標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置差壓式流量計(jì)是一種測(cè)定流量的儀器。它是利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)所產(chǎn)生的壓力差與流量之間存在一定關(guān)系的原理,通過(guò)測(cè)量壓差來(lái)實(shí)現(xiàn)流量測(cè)定。節(jié)流裝置是在管道中安裝的一個(gè)局部收縮元件,常用的有孔板、噴嘴和文丘里管。流量Q的計(jì)算公式為: 式中:C為流量系數(shù);ε為氣體膨脹修正系數(shù);F為節(jié)流部的截面積;g為重力加速度;γ為流體密度;P1和P2分別為節(jié)流前后的壓力。對(duì)于不可壓縮的氣體,可不考慮氣體膨脹修正系數(shù),即流量公式為: C和ε一般由實(shí)驗(yàn)方法確定。目前,壓差流量計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化程度已相當(dāng)高,它的構(gòu)造、尺寸嚴(yán)格按照規(guī)定制作時(shí),則可查出C和ε,無(wú)需通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法確定。
傳統(tǒng)的差壓式流量(如孔板等)儀表都是屬于標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置差壓式流量計(jì)。其工作原理都是基于封閉管道中流體質(zhì)量守恒(連續(xù)性方程)和能力守恒(伯努力方程)兩個(gè)定律。在這里大家首先要重溫一下質(zhì)量守恒(連續(xù)性方程)和能量守恒(伯努利方程)這兩個(gè)定律的實(shí)質(zhì)內(nèi)容,只有掌握了這兩個(gè)定律才能懂得壓差流量計(jì)的工作原理,而且所有的節(jié)流式差壓流量?jī)x表的原理也就都明白了,下面通過(guò)復(fù)習(xí)一下兩個(gè)定律來(lái)說(shuō)明塔形流量計(jì)(或壓差式流量計(jì))的工作原理所說(shuō)的質(zhì)量守恒定律(連續(xù)性方程)和能力守恒定律(伯努利方程),可以這樣去理解:質(zhì)量守恒:流體在一個(gè)封閉的管道中流動(dòng),當(dāng)遇到節(jié)流件時(shí),在節(jié)流件前后它的質(zhì)量是不變的,用連續(xù)性方程表示為: V1*A1*ρ1=V2*A2*ρ2(液體為: V1*A1=V2*A2)能量守恒:用伯努利方程來(lái)表示為是指封閉管道中流體的壓力和流速有如下的關(guān)系:
對(duì)于安裝有節(jié)流件的管道則有:
式中: A1、A2 分別是節(jié)流件前后的截面積;
V1、V2 分別是A1、A2處的流速;
P1、P2 分別是A1、A2處的壓力;
ρ1、ρ2 分別是A1、A2處的流體密度;
差壓式流量計(jì)由一次裝置和二次裝置組成.一次裝置稱流量測(cè)量元件,它安裝在被測(cè)流體的管道中,產(chǎn)生與流量(流速)成比例的壓力差,供二次裝置進(jìn)行流量顯示。二次裝置稱顯示儀表。它接收測(cè)量元件產(chǎn)生的差壓信號(hào),并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的流量進(jìn)行顯示.差壓流量計(jì)的一次裝置常為節(jié)流裝置或動(dòng)壓測(cè)定裝置(皮拖管、均速管等)。二次裝置為各種機(jī)械式、電子式、組合式差壓計(jì)配以流量顯示儀表.差壓計(jì)的差壓敏感元件多為彈性元件。由于差壓和流量呈平方根關(guān)系,故流量顯示儀表都配有開(kāi)平方裝置,以使流量刻度線性化。多數(shù)儀表還設(shè)有流量積算裝置,以顯示累計(jì)流量,以便經(jīng)濟(jì)核算。這種利用差壓測(cè)量流量的方法歷史悠久,比較成熟,世界各國(guó)一般都用在比較重要的場(chǎng)合,約占各種流量測(cè)量方式的70%。發(fā)電廠主蒸汽、給水、凝結(jié)水等的流量測(cè)量都采用這種表計(jì)。
力學(xué)原理:屬于此類原理的儀表有利用伯努力定理的差壓式、轉(zhuǎn)子式;利用動(dòng)量定理的沖量式、可動(dòng)管式;利用牛頓第二定律的直接質(zhì)量式;利用流體動(dòng)量原理的靶式;利用角動(dòng)量定理的渦輪式;利用流體振蕩原理的旋渦式、渦街式;利用總靜壓力差的皮托管式以及容積式和堰、槽式等等。
