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節流裝置的流量測量原理
差壓式流量計作為經典與古老的流量計，應用范圍廣泛。不過隨著電子式流量計如（電磁、渦街等）流量計的興起，我們有些新的行業朋友，還真不一定熟悉這種流量計，今天這一期，給大家好好講解這個差壓式流量計。
差壓式流量計在化工生產中得到廣泛的應用，也是操作人員熟悉的一種流量計，它的節流裝置（1）安裝在生產工藝管道（2）上，并由引壓管（3）和差壓變送器（4）三個部分組成流量測量系統(如圖3—1所示)。下面對差壓式流量計，差壓變送器及差壓式流量計的安裝分別予以介紹。
圖3-1 差壓式流量計的組成
差壓式(也稱節流式)流量計是基于流體流動的節流原理，利用流體經節流裝置時產生的壓力差而實現流量測量的。差壓式流量計一般是由能將流體的流量變換成差壓信號的節流量(孔扳、噴嘴)和用來測量壓差值的差壓計或差壓變送器及顯示儀表組成。
這種流量計，目前在化工、煉油及其它工業中應用很廣，應用的歷史也較長久，因此已經積累了豐富的實踐經驗和完整的實驗資料。對于常用的孔板、噴嘴等節流裝置，國內外已把它們標準化了，并稱為“標準節流裝置”。因此,這種流量計所用的標準節流裝置可以根據計算結果直接投入制造和使用，不*實驗方法進行單獨標定。但對于非標準化的特殊節流裝置, 在使用時，均應進行個別標定。
一．節流裝置的流量測量原理
節流現象及其原理：
流體在有節流裝置的管道中流動時，在節流裝置前后的管璧處，流體的靜壓產生差異的現象稱為節流現象，如圖3—2所示
圖3—2 流體流經節流裝置時的節流現象
現在，我們對流體流經節流裝置前后的變化情況作進一步分析。
連續流動著的流體，在遇到安插在管道內的節流裝置時，由于節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，擠過節流孔，形成流速的擴大而降低。與此同時，在節流裝置前后的管壁處的流體靜壓力就產生了差異,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
此即為節流現象,從圖中可以看出，節流裝置的作用在于造成流束的局部收縮從而產生的壓差.并且,流過的流量愈大在節流裝置前后所產生的壓差也愈大， 因此可以通過測量壓差來衡量流體流量的大小。由于節流裝置造成流束的收縮， 同時流體又是保持連續流動的狀態,因此在流束截面積小處的流速達到大， 在流速截面積小處，流體的靜壓力低。
同理，在孔板出口端面處，由于流速已比原來增大，因此靜壓力仍舊比原來的為低(即圖中P2
二.標準節流裝置
標準節流裝置有孔板（下圖左）,噴嘴和文丘里管（下圖右）等,其中又以孔板應用廣。
我們把應用廣泛的節流裝置-----孔板作一簡單的介紹。
孔板的結構
標準孔扳是一塊圓形的中間開孔的金屬扳，開孔邊緣非常尖銳，而且與管道軸線是同心的，用于不同管道內徑的標準孔板，其結構形式基本是幾何相似的，如圖3-4所示，標準孔扳是旋轉對稱的，上游側孔板端面的任意兩點間連線應垂直于軸線。
孔板的開孔，在流束進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散，錐面的斜角為F。當孔板的厚度E>0.02D(D為管道內徑)時，F應在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。孔板的機械加工精度要求比較高。
圖3—4 標準孔扳
孔板使用條件的規定
(1)．被測介質應充滿全部管道截面連續地流動。
(2)．管道內的流束(流動狀態)應該是穩定的。
(3)．被測介質在通過孔板時應不發生相變(例如：液體不發生蒸發，溶解在液體中的氣體應不會釋放出來)，同時是單相存在的。對于成份復雜的介質，只有其性質與單一成分的介質類似時 才能使用。
(4)，測量氣體(蒸汽)流量時所析出的冷凝液或灰塵，或測量液體流量時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。
(5)．在測量能引起孔板堵塞的介質流量時，心須進行定期清洗。
(6)．在離開孔板前后兩端面2D的管道內表面上，沒有任何凸出物和肉眼可見的粗糙與不平的現象。對于標準噴嘴。標準文丘里噴嘴和標準文丘里管， 這些條件均適用。
孔板因為制造工藝簡單，安裝方便，成本低。因此被廣泛的應用，但在使用時特別要注意，尤其是用于測量腐蝕性介質及含有灰塵的介質有流量時， 要經常觀察測量結果是否準確，防止由于腐蝕和堵塞取壓口而造成的測量誤差過大， 或根本不能測量的現象發生， 每年大檢修應進行孔扳的清洗工作，發現腐蝕嚴重時應立即更換新的孔板。
