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差壓式流量計(jì)原理及選型
[ 2009-8-17 ] [轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明來源：就是要儀器網(wǎng) www.mrboha.com]
1. 概述
差壓式流量計(jì)（以下簡稱DPF）是根據(jù)安裝于管道中流量檢測(cè)件產(chǎn)生的差壓，已知的流體條件和檢測(cè)件與管道的幾何尺寸以測(cè)量流量的儀表。DPF由一次裝置（檢測(cè)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(cè)件的型式對(duì)DPF分類，如孔板流量計(jì)、文丘里管流量計(jì)及均速管流量計(jì)等。二次裝置為各種機(jī)械、電子、機(jī)電一體式差壓計(jì)，差壓變送器和流量顯示及計(jì)算儀表，它已發(fā)展為三化（系列化、通用化及標(biāo)準(zhǔn)化）程度很高的類型規(guī)格龐雜的一大類儀表。DPF按其檢測(cè)件的作用原理可分為：節(jié)流式、動(dòng)壓頭式、水力阻力式、離心式、動(dòng)壓增益式及射流式等幾大類，其中以節(jié)流式和動(dòng)壓頭式應(yīng)用最為廣泛。
由于篇幅所限，本講內(nèi)容只涉及節(jié)流式差壓流量計(jì)，它是DPF中用量最大的一類儀表。
節(jié)流式DPF由三部分組成：節(jié)流裝置、差壓變送器和流量顯示儀。
節(jié)流裝置按其標(biāo)準(zhǔn)化程度分為標(biāo)準(zhǔn)型和非標(biāo)準(zhǔn)型二大類。所謂標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置是指只要按照標(biāo)準(zhǔn)文件（ISO5167或GB2624）設(shè)計(jì)、制造、安裝和使用，無須經(jīng)實(shí)流校準(zhǔn)即可確定其流量值并估算其測(cè)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)文件的檢測(cè)件。
差壓變送器經(jīng)歷長期的發(fā)展，80年代后技術(shù)上有新的突破，新產(chǎn)品稱為智能式變送器（或稱靈巧式變送器），產(chǎn)品為內(nèi)置微處理器的固態(tài)變送器，其可靠性，測(cè)量準(zhǔn)確度和功能多樣化都是較完善的。
流量顯示儀大致經(jīng)歷四個(gè)發(fā)展階段，即機(jī)械運(yùn)算記錄圖表式、模擬運(yùn)算機(jī)械計(jì)數(shù)式、簡單邏輯運(yùn)算數(shù)顯式和程控微處理器運(yùn)算及多功能數(shù)字顯示式。目前內(nèi)置微處理器的顯示儀對(duì)流量測(cè)量工程問題考慮周到，功能齊全，又稱流量計(jì)算機(jī)。
節(jié)流式DPF自20世紀(jì)初開始工業(yè)應(yīng)用以來，經(jīng)歷漫長的發(fā)展過程，其中20年代美國和歐洲開始進(jìn)行大規(guī)模的節(jié)流裝置試驗(yàn)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)噴嘴的一種形式--ISA 1932噴嘴其幾何形狀就是30年代標(biāo)準(zhǔn)化的。只有節(jié)流裝置結(jié)構(gòu)型式標(biāo)準(zhǔn)化了，才有可能把國際上眾多的研究成果匯集到一起，其意義是很深遠(yuǎn)的。在ISO（國際標(biāo)準(zhǔn)化組織）的組織下，經(jīng)過30余年的努力，第一個(gè)節(jié)流裝置國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 5167在1980年誕生了，它是節(jié)流式DPF發(fā)展史上的一個(gè)里程碑。但是ISO 5167亦暴露出許多缺陷，如標(biāo)準(zhǔn)中試驗(yàn)數(shù)據(jù)的陳舊性，直管段長度規(guī)定的爭(zhēng)議，標(biāo)準(zhǔn)中各項(xiàng)規(guī)定的科學(xué)性以及節(jié)流式DPF準(zhǔn)確度如何更提高的問題。整個(gè)80年代歐洲和美國進(jìn)行了大規(guī)模的孔板流量計(jì)試驗(yàn)研究，它為ISO 5167的修訂打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。1999年ISO發(fā)出ISO 5167修訂稿（ISO/CD5167-1～4），該標(biāo)準(zhǔn)修訂稿與現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)有實(shí)質(zhì)性改變，是一個(gè)全新的標(biāo)準(zhǔn)，在技術(shù)內(nèi)容和編輯上都有較大改動(dòng)。本來預(yù)定于1999年7月在美國丹佛舉行的ISO/TC30/SC2會(huì)議上審查通過為DIS（國際標(biāo)準(zhǔn)草案），但是會(huì)議認(rèn)為尚有細(xì)節(jié)應(yīng)再商榷而未能通過。新ISO 5167正式通過估計(jì)為期不遠(yuǎn)。新ISO 5167在標(biāo)準(zhǔn)的兩個(gè)核心內(nèi)容有實(shí)質(zhì)性變化，一是孔板的流出系數(shù)公式，它用Reader-Harris/Gallagher計(jì)算式（R-G式）代替Stolz 式，另一為節(jié)流裝置上游側(cè)直管段長度的規(guī)定及流動(dòng)調(diào)整器的使用。
我們通常稱ISO5167（或GB2624）中所列節(jié)流裝置為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，其它的都稱為非標(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)準(zhǔn)節(jié)流裝置相異的，如果標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置偏離標(biāo)準(zhǔn)條件下工作亦應(yīng)稱為非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，如標(biāo)準(zhǔn)孔板在混相流或標(biāo)準(zhǔn)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、彎頭節(jié)流件等；
�。�3） 低壓損用： 羅洛斯管、道爾管、矩形文丘里管、通用文丘里管、雙重文丘里噴嘴、Vasy管等；
�。�4） 小管徑用： 小于50mm節(jié)流件、整體（內(nèi)藏）孔板等；
（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： 變壓頭變面積孔板（線性孔板）；
�。�7） 脈動(dòng)流節(jié)流裝置；
�。�8） 臨界流節(jié)流裝置；
�。�9） 混相流節(jié)流裝置。
在現(xiàn)場(chǎng)使用的各種需求及工況的復(fù)雜標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置往往難以完全滿足要求，非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的發(fā)展是客觀的需要，它代表了節(jié)流裝置的發(fā)展趨向。
應(yīng)該指出，節(jié)流式DPF的關(guān)鍵部分--節(jié)流裝置目前已發(fā)展到幾十種，但是只有極少品種成為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，阻礙非標(biāo)準(zhǔn)型晉升為標(biāo)準(zhǔn)型的原因是試驗(yàn)研究的人力物力的限制，按照傳統(tǒng)試驗(yàn)研究方法要使一種類型節(jié)流裝置成為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置一般要經(jīng)過極漫長的過程。近年科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，這種局面正在發(fā)生變化，先進(jìn)的試驗(yàn)研究方法，如計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、計(jì)算可視化技術(shù)等的應(yīng)用可以加速試驗(yàn)研究的進(jìn)程，相信今后會(huì)有更多類型節(jié)流裝置晉升為標(biāo)準(zhǔn)型，它將使節(jié)流式DPF更大擴(kuò)展其使用范圍。
