diào)，DPF是一種從設(shè)計、制造到安裝使

28、用要求很嚴(yán)格的儀表，任何一個環(huán)節(jié)的失誤都會產(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，它的精確測量是可保證的。DPF的重復(fù)性與其他流 量計（電磁式，容積式，渦輪，渦街等）相比要低，其原因為輸出信號為模擬值易受干擾，尤其差壓引壓 管線這一環(huán)節(jié)易使信號產(chǎn)生干擾波動，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弱點，但是若仔細(xì)分析一下這里還有一些選用時可以選擇的余地。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)用是今后一個努力方向。當(dāng)然，另一類動壓頭式DPF （均速管流量計）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。對密度的精確度與對差壓的精確度有同等數(shù)量 級的要求，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，但是這個關(guān)系式的精確度數(shù)量往往并 不明確，尤其對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測量是較好的，但是遺憾的是 目前密度計品種規(guī)格不能滿足實際需要，并且價格貴，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，它是用來計算雷諾數(shù)的，而雷諾數(shù)對流出系數(shù)的影響并不敏感；粘度的 另

31、一作用是確定被測介質(zhì)是否為牛頓流體，目前流量測量標(biāo)準(zhǔn)都限定被測介質(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量，因此粘度這個參數(shù)今后會引起更大的重視的。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、臟污等這些特性對流量計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的關(guān)系的，在長期使用中保持幾何尺寸恒定成為保證測量精確度不變的關(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，這是很危險的。如何對付這個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需要進(jìn) 行一些試驗。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)到幾何相似和動力學(xué)相似，現(xiàn)場的安裝條件是達(dá)到這兩個相似的重要因素，因此對節(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，在推理式流量計中節(jié)流式DPF需要的直管段是比較長的。 另外現(xiàn)場阻流件類型遠(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調(diào)整器解 決，但是加裝流動調(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；用實流校驗方法確定現(xiàn)場條件下的流出系 數(shù)，實流校驗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

34、都有一體式和分離式兩種類型，它們的使用各有特點，要根據(jù)現(xiàn)場實際情況予以選用，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)場的嚴(yán)酷環(huán)境條件，在有些情況，如管道較強(qiáng)振動或 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、安裝費、運行費、校驗費、維護(hù)費和備品備件。(1) 購置費DPF的檢測件購置費相對來說較便宜，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)估計到。(2) 安裝費分離型DPF的安裝比較麻煩，主要是差壓信號管路及其輔助設(shè)備的安裝，對于腐蝕臟污介質(zhì)之類采用 隔離系統(tǒng)，其費用還要高些。(3) 運行費對于大口徑管道測量， 能耗產(chǎn)生的運行費可能是筆大數(shù)目， 當(dāng)然如選用低壓損節(jié)流裝置 ( 經(jīng)典文丘里管 等) 亦是降低費用的辦法，但是節(jié)流裝置的購置費又高了，應(yīng)該仔細(xì)核算一下。(4) 校驗費DPF的一個優(yōu)點是可節(jié)省檢測件的校驗費，不但制造者，使用者亦可免去實流校驗的麻煩，這點意義 深遠(yuǎn)。當(dāng)然DPF其余兩部分校驗費亦應(yīng)考慮，它們相對比較方便便宜。(5) 維護(hù)費DPF檢測件維護(hù)費較少，其余兩部分有一定的維護(hù)費。(6) 備品備件