差压式流量计原理及选型及维护

1、差压式流量计的原理和选定，江西朝鸣动力厂，1，概要：差压式流量计(以下简称DPF )是一种根据安装在管道上的流量检测器产生的差压、已知的流体条件和检测器和管道的几何尺寸来测量流量的仪表。 DPF由一次装置(检测器)和二次装置(差压转换和流量显示器)构成。 DPF通常以检测器的形式分类，例如节流流量计、文丘里流量计、均速管流量计等。 二次装置是各种机械、电子、机电一体式差压计，差压发射器、流量显示和计算器，发展成三化(系列化、通用化和标准化)程度高的类型规格。 DPF根据其检测器的作用原理，分为节流式、动压子式、水力阻力式、离心式、动压增益式及喷射式等几种，其中节流式和动压子式应用最广泛。 光圈

2、式DPF由光圈装置、差压变送器、流量显示器三部分组成。 光圈装置标准化为标准型和非标准型两种。 所谓标准光圈装置，只需根据标准文件(ISO5167或GB2624 )进行设计、制造、设置、使用，就可以决定流量值并估计其测量误差。 非标准拉深装置成熟度差，不在标准文件检验品之内。 流量显示器大致经历了四个发展阶段，包括机械运算记录图表式、模拟运算机械计数式、简单逻辑运算数字式和可编程微处理器运算和多功能数字显示式。 目前，内置微处理器的显示器对流量测量工程的问题十分考虑周到，功能完备，也被称为流量计算机。 ISO5167 (或GB2624 )中记载的光圈装置称为标准光圈装置，其他称为非标准光圈装置

3、。 所谓非标准光圈装置，不仅这些光圈装置的结构与标准光圈装置不同，也应该被称为非标准光圈装置，在标准光圈装置偏离标准条件的情况下，标准节流孔在混相流或标准喷嘴工作在临界流下。 目前，非标准节流装置有以下几种： (1)低雷诺数用：1/4圆孔板、锥入口孔板、双孔板、双斜孔板、半圆孔板等； (2)污染介质用：圆缺节流孔、偏心节流孔、环状节流孔、楔形节流孔、弯头节流孔等(3)低压损耗用：损耗管、冷却管、矩形文丘里管、通用文丘里管、双文丘里管喷嘴、Vasy管节流孔等(5)喷头节流装置：喷头节流孔、喷头喷嘴、Borda管等(6)大范围度节流装置：可变压子变面积节流孔(线性节流孔) (7)脉动流节流装置(8

4、)临界流节流装置(9)混相流节流装置。 现场使用的各种需求和情况复杂的标准光圈装置难以完全满足要求，非标准光圈装置的发展是客观的需求，显示了光圈装置的发展趋势。 作为节气门式DPF的重要部分的节气门装置现在发展成了数十种，但只有很少的品种成为标准的节气门装置，阻碍从非标准类型升级到标准类型的原因是实验研究人力物力的限制，根据传统的实验研究方法，有一种类型近年来科学技术的进步，这种情况正在变化，先进的试验研究方法，如计算机模拟技术、计算可视化技术等的应用，可以加快试验研究的过程，相信今后会有更多类型的光圈装置提高到标准型，它会扩大使节型DPF的使用范围2、工作原理2.1基本的工作原理是充满配管的

5、流体，通过配管内的节流阀后，如图1所示，通过节流阀使流束局部收缩。 因此，流速增加，静压下降，在节流孔的前后产生差压，流体流量越大，差压就越大，因此可以通过差压测量流量的大小。该测量方法基于流动连续性方程式(质量守恒定律)和伯努利方程式(能量守恒定律)，差压的大小不仅与流量有关，还与其他许多因素有关。 例如，节流装置的形式、流体的物理性质(密度、粘度等)和雷诺数等。 图1节流式差压流量计，2.2流量方程式中的qm、q-分别是质量流量(kg/s )、体积流量(m3/s )的C-流出系数-膨胀性系数； -直径比，=d/D； d-工作条件下的光圈孔径、m D-工作条件下的上游配管内径、m； P-差压

6、、Pa； 1-上游流体密度，kg/m3。 从上式可以看出，流量是c、d、p、(d )六个参数的函数，这六个参数可分为实测d、p、(d )和统计量(c )。 a实测(1)d、d式(1)中的d和流量为平方关系，其精度对流量的总精度影响很大，误差值一般要控制在0.05%左右，还必须考虑工作温度对材料热膨胀的影响。 标准规定的管道内径d要实测，上游段的几个截面要多次测量求出平均值，误差不能超过0.3%。 不仅数值测量精度要求高，而且还必须考虑内径的偏差对节流孔上游通路带来异常节流现象的影响。 因此，如果不是供给节流装置成套设备，请充分注意现场的临时配管。 (2)在流量方程式中，在与p相同的位置，也就是