20世紀(jì)90年代中后期世界范圍內(nèi)各式差壓流量計(jì)銷售量在流量儀表總量中臺(tái)數(shù)占50%～60%（每年約百萬臺(tái)），金額占30%左右。我國銷售臺(tái)數(shù)約占流量儀表總量（不包括家用燃?xì)獗�、家用水表及玻璃管浮子流量�?jì)等）的35%左右（每年約6萬～7萬臺(tái)）。
2. 工作原理
2.1 基本工作原理
充滿管道的流體，當(dāng)它流經(jīng)管道內(nèi)節(jié)流件時(shí)，如圖1所示，流束將在節(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，因而可依據(jù)壓差來衡量流量的大小。這種測(cè)量方法是以流動(dòng)連續(xù)性方程（質(zhì)量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒定律）為基礎(chǔ)的，壓差大小不僅與流量還與其它許多因素有關(guān)，如節(jié)流裝置型式、流體的物理性質(zhì)（密度、粘度等）以及雷諾數(shù)等。
圖1 節(jié)流式差壓流量計(jì)
2.2 流量方程
式中 qm, qυ--分別為質(zhì)量流量（kg/s），體積流量（m3/s）；
C--流出系數(shù)；
ε--可膨脹性系數(shù)；
β--直徑比，β=d/D；
d--工作條件下節(jié)流件的孔徑，m；
D--工作條件下上游管道內(nèi)徑，m；
ΔP--差壓，Pa；
ρ1--上游流體密度，kg/m3。
由上式可見，流量為C、ε、d、ρ、ΔP、β（D）6個(gè)參數(shù)的函數(shù)，此6個(gè)參數(shù)可分為實(shí)測(cè)量[d，ρ，ΔP, β（D）]和統(tǒng)計(jì)量（C，ε）兩類。
A 實(shí)測(cè)量
�。�1）d、D 式（1）中d與流量為平方關(guān)系，其精度對(duì)流量總精度影響較大，誤差值一般應(yīng)控制在±0.05%左右，還應(yīng)計(jì)及工作溫度對(duì)材料熱膨脹的影響。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定管道內(nèi)徑D必須實(shí)測(cè)，需在上游管段的幾個(gè)截面上進(jìn)行多次測(cè)量求其平均值，誤差不應(yīng)大于±0.3%。除對(duì)數(shù)值測(cè)量精度要求較高外，還應(yīng)考慮內(nèi)徑偏差會(huì)對(duì)節(jié)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(shí)，在現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)配管應(yīng)充分注意這個(gè)問題。
�。�2）ρ ρ在流量方程中與ΔP處于同等位置，亦就是說，當(dāng)追求差壓變送器高精度等級(jí)時(shí)，絕不要忘記ρ的測(cè)量精度亦應(yīng)與之相匹配。否則ΔP的提高將會(huì)被ρ的降低所抵銷。
�。�3）ΔP 差壓ΔP的精確測(cè)量不應(yīng)只限于選用一臺(tái)高精度差壓變送器。實(shí)際上差壓變送器能否接受到真實(shí)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(shí)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。
B．統(tǒng)計(jì)量
�。�1）C 統(tǒng)計(jì)量C是無法實(shí)測(cè)的量（指按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制造安裝，不經(jīng)校準(zhǔn)投用），在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)最復(fù)雜的情況出現(xiàn)在實(shí)際的C值與由標(biāo)準(zhǔn)確定的C值不相符合。它們的偏離是由設(shè)計(jì)、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(shí)際值才會(huì)與標(biāo)準(zhǔn)確定的值相符合，現(xiàn)場(chǎng)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(jì)（不確定度的幅度與方向），但是現(xiàn)實(shí)中，有時(shí)不僅一個(gè)條件偏離，這就帶來非常復(fù)雜的情況，因?yàn)橐话阗Y料中只介紹某一條件偏離引起的誤差，如果許多條件同時(shí)偏離，則缺少相關(guān)的資料可查。
�。�2）ε 可膨脹性系數(shù)ε是對(duì)流體通過節(jié)流件時(shí)密度發(fā)生變化而引起的流出系數(shù)變化的修正，它的誤差由兩部分組成：其一為常用流量下ε的誤差，即標(biāo)準(zhǔn)確定值的誤差；其二為由于流量變化ε值將隨之波動(dòng)帶來的誤差。一般在低靜壓高差壓情況，ε值有不可忽略的誤差。當(dāng)ΔP/ρ≤0.04時(shí)，ε的誤差可忽略不計(jì)。
3. 分類
差壓式流量計(jì)的分類原則有如下三種
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)流孔使部分壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能以產(chǎn)生差壓的原理來工作的，其檢測(cè)件稱為節(jié)流裝置，是差壓式流量計(jì)的主要品種。
�。�2）動(dòng)壓頭式: 依據(jù)動(dòng)壓轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓原理工作，如均速管流量計(jì)。
�。�3）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來工作，如彎管流量計(jì)。
�。�4）水力阻力式: 依據(jù)流體阻力產(chǎn)生的壓差原理來工作，其檢測(cè)件為毛細(xì)管束，又稱層流流量計(jì)。
�。�5）動(dòng)壓增益式: 依據(jù)動(dòng)壓放大原理工作，如皮托--文丘里管。
（6）射流式: 依據(jù)流體射流撞擊產(chǎn)生壓差原理工作，如射流式差壓流量計(jì)。
3.2 按結(jié)構(gòu)形式分類
�。�1）標(biāo)準(zhǔn)孔板；（2）標(biāo)準(zhǔn)噴嘴；（3）長徑噴嘴；（4）經(jīng)典文丘里管；（5）文丘里噴嘴；（6）錐形入口孔板；（7）1/4圓孔板；（8）圓缺孔板；（9）偏心孔板；（10）楔形孔板；（11）內(nèi)藏孔板；（12）線性孔板；（13）環(huán)形孔板；（14）道爾管；（15）低壓損管；（16）通用文丘里管；（17）矩形文丘里管。
3.3 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）臟污流用節(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；（8）混相流節(jié)流裝置。
4. 主要特點(diǎn)
�。�1）應(yīng)用最普遍的標(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，使用期長，價(jià)格低廉；
�。�2）應(yīng)用范圍廣泛，至今尚無任何一類流量計(jì)可與之比擬，全部單相流體，包括液、氣、蒸汽皆可測(cè)量，部分混相流，如氣固、氣液、液固等亦可應(yīng)用，一般生產(chǎn)過程的管道直徑，工作狀態(tài)（壓力和溫度）皆有產(chǎn)品；
�。�3）檢測(cè)件與差壓顯示儀表可分開不同制造廠生產(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；
�。�4）檢測(cè)件，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)化組織和國際法制計(jì)量組織的認(rèn)可。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)型檢測(cè)件進(jìn)行的試驗(yàn)研究是國際性的，其它流量計(jì)一般僅依靠個(gè)別廠家或研究群體進(jìn)行，因此其研究廣度與深度不可同日而語。從時(shí)間上看，標(biāo)準(zhǔn)型自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，這樣研究資料及生產(chǎn)實(shí)踐的積累極其豐富，它涉及的應(yīng)用范圍還沒有哪一類流量計(jì)可比擬；
（5）正是由于上述原因，標(biāo)準(zhǔn)型節(jié)流式DPF無須實(shí)流校準(zhǔn)即可投用，在流量計(jì)中亦是唯一的；
