節(jié)流裝置的流量測(cè)量原理

差壓式流量計(jì)作為經(jīng)典與最古老的流量計(jì)，應(yīng)用范圍最為廣泛。不過(guò)隨著電子式流量計(jì)如（電磁、渦街等）流量計(jì)的興起，我們有些新的行業(yè)朋友，還真不一定熟悉這種流量計(jì)，今天這一期，給大家好好講解這個(gè)差壓式流量計(jì)。

差壓式流量計(jì)在化工生產(chǎn)中得到最廣泛的應(yīng)用，也是操作人員最為熟悉的一種流量計(jì)，它的節(jié)流裝置（1）安裝在生產(chǎn)工藝管道（2）上，并由引壓管（3）和差壓變送器（4）三個(gè)部分組成流量測(cè)量系統(tǒng)(如圖3—1所示)。下面對(duì)差壓式流量計(jì)，差壓變送器及差壓式流量計(jì)的安裝分別予以介紹。

圖3-1差壓式流量計(jì)的組成

差壓式(也稱節(jié)流式)流量計(jì)是基于流體流動(dòng)的節(jié)流原理，利用流體經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)產(chǎn)生的壓力差而實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量的。差壓式流量計(jì)一般是由能將流體的流量變換成差壓信號(hào)的節(jié)流量(孔扳、噴嘴)和用來(lái)測(cè)量壓差值的差壓計(jì)或差壓變送器及顯示儀表組成。

這種流量計(jì)，目前在化工、煉油及其它工業(yè)中應(yīng)用很廣，應(yīng)用的歷史也較長(zhǎng)久，因此已經(jīng)積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和完整的實(shí)驗(yàn)資料。對(duì)于常用的孔板、噴嘴等節(jié)流裝置，國(guó)內(nèi)外已把它們標(biāo)準(zhǔn)化了，并稱為“標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置”。因此,這種流量計(jì)所用的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置可以根據(jù)計(jì)算結(jié)果直接投入制造和使用，不必用實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行單獨(dú)標(biāo)定。但對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)化的特殊節(jié)流裝置, 在使用時(shí)，均應(yīng)進(jìn)行個(gè)別標(biāo)定。

一．節(jié)流裝置的流量測(cè)量原理

節(jié)流現(xiàn)象及其原理：

流體在有節(jié)流裝置的管道中流動(dòng)時(shí)，在節(jié)流裝置前后的管璧處，流體的靜壓產(chǎn)生差異的現(xiàn)象稱為節(jié)流現(xiàn)象，如圖3—2所示

圖3—2 流體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)的節(jié)流現(xiàn)象

現(xiàn)在，我們對(duì)流體流經(jīng)節(jié)流裝置前后的變化情況作進(jìn)一步分析。

連續(xù)流動(dòng)著的流體，在遇到安插在管道內(nèi)的節(jié)流裝置時(shí)，由于節(jié)流裝置的截面積比管道的截面積小，形成流體流通面積的突然縮小，在壓力作用下，流體的流速增大，擠過(guò)節(jié)流孔，形成流速的擴(kuò)大而降低。與此同時(shí)，在節(jié)流裝置前后的管壁處的流體靜壓力就產(chǎn)生了差異,形成靜壓力差△p(△p=P1- P2)，如圖3-3所示。并且p1>p2，

圖3—3 孔扳附近流束及壓力分布情況

此即為節(jié)流現(xiàn)象,從圖中可以看出，節(jié)流裝置的作用在于造成流束的局部收縮從而產(chǎn)生的壓差.并且,流過(guò)的流量愈大在節(jié)流裝置前后所產(chǎn)生的壓差也愈大，因此可以通過(guò)測(cè)量壓差來(lái)衡量流體流量的大小。由于節(jié)流裝置造成流束的收縮，同時(shí)流體又是保持連續(xù)流動(dòng)的狀態(tài),因此在流束截面積最小處的流速達(dá)到最大，在流速截面積最小處，流體的靜壓力最低。