7、追求差压变送器的高精度等级时，决不忘记的测量精度也应该与之相符。 否则，p的提高将通过减少来抵消。 (3)P差压p的正确测量，不能限定于1台高精度的差压变送器。 实际上差压变送器是否接受实际的差压值取决于一系列因素。 其中，正确的压力孔和压力导入管线的制造、设置和使用是获得实际差压的关键，这些影响因素大多难以定量或定性地确定，只有加强制造和设置的规范化才能达到目的。 b统计量(1)C统计量c是不能实测的量(意味着按照标准设计制造设置，不进行校准)，在现场使用时最复杂的情况与实际的c值和标准决定的c值不一致。 这些偏差是由设计、制造、安装、使用的一系列因素引起的。 上述各环节都严格按照标准规定，

8、实际值与标准规定的值一致，现场很难完全满足这一要求。 虽然有些条件的偏差可以定量地估计(可修正)，有些条件只能定性地估计(不确定度的幅度和方向)，但在现实中，不仅一个条件，它有时导致非常复杂的情况。 由于一般资料中只介绍了某一条件偏差引起的误差，所以如果很多条件同时偏差，相关资料就会不足。 (2)膨胀系数是流体通过节流孔时密度变化引起的流出系数变化的修正，其误差由两部分组成：其中之一是常用流量下的误差，即标准确定值的误差，其二是流量变化值变化引起的误差。 一般来说，低静压阶梯压的情况下，值有不可忽视的误差。 P/0.04时，误差可以忽略。 3、差压式流量计的分类原则按以下3种3.1差压产生的作

9、用原理进行分类(1)光圈：按流体通过光圈将一部分压力能转换成动能产生差压的原理工作，其检测元件被称为光圈装置，是差压式流量计的主要品种。 (2)动压子式：基于从动压变化为静压的原理而工作，例如均速管流量计。 (3)离心式：像弯头流量计那样，基于弯管和环状管产生离心力的原理产生的差压而工作。 (4)水力阻力式：基于流体阻力的差压原理工作，其检测子是毛细管管束，也称为层流流量计。 (5)动压增益式：基于动压增益的原理而动作，例如皮特文丘里。 (6)喷射式：基于流体喷射碰撞引起的差压原理而工作，例如喷射式差压流量计。3.2以结构形式将标准节流孔分类(1)标准喷嘴(3)长径喷嘴(4)古典文丘里喷嘴(5

10、)文丘里喷嘴(6)锥形进口节流孔(7)1/4圆孔板(9)偏心节流孔(10 )楔形直线节流孔(13 )环状节流孔(14 )怠速管(15 )低压损管(16 )通用文丘里管(17 )矩形文丘里管。 3.3分用途(1)标准节流装置(2)低雷诺数节流装置(3)污染流用节流装置(4)低压损节流装置(5)小径节流装置(6)大范围度节流装置(7)临界流节流装置(8)混相流节流装置。 4、主要特征(1)应用最普遍的标准节流孔，结构容易复制，简单牢固，性能稳定，使用期间长，价格便宜(2)应用范围广，迄今为止任何种类的流量计都无法比拟，包括所有单相流体、液、气、蒸汽在内测定液固等也可应用，一般生产过程的管径、工作状

11、态(压力和温度)有产品(3)检测器和差压指示器可在不同的制造工厂生产，专业化形成规模经济生产很方便，它们的结合非常灵活方便(4)检测品，特别是标准的，世界通用标准检测品的试验研究是国际的，其他流量计一般只由单独的制造商和研究小组进行，所以其研究范围和深度不一样。 从时间上看，标准型自20世纪30年代由国际标准化组织确定以来，没有变化。 此类研究资料和生产实践的积累极丰富，其涉及的应用范围还没有与任何流量计相匹敌(5)基于上述理由，标准的节流式DPF可以不用实流校准给药，在流量计中也是唯一的(6)现在各种类型中节流式和动压子式光圈式检测子达数十种，新品种陆续出现，比较成熟向标准方向发展，ISO由

12、专业技术委员会担任这项工作。 动压子式以均速管流量计为代表，近年来发展迅速，它是插入式流量计的主要品种，(7)测量的再现性、精度在流量计中中等，受很多因素的影响，难以准确把握，(8)范围狭窄，一般为31或41 (9) 现场设置条件高，需要延长直管段的长度时，一般难以满足的(10 )检测器与差压显示器之间的拉压线是弱的环节，容易发生泄漏、堵塞、冻结和信号变形等故障(11 )压损大(孔、喷嘴等为了弥补上述缺点，采取了一些改进措施： (1)扩大范围度扩大节流式DPF范围度，从两面着手： (a )线性节流孔或弹性载荷可变压子流量计的开发； b )并用宽范围差压变送器或多台差压变送器。 (2)开发值节流