�。�6）目前在各種類型中以節(jié)流式和動(dòng)壓頭式應(yīng)用最多，節(jié)流式檢測(cè)件達(dá)數(shù)十種之多，新品種不斷出現(xiàn)，較成熟的向標(biāo)準(zhǔn)型方向發(fā)展，ISO設(shè)有專門技術(shù)委員會(huì)負(fù)責(zé)此工作。動(dòng)壓頭式以均速管流量計(jì)為代表近年有較快發(fā)展，它是插入式流量計(jì)的主要品種；
�。�7）測(cè)量的重復(fù)性，精確度在流量計(jì)中屬中等水平，由于眾多因素的影響錯(cuò)綜復(fù)雜，難以精確掌握，精確度提高比較困難；
�。�8）范圍度窄，一般為3∶1或4∶1；
�。�9）現(xiàn)場(chǎng)安裝條件要求較高，如需較長直管段長度，一般較難滿足；
�。�10）檢測(cè)件與差壓顯示儀表之間的引壓管線為薄弱環(huán)節(jié)，易產(chǎn)生泄漏、堵塞、凍結(jié)及信號(hào)失真等故障；
（11）壓損大（指孔板、噴嘴等）。
為彌補(bǔ)上述缺點(diǎn)，近年進(jìn)行一些改進(jìn)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：a）開發(fā)線性孔板或稱彈性加載可變壓頭流量計(jì)；b）采用寬量程 差壓變送器或多臺(tái)差壓變送器并用。
（2） 開發(fā)定值節(jié)流件
定值節(jié)流件是指每種通徑的測(cè)量管道配以有限數(shù)量的節(jié)流件，節(jié)流件的直徑比（β值）按優(yōu)先數(shù)系選用，每種通徑配3-5種β值節(jié)流件。定值節(jié)流件有許多特點(diǎn)，如改變節(jié)流件對(duì)號(hào)入座的缺陷，節(jié)流件可大批量生產(chǎn)，對(duì)于廓形節(jié)流件（噴嘴、文丘里管）可采用專用加工設(shè)備，降低生產(chǎn)成本，為擴(kuò)大使用創(chuàng)造條件。
�。�3） 壓損的問題
通常節(jié)流件DPF壓損大是指檢測(cè)件為孔板和噴嘴，其實(shí)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），它們未能大量采用，主要原因?yàn)闄z測(cè)件結(jié)構(gòu)笨重，價(jià)格高，若采用定值方式，可望批量生產(chǎn)，降低造價(jià)。
�。�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，動(dòng)態(tài)特性好，方便安裝使用，受到用戶歡迎，國外應(yīng)用普遍，國內(nèi)亦開始應(yīng)用。
�。�5） 安裝條件的問題
節(jié)流件中經(jīng)典文丘里管要求的直管段長度是比較短的（一般5D～10D），在直管段長度不能滿足的場(chǎng)所可以推廣采用。近年縮減直管段長度的流動(dòng)調(diào)整器（整流器）的開發(fā)成為國際上的一個(gè)熱點(diǎn)，并取得長足進(jìn)展，今后為提高DPF的測(cè)量精確度配備流動(dòng)調(diào)整器將成為必備的輔助設(shè)備。
5. 選用考慮要點(diǎn)
選用考慮因素可分為5個(gè)方面：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：
�。�1） 儀表性能
在國際標(biāo)準(zhǔn)ISO5167或國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T2624中我們可以見到標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的主要技術(shù)參數(shù)，這些參數(shù)包括管徑，直徑比，雷諾數(shù)，管壁粗糙度，流出系數(shù)與可膨脹性系數(shù)的計(jì)算式及其不確定度等，超出這些參數(shù)以外并非不能使用，例如管徑50mm以下或1000mm（對(duì)于孔板）以上的節(jié)流裝置，采取實(shí)流校準(zhǔn)仍可應(yīng)用，有時(shí)為提高測(cè)量精確度亦采取實(shí)流校準(zhǔn)，例如標(biāo)準(zhǔn)噴嘴，在標(biāo)準(zhǔn)中其測(cè)量精度較低（約2%），而事實(shí)上個(gè)別校準(zhǔn)可獲得很高的測(cè)量精確度。節(jié)流式DPF的精確度在很大程度上決定于現(xiàn)場(chǎng)的使用條件。如果檢測(cè)件的制造質(zhì)量符合要求，則影響其精確度主要是二方面：流體物性參數(shù)的確定和流體流動(dòng)特性是否符合標(biāo)準(zhǔn)的要求。對(duì)于流動(dòng)特性在安裝條件中再介紹。整套流量計(jì)的精確度還決定于差壓變送器和流量顯示儀的精確度。選用高精確度差壓變送器應(yīng)該有一個(gè)全面的估計(jì)，若節(jié)流裝置流出系數(shù)精度不高，密度數(shù)值不準(zhǔn)，則高精度差壓變送器并不能提高整體的精確度。這里應(yīng)特別強(qiáng)調(diào)，節(jié)流式DPF是一種從設(shè)計(jì)、制造到安裝使用都要求很嚴(yán)格的流量計(jì)，任何一個(gè)環(huán)節(jié)不符合標(biāo)準(zhǔn)的要求，產(chǎn)生的誤差有時(shí)難以用定量估計(jì)。
檢測(cè)件為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置原則上無須實(shí)流校準(zhǔn)，但其前提條件為需符合標(biāo)準(zhǔn)的全部規(guī)定，這點(diǎn)在現(xiàn)場(chǎng)使用往往難以完全滿足，因此使用時(shí)附加誤差的估計(jì)很重要，有許多資料提供這方面咨詢，但都不是絕對(duì)可靠的，當(dāng)然最好是盡量按標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定去做。這從另一方面顯示節(jié)流式DPF的精確度提高有一定潛力，只要精益求精，其精確度是可以提高的。
關(guān)于儀表性能的提高，前面我們已經(jīng)介紹了近年來國內(nèi)外的一些措施，它說明雖然節(jié)流式DPF是一種古老的流量計(jì)，它仍在隨著時(shí)代科技進(jìn)步不斷在開拓自己的前景.
（2）流體特性
流體特性分二方面考慮：
a）流體物性參數(shù)（密度、粘度、等熵指數(shù)等）的確定。一般這些參數(shù)是根據(jù)壓力、溫度和流體組份計(jì)算出來的，這里影響參數(shù)精確度有壓力溫度和組分測(cè)量的精確度以及物性參數(shù)與這些參數(shù)函數(shù)關(guān)系的精確度二方面。應(yīng)該指出，對(duì)于混合物這些函數(shù)關(guān)系的精確度存在較大問題，這時(shí)若能采用密度計(jì)直接確定介質(zhì)密度是最好的，但是由于實(shí)際條件并不是總能做到的。
一個(gè)重要問題應(yīng)特別注意，一般物性參數(shù)是在節(jié)流裝置設(shè)計(jì)時(shí)提供的，它在投用后可能發(fā)生變化，因此流量計(jì)投用后應(yīng)該再次確認(rèn)其正確性，工藝過程中壓力溫度如果波動(dòng)較大亦應(yīng)采取補(bǔ)償（修正）措施。
b）流體的腐蝕、磨蝕、結(jié)垢、臟污等特性的影響，這些特性對(duì)流量計(jì)使用的可靠性關(guān)系很大。由于節(jié)流式DPF是依據(jù)節(jié)流裝置的幾何形狀及尺寸來確定測(cè)量信號(hào)的，任何偏離投用時(shí)的形狀和尺寸都會(huì)使信號(hào)發(fā)生偏差。這些特性對(duì)檢測(cè)件的影響是隨時(shí)間而變的，因此定期檢查檢測(cè)件應(yīng)該是使用必須遵守的規(guī)定。這些特性有時(shí)連工藝人員都吃不準(zhǔn)，要定量確定它更是困難的事。因此，定期檢查檢測(cè)件和積累使用經(jīng)驗(yàn)更為重要。
（3）安裝條件
為使標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置符合幾何相似和動(dòng)力學(xué)相似，以便采用標(biāo)準(zhǔn)文件給定的流出系數(shù)，除節(jié)流裝置結(jié)構(gòu)及制造應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定外，安裝條件是保證幾何相似和動(dòng)力學(xué)相似的重要方面。安裝要求包括管道條件，管道連接情況，取壓口結(jié)構(gòu)，節(jié)流裝置上下游直管段長度以及差壓信號(hào)管路的敷設(shè)情況等。
