差压孔板流量计的工作原理

差压孔板流量计在各个行业都应用广泛、历史悠久，在各类流量仪表中其使用量占居首位。近年来，由于各种新型流量计的不断涌现，致使它的用量有所下降。

 

差压孔板流量计由三部分组成，即由节流装置、导压管和差压计。差压孔板流量计是利用流体流动的节流原理来实现流量测量的。节流原理是流体在有节流装置的管道中流动时，在节流装置前后的管壁处，流体的静压力产生差异的现象.

 

1、差压孔板流量计的原理

流动流体的能量有静压能和动能两种形式.流体具有静压能是因为有压力，具有动能是因为有流动速度，在一定条件下，这两种形式的能量是可以相互转化.根据能量守恒定律，在没有外加能量的前提下，流体所具有的静压能和动能，再加上用以克服流体流动阻力的能量损失，其能量总和是相等的。

图1表示在节流装置前后截面Ⅰ、Ⅱ及Ⅲ处流体压力与速度的分布情况。流体在到达截面Ⅰ之前，以一定的流速v1流动，此时静压力为p1。在接近节流装置时，由于遇到节流装置的阻碍，使靠近管壁处的流体受到节流装置的阻挡作用，使部分动能转化为静压能，使得节流装置入口端面靠近管壁处的流体静压力升高，并且远大于管径中心处的压力，因此节流装置入口端面处产生一径向压差。

 

在径向压差的作用下，流体产生径向加速度，从而使靠近管壁处的流体质点的流动方向倾斜于管道中心轴线，出现缩脉现象。由于受到惯性作用，流速的最小截面并不在节流装置的孔口处，而是经过节流装置之后仍继续收缩，到截面Ⅱ处流速达到最小，此时流速大，即v2，之后流速又逐渐扩大，至截面Ⅲ后完全恢复，流速逐渐降到原值，即v3=v1。

 

由于节流装置产生流速的局部收缩现象，使流体的流速随之变化，即动能也跟着变化.根据能量守恒定律，表征流体静压能的静压力也要变化。在截面Ⅰ处，流体具有静压力p1。在截面Ⅱ处，流速增到最大v2，静压力就降到最小p2，而后又随着流速的恢复而恢复。由于在节流装置端面处流通面突然缩小，而节流装置之后流通面积突然又扩大，使流体形成局部涡流，部分能量被消耗，同时流体流经孔板时，为克服摩擦力也需消耗能量，所以流体在截面Ⅲ处的静压力p3不能恢复到原值p1，而产生的压力损失.截面Ⅰ与Ⅱ处的压差（δp=p1- p2）与流体在节流装置前的流量有一一对应关系，只要测出节流装置前后的压差大小即可表示流量大小。

 

2、差压式流量方程推导

流体流经节流装置时，不对外做功，没有外加能量，流体本身也没有温度变化.在管道内流动的流体，对于管道中任意两个截面都符合伯努利方程，现选截面Ⅰ和Ⅱ（见图2）进行分析。

流体的伯努利方程：

 

从上式可以看出：流量与压力差ΔP的平方根成正比。

对于可压缩流体流量监测，因其易发生体积变化，所以在流量方程中要引入膨胀系数ε，则流量基本方程可写为：

 

式中：qv、qm分别为被测介质的体积流量和质量流量；A0节流装置的开孔截面积；ρ节流装置前的流体密度。

式（13）、（14）为节流式流量计的流量方程，即压差和流量间的定量关系。

由流量基本方程可以看出，在其他条件不变的前提下，流量与压差的平方根成正比，要知道流量与压力差的真实关系，关键在于α的取值。α是受许多因素影响的综合性系数，对于标准节流装置，其值可以从有关手册中查出；对于非标准节流装置，其值主要由实验方法得到。