13、孔值节流孔是指，在各口径的测定配管上配置有限数量的节流孔，按优先顺序选择节流孔的直径比(值)，在各口径上配置35种节流孔。 一定值节流孔有很多特征。 例如，改变节流孔指定席的缺陷，就能大量生产节流孔。 轮廓节流孔(喷嘴、文丘里管)采用专用的加工设备，降低生产成本，为扩大使用创造条件。 (3)压力损失的问题通常是指节流孔DPF压力损失大是指检测元件为节流孔和喷嘴，实际上开发了各种各样的低压损失节流孔，例如，大量采用各种流量管(怠速管、损失管、通用文丘里管等)。(4)一体式光圈式DPF集光圈装置和差压寄存器为一体，节省了拉压线，减少了故障率，动态特性好，安装简单，受用户欢迎，在国外的应用很普遍，在

14、国内也开始应用。 (5)在安装条件的问题光圈中，古典文丘里管所要求的直管段的长度比较短(一般是d1d0d )，所以可以在不满足直管段的长度的地方推进采用。 近年来，缩短了直管段长度的流动调整器(整流器)的开发成为国际热点，取得了很大的进展，今后为了提高DPF的测量精度，需要配备流动调整器成为必要的辅助设备。 5、选择要考虑的考虑因素分为仪表性能、流体特性、设置条件、环境条件和经济因素五个方面。 (1)仪表性能可以在国际标准ISO5167或国家标准GB/T2624中看到标准光圈装置的主要技术参数，这些参数包括管径、直径比、雷诺数、管壁粗糙度、流出系数和膨胀系数的计算公式和不确定度等。 光圈式DP

15、F的精度很大程度上取决于现场的使用条件。 如果检测器的制造质量满足要求，影响其精度的主要有两方面：流体物性参数的确定和流体流动特性是否满足标准，流量计的成套精度也取决于差压变送器和流量指示器的精度。 光圈式DPF从设计、制造到安装使用都是一种严格的流量计，任何阶段都不符合标准，因此有时很难定量估计发生的误差。 关于仪表性能的提高，首先有几个措施，说明了尽管节流式DPF是一种旧的流量计，但随着时代科学技术的进步，不断开拓自己的前景.(2)流体特性流体特性这两方面考虑： a )流体物性参数(密度、粘度、等熵一般来说，这些参数是从压力、温度和流体成分计算出来的，其中影响参数的精度有压力温度和成分测量

16、的精度、物性参数和这些参数函数关系的精度两方面。 的双曲正切值。 一个重要的问题是，一般的物性参数在光圈装置的设计时提供，给药后可能会变化，所以在给药流量计后应该重新确认其正确性，在过程中压力温度变动大的情况下也应该采取补偿(修正)措施。 b )流体的腐蚀、磨损、结垢、污垢等特性的影响，这些特性与流量计中使用的可靠性有很大关系。 光圈式DPF根据光圈装置的几何学形状和尺寸来决定测量信号，因此如果偏离给药时的形状和尺寸，信号就会产生偏差。 由于这些特性对探测器的影响会随时间而变化，所以必须定期检查探测器。 (3)安装条件除了标准光圈装置满足几何类似和动力学类似，采用标准文件给出的流出系数，光圈装

17、置的结构和制造满足标准规定外，安装条件是保证几何类似和动力学类似的重要方面。 安装要求包括配管条件、配管连接状况、取压口结构、节流装置的上下游直管段长度、差压信号配管的铺设状况等。 标准规定，进入节流装置的流体必须充分发展管流和定常流(也称为定常流)。 为了充分地发展管流，在光圈装置的上游侧各电阻器必须具备相应的直管段长度，如果在现场不满足长度的要求，就可以安装流动调整器(也称为整流器)来缩短所需的直管段长度。 按照标准，流体的流动必须稳定，或者只是随着时间的变化而慢慢变化，这种稳定流条件很难在现场完全满足。 (4)环境条件节流式DPF的两个差压变送器和流量显示器配备有电子设备和微机等，对环境

18、条件的要求与其他电子设备的仪表相同，在这里不怎么触摸。这里，对一体型DPF的环境条件进行说明，大部分的流量计有一体型和分离型两种类型，以往的光圈式DPF多采用分离型，但分离型的差压信号管路有很多弱点，所以近年来出现的一体型很受用户欢迎，但将差压显示部和光圈装置安装成一体对差压显示器的要求提高，适应现场环境条件，明显比控制室的环境条件更严格，因此应该根据现场的管线振动和强电磁场噪声等情况，决定采用哪种类型。 (5)经济因素a )购买费：与其他类型的流量计相比，流量计的检测器(节流装置)的购买费便宜，但也应该考虑其他两部分，差压变送器和流量指示器。 b )安装费：考虑到差压信号管路的安装费用高，可能需要冷凝器、集气器、沉降器、隔离器等辅助设备，采用一体式可以降低安装