摘 要:雖然流量計(jì)已成功地應(yīng)用于工業(yè)愈百年，但是目前在全部流量計(jì)中一種能達(dá)到***新國際標(biāo)準(zhǔn) ISO5167 — 1、ISO5167 —2、ISO5167 — 3 和 ISO5167 — 4 標(biāo)準(zhǔn)的流量計(jì)只有差壓式流量計(jì)。所謂“標(biāo)準(zhǔn)化”就是無須實(shí)驗(yàn)校準(zhǔn)而確定差壓與流量的關(guān)系，并可估算其測量誤差。本文略述差壓式流量計(jì)的基本工作原理與分類，以供參考。
1、差壓式流量計(jì)的工作原理：
差壓式流量計(jì)的工作原理如下：流體流經(jīng)一個(gè)收縮（節(jié)流）件時(shí)，流體將被加速。這種流體的加速將使它的動(dòng)能增加，而同時(shí)按照能量守恒定律，在流體被加速處它的靜壓力一定會(huì)降低一個(gè)相對(duì)應(yīng)的值。能量守恒定律告訴我們：在一個(gè)封閉的系統(tǒng)中，流體的總能量是一個(gè)常數(shù)。為進(jìn)一步進(jìn)行定量分析，見下圖：
在橫截面 1 處，流體的平均流速是 V1，其密度是ρ 1，管道在橫截面 1 處的橫截面積是A1；當(dāng)流體流過橫截面 2 時(shí)，相應(yīng)的平均流速是 V2，密度是ρ 2，橫截面積是 A2，根據(jù)流體流動(dòng)連續(xù)性原理有如下關(guān)系式：V1·A1·ρ1 = V 2 ·A 2 · ρ 2 … （ 1 ）如果流體是液體，可認(rèn)為在收縮前、后其密度不變，即ρ1＝ρ2＝ρ所以液體的體積流量：q V ＝ V1·A1 ＝V2·A2 （2）根據(jù)別努利方程（能量守恒定律），在水平管道上 Z1 ＝ Z2，則有如下關(guān)系式：
又由于流出系數(shù) C 的定義是：C= ，***后可得出節(jié)流式差壓流量計(jì)普遍適用的實(shí)際量公式：
質(zhì)量流量 qm=qv·ρ 1……（6）式 中 ：——被測介質(zhì)的可膨脹性系數(shù)，對(duì)于液體=1；對(duì)氣體、蒸氣等可壓縮流體 ＜ 1；qv ——流體的體積流量，[m3/s];（工況下流體的體積流量）；qm ——流體的質(zhì)量流量，[㎏ /S];d ——工作狀況下節(jié)流件的等效開孔直徑，[m]（對(duì)于孔板是孔徑，對(duì)于文丘得管是喉徑，對(duì)于 VNZ 流量計(jì)是等效開孔直徑）；△ P —差壓，△ P=P1-P2；[Pa];ρ 1 ——工作狀況下，節(jié)流件（前）上游處流體的密度，[㎏ /m3];C ——流出系數(shù)，[—]無量綱；β——直徑比[—]無量綱。β =d ／ D。如果要求有高準(zhǔn)確度的測量結(jié)果，如要求不確定度是± 0.5% 的流量值，那么就需要在規(guī)定的流量范圍和相對(duì)應(yīng)的雷諾數(shù)范圍內(nèi)進(jìn)行校準(zhǔn)，即標(biāo)定出 C 值。如果± 1% 到 2% 的精度是可以接受的，那么對(duì)于孔板、噴嘴和文丘利管等標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置可以根據(jù)***新國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn) ISO-5167（2003）或我國標(biāo)準(zhǔn)來確定C（流出系數(shù)值）。
2、差壓式流量計(jì)的分類：
以往采用有差壓式流量計(jì)的分類原則大致上有以下三種：
按產(chǎn)生差壓的作用原理分類：包括分類類型有：節(jié)流式；動(dòng)壓式；水力阻力式；離心式；動(dòng)壓增壓式；射流式。其中節(jié)流式是差壓流量計(jì)的主要品種，關(guān)于節(jié)流式差壓計(jì)進(jìn)一步合理分類將在下文作專題論述。按結(jié)構(gòu)形式分類：標(biāo)準(zhǔn)孔板；標(biāo)準(zhǔn)噴嘴；經(jīng)典文丘利管；標(biāo)準(zhǔn)文丘利噴嘴；圓缺孔板；耐磨孔板;環(huán)形孔板；錐形入口孔板等約20多種，詳見文獻(xiàn)。按用途分類又可分為：標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置；臟污流節(jié)流裝置；低雷諾數(shù)節(jié)流裝置;低壓損節(jié)流裝置；寬量程節(jié)流裝置；小管徑節(jié)流裝置；臨界流節(jié)流裝置等。