標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)入節(jié)流裝置流體應(yīng)為充分發(fā)展管流和定常流（亦稱穩(wěn)定流）。為得到充分發(fā)展管流，在節(jié)流裝置上游側(cè)各種阻流件必須配備相應(yīng)的直管段長度，如果現(xiàn)場(chǎng)不能滿足長度要求，可以安裝流動(dòng)調(diào)整器（亦稱整流器）以縮短必要的直管段長度。但是標(biāo)準(zhǔn)中只列舉有限類型的阻流件，而現(xiàn)場(chǎng)阻流件類型遠(yuǎn)超過它，另外標(biāo)準(zhǔn)中各種阻流件的數(shù)據(jù)是在進(jìn)入該類型流動(dòng)為充分發(fā)展管流條件得到的，而現(xiàn)場(chǎng)幾種阻流件串接一起是經(jīng)常遇到的，亦就是說，進(jìn)入阻流件的流動(dòng)并非充分發(fā)展管流，在這種情況下，要得到可靠的測(cè)量惟有安裝流動(dòng)調(diào)整器。
標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定流體流動(dòng)必須是穩(wěn)定的，或僅隨時(shí)間緩慢變化，這種定常流條件在現(xiàn)場(chǎng)是很難完全滿足的，偏離這種條件會(huì)帶來多大附加誤差一直是流量測(cè)量課題之一。引起非定常流的情況是很多的，例如原動(dòng)機(jī)（往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)、壓氣機(jī)、泵、風(fēng)機(jī)等）產(chǎn)生的；控制閥頻繁動(dòng)作產(chǎn)生的；管線自激振蕩，特別是在有諧振時(shí)引起的；
工藝管件（閥、彎頭、支管等）使流體分離產(chǎn)生的；整個(gè)流動(dòng)系統(tǒng)布置引起的；混相流中某些流型引起的等等。1998年ISO發(fā)表關(guān)于脈動(dòng)流測(cè)量的技術(shù)報(bào)告ISO/TR3313：1998《Measurement of fluid flow in closed conduits-Guidelines on the effects of flow pulsations on flow measurement instruments》。它給予采用節(jié)流式DPF測(cè)量脈動(dòng)流的有關(guān)數(shù)據(jù)。
（4）環(huán)境條件
節(jié)流式DPF的二部分差壓變送器和流量顯示儀裝備有電子器件及微機(jī)等，它們對(duì)環(huán)境條件的要求與其它電子儀器儀表是一樣的，這里不再多談。這里談一下關(guān)于一體式DPF的環(huán)境條件問題，幾乎所有流量計(jì)都有一體式和分離式兩種型式，以前節(jié)流式DPF大都采用分離式，由于分離式中差壓信號(hào)管路存在諸多弱點(diǎn)，近年出現(xiàn)的一體式受到用戶的歡迎，但是亦應(yīng)看到由于一體式把差壓顯示部分與節(jié)流裝置安裝在一起，對(duì)差壓顯示儀的要求就提高了，它應(yīng)適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件，顯然它比控制室里的環(huán)境條件要嚴(yán)酷了，比如現(xiàn)場(chǎng)管線振動(dòng)及強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾等，因此應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況來決定采用哪一種型式較合適。
（5）經(jīng)濟(jì)因素
經(jīng)濟(jì)因素包括購置費(fèi)、安裝費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)、校驗(yàn)費(fèi)、維護(hù)費(fèi)及備品備件等，現(xiàn)分述如下:
a）購置費(fèi)： 與其它型式流量計(jì)相比，流量計(jì)的檢測(cè)件（節(jié)流裝置）的購置費(fèi)用較便宜，但亦應(yīng)考慮其它二部分：差壓變送器和流量顯示儀加在一起則整套儀表就不一定便宜了。
b）安裝費(fèi)： 差壓信號(hào)管路的安裝費(fèi)用較高考慮到有時(shí)尚需配備各種輔助設(shè)備，如冷凝器、集氣器、沉降器以及隔離器等，因此采用一體式可降低安裝費(fèi)用。
c）運(yùn)行費(fèi)： 運(yùn)行費(fèi)主要考慮壓損產(chǎn)生的能耗，尤其大口徑時(shí)更應(yīng)注意，常用的節(jié)流裝置孔板與噴嘴都是高壓損的檢測(cè)件，但相比之下噴嘴比孔板的壓損要小得多（約為30%-50%）。為降低運(yùn)行費(fèi)采用低壓損節(jié)流裝置，但一般低壓損節(jié)流裝置的購置費(fèi)又較高，兩者應(yīng)仔細(xì)核算一下采用哪種較合算。
d）校驗(yàn)費(fèi)： 對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置無須實(shí)流校驗(yàn)這是其主要優(yōu)點(diǎn)，但節(jié)流裝置的幾何校驗(yàn)費(fèi)用還是需要的，對(duì)于用戶免實(shí)流校驗(yàn)不僅是節(jié)省費(fèi)用問題，它還帶來許多免麻煩的事。
e）維護(hù)費(fèi)： 流量計(jì)檢測(cè)件牢固可靠，與具有可動(dòng)檢測(cè)件（如渦輪、容積式）流量計(jì)相比維護(hù)費(fèi)較少，但是流量計(jì)其它二部分差壓顯示儀還是有一定維護(hù)費(fèi)的。
f）備品備件： 流量計(jì)昂貴部分（差壓顯示儀）通用性強(qiáng)，在大中型企業(yè)備品備件較節(jié)省便利。
6． 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的選擇原則
為了選擇最適宜的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，選型時(shí)應(yīng)從以下幾方面考慮：
（1）管徑、直徑比和雷諾數(shù)范圍的限制條件；
（2）測(cè)量準(zhǔn)確度；
�。�3）允許的壓力損失；
（4）要求的最短直管段長度；
�。�5）對(duì)被測(cè)介質(zhì)侵蝕、磨蝕和臟污的敏感性；
�。�6）結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度和價(jià)格；
�。�7）安裝的方便性；
�。�8）使用的長期穩(wěn)定性。
根據(jù)上述幾方面，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的選型原則可歸納為以下幾點(diǎn)：
�。�1） 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置各種類型節(jié)流件應(yīng)用的管徑、直徑比和雷諾
數(shù)范圍皆有一定限制，在國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T2624-93（或國際標(biāo)準(zhǔn)ISO5167-1）中有詳細(xì)規(guī)定，例如孔板可應(yīng)用于比噴嘴和文丘里噴嘴更大的管徑范圍，各種類型經(jīng)典文丘里管的管徑范圍差別較大等等。
（2）標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置各種類型節(jié)流件的準(zhǔn)確度在同樣差壓、密度測(cè)量精度下，決定于流出系數(shù)與可膨脹系數(shù)的不確定度。各種節(jié)流件的流出系數(shù)的不確定度差別較大，相比之下，孔板的流出系數(shù)的不確定度最小，廓形節(jié)流件（噴嘴、文丘里管）較大。廓形節(jié)流件較大的原因是標(biāo)準(zhǔn)中給出的流出系數(shù)公式所依據(jù)的擬合的數(shù)據(jù)庫質(zhì)量較差。但是對(duì)廓形節(jié)流件進(jìn)行個(gè)別校準(zhǔn)，也可得到高的準(zhǔn)確度。
�。�3）在同樣差壓下，經(jīng)典文丘里管和文丘里噴嘴的壓力損失約為孔板與噴嘴的
�。�4）在相同阻流件類型和直徑比情況下，經(jīng)典文丘里管的必要直管段長度比孔板與噴嘴的要小得多。
（5）測(cè)量易使節(jié)流件沾污、磨損及變形的被測(cè)介質(zhì)時(shí)，廓形節(jié)流件較孔板要優(yōu)越得多。
�。�6）在加工制造及安裝等方面，孔板最為簡單，噴嘴次之，文丘里噴嘴和經(jīng)典文丘里管最復(fù)雜，其造價(jià)亦依次遞增。管徑愈大，這種差別愈顯著。
�。�7）孔板易取出檢查節(jié)能流件質(zhì)量（采用可換孔板節(jié)流裝置），噴嘴和文丘里管則需截?cái)嗔黧w，拆下管道才可檢查，比較麻煩。
