孔板流量計的計量原理及特征

 

　　孔板流量計的計量原理

 

　　孔板流量計是基于流體流動的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流元件時在其前后產(chǎn)生壓差，此差壓值與該流量的平方成正比關(guān)系來計量流量的。

 

　　1、差壓法測氣原理

 

　　充滿管道的流體，當它流經(jīng)管道內(nèi)節(jié)流裝置（如孔板）時，流束將在節(jié)流裝置處形成局部收縮，使部分壓能轉(zhuǎn)為動能，其結(jié)果使流速增加，靜壓降低，在節(jié)流裝置前后產(chǎn)生了壓力降。對于一定型式、一定尺寸的節(jié)流裝置來說，所產(chǎn)生的壓差與氣流量有關(guān)，流量越大，壓差也越大；流量減少，壓差也減小；流量為零，壓差也為零。因此，通過測量壓差的大小，就可間接地計量氣體流量，這種方法就稱差壓法測量氣體流量。

 

　　2、流束局部收縮和壓差的產(chǎn)生

 

　　在孔板前，連續(xù)流動著的流體將遇到孔板的阻擋。在管壁處的流體由于受孔板阻擋，阻力最大，使流體速度降低，部分動能轉(zhuǎn)變成靜壓能，其結(jié)果使孔板入口端面接近管壁處的流體靜壓力升高。而管道中心流速最大，靜壓最低，使其在同一端面形成徑向壓力差，其結(jié)果將使流體質(zhì)點在這一徑向壓差作用下產(chǎn)生一徑向加速度。在這一徑向速度作用下，靠近管壁處的流體質(zhì)點以偏轉(zhuǎn)一個角度向孔口流動，形成了流束的局部收縮。

 

　　由于流體運動的慣性，流經(jīng)節(jié)流裝置后流體將繼續(xù)保持原來的流動方向，在孔板出口端面處形成一最小收縮截面，此處流束截面最小，流速達最大，壓力最低。此后，流束又逐漸擴大，壓力逐漸恢復(fù)升高，直到流體充滿整個管道，壓力恢復(fù)到最大值。但孔板后的壓力并沒有恢復(fù)到原來的數(shù)值，兩者壓力之差，即為流體流經(jīng)節(jié)流裝置后所產(chǎn)生的壓力損失。此壓力損失主要是由流體流經(jīng)節(jié)流裝置后流束突然擴大所產(chǎn)生渦流呆滯現(xiàn)象所造成的。在孔板出口端面處，流速已比原來增大，靜壓力也就較原來低。即p1＞p2（p1、p2分別為孔板前后的壓力）。只要測量出p1、p2之差，就可計算出通過孔板氣體流量的大小。孔板流量計理論流量計算公式為：

 

　　式中：qν為工況下的體積流量，m3/s；C為流出因數(shù)，無量綱；β=d/D，無量綱；d為工況下孔板開孔直徑，mm；D為工況下上游管道內(nèi)徑，mm；ε為可膨脹因數(shù)，無量綱；△p為孔板前后的差壓值，Pa；p1為工況下流體的密度，kg/m3。對于天然氣而言，在標準狀態(tài)下天然氣流量的實用計算公式為：

 

　　式中：qn為標準狀態(tài)下天然氣體積流量，m3/s；As為秒計量系數(shù)，視采用計量單位而定。此式As=3.1794×10-6；C為流出系數(shù)；E為漸近速度系數(shù)；d為工況下孔板開孔直徑，mm；FG為相對密度系數(shù)；ε為可膨脹系數(shù)；FZ為超壓縮因子；FT為流動溫度系數(shù)；P1為孔板上游側(cè)取壓孔氣流絕對靜壓，MPa；△p為氣流流經(jīng)孔板時產(chǎn)生的差壓，Pa。

 

　　這種測量方式是以能量守衡和流動連續(xù)性方程為基礎(chǔ)的。孔板流量計就是通過節(jié)流裝置產(chǎn)生差壓，通過引壓管將差壓信號傳遞給計由差壓變送器轉(zhuǎn)換為標準信號傳入主控室集散控制系統(tǒng)進行監(jiān)控。