同理，在孔板出口端面處，由于流速已比原來(lái)增大，因此靜壓力仍舊比原來(lái)的為低(即圖中P2

二.標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置

標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置有孔板（下圖左）,噴嘴和文丘里管（下圖右）等,其中又以孔板應(yīng)用最廣。

我們把應(yīng)用最廣泛的節(jié)流裝置-----孔板作一簡(jiǎn)單的介紹。

孔板的結(jié)構(gòu)

標(biāo)準(zhǔn)孔扳是一塊圓形的中間開(kāi)孔的金屬扳，開(kāi)孔邊緣非常尖銳，而且與管道軸線是同心的，用于不同管道內(nèi)徑的標(biāo)準(zhǔn)孔板，其結(jié)構(gòu)形式基本是幾何相似的，如圖3-4所示，標(biāo)準(zhǔn)孔扳是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的，上游側(cè)孔板端面的任意兩點(diǎn)間連線應(yīng)垂直于軸線。

孔板的開(kāi)孔，在流束進(jìn)入的一面做成圓柱形，而在流束排出的一面則沿著圓錐形擴(kuò)散，錐面的斜角為F。當(dāng)孔板的厚度E>0.02D(D為管道內(nèi)徑)時(shí)，F(xiàn)應(yīng)在3D一45о之間(通常做成45о的為多)，孔扳的厚度E一般要求在3—10mm范圍之內(nèi)?？装宓?a href="http://wenjunhu.com/v/tag/1472/" target="_blank">機(jī)械加工精度要求比較高。

圖3—4 標(biāo)準(zhǔn)孔扳

孔板使用條件的規(guī)定

(1)．被測(cè)介質(zhì)應(yīng)充滿全部管道截面連續(xù)地流動(dòng)。

(2)．管道內(nèi)的流束(流動(dòng)狀態(tài))應(yīng)該是穩(wěn)定的。

(3)．被測(cè)介質(zhì)在通過(guò)孔板時(shí)應(yīng)不發(fā)生相變(例如：液體不發(fā)生蒸發(fā)，溶解在液體中的氣體應(yīng)不會(huì)釋放出來(lái))，同時(shí)是單相存在的。對(duì)于成份復(fù)雜的介質(zhì)，只有其性質(zhì)與單一成分的介質(zhì)類似時(shí)才能使用。

(4)，測(cè)量氣體(蒸汽)流量時(shí)所析出的冷凝液或灰塵，或測(cè)量液體流量時(shí)所析出的氣體或沉淀物，既不得聚積在管道中的孔板附近，也不得聚積在連接管內(nèi)。

(5)．在測(cè)量能引起孔板堵塞的介質(zhì)流量時(shí)，心須進(jìn)行定期清洗。

(6)．在離開(kāi)孔板前后兩端面2D的管道內(nèi)表面上，沒(méi)有任何凸出物和肉眼可見(jiàn)的粗糙與不平的現(xiàn)象。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)噴嘴。標(biāo)準(zhǔn)文丘里噴嘴和標(biāo)準(zhǔn)文丘里管，這些條件均適用。

孔板因?yàn)橹圃旃に嚭?jiǎn)單，安裝方便，成本低。因此被廣泛的應(yīng)用，但在使用時(shí)特別要注意，尤其是用于測(cè)量腐蝕性介質(zhì)及含有灰塵的介質(zhì)有流量時(shí)，要經(jīng)常觀察測(cè)量結(jié)果是否準(zhǔn)確，防止由于腐蝕和堵塞取壓口而造成的測(cè)量誤差過(guò)大，或根本不能測(cè)量的現(xiàn)象發(fā)生，每年大檢修應(yīng)進(jìn)行孔扳的清洗工作，發(fā)現(xiàn)腐蝕嚴(yán)重時(shí)應(yīng)立即更換新的孔板。