（8）中小口徑（DN50～DN100）節(jié)流裝置，取壓口尺寸和取壓位置的影響顯著，這時(shí)采用環(huán)室取壓有一定優(yōu)勢(shì)。
差壓式流量計(jì)（以下簡稱DPF）是根據(jù)安裝于管道中流量檢測(cè)件產(chǎn)生的差壓，已知的流體條件和檢測(cè)件與管道的幾何尺寸以測(cè)量流量的儀表。DPF由一次裝置（檢測(cè)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(cè)件的型式對(duì)DPF分類，如孔板流量計(jì)、文丘里管流量計(jì)及均速管流量計(jì)等。二次裝置為各種機(jī)械、電子、機(jī)電一體式差壓計(jì)，差壓變送器和流量顯示及計(jì)算儀表，它已發(fā)展為三化（系列化、通用化及標(biāo)準(zhǔn)化）程度很高的類型規(guī)格龐雜的一大類儀表。DPF按其檢測(cè)件的作用原理可分為：節(jié)流式、動(dòng)壓頭式、水力阻力式、離心式、動(dòng)壓增益式及射流式等幾大類，其中以節(jié)流式和動(dòng)壓頭式應(yīng)用最為廣泛。
由于篇幅所限，本講內(nèi)容只涉及節(jié)流式差壓流量計(jì)，它是DPF中用量最大的一類儀表。
節(jié)流式DPF由三部分組成：節(jié)流裝置、差壓變送器和流量顯示儀。
節(jié)流裝置按其標(biāo)準(zhǔn)化程度分為標(biāo)準(zhǔn)型和非標(biāo)準(zhǔn)型二大類。所謂標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置是指只要按照標(biāo)準(zhǔn)文件（ISO5167或GB2624）設(shè)計(jì)、制造、安裝和使用，無須經(jīng)實(shí)流校準(zhǔn)即可確定其流量值并估算其測(cè)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)文件的檢測(cè)件。
差壓變送器經(jīng)歷長期的發(fā)展，80年代后技術(shù)上有新的突破，新產(chǎn)品稱為智能式變送器（或稱靈巧式變送器），產(chǎn)品為內(nèi)置微處理器的固態(tài)變送器，其可靠性，測(cè)量準(zhǔn)確度和功能多樣化都是較完善的。
流量顯示儀大致經(jīng)歷四個(gè)發(fā)展階段，即機(jī)械運(yùn)算記錄圖表式、模擬運(yùn)算機(jī)械計(jì)數(shù)式、簡單邏輯運(yùn)算數(shù)顯式和程控微處理器運(yùn)算及多功能數(shù)字顯示式。目前內(nèi)置微處理器的顯示儀對(duì)流量測(cè)量工程問題考慮周到，功能齊全，又稱流量計(jì)算機(jī)。
節(jié)流式DPF自20世紀(jì)初開始工業(yè)應(yīng)用以來，經(jīng)歷漫長的發(fā)展過程，其中20年代美國和歐洲開始進(jìn)行大規(guī)模的節(jié)流裝置試驗(yàn)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)噴嘴的一種形式--ISA 1932噴嘴其幾何形狀就是30年代標(biāo)準(zhǔn)化的。只有節(jié)流裝置結(jié)構(gòu)型式標(biāo)準(zhǔn)化了，才有可能把國際上眾多的研究成果匯集到一起，其意義是很深遠(yuǎn)的。在ISO（國際標(biāo)準(zhǔn)化組織）的組織下，經(jīng)過30余年的努力，第一個(gè)節(jié)流裝置國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 5167在1980年誕生了，它是節(jié)流式DPF發(fā)展史上的一個(gè)里程碑。但是ISO 5167亦暴露出許多缺陷，如標(biāo)準(zhǔn)中試驗(yàn)數(shù)據(jù)的陳舊性，直管段長度規(guī)定的爭(zhēng)議，標(biāo)準(zhǔn)中各項(xiàng)規(guī)定的科學(xué)性以及節(jié)流式DPF準(zhǔn)確度如何更提高的問題。整個(gè)80年代歐洲和美國進(jìn)行了大規(guī)模的孔板流量計(jì)試驗(yàn)研究，它為ISO 5167的修訂打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。1999年ISO發(fā)出ISO 5167修訂稿（ISO/CD5167-1～4），該標(biāo)準(zhǔn)修訂稿與現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)有實(shí)質(zhì)性改變，是一個(gè)全新的標(biāo)準(zhǔn)，在技術(shù)內(nèi)容和編輯上都有較大改動(dòng)。本來預(yù)定于1999年7月在美國丹佛舉行的ISO/TC30/SC2會(huì)議上審查通過為DIS（國際標(biāo)準(zhǔn)草案），但是會(huì)議認(rèn)為尚有細(xì)節(jié)應(yīng)再商榷而未能通過。新ISO 5167正式通過估計(jì)為期不遠(yuǎn)。新ISO 5167在標(biāo)準(zhǔn)的兩個(gè)核心內(nèi)容有實(shí)質(zhì)性變化，一是孔板的流出系數(shù)公式，它用Reader-Harris/Gallagher計(jì)算式（R-G式）代替Stolz 式，另一為節(jié)流裝置上游側(cè)直管段長度的規(guī)定及流動(dòng)調(diào)整器的使用。
我們通常稱ISO5167（或GB2624）中所列節(jié)流裝置為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，其它的都稱為非標(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)準(zhǔn)節(jié)流裝置相異的，如果標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置偏離標(biāo)準(zhǔn)條件下工作亦應(yīng)稱為非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，如標(biāo)準(zhǔn)孔板在混相流或標(biāo)準(zhǔn)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、彎頭節(jié)流件等；
�。�3） 低壓損用： 羅洛斯管、道爾管、矩形文丘里管、通用文丘里管、雙重文丘里噴嘴、Vasy管等；
�。�4） 小管徑用： 小于50mm節(jié)流件、整體（內(nèi)藏）孔板等；
（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： 變壓頭變面積孔板（線性孔板）；
�。�7） 脈動(dòng)流節(jié)流裝置；
�。�8） 臨界流節(jié)流裝置；
�。�9） 混相流節(jié)流裝置。
在現(xiàn)場(chǎng)使用的各種需求及工況的復(fù)雜標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置往往難以完全滿足要求，非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的發(fā)展是客觀的需要，它代表了節(jié)流裝置的發(fā)展趨向。
應(yīng)該指出，節(jié)流式DPF的關(guān)鍵部分--節(jié)流裝置目前已發(fā)展到幾十種，但是只有極少品種成為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，阻礙非標(biāo)準(zhǔn)型晉升為標(biāo)準(zhǔn)型的原因是試驗(yàn)研究的人力物力的限制，按照傳統(tǒng)試驗(yàn)研究方法要使一種類型節(jié)流裝置成為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置一般要經(jīng)過極漫長的過程。近年科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，這種局面正在發(fā)生變化，先進(jìn)的試驗(yàn)研究方法，如計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、計(jì)算可視化技術(shù)等的應(yīng)用可以加速試驗(yàn)研究的進(jìn)程，相信今后會(huì)有更多類型節(jié)流裝置晉升為標(biāo)準(zhǔn)型，它將使節(jié)流式DPF更大擴(kuò)展其使用范圍。
20世紀(jì)90年代中后期世界范圍內(nèi)各式差壓流量計(jì)銷售量在流量儀表總量中臺(tái)數(shù)占50%～60%（每年約百萬臺(tái)），金額占30%左右。我國銷售臺(tái)數(shù)約占流量儀表總量（不包括家用燃?xì)獗�、家用水表及玻璃管浮子流量�?jì)等）的35%左右（每年約6萬～7萬臺(tái)）。
