差壓式流量計的傳感器或測量元件

摘 要： 標準節流裝置存在的主要問題是什么？采用標準孔板測量流量時，液體應滿足什么條件？孔板取壓的五種方式，各有什么特點？由標準孔板衍生出來的各種非標準孔板各有什么特點？彎管流量計與孔板流量計在結構和原理上有什么不同？與孔板流量計相比，彎管流量計的優缺點是什么？ 

1 標準節流裝置存在的主要問題是什么？ 

（1）測量準確度、復現性在流量儀表中屬于中等，大約為1～2級，由于存在諸多影響因素，難以提高； 

（2）測量范圍窄，由于差壓與流量平方關系成正比，量程比也很小； 

（3）現場安裝條件高，尤其節流裝置前直管段難以滿足要求； 

（4）節流裝置與差壓儀表間需要有引線、閥門連接，容易泄漏、堵塞和凍結，造成測量失靈； 

（5）標準孔板的尖銳度隨運行時間延長不斷磨損變鈍，測量準確度下降； 

（6）大管段標準孔板（直徑300mm以上）在高溫下運行容易變形，形成凹凸面，影響測量準確度； 

（7）標準孔板、噴嘴壓損大。 

2 采用標準孔板測量流量時，液體應滿足什么條件？ 

（1）液體必須充滿管道，并連續流過節流裝置； 
（2）液體必須是單相的、均勻地通過節流裝置不能發生相變； 
（3）流體流動狀態是紊流，即雷諾數大于臨界雷諾數； 
（4）標準節流裝置不適合測量脈動流和臨界流。 

3 孔板取壓的五種方式，各有什么特點？ 

孔板取壓有五種方式：角接取壓法、法蘭取壓法、徑距取壓法、理論取壓法（縮流取壓法）和管接取壓法（損失取壓法），見圖。

 
a-a角接取壓b-b法蘭取壓c-c徑距取壓d-d理論取壓e-e管接取壓 
圖 五種孔板取壓位置

（1）管接取壓法（損失取壓法）：是一種古老的取壓方式，是希客斯坦（E.O.Hickstein）在1913年發布的。上游取壓口位置距孔板上游端面2.5D，下游取壓口位置距孔板下游端面8D。在下游取壓點是在流體經過孔板后，流體的流束已經*充滿管道，所以上、下游形成的差壓比較小，另外在下游的8D之內管壁粗糙度直接影響差壓值。此種取壓法除了少數的天然氣測量流量還保留外，基本不再使用。 

（2）理論取壓法（縮流取壓法）：為了克服管接取壓法產生差壓小的缺點，將下游取壓點改為流體經過孔板后流束收縮zui小的位置，此處產生的差壓zui大。但是流束收縮zui小的位置是與直徑比（與β）有關的函數，所以這種取壓法的下游取壓點是不固定的，應用起來很不方便，此方法只能作為理論分析用，沒有實際應用。 

（3）徑距取壓法：此方法是針對管接取壓法產生差壓小的缺點改進而來，將下游取壓點的位置固定。在直徑比β小于0.735時，徑距法與理論法的數據很接近。在結構上，沒有復雜的加工件，現場安裝使用很方便，在歐美國家應用廣泛。 

（4）角接取壓法：采用環室結構，利用環室的均壓作用提高測量精度。環室的結構復雜，加工費時、費料、成本高，環室的取壓孔容易堵塞，不易疏通。 

（5）法蘭取壓法：一般都在法蘭上取壓，結構上比角接和環室要簡單，只是需要的孔板法蘭，不能用普通法蘭代替。

GB/T2624—93把徑距取壓法、角接取壓法和法蘭取壓法作為標準節流裝置的取壓方法。 

4 由標準孔板衍生出來的各種非標準孔板各有什么特點？ 

為解決特殊情況的測量衍生許多非標準孔板，列出10種，見圖所示，其特點如下。

 
圖 非標準孔板

（1）錐形入口孔板：它相當一塊標準孔板倒裝，是為了克服尖銳度的磨損而改進的，取壓方式為角接取壓，見圖（a）。 

（2）1/4圓孔板：與標準孔板相似，只是孔口形狀不同，其外形輪廓由一個與軸線垂直的端面，半徑r為1/4圓構成的入口截面及噴嘴出口端面組成，特點同上。取壓方式為角接或法蘭取壓，見圖（b）。 

（3）圓缺孔板：如圖（c）所示，其開孔為圓的一部分，一般在圓的下半缺，該圓的直徑為管道內徑的98%，開孔圓弧部分的圓心與管道同心。圓缺孔板可測量臟污流體，取壓方式為法蘭取壓。 

（4）偏心孔板：這種孔板的開孔偏離管道的中心線，不與管道同心，但與管道的同心圓相切，其直徑等于管道直徑的98%，參見圖（d）。它可以測量臟污流體，取壓方式為法蘭取壓。 