三、差壓變送器變送器是用于生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)的檢測(cè)，供各種工業(yè)過(guò)程參數(shù)的測(cè)量、變換及信號(hào)傳送用。其中以差壓變送器的使用最為廣泛，用來(lái)測(cè)量流量、液位、壓力、密度等參數(shù)。

電容式變送器采用電容式變換元件，把壓力參數(shù)轉(zhuǎn)換成電容量的變化，主要完成對(duì)壓力或差壓信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和變送的任務(wù)。變送器把被測(cè)參數(shù)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)：4-20mA.DC輸出。它的特點(diǎn)是精度高、體積小、性能好、可靠性好、長(zhǎng)期穩(wěn)定性且調(diào)整方便。一般精度為0.25級(jí)。

電容式差壓工作原理

電容式變送器的測(cè)量部分是由敏感部件和法蘭組件構(gòu)件，法蘭組件通過(guò)錐管螺紋與被測(cè)介質(zhì)相連。法蘭和敏感部件用四個(gè)雙頭螺栓夾固，分為高、低壓兩室，用H．L表示。如果低壓室用盲孔法蘭，則構(gòu)成壓力變送器，如果低壓室抽真空密封，則構(gòu)成絕對(duì)壓力變送器。

圖3-5為電容式變送器的測(cè)量部分---δ室

敏感部件的核心是δ室（也包括檢查線路板），δ室為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，由完全相同的左右兩室構(gòu)成差動(dòng)電容的固定極板，測(cè)量膜片焊接在兩室中間，作為差動(dòng)電容的活動(dòng)極板，在兩室的空腔中充滿硅油（或氟油），以便傳送測(cè)量壓力。當(dāng)被測(cè)壓力P1，P2作用于隔離膜片時(shí)，差壓ΔP經(jīng)硅油傳送到測(cè)量膜片，引起微小的位移量Δd從而改變了兩差動(dòng)電容的值，將適當(dāng)?shù)募?lì)電壓在差動(dòng)電容，將它產(chǎn)生的交變電流經(jīng)整流，控制，放大等轉(zhuǎn)換電路的處理后，在變送器上就得到與測(cè)量壓力成比例的4-20MADC信號(hào)，這就是電容式差壓變送器的基本原理。

運(yùn)行維護(hù)方法

電容式變送器無(wú)機(jī)械傳動(dòng)部分，敏感組件采用全焊接結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換部分的線路板采用接插式安裝，堅(jiān)固，耐用，故一般幾乎不需要大的維修，如出現(xiàn)不正常情況時(shí)，可從以下幾方面檢查：

1．系統(tǒng)輸送偏高

可能的原因和較正方法：

a．導(dǎo)壓管：檢查導(dǎo)壓管上的接頭和焊口，是否有堵塞和滲漏，在某些容易結(jié)晶的化工介質(zhì)中使用時(shí)，更應(yīng)特別注意沉積物有堵塞導(dǎo)壓管。

b．電路連接:要經(jīng)常保持電氣回路中的接插件清潔干燥，特別注意檢查敏感部件的連接情況，指示表頭是否斷路，電源電壓，極性對(duì)否。

c．電氣故障：其原因都已檢查后,可用備用線路板去代替，如故障消除，則可確定為線路的故障,應(yīng)于更換修理.

d．敏感元件:若發(fā)現(xiàn)敏感部件的故障時(shí)，可參考有關(guān)規(guī)程進(jìn)行檢查.