2. 工作原理
2.1 基本工作原理
充滿管道的流體，當(dāng)它流經(jīng)管道內(nèi)節(jié)流件時(shí)，如圖1所示，流束將在節(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，因而可依據(jù)壓差來衡量流量的大小。這種測(cè)量方法是以流動(dòng)連續(xù)性方程（質(zhì)量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒定律）為基礎(chǔ)的，壓差大小不僅與流量還與其它許多因素有關(guān)，如節(jié)流裝置型式、流體的物理性質(zhì)（密度、粘度等）以及雷諾數(shù)等。
圖1 節(jié)流式差壓流量計(jì)
2.2 流量方程
式中 qm, qυ--分別為質(zhì)量流量（kg/s），體積流量（m3/s）；
C--流出系數(shù)；
ε--可膨脹性系數(shù)；
β--直徑比，β=d/D；
d--工作條件下節(jié)流件的孔徑，m；
D--工作條件下上游管道內(nèi)徑，m；
ΔP--差壓，Pa；
ρ1--上游流體密度，kg/m3。
由上式可見，流量為C、ε、d、ρ、ΔP、β（D）6個(gè)參數(shù)的函數(shù)，此6個(gè)參數(shù)可分為實(shí)測(cè)量[d，ρ，ΔP, β（D）]和統(tǒng)計(jì)量（C，ε）兩類。
A 實(shí)測(cè)量
�。�1）d、D 式（1）中d與流量為平方關(guān)系，其精度對(duì)流量總精度影響較大，誤差值一般應(yīng)控制在±0.05%左右，還應(yīng)計(jì)及工作溫度對(duì)材料熱膨脹的影響。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定管道內(nèi)徑D必須實(shí)測(cè)，需在上游管段的幾個(gè)截面上進(jìn)行多次測(cè)量求其平均值，誤差不應(yīng)大于±0.3%。除對(duì)數(shù)值測(cè)量精度要求較高外，還應(yīng)考慮內(nèi)徑偏差會(huì)對(duì)節(jié)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(shí)，在現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)配管應(yīng)充分注意這個(gè)問題。
�。�2）ρ ρ在流量方程中與ΔP處于同等位置，亦就是說，當(dāng)追求差壓變送器高精度等級(jí)時(shí)，絕不要忘記ρ的測(cè)量精度亦應(yīng)與之相匹配。否則ΔP的提高將會(huì)被ρ的降低所抵銷。
�。�3）ΔP 差壓ΔP的精確測(cè)量不應(yīng)只限于選用一臺(tái)高精度差壓變送器。實(shí)際上差壓變送器能否接受到真實(shí)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(shí)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。
B．統(tǒng)計(jì)量
�。�1）C 統(tǒng)計(jì)量C是無法實(shí)測(cè)的量（指按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制造安裝，不經(jīng)校準(zhǔn)投用），在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)最復(fù)雜的情況出現(xiàn)在實(shí)際的C值與由標(biāo)準(zhǔn)確定的C值不相符合。它們的偏離是由設(shè)計(jì)、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(shí)際值才會(huì)與標(biāo)準(zhǔn)確定的值相符合，現(xiàn)場(chǎng)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(jì)（不確定度的幅度與方向），但是現(xiàn)實(shí)中，有時(shí)不僅一個(gè)條件偏離，這就帶來非常復(fù)雜的情況，因?yàn)橐话阗Y料中只介紹某一條件偏離引起的誤差，如果許多條件同時(shí)偏離，則缺少相關(guān)的資料可查。
�。�2）ε 可膨脹性系數(shù)ε是對(duì)流體通過節(jié)流件時(shí)密度發(fā)生變化而引起的流出系數(shù)變化的修正，它的誤差由兩部分組成：其一為常用流量下ε的誤差，即標(biāo)準(zhǔn)確定值的誤差；其二為由于流量變化ε值將隨之波動(dòng)帶來的誤差。一般在低靜壓高差壓情況，ε值有不可忽略的誤差。當(dāng)ΔP/ρ≤0.04時(shí)，ε的誤差可忽略不計(jì)。
3. 分類
差壓式流量計(jì)的分類原則有如下三種
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)流孔使部分壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能以產(chǎn)生差壓的原理來工作的，其檢測(cè)件稱為節(jié)流裝置，是差壓式流量計(jì)的主要品種。
�。�2）動(dòng)壓頭式: 依據(jù)動(dòng)壓轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓原理工作，如均速管流量計(jì)。
�。�3）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來工作，如彎管流量計(jì)。
�。�4）水力阻力式: 依據(jù)流體阻力產(chǎn)生的壓差原理來工作，其檢測(cè)件為毛細(xì)管束，又稱層流流量計(jì)。
�。�5）動(dòng)壓增益式: 依據(jù)動(dòng)壓放大原理工作，如皮托--文丘里管。
（6）射流式: 依據(jù)流體射流撞擊產(chǎn)生壓差原理工作，如射流式差壓流量計(jì)。
3.2 按結(jié)構(gòu)形式分類
�。�1）標(biāo)準(zhǔn)孔板；（2）標(biāo)準(zhǔn)噴嘴；（3）長徑噴嘴；（4）經(jīng)典文丘里管；（5）文丘里噴嘴；（6）錐形入口孔板；（7）1/4圓孔板；（8）圓缺孔板；（9）偏心孔板；（10）楔形孔板；（11）內(nèi)藏孔板；（12）線性孔板；（13）環(huán)形孔板；（14）道爾管；（15）低壓損管；（16）通用文丘里管；（17）矩形文丘里管。
3.3 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）臟污流用節(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；（8）混相流節(jié)流裝置。
4. 主要特點(diǎn)
�。�1）應(yīng)用最普遍的標(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，使用期長，價(jià)格低廉；
�。�2）應(yīng)用范圍廣泛，至今尚無任何一類流量計(jì)可與之比擬，全部單相流體，包括液、氣、蒸汽皆可測(cè)量，部分混相流，如氣固、氣液、液固等亦可應(yīng)用，一般生產(chǎn)過程的管道直徑，工作狀態(tài)（壓力和溫度）皆有產(chǎn)品；
�。�3）檢測(cè)件與差壓顯示儀表可分開不同制造廠生產(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；
�。�4）檢測(cè)件，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)化組織和國際法制計(jì)量組織的認(rèn)可。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)型檢測(cè)件進(jìn)行的試驗(yàn)研究是國際性的，其它流量計(jì)一般僅依靠個(gè)別廠家或研究群體進(jìn)行，因此其研究廣度與深度不可同日而語。從時(shí)間上看，標(biāo)準(zhǔn)型自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，這樣研究資料及生產(chǎn)實(shí)踐的積累極其豐富，它涉及的應(yīng)用范圍還沒有哪一類流量計(jì)可比擬；
（5）正是由于上述原因，標(biāo)準(zhǔn)型節(jié)流式DPF無須實(shí)流校準(zhǔn)即可投用，在流量計(jì)中亦是唯一的；
�。�6）目前在各種類型中以節(jié)流式和動(dòng)壓頭式應(yīng)用最多，節(jié)流式檢測(cè)件達(dá)數(shù)十種之多，新品種不斷出現(xiàn)，較成熟的向標(biāo)準(zhǔn)型方向發(fā)展，ISO設(shè)有專門技術(shù)委員會(huì)負(fù)責(zé)此工作。動(dòng)壓頭式以均速管流量計(jì)為代表近年有較快發(fā)展，它是插入式流量計(jì)的主要品種；
