以孔板、喷嘴和文丘利管为代表的差压式流量计成功地应用于工业已愈百年。在积累大量实践经验的基础上,关于标准化差压式流量计的标准ISO5167—1、ISO5167—2、ISO5167—3和ISO5167—4已于2003年3月由标准化组织(ISO)正式公布执行。所谓“标准化”就是无须实验校准而确定差压与流量的关系,并可估算其测量误差。目前在全部流量计中只有这种流量计是*一种能达到此标准的流量计。
孔板流量计由于已标准化且结构简单、牢固;易于复制,通用性强,价格低廉而获得相当广泛的大量应用。然而,孔板流量计由于它自身结构上的缺陷也有一些重大的缺点;如流出系数不稳定,、线性差,重复性不高,准确度因受诸多因素影响也不高,易积污和易被磨损,压损较大,量程比(范围度)小,现场安装条件高,要求的直管段过长等。
对产生差压的节流装置的优化改进工作一直没有中断,对其尺寸、节流件的几何形式与参数,入口边缘剖面,取压与节流方式,可更换孔板的研制工作一直在进行。例如:为测量脏污流体的流量已开发出的非标准节流装置大至有:圆缺孔板、偏心孔板、楔形孔板、耐磨孔板、环形孔板、弯管(弯头)等。这种完善、改进的工作直到80年代中期才发展成质的飞跃,即:将流体节流收缩到管道中心轴线附近的概念从根本上改变成利用同轴安装在管道中的V形尖圆锥将流体逐渐地节流收缩到管道的内边壁。通过测量此V形内锥体前后的差压来测量流量。这种V形内锥式(VNZ)流量计为差压式流量计揭开了崭新的一页。经过10多年来的多次测试和应用,目前人们已普遍地理解它并且接受它作为一种更有效的流量仪表。实践证明:利用VNZ流量计能在更短的直管段条件下,以更宽的量程比对洁净或脏污流体实现更准确更有效的流量测量。本章将详细论证它的工作原理、结构、整机系统组成;主要技术性能与指标;优缺点、典型产品剖析和典型应用实例与经验等。
2.工作原理
2.1差压式流量计的基本原理
总的说来,差压式流量计的工作基于如下事实:如果流体流经一个收缩(节流)件时,流体将被加速。这种流体的加速将使它的动能增加,而同时按照能量守恒定律,在流体被加速处它的静压力一定会降低一个相对应的值。能量守恒定律告诉我们:在一个封闭的系统中,流体的总能量是一个常数。为进一步进行定量分析,请参见以下图1
图1
在横截面1处,流体的平均流速是V1,其密度是ρ1,管道在横截面1处的横截面积是A1;当流体流过横截面2时,相应的平均流速是V2,密度是ρ2,横截面积是A2,根据流体流动连续性原理有如下关系式:V1·A1·ρ1=V2·A2·ρ2………………(1)
如果流体是液体,可认为在收缩前、后其密度不变,即
ρ1=ρ2=ρ
所以液体的体积流量:qV=V1·A1=V2·A2…………………(2)