壓差流量計(jì)應(yīng)用極其廣泛,流量測(cè)量技術(shù)與儀表的應(yīng)用大致有以下幾個(gè)領(lǐng)域。
一,工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程
流量?jī)x表是過(guò)程自動(dòng)化儀表與裝置中的大類儀表之一,它被廣泛適用于冶金、電力、煤炭、化工、石油、交通、建筑、輕紡、食品、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、環(huán)境保護(hù)及人民日常生活等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域,是發(fā)展工農(nóng)業(yè)生產(chǎn),節(jié)約能源,改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量,提高經(jīng)濟(jì)效益和管理水平的重要工具在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。在過(guò)程自動(dòng)化儀表與裝置中,流量?jī)x表有兩大功用:作為過(guò)程自動(dòng)化控制系統(tǒng)的檢測(cè)儀表和測(cè)量物料數(shù)量的總量表。
二,能源計(jì)量
能源分為一次能源(煤炭、原油、煤層氣、石油氣和天然氣)、二次能源(電力、焦炭、人工燃?xì)狻⒊善酚?、液化石油氣、蒸汽)及載能工質(zhì)(壓縮空氣、氧、氮、氫、水)等。能源計(jì)量是科學(xué)管理能源,實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗,提高經(jīng)濟(jì)效益的重要手段。流量?jī)x表是能源計(jì)量?jī)x表的重要組成部分,水、人工燃?xì)?、天然氣、蒸汽和油品這些常用的能源都使用著數(shù)量極其龐大的流量計(jì),它們是能源管理和經(jīng)濟(jì)核算*的工具。
三,環(huán)境保護(hù)工程
煙氣,廢液、污水等的排放嚴(yán)重污染大氣和水資源,嚴(yán)重威脅人類生存環(huán)境。國(guó)家把可持續(xù)發(fā)展列為國(guó)策,環(huán)境保護(hù)將是21世紀(jì)的最大課題??諝夂退奈廴疽玫娇刂疲仨毤訌?qiáng)管理,而管理的基礎(chǔ)是污染量的定量控制。
我國(guó)是以煤為主要能源的國(guó)家,全國(guó)有上百萬(wàn)個(gè)煙囪不停地向大氣排放煙氣。煙氣排放控制是污染的重要項(xiàng)目,每個(gè)煙囪必須是安裝煙氣分析儀表和流量計(jì),組成連櫝排放監(jiān)視系統(tǒng)。煙氣的流量沆量有很大因難,它的難度為煙囪尺寸大且形狀不規(guī)則,氣體組分變化不定,流速范圍大,臟污,灰塵,腐蝕,高溫,無(wú)直管段等。
四,交通運(yùn)輸
有五種方式:鐵路公路、航空、水運(yùn)、和管道運(yùn)輸。其中管道運(yùn)輸雖早已有之,但應(yīng)用并不普遍。隨著環(huán)保問(wèn)題的突出,管道運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)引起人們的重視。管道運(yùn)輸必須裝備流量計(jì),它是控制、分配和調(diào)度的眼睛,亦是安全監(jiān)沒(méi)和經(jīng)濟(jì)ke的工具。
五,生物技術(shù)
21世紀(jì)將迎來(lái)生命科學(xué)的世紀(jì),以生物技術(shù)為特征的產(chǎn)業(yè)將獲得迅速發(fā)展。生物技術(shù)中需監(jiān)測(cè)計(jì)量的物質(zhì)很多,如血液,尿液等。儀表開(kāi)發(fā)的難度極大,品種繁多。
六,科學(xué)實(shí)驗(yàn)
科學(xué)實(shí)驗(yàn)需要的流量計(jì)不但數(shù)量多,且品種極其繁雜。據(jù)統(tǒng)計(jì)流量計(jì)100多種中很大一部分是應(yīng)科研之需用的,它們并不批量生產(chǎn),在市面出售,許多科研機(jī)構(gòu)和大企業(yè)皆設(shè)專門小組研制專用的流量計(jì)。
七,海洋氣象,江河湖泊
這些領(lǐng)域?yàn)槌ㄩ_(kāi)流道,一般需檢測(cè)流速,然后推算流量。流速儀和流量計(jì)所依據(jù)的物理原理及流體力學(xué)基礎(chǔ)是共通的但是儀表原理及結(jié)構(gòu)以及使用條件有很大差別。