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流原理，利用流體流經節流元件時在其前后產生壓差，此差壓值與該流量的平方成正比關系來計量流量的。

 

　　1、差壓法測氣原理

 

　　充滿管道的流體，當它流經管道內節流裝置（如孔板）時，流束將在節流裝置處形成局部收縮，使部分壓能轉為動能，其結果使流速增加，靜壓降低，在節流裝置前后產生了壓力降。對于一定型式、一定尺寸的節流裝置來說，所產生的壓差與氣流量有關，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生

 

　　在孔板前，連續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，部分動能轉變成靜壓能，其結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，其結果將使流體質點在這一徑向壓差作用下產生一徑向加速度。在這一徑向速度作用下，靠近管壁處的流體質點以偏轉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，流經節流裝置后流體將繼續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，壓力逐漸恢復升高，直到流體充滿整個管道，壓力恢復到最大值。但孔板后的壓力并沒有恢復到原來的數值，兩者壓力之差，即為流體流經節流裝置后所產生的壓力損失。此壓力損失主要是由流體流經節流裝置后流束突然擴大所產生渦流呆滯現象所造成的。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，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徑，mm；ε為可膨脹因數，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，在標準狀態下天然氣流量的實用計算公式為：

 

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

 

　　這種測量方式是以能量守衡和流動連續性方程為基礎的。孔板流量計就是通過節流裝置產生差壓，通過引壓管將差壓信號傳遞給計由差壓變送器轉換為標準信號傳入主控室集散控制系統進行監控。