匹配科学工作者的质量流量计
能放在掌心的流量校准装置
适用大多数实验室的标准型流量控制器
高品质配套过程控制的质量流量控制器
压差式流量计(孔板流量计)原理及压力分布图 图2
差压式流量计由标准节流装置(如标准孔板)、 引压管路和差压变送器组成, 如图 2所示。常用的标准节流装置有标准孔板节流装置、 喷嘴节流装置、 文丘利管节流装置。标准孔板节流装置由于其在加工制造和安装方面最为简单, 通过长期实践已获得广泛应用。
罗斯蒙特公司的孔板流量计 图3
科隆公司的文丘里管力量计 图4
传统的差压式流量计,其工作原理都是基于封闭管道中流体质量守恒(遵循连续性方程)和能量守恒(遵循伯努利方程)两个定律。假设孔板两侧截面分别命名为1截面和2截面,更具质量守恒和能量守恒定律如如下两个公式:
根据流体的质量守恒定律,遵循连续性方程,如下公式所示:
为了方便理解,我们假设这里的流体是无粘不可压流体(一种假设的理想流体,无粘是指没有流动损失,不可压是指流体密度不变),那么公式1可以改写为:
其中代表1截面处的流体密度,代表2截面处的流体密度,是指假设的不可压流体的密度;代表1截面处的流体通过面积, 代表2截面处的流体通过面积;代表1截面处的流体平均流速,代表2截面处的流体平均流速,截面的定义如图2所示。
根据流体的能量守恒定律,遵循伯努利方程,如下公式所示:
同样,为了方便理解,我们假设这里的流体是无粘不可压流体(一种假设的理想流体,无粘是指没有流动损失,不可压是指流体密度不变),那么公式3可以改写为:
式中代表截面1处的流体压力,代表截面2处的流体压力,截面的定义如图2所示。
将公式2带入公式4,化简后可以得到一个关于的关系式,如下式所示:
对于流过压差式流量计的流量,可以表示为:
将公式5带入公式6,化简之后,可以得到如下公式:
通过公式7我们不难看出,传统压差式流量计的流量与压差(即)的开平方成正比。也就是说如果流量增加10倍,则压差需要增加100倍。这就导致传统压差流量计的压差信号与流量之间为非线性关系,这大幅提高了标定的难度,降低了流量计的精度和重复性。同时,随着流量的减小,压差减小的要快很多。所以传统压差式流量计的量程比都不大,一般在3到4倍左右(单台流量计的测量范围较小)。
下面我们总结一下传统压差式流量计的优缺点:
1、优点
(1)应用最多的孔板式流量计结构牢固,性能稳定可靠,使用寿命长;
(2)应用范围广泛,至今尚无任何一类流量计可与之相比拟;
(3)检测件与变送器、显示仪表分别由不同厂家生产,便于规模经济生产。
2、缺点
(1)测量精度普遍偏低;
(2)范围度窄,一般仅 3:1~4:1;
(3)现场安装条件要求高,需要较长的直管段;
(4)压损大(指孔板、喷嘴等)。
此外传统压差式流量计工作在湍流状态下,湍流是一种流体的流动状态。在湍流状态下,流体的流速和压力等参数会无规律的脉动,这种脉动性进一步增加了流量计的测量难度。另一方面,流道截面上的速度和压力分布不均匀性也加大了传统压差式流量计的测量误差。