来宝网 2013/12/18点击1281次
孔板流量计可用于测量液体、气体或蒸汽的流量。这种流量计是应用历史最长和最成熟的差压式流量计，至今在生产过程所用的流量仪表中仍占有重要地位。
孔板流量计中产生差压的装置称节流装置，其主体是一个局部收缩阻力件，称为节流元件。通过节流元件改变流体流通截面，从而在节流元件前后形成压力差。节流装置分为标
准节流装置和非标准节流装置两大类，标准节流装置的研究最充分，实验数据最完善，其型式已经标准化和通用化，只要根据有关标准进行设计计算，严格遵照加工要求和安装要求，这样的节流装置不需进行单独标定就可以使用。非标准节流装置用以解决脏污和高黏度流体的流量测量问题，尚缺乏足够的实验数据，故没有标准化。
孔板流量计的特点是结构简单，无可动部件;可靠性较高;复现性能好;适应性较广，它适用于各种工况下的单相流体，适用的管道直径范围宽，可以配用通用差压计;节流装置有标准化型式。其主要缺点是安装要求严格;流量计前后要求较长直管段;测量范围窄，一般范围度为3:1;压力损失较大;对于较小直径的管道测量比较困难(D<50mm)精确度不够高(±1%~±2%)等。
(1)孔板流量计测量原理及流量方程式
孔板流量计的测量原理以能量守恒定律和流动连续性定律为基础,在节流元件前后流体的静压和流速分布情况如图6-5所示。图中的节流元件为孔板。稳定流动的流体沿水平管道流经孔板，在其前后产生压力和速度的变化。流束在孔板前截面1处开始收缩，位于边缘处的流体向中心加速，流束中央的压力开始下降.在截面2处流束达最小收缩截面，此处流速最快，静压最低。之后流束开始扩张，流速逐渐减慢，静压逐渐恢复。但由于流体流经节流元件时会有压力损失，所以静压不能恢复到收缩前的最大压力值。
假设流体为不可压缩的理想流体，在节流件上游入口处流体流速为ν1,静压为P1，密度为ρ1。在最小收缩截面处的流体流速为ν2 ,静压为P2，密度为ρ2.可以列出水平管道的能量方程式和连续性方程式:
式中，A1为管道截面积；A2为流束最小收缩截面面积。
由于节流件很短，可以假定流体的密度在流经节流件时没有变化，即ρ1=ρ2=ρ;用节流件开孔面积
代替最小收缩截面面积A2；并引入节流装置 的直径比——β值，β=d/D= 
其中d为节流件的开孔直径，D为管道内径，由式（6-12）和式（6-13）可以求出流体流经孔板时的平均流速υ2：
根据流量的定义，流量与差压△P=P1-P2之间的关系式如下：
在以上关系式中，由于用节流件的开孔面积代替了最小收缩截面，以及△p有不同的取压位置等因素的影响，在实际应用时必然造成测量偏差。为此引入流量系数α以进行修正。则最后推导出的流量方程式表示为:
流量系数α是节流装置中最重要的一个系数，它与节流件形式、直径比、取压方式、流动雷诺数Re及管道粗糙度等多种因素有关。由于影响因素复杂，通常流量系数α要由实验来确定。实验表明，在管道直径、节流件形式、开孔尺寸和取压位置确定的情况下，α只与流动雷诺数Re有关，当Re大于某一数值(称为界限雷诺数)时，α可以认为是一个常数，因此孔板流量计应该工作在界限雷诺数以上.α与Re及β的关系对于不同的节流件形式各有相应的经验公式计算，并列有图表可查。
对于可压缩流体，考虑流体通过节流件时的膨胀效应，再引入可膨胀性系数ε作为因流体密度改变引起流量系数变化的修正。可压缩流体的流量方程式表示为:
可膨胀性系数ε≤1，它与节流件型式、β值、△P/P1及气体熵指数κ有关，对于不同的节流件型式亦有相应的经验公式计算，并列有图标可查。需要注意，在查表时△P应取对于应于常用流量时的差压值。
在流量方程式中也可用流出系数C代替流量系数α进行修正。两个系数之间的关系为α=CE，其中
成为渐进速度系数。利用流出系数C来分析各种因素对流量的影响显得更加方便，在不同的β和不同的Re下，C的变化范围要比α的变化范围小许多。
