孔板流量计的计量原理及特征

　　孔板流量计的计量原理及特征

 

　　孔板流量计的计量原理

 

　　孔板流量计是基于流体流动的节流原理，利用流体流经节流元件时在其前后产生压差，此差压值与该流量的平方成正比关系来计量流量的。

 

　　1、差压法测气原理

 

　　充满管道的流体，当它流经管道内节流装置（如孔板）时，流束将在节流装置处形成局部收缩，使部分压能转为动能，其结果使流速增加，静压降低，在节流装置前后产生了压力降。对于一定型式、一定尺寸的节流装置来说，所产生的压差与气流量有关，流量越大，压差也越大；流量减少，压差也减小；流量为零，压差也为零。因此，通过测量压差的大小，就可间接地计量气体流量，这种方法就称差压法测量气体流量。

 

　　2、流束局部收缩和压差的产生

 

　　在孔板前，连续流动着的流体将遇到孔板的阻挡。在管壁处的流体由于受孔板阻挡，阻力最大，使流体速度降低，部分动能转变成静压能，其结果使孔板入口端面接近管壁处的流体静压力升高。而管道中心流速最大，静压最低，使其在同一端面形成径向压力差，其结果将使流体质点在这一径向压差作用下产生一径向加速度。在这一径向速度作用下，靠近管壁处的流体质点以偏转一个角度向孔口流动，形成了流束的局部收缩。

 

　　由于流体运动的惯性，流经节流装置后流体将继续保持原来的流动方向，在孔板出口端面处形成一最小收缩截面，此处流束截面最小，流速达最大，压力最低。此后，流束又逐渐扩大，压力逐渐恢复升高，直到流体充满整个管道，压力恢复到最大值。但孔板后的压力并没有恢复到原来的数值，两者压力之差，即为流体流经节流装置后所产生的压力损失。此压力损失主要是由流体流经节流装置后流束突然扩大所产生涡流呆滞现象所造成的。在孔板出口端面处，流速已比原来增大，静压力也就较原来低。即p1＞p2（p1、p2分别为孔板前后的压力）。只要测量出p1、p2之差，就可计算出通过孔板气体流量的大小。孔板流量计理论流量计算公式为：

 

　　式中：qν为工况下的体积流量，m3/s；C为流出因数，无量纲；β=d/D，无量纲；d为工况下孔板开孔直径，mm；D为工况下上游管道内径，mm；ε为可膨胀因数，无量纲；△p为孔板前后的差压值，Pa；p1为工况下流体的密度，kg/m3。对于天然气而言，在标准状态下天然气流量的实用计算公式为：

 

　　式中：qn为标准状态下天然气体积流量，m3/s；As为秒计量系数，视采用计量单位而定。此式As=3.1794×10-6；C为流出系数；E为渐近速度系数；d为工况下孔板开孔直径，mm；FG为相对密度系数；ε为可膨胀系数；FZ为超压缩因子；FT为流动温度系数；P1为孔板上游侧取压孔气流绝对静压，MPa；△p为气流流经孔板时产生的差压，Pa。

 

　　这种测量方式是以能量守衡和流动连续性方程为基础的。孔板流量计就是通过节流装置产生差压，通过引压管将差压信号传递给计由差压变送器转换为标准信号传入主控室集散控制系统进行监控。