（5）楔形孔板：結構形式如圖（e）。開孔位置與圓缺孔板相似，開孔為V形，可以減少壓損，它也可以測量臟污流體，取壓方式還未進行標準化。 

（6）內藏孔板：這種孔板是將孔板與差壓變送器作成一個裝置，如圖（f）所示，由于取消了引壓管線、二次閥門，就沒有管線泄漏、凝、堵等現象。它主要用于小流量測量，即管徑小于50mm的流量測量，常用在管徑15～40mm、流量范圍1.02×106～48m3/h（液體）、0.00031～1300m3/h（氣體）的測量中。 

（7）線性孔板：孔板管道面積隨流量大小自動變化，形成了測量差壓與流量的線性關系，也擴大了測量范圍。見圖（g）。 

（8）道爾管：結構如圖（h）所示。 

它是由40°入口錐角和15o擴散管組成的節流元件，正負取壓口分別在錐管前部和喉部。長度是管徑的1.5～2倍，僅為文丘里管的17%，道爾管產生的差壓比文丘里管大，但在高壓下壓損很小。 

（9）羅洛斯管（Lo—Loss）：由40°入口段、7°錐管、5°擴散管組成的節流元件。取壓方式為角接取壓，它也是低壓損失的節流元件。結構形式見圖4（i）。 

（10）環形孔板：環形孔板結構如圖4（j）所示。主要有一個固定在與管同心的圓板由三角支架固定，利用中心軸管將孔板上、下游的壓力傳送出去。其優點是：既能自由排出管道底部的污物，又能使氣體或蒸汽沿著頂部流過。 

5 彎管流量計與孔板流量計在結構和原理上有什么不同？ 

從結構上講，彎管流量計傳感器是以90o彎管為基礎，在彎管中心的內外側取出差壓，從而測得流量；孔板流量計節流裝置是在管道中心安裝一個孔板作為節流件，在孔板前后取出差壓，測得流量的大小，如圖所示。

 
彎管流量計傳感器

從原理上，流體流經彎管時，受到管內的約束作用，迫使流體在彎管內做近似圓周運動，產生慣性離心力，離心力的大小可以通過彎管內外差壓的測量得到，所以彎管流量計是離心式差壓流量計；而孔板流量計是以流體流動連續性方程（質量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒定律）為基礎，在流體流經孔板時在其前后產生的差壓測得流量的大小。 

彎管流量計的流量方程式為：

式中：u—流體平均流速；α—流量系數； 
R/D—彎管的彎徑比；ρ—密度； 
P1-P2—彎管內外差壓（ΔP）； x—指數。 

6 與孔板流量計相比，彎管流量計的優缺點是什么？ 

彎管流量計的優點如下： 

（1）無附加壓力損失 

彎管流量計的傳感器是90°機加工的標準彎管，沒有阻力件，壓損小，有利于節約能源。 

（2）安裝方便、耐磨損、無須維修、壽命長 

彎管流量計的傳感器直接焊接在工藝管道中，取消了檢測元件所固有的夾緊裝置，既簡單又可靠。彎管一次焊好后不存在泄漏問題，也不需要維護。長期運行的微小磨損對其傳感器的性能影響甚微，所以長期使用時，測量的準確度不變。 

（3）適應性強 

彎管流量計可以在惡劣的環境如高溫、高壓、粉塵、振動和潮濕中使用，如果彎管傳感器與配套差壓儀表接口采用不銹鋼、工程塑料等，還可以測量各種腐蝕性介質的流量。 

（4）價格低廉 

由于彎管流量計的結構簡單，便于成批生產，*其它差壓式流量計或旋渦、超聲波等流量計。 

缺點：測量準確度低，彎管流量計的測量準確度一般在2%～5%。 

7 什么是均速管流量計？與孔板流量計相比有哪些異同點？ 

均速管是一種通過差壓測量流量的傳感器，均速管流量計是在皮托管測速原理的基礎上發展起來的流量計。 

相同點：均速管流量計與孔板流量計的測量原理都是以伯努利方程和連續性方程為基礎的，盡管產生差壓的結構不同，但是流量公式是一樣的。 

不同點：在結構上兩者截然不同。均速管傳感器由檢測桿、取壓口和導壓管組成，它安裝在管道內部與管道垂直。檢測桿上迎著流體部分一般設有4個取壓孔，特殊的有5～9個孔，測量出總壓（動壓和靜壓）取其平均值；檢測桿背向流體部分的中部有1個取壓孔，測量出靜壓，前后分別有導壓管將壓力引出。通過所測的總壓與靜壓的差值，可以測得流體流量。傳感器結構如圖所示。

 
均速管流量計傳感器