2．系統(tǒng)輸出偏低或無(wú)輸出

可能的原因及較正方法：

a．引壓管：檢查連接是否正確，有無(wú)泄漏或堵塞。檢查引液導(dǎo)管中是否有氣體。法蘭中有無(wú)沉積物。

b．電氣部件的連接：

檢查敏感部件的引線是否有短路。確保接插件的清潔、可靠靠、絕緣良好。用好的線路板去檢驗(yàn)，找出故障的線路板并給予更換。

3.系統(tǒng)輸出不穩(wěn)定

可能的原因及較正方法：

a. 檢查電氣回路是否有短路，開(kāi)路及多點(diǎn)接地。

b. 調(diào)整阻尼時(shí)間，加大阻尼量，能否消除系統(tǒng)振蕩。

c．導(dǎo)壓管的檢查，檢查液體導(dǎo)壓管中是否有氣體。在氣體導(dǎo)壓管中是否有液體。

差壓式流量計(jì)的安裝

要使差壓式流量計(jì)能夠精確地實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量，除了正確地選用和計(jì)算外，還必須正確地安裝節(jié)流裝置，引壓管和差壓變送器，以保證信號(hào)的正確獲取、變送和指示。

1．節(jié)流孔扳要求裝得和管道軸線同心，并垂直于管道軸線，孔扳的銳邊要向著流動(dòng)方向，不得裝反。

2．節(jié)流孔板應(yīng)安裝在直管段部分，否則彎頭、閥門等局部阻力的影響，造成測(cè)量不準(zhǔn)，有關(guān)節(jié)流裝置的前后安裝直管長(zhǎng)度，可從儀表手冊(cè)或相關(guān)的資料中查得。

3．當(dāng)測(cè)量液體流量時(shí)，測(cè)壓孔開(kāi)在水平管道下半部，差壓變送器應(yīng)安裝在孔板之下。當(dāng)差壓計(jì)不得不放在節(jié)流裝置上方時(shí)應(yīng)在導(dǎo)壓管最高點(diǎn)加放氣閥，以保證導(dǎo)壓管內(nèi)沒(méi)有氣體，如圖3—6所示。

圖3-6測(cè)量液體流量時(shí)信號(hào)管路的安裝方法

a) 顯示儀表位于節(jié)流裝置下方.

b) 顯示儀表位于節(jié)流裝置上方且中間有隔墻.

4．當(dāng)測(cè)量氣體流量時(shí)，測(cè)壓孔開(kāi)在管道的上半部，差壓變送器應(yīng)安得高于孔板。當(dāng)無(wú)法滿足此要求時(shí)，必須在導(dǎo)壓系統(tǒng)最低處加冷凝和放水閥，以保證導(dǎo)壓管內(nèi)沒(méi)有液體。如圖3-7所示。

圖3-7測(cè)量氣體流量時(shí)信號(hào)管路的安裝方法

5．當(dāng)測(cè)量蒸汽流量時(shí)，測(cè)壓孔開(kāi)在管道水平直徑上，必須在孔板引壓孔附近裝置冷凝罐，蒸汽在此冷凝后并充滿導(dǎo)壓管，使差壓變送器與高溫蒸汽隔開(kāi)，如圖3-8所示。

圖3-8測(cè)量蒸汽流量時(shí)信號(hào)管路的安裝方法

6．安裝差壓變送器時(shí)，必須在差壓變送器附近（常為上方）裝置“三閥組”如圖3-9所示。

圖3-9差壓變送器三閥組安裝示意圖

作差壓計(jì)的三閥組，必須注意兩個(gè)原則：

①不能讓導(dǎo)壓管內(nèi)的凝結(jié)水或隔離液流失

②不能使測(cè)量元件（膜盒或波紋管）受壓和受熱

三閥組的起動(dòng)順序應(yīng)是，打開(kāi)正壓閥1，關(guān)閉平衡閥2，打開(kāi)負(fù)壓閥3，停動(dòng)的順序應(yīng)與上述相反，即關(guān)閉負(fù)壓閥3，打開(kāi)平衡閥2，關(guān)閉正壓閥1。這樣就可以免除由于一時(shí)疏忽，而把某一高壓引入測(cè)量室而造成測(cè)量室單相受壓而損壞儀表的危險(xiǎn)。

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