三、差壓變送器變送器是用于生產過程參數的檢測，供各種工業過程參數的測量、變換及信號傳送用。其中以差壓變送器的使用廣泛，用來測量流量、液位、壓力、密度等參數。
電容式變送器采用電容式變換元件，把壓力參數轉換成電容量的變化，主要完成對壓力或差壓信號進行檢測和變送的任務。變送器把被測參數轉換成標準信號：4-20mA.DC輸出。它的特點是精度高、體積小、性能好、可靠性好、長期穩定性且調整方便。一般精度為0.25級。
電容式差壓工作原理
電容式變送器的測量部分是由敏感部件和法蘭組件構件，法蘭組件通過錐管螺紋與被測介質相連。法蘭和敏感部件用四個雙頭螺栓夾固，分為高、低壓兩室，用H．L表示。如果低壓室用盲孔法蘭，則構成壓力變送器，如果低壓室抽真空密封，則構成壓力變送器。
圖3-5為電容式變送器的測量部分---δ室
敏感部件的核心是δ室（也包括檢查線路板），δ室為對稱結構，由*相同的左右兩室構成差動電容的固定極板，測量膜片焊接在兩室中間，作為差動電容 的活動極板，在兩室的空腔中充滿硅油（或氟油），以便傳送測量壓力。當被測壓力P1，P2作用于隔離膜片時，差壓ΔP經硅油傳送到測量膜片，引起微小的位移量Δd從而改變了兩差動電容的值，將適當的激勵電壓在差動電容，將它產生的交變電流經整流，控制，放大等轉換電路的處理后，在變送器上就得到與測量壓力成比例的4-20MADC信號，這就是電容式差壓變送器的基本原理。
運行維護方法
電容式變送器無機械傳動部分，敏感組件采用全焊接結構，轉換部分的線路板采用接插式安裝，堅固，耐用，故一般幾乎不需要大的維修，如出現不正常情況時，可從以下幾方面檢查：
1．系統輸送偏高
可能的原因和較正方法：
a．導壓管：檢查導壓管上的接頭和焊口，是否有堵塞和滲漏，在某些容易結晶的化工介質中使用時，更應特別注意沉積物有堵塞導壓管。
b．電路連接:要經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,應于更換修理.
d．敏感元件:若發現敏感部件的故障時，可參考有關規程進行檢查.
2．系統輸出偏低或無輸出
可能的原因及較正方法：
a．引壓管：檢查連接是否正確，有無泄漏或堵塞。檢查引液導管中是否有氣體。法蘭中有無沉積物。
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，找出故障的線路板并給予更換。
3.系統輸出不穩定
可能的原因及較正方法：
a. 檢查電氣回路是否有短路，開路及多點接地。
b. 調整阻尼時間，加大阻尼量，能否消除系統振蕩。
c．導壓管的檢查，檢查液體導壓管中是否有氣體。在氣體導壓管中是否有液體。
差壓式流量計的安裝
要使差壓式流量計能夠實現流量測量，除了正確地選用和計算外，還必須正確地安裝節流裝置，引壓管和差壓變送器，以保證信號的正確獲取、變送和指示。
1．節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方向，不得裝反。
2．節流孔板應安裝在直管段部分，否則彎頭、閥門等局部阻力的影響，造成測量不準，有關節流裝置的前后安裝直管長度，可從儀表手冊或相關的資料中查得。
3．當測量液體流量時，測壓孔開在水平管道下半部，差壓變送器應安裝在孔板之下。當差壓計不得不放在節流裝置上方時應在導壓管高點加放氣閥，以保證導壓管內沒有氣體，如圖3—6所示。
圖3-6 測量液體流量時信號管路的安裝方法
a) 顯示儀表位于節流裝置下方.
b) 顯示儀表位于節流裝置上方且中間有隔墻.
4．當測量氣體流量時，測壓孔開在管道的上半部，差壓變送器應安得高于孔板。當無法滿足此要求時，必須在導壓系統低處加冷凝和放水閥，以保證導壓管內沒有液體。如圖3-7所示。
圖3-7 測量氣體流量時信號管路的安裝方法
5．當測量蒸汽流量時，測壓孔開在管道水平直徑上，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壓管，使差壓變送器與高溫蒸汽隔開，如圖3-8所示。
圖3-8 測量蒸汽流量時信號管路的安裝方法
6．安裝差壓變送器時，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
作差壓計的三閥組，必須注意兩個原則：
①不能讓導壓管內的凝結水或隔離液流失
②不能使測量元件（膜盒或波紋管）受壓和受熱
三閥組的起動順序應是，打開正壓閥1，關閉平衡閥2，打開負壓閥3，停動的順序應與上述相反，即關閉負壓閥3，打開平衡閥2，關閉正壓閥1。這樣就可以免除由于一時疏忽，而把某一高壓引入測量室而造成測量室單相受壓而損壞儀表的危險。