3、節(jié)流式流量計(jì)的合理分類：
依據(jù)流體通過節(jié)流件時(shí)，部分靜壓能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能，因而產(chǎn)生差壓的原理工作。其檢測件被稱為節(jié)流裝置。按照流體被節(jié)流件節(jié)流的方式，即實(shí)現(xiàn)流體收縮的方式，可將節(jié)流裝置細(xì)分為以下的兩大類，共四個(gè)小類，這樣有助于從分類學(xué)的高度認(rèn)識(shí)各種節(jié)流裝置由于其自身結(jié)構(gòu)所決定的優(yōu)缺點(diǎn)。
3.1、中心收縮式節(jié)流裝置：
利用節(jié)流件將被測流體節(jié)流集中收縮到管道中心軸線附近的節(jié)流，這是到目前為止絕大多數(shù)節(jié)流式流量計(jì)所采用的節(jié)流方式，在該大類中，又可分成以下兩個(gè)小類：
中心突然收縮式節(jié)流裝置：即流體流入節(jié)流裝置后，預(yù)先沒有流經(jīng)任何預(yù)收縮件而突遇節(jié)流件并在管軸中心線附近形成收縮的節(jié)流裝置，它的典型代表就是標(biāo)準(zhǔn)孔板，孔板是一個(gè)帶有同心（同軸）圓孔或偏心圓孔的一塊板，當(dāng)流體流過時(shí)由所開的圓孔形成流體的局部收縮。在孔板下游會(huì)形成幅度相當(dāng)大的旋渦，它會(huì)使量程比縮小，差壓信號(hào)中的噪聲增大，降低流量計(jì)的測量精度，壓損增大。由孔板所造成的這種中心突然收縮的節(jié)流方式所帶來的其他缺點(diǎn)還有：要求的上游直管過長(一般至少20D至50D)；孔板前極易積污；孔板入口極易被磨損從而喪失精度；流出系數(shù)不穩(wěn)定，線性差。
中心逐漸收縮式節(jié)流裝置:流體進(jìn)入節(jié)流裝置后，先經(jīng)逐漸收縮段，然后進(jìn)入中心軸線附近的喉部，***后經(jīng)擴(kuò)散段而流出節(jié)流裝置，它以經(jīng)典文丘利管為代表，由于實(shí)現(xiàn)了逐漸收縮與擴(kuò)散，壓損較小。一般說來，文丘利管的流出系數(shù)接近于1，但是由于磨損和使用，此流出系數(shù)可能有變化。文丘利管的主要缺點(diǎn)有：安裝費(fèi)用高；要求的上游直管段較長(與阻流件及β值有關(guān)）；不適合于測量含濕（或冷凝液）的氣體；測量含固體顆粒的流體時(shí)，易于被堵塞；當(dāng)用于大口徑管線時(shí)，文丘利管體積龐大，而且非常笨重，價(jià)格昂貴；量程比?。▋H5：1）；總重量太大；鋪設(shè)的總長度太長。
3.2、邊壁收縮式節(jié)流裝置：
利用同軸安裝在管道中的節(jié)流件，將流體節(jié)流，收縮到管道的內(nèi)邊壁附近，讓流體流過由節(jié)流件與管內(nèi)壁所形成間隙，從而形成節(jié)流件前后的差壓；通過測量此差壓Δ P，實(shí)現(xiàn)流量測量?？梢苑譃橐韵聝深悾?/p>
突然收縮式:可以用環(huán)形孔板作為此類節(jié)流裝置的典型代表，環(huán)形孔板是一個(gè)實(shí)現(xiàn)流體在邊壁突然收縮的節(jié)流裝置，它由一個(gè)被同軸安裝在測量管中的圓盤、三腳支架和中心軸管組成。由盤上測量全（滯止）壓力的測壓孔所測得的上游壓力和圓盤上朝向下游的取壓孔所測得的下游壓力經(jīng)中心軸傳送到差壓變送器。環(huán)形孔板的優(yōu)點(diǎn)是既能疏泄管道底部的液體或固體顆粒又能使被測液體中的氣體或蒸氣沿管道頂部通過，排出節(jié)流裝置。對(duì)于臟污流體，朝向上游的取壓孔仍有被堵塞的危險(xiǎn)。關(guān)于與管道尺寸之間的相互關(guān)系的數(shù)據(jù)目前公布的很少，一些在常用β值下，用環(huán)形孔板測量干凈空氣流量的數(shù)據(jù)。
逐漸收縮式:以V 形內(nèi)錐流量計(jì)為代表利用同軸安裝在測量管中的V 形尖圓錐，將流體逐漸地節(jié)流，收縮到管道內(nèi)壁附近。通過測量此V形內(nèi)錐體前后的差壓來實(shí)現(xiàn)流量測量.通過以上的分類學(xué)分析，可以看清，人類對(duì)節(jié)流式流量計(jì)的改進(jìn)進(jìn)程，V 形內(nèi)錐流量測量節(jié)流裝置是對(duì)已有節(jié)流式流量計(jì)改進(jìn)完善的必然結(jié)果。