�。�7）測(cè)量的重復(fù)性，精確度在流量計(jì)中屬中等水平，由于眾多因素的影響錯(cuò)綜復(fù)雜，難以精確掌握，精確度提高比較困難；
�。�8）范圍度窄，一般為3∶1或4∶1；
�。�9）現(xiàn)場(chǎng)安裝條件要求較高，如需較長直管段長度，一般較難滿足；
�。�10）檢測(cè)件與差壓顯示儀表之間的引壓管線為薄弱環(huán)節(jié)，易產(chǎn)生泄漏、堵塞、凍結(jié)及信號(hào)失真等故障；
（11）壓損大（指孔板、噴嘴等）。
為彌補(bǔ)上述缺點(diǎn)，近年進(jìn)行一些改進(jìn)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：a）開發(fā)線性孔板或稱彈性加載可變壓頭流量計(jì)；b）采用寬量程 差壓變送器或多臺(tái)差壓變送器并用。
（2） 開發(fā)定值節(jié)流件
定值節(jié)流件是指每種通徑的測(cè)量管道配以有限數(shù)量的節(jié)流件，節(jié)流件的直徑比（β值）按優(yōu)先數(shù)系選用，每種通徑配3-5種β值節(jié)流件。定值節(jié)流件有許多特點(diǎn)，如改變節(jié)流件對(duì)號(hào)入座的缺陷，節(jié)流件可大批量生產(chǎn)，對(duì)于廓形節(jié)流件（噴嘴、文丘里管）可采用專用加工設(shè)備，降低生產(chǎn)成本，為擴(kuò)大使用創(chuàng)造條件。
�。�3） 壓損的問題
通常節(jié)流件DPF壓損大是指檢測(cè)件為孔板和噴嘴，其實(shí)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），它們未能大量采用，主要原因?yàn)闄z測(cè)件結(jié)構(gòu)笨重，價(jià)格高，若采用定值方式，可望批量生產(chǎn)，降低造價(jià)。
�。�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，動(dòng)態(tài)特性好，方便安裝使用，受到用戶歡迎，國外應(yīng)用普遍，國內(nèi)亦開始應(yīng)用。
�。�5） 安裝條件的問題
節(jié)流件中經(jīng)典文丘里管要求的直管段長度是比較短的（一般5D～10D），在直管段長度不能滿足的場(chǎng)所可以推廣采用。近年縮減直管段長度的流動(dòng)調(diào)整器（整流器）的開發(fā)成為國際上的一個(gè)熱點(diǎn)，并取得長足進(jìn)展，今后為提高DPF的測(cè)量精確度配備流動(dòng)調(diào)整器將成為必備的輔助設(shè)備。
5. 選用考慮要點(diǎn)
選用考慮因素可分為5個(gè)方面：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：
�。�1） 儀表性能
在國際標(biāo)準(zhǔn)ISO5167或國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T2624中我們可以見到標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的主要技術(shù)參數(shù)，這些參數(shù)包括管徑，直徑比，雷諾數(shù)，管壁粗糙度，流出系數(shù)與可膨脹性系數(shù)的計(jì)算式及其不確定度等，超出這些參數(shù)以外并非不能使用，例如管徑50mm以下或1000mm（對(duì)于孔板）以上的節(jié)流裝置，采取實(shí)流校準(zhǔn)仍可應(yīng)用，有時(shí)為提高測(cè)量精確度亦采取實(shí)流校準(zhǔn)，例如標(biāo)準(zhǔn)噴嘴，在標(biāo)準(zhǔn)中其測(cè)量精度較低（約2%），而事實(shí)上個(gè)別校準(zhǔn)可獲得很高的測(cè)量精確度。節(jié)流式DPF的精確度在很大程度上決定于現(xiàn)場(chǎng)的使用條件。如果檢測(cè)件的制造質(zhì)量符合要求，則影響其精確度主要是二方面：流體物性參數(shù)的確定和流體流動(dòng)特性是否符合標(biāo)準(zhǔn)的要求。對(duì)于流動(dòng)特性在安裝條件中再介紹。整套流量計(jì)的精確度還決定于差壓變送器和流量顯示儀的精確度。選用高精確度差壓變送器應(yīng)該有一個(gè)全面的估計(jì)，若節(jié)流裝置流出系數(shù)精度不高，密度數(shù)值不準(zhǔn)，則高精度差壓變送器并不能提高整體的精確度。這里應(yīng)特別強(qiáng)調(diào)，節(jié)流式DPF是一種從設(shè)計(jì)、制造到安裝使用都要求很嚴(yán)格的流量計(jì)，任何一個(gè)環(huán)節(jié)不符合標(biāo)準(zhǔn)的要求，產(chǎn)生的誤差有時(shí)難以用定量估計(jì)。
檢測(cè)件為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置原則上無須實(shí)流校準(zhǔn)，但其前提條件為需符合標(biāo)準(zhǔn)的全部規(guī)定，這點(diǎn)在現(xiàn)場(chǎng)使用往往難以完全滿足，因此使用時(shí)附加誤差的估計(jì)很重要，有許多資料提供這方面咨詢，但都不是絕對(duì)可靠的，當(dāng)然最好是盡量按標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定去做。這從另一方面顯示節(jié)流式DPF的精確度提高有一定潛力，只要精益求精，其精確度是可以提高的。
關(guān)于儀表性能的提高，前面我們已經(jīng)介紹了近年來國內(nèi)外的一些措施，它說明雖然節(jié)流式DPF是一種古老的流量計(jì)，它仍在隨著時(shí)代科技進(jìn)步不斷在開拓自己的前景.
（2）流體特性
流體特性分二方面考慮：
a）流體物性參數(shù)（密度、粘度、等熵指數(shù)等）的確定。一般這些參數(shù)是根據(jù)壓力、溫度和流體組份計(jì)算出來的，這里影響參數(shù)精確度有壓力溫度和組分測(cè)量的精確度以及物性參數(shù)與這些參數(shù)函數(shù)關(guān)系的精確度二方面。應(yīng)該指出，對(duì)于混合物這些函數(shù)關(guān)系的精確度存在較大問題，這時(shí)若能采用密度計(jì)直接確定介質(zhì)密度是最好的，但是由于實(shí)際條件并不是總能做到的。
一個(gè)重要問題應(yīng)特別注意，一般物性參數(shù)是在節(jié)流裝置設(shè)計(jì)時(shí)提供的，它在投用后可能發(fā)生變化，因此流量計(jì)投用后應(yīng)該再次確認(rèn)其正確性，工藝過程中壓力溫度如果波動(dòng)較大亦應(yīng)采取補(bǔ)償（修正）措施。
b）流體的腐蝕、磨蝕、結(jié)垢、臟污等特性的影響，這些特性對(duì)流量計(jì)使用的可靠性關(guān)系很大。由于節(jié)流式DPF是依據(jù)節(jié)流裝置的幾何形狀及尺寸來確定測(cè)量信號(hào)的，任何偏離投用時(shí)的形狀和尺寸都會(huì)使信號(hào)發(fā)生偏差。這些特性對(duì)檢測(cè)件的影響是隨時(shí)間而變的，因此定期檢查檢測(cè)件應(yīng)該是使用必須遵守的規(guī)定。這些特性有時(shí)連工藝人員都吃不準(zhǔn)，要定量確定它更是困難的事。因此，定期檢查檢測(cè)件和積累使用經(jīng)驗(yàn)更為重要。
（3）安裝條件
為使標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置符合幾何相似和動(dòng)力學(xué)相似，以便采用標(biāo)準(zhǔn)文件給定的流出系數(shù)，除節(jié)流裝置結(jié)構(gòu)及制造應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定外，安裝條件是保證幾何相似和動(dòng)力學(xué)相似的重要方面。安裝要求包括管道條件，管道連接情況，取壓口結(jié)構(gòu)，節(jié)流裝置上下游直管段長度以及差壓信號(hào)管路的敷設(shè)情況等。
標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)入節(jié)流裝置流體應(yīng)為充分發(fā)展管流和定常流（亦稱穩(wěn)定流）。為得到充分發(fā)展管流，在節(jié)流裝置上游側(cè)各種阻流件必須配備相應(yīng)的直管段長度，如果現(xiàn)場(chǎng)不能滿足長度要求，可以安裝流動(dòng)調(diào)整器（亦稱整流器）以縮短必要的直管段長度。但是標(biāo)準(zhǔn)中只列舉有限類型的阻流件，而現(xiàn)場(chǎng)阻流件類型遠(yuǎn)超過它，另外標(biāo)準(zhǔn)中各種阻流件的數(shù)據(jù)是在進(jìn)入該類型流動(dòng)為充分發(fā)展管流條件得到的，而現(xiàn)場(chǎng)幾種阻流件串接一起是經(jīng)常遇到的，亦就是說，進(jìn)入阻流件的流動(dòng)并非充分發(fā)展管流，在這種情況下，要得到可靠的測(cè)量惟有安裝流動(dòng)調(diào)整器。
標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定流體流動(dòng)必須是穩(wěn)定的，或僅隨時(shí)間緩慢變化，這種定常流條件在現(xiàn)場(chǎng)是很難完全滿足的，偏離這種條件會(huì)帶來多大附加誤差一直是流量測(cè)量課題之一。引起非定常流的情況是很多的，例如原動(dòng)機(jī)（往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)、壓氣機(jī)、泵、風(fēng)機(jī)等）產(chǎn)生的；控制閥頻繁動(dòng)作產(chǎn)生的；管線自激振蕩，特別是在有諧振時(shí)引起的；
工藝管件（閥、彎頭、支管等）使流體分離產(chǎn)生的；整個(gè)流動(dòng)系統(tǒng)布置引起的；混相流中某些流型引起的等等。1998年ISO發(fā)表關(guān)于脈動(dòng)流測(cè)量的技術(shù)報(bào)告ISO/TR3313：1998《Measurement of fluid flow in closed conduits-Guidelines on the effects of flow pulsations on flow measurement instruments》。它給予采用節(jié)流式DPF測(cè)量脈動(dòng)流的有關(guān)數(shù)據(jù)。
（4）環(huán)境條件
節(jié)流式DPF的二部分差壓變送器和流量顯示儀裝備有電子器件及微機(jī)等，它們對(duì)環(huán)境條件的要求與其它電子儀器儀表是一樣的，這里不再多談。這里談一下關(guān)于一體式DPF的環(huán)境條件問題，幾乎所有流量計(jì)都有一體式和分離式兩種型式，以前節(jié)流式DPF大都采用分離式，由于分離式中差壓信號(hào)管路存在諸多弱點(diǎn)，近年出現(xiàn)的一體式受到用戶的歡迎，但是亦應(yīng)看到由于一體式把差壓顯示部分與節(jié)流裝置安裝在一起，對(duì)差壓顯示儀的要求就提高了，它應(yīng)適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件，顯然它比控制室里的環(huán)境條件要嚴(yán)酷了，比如現(xiàn)場(chǎng)管線振動(dòng)及強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾等，因此應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況來決定采用哪一種型式較合適。
（5）經(jīng)濟(jì)因素
經(jīng)濟(jì)因素包括購置費(fèi)、安裝費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)、校驗(yàn)費(fèi)、維護(hù)費(fèi)及備品備件等，現(xiàn)分述如下:
a）購置費(fèi)： 與其它型式流量計(jì)相比，流量計(jì)的檢測(cè)件（節(jié)流裝置）的購置費(fèi)用較便宜，但亦應(yīng)考慮其它二部分：差壓變送器和流量顯示儀加在一起則整套儀表就不一定便宜了。
b）安裝費(fèi)： 差壓信號(hào)管路的安裝費(fèi)用較高考慮到有時(shí)尚需配備各種輔助設(shè)備，如冷凝器、集氣器、沉降器以及隔離器等，因此采用一體式可降低安裝費(fèi)用。
c）運(yùn)行費(fèi)： 運(yùn)行費(fèi)主要考慮壓損產(chǎn)生的能耗，尤其大口徑時(shí)更應(yīng)注意，常用的節(jié)流裝置孔板與噴嘴都是高壓損的檢測(cè)件，但相比之下噴嘴比孔板的壓損要小得多（約為30%-50%）。為降低運(yùn)行費(fèi)采用低壓損節(jié)流裝置，但一般低壓損節(jié)流裝置的購置費(fèi)又較高，兩者應(yīng)仔細(xì)核算一下采用哪種較合算。
d）校驗(yàn)費(fèi)： 對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置無須實(shí)流校驗(yàn)這是其主要優(yōu)點(diǎn)，但節(jié)流裝置的幾何校驗(yàn)費(fèi)用還是需要的，對(duì)于用戶免實(shí)流校驗(yàn)不僅是節(jié)省費(fèi)用問題，它還帶來許多免麻煩的事。
e）維護(hù)費(fèi)： 流量計(jì)檢測(cè)件牢固可靠，與具有可動(dòng)檢測(cè)件（如渦輪、容積式）流量計(jì)相比維護(hù)費(fèi)較少，但是流量計(jì)其它二部分差壓顯示儀還是有一定維護(hù)費(fèi)的。
f）備品備件： 流量計(jì)昂貴部分（差壓顯示儀）通用性強(qiáng)，在大中型企業(yè)備品備件較節(jié)省便利。
6． 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的選擇原則
為了選擇最適宜的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，選型時(shí)應(yīng)從以下幾方面考慮：
（1）管徑、直徑比和雷諾數(shù)范圍的限制條件；
（2）測(cè)量準(zhǔn)確度；
�。�3）允許的壓力損失；
（4）要求的最短直管段長度；
�。�5）對(duì)被測(cè)介質(zhì)侵蝕、磨蝕和臟污的敏感性；
�。�6）結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度和價(jià)格；
�。�7）安裝的方便性；
�。�8）使用的長期穩(wěn)定性。
根據(jù)上述幾方面，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的選型原則可歸納為以下幾點(diǎn)：
�。�1） 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置各種類型節(jié)流件應(yīng)用的管徑、直徑比和雷諾
數(shù)范圍皆有一定限制，在國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T2624-93（或國際標(biāo)準(zhǔn)ISO5167-1）中有詳細(xì)規(guī)定，例如孔板可應(yīng)用于比噴嘴和文丘里噴嘴更大的管徑范圍，各種類型經(jīng)典文丘里管的管徑范圍差別較大等等。
（2）標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置各種類型節(jié)流件的準(zhǔn)確度在同樣差壓、密度測(cè)量精度下，決定于流出系數(shù)與可膨脹系數(shù)的不確定度。各種節(jié)流件的流出系數(shù)的不確定度差別較大，相比之下，孔板的流出系數(shù)的不確定度最小，廓形節(jié)流件（噴嘴、文丘里管）較大。廓形節(jié)流件較大的原因是標(biāo)準(zhǔn)中給出的流出系數(shù)公式所依據(jù)的擬合的數(shù)據(jù)庫質(zhì)量較差。但是對(duì)廓形節(jié)流件進(jìn)行個(gè)別校準(zhǔn)，也可得到高的準(zhǔn)確度。
�。�3）在同樣差壓下，經(jīng)典文丘里管和文丘里噴嘴的壓力損失約為孔板與噴嘴的
�。�4）在相同阻流件類型和直徑比情況下，經(jīng)典文丘里管的必要直管段長度比孔板與噴嘴的要小得多。
（5）測(cè)量易使節(jié)流件沾污、磨損及變形的被測(cè)介質(zhì)時(shí)，廓形節(jié)流件較孔板要優(yōu)越得多。
�。�6）在加工制造及安裝等方面，孔板最為簡單，噴嘴次之，文丘里噴嘴和經(jīng)典文丘里管最復(fù)雜，其造價(jià)亦依次遞增。管徑愈大，這種差別愈顯著。
�。�7）孔板易取出檢查節(jié)能流件質(zhì)量（采用可換孔板節(jié)流裝置），噴嘴和文丘里管則需截?cái)嗔黧w，拆下管道才可檢查，比較麻煩。
（8）中小口徑（DN50～DN100）節(jié)流裝置，取壓口尺寸和取壓位置的影響顯著，這時(shí)采用環(huán)室取壓有一定優(yōu)勢(shì)。
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