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差壓式流量計原理及選型
日期：2025-01-14 00:57
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摘要：
1. 概述
差壓式流量計（以下簡稱DPF）是根據安裝于管道中流量檢測件產生的差壓，已知的流體條件和檢測件與管道的幾何尺寸以測量流量的儀表。DPF由一次裝置（檢測件）和二次裝置（差壓轉換和流量顯示儀表）組成。通常以檢測件的型式對DPF分類，如孔板流量計、文丘里管流量計及均速管流量計等。二次裝置為各種機械、電子、機電一體式差壓計，差壓變送器和流量顯示及計算儀表，它已發展為三化（系列化、通用化及標準化）程度很高的類型規格龐雜的一大類儀表。DPF按其檢測件的作用原理可分為：節流式、動壓頭式、水力阻力式、離心式、動壓增益式及射流式等幾大類，其中以節流式和動壓頭式應用*為廣泛。
由于篇幅所限，本講內容只涉及節流式差壓流量計，它是DPF中用量**的一類儀表。
節流式DPF由三部分組成：節流裝置、差壓變送器和流量顯示儀。
節流裝置按其標準化程度分為標準型和非標準型二大類。所謂標準節流裝置是指只要按照標準文件（ISO5167或GB2624）設計、制造、安裝和使用，無須經實流校準即可確定其流量值并估算其測量誤差。非標準節流裝置是成熟程度較差，尚未列入標準文件的檢測件。
差壓變送器經歷長期的發展，80年代后技術上有新的突破，新產品稱為智能式變送器（或稱靈巧式變送器），產品為內置微處理器的固態變送器，其可靠性，測量準確度和功能多樣化都是較完善的。
流量顯示儀大致經歷四個發展階段，即機械運算記錄圖表式、模擬運算機械計數式、簡單邏輯運算數顯式和程控微處理器運算及多功能數字顯示式。目前內置微處理器的顯示儀對流量測量工程問題考慮周到，功能齊全，又稱流量計算機。
節流式DPF自20世紀初開始工業應用以來，經歷漫長的發展過程，其中20年代美國和歐洲開始進行大規模的節流裝置試驗研究，用得*普遍的節流裝置--孔板和噴嘴開始標準化，現在標準噴嘴的一種形式--ISA 1932噴嘴其幾何形狀就是30年代標準化的。只有節流裝置結構型式標準化了，才有可能把國際上眾多的研究成果匯集到一起，其意義是很深遠的。在ISO（國際標準化組織）的組織下，經過30余年的努力，**個節流裝置國際標準ISO 5167在1980年誕生了，它是節流式DPF發展史上的一個里程碑。但是ISO 5167亦暴露出許多缺陷，如標準中試驗數據的陳舊性，直管段長度規定的爭議，標準中各項規定的科學性以及節流式DPF準確度如何更提高的問題。整個80年代歐洲和美國進行了大規模的孔板流量計試驗研究，它為ISO 5167的修訂打下堅實的基礎。1999年ISO發出ISO 5167修訂稿（ISO/CD5167-1～4），該標準修訂稿與現有標準有實質性改變，是一個全新的標準，在技術內容和編輯上都有較大改動。本來預定于1999年7月在美國丹佛舉行的ISO/TC30/SC2會議上審查通過為DIS（國際標準草案），但是會議認為尚有細節應再商榷而未能通過。新ISO 5167正式通過估計為期不遠。新ISO 5167在標準的兩個核心內容有實質性變化，一是孔板的流出系數公式，它用Reader-Harris/Gallagher計算式（R-G式）代替Stolz 式，另一為節流裝置上游側直管段長度的規定及流動調整器的使用。
我們通常稱ISO5167（或GB2624）中所列節流裝置為標準節流裝置，其它的都稱為非標準節流裝置。應該指出，非標準節流裝置不僅是指那些節流裝置結構與標準節流裝置相異的，如果標準節流裝置偏離標準條件下工作亦應稱為非標準節流裝置，如標準孔板在混相流或標準噴嘴在臨界流下工作的都是。目前非標準節流裝置大致有以下一些種類：
?。?） 低雷諾數用： 1/4圓孔板、錐形入口孔板、雙重孔板、雙斜孔板、半圓孔板等；
?。?） 臟污介質用： 圓缺孔板、偏心孔板、環狀孔板、楔形孔板、彎頭節流件等；
?。?） 低壓損用： 羅洛斯管、道爾管、矩形文丘里管、通用文丘里管、雙重文丘里噴嘴、Vasy管等；
?。?） 小管徑用： 小于50mm節流件、整體（內藏）孔板等；
?。?） 端頭節流裝置： 端頭孔板、端頭噴嘴、Borda管等；
?。?） 寬范圍度節流裝置： 變壓頭變面積孔板（線性孔板）；
?。?） 脈動流節流裝置；
?。?） 臨界流節流裝置；
（9） 混相流節流裝置。
在現場使用的各種需求及工況的復雜標準節流裝置往往難以完全滿足要求，非標準節流裝置的發展是客觀的需要，它代表了節流裝置的發展趨向。
應該指出，節流式DPF的關鍵部分--節流裝置目前已發展到幾十種，但是只有極少品種成為標準節流裝置，阻礙非標準型晉升為標準型的原因是試驗研究的人力物力的限制，按照傳統試驗研究方法要使一種類型節流裝置成為標準節流裝置一般要經過極漫長的過程。近年科學技術的進步，這種局面正在發生變化，先進的試驗研究方法，如計算機仿真技術、計算可視化技術等的應用可以加速試驗研究的進程，相信今后會有更多類型節流裝置晉升為標準型，它將使節流式DPF更大擴展其使用范圍。
20世紀90年代中后期世界范圍內各式差壓流量計銷售量在流量儀表總量中臺數占50%～60%（每年約百萬臺），金額占30%左右。我國銷售臺數約占流量儀表總量（不包括家用燃氣表、家用水表及玻璃管浮子流量計等）的35%左右（每年約6萬～7萬臺）。
2. 工作原理
2.1 基本工作原理
充滿管道的流體，當它流經管道內節流件時，如圖1所示，流束將在節流件處形成局部收縮。因而流速增加，靜壓力降低，于是在節流件前后便產生了壓差，流體流量愈大，產生的壓差愈大，因而可依據壓差來衡量流量的大小。這種測量方法是以流動連續性方程（質量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒定律）為基礎的，壓差大小不僅與流量還與其它許多因素有關，如節流裝置型式、流體的物理性質（密度、粘度等）以及雷諾數等。
圖1 節流式差壓流量計
2.2 流量方程
式中 qm, qυ--分別為質量流量（kg/s），體積流量（m3/s）；
C--流出系數；
ε--可膨脹性系數；
β--直徑比，β=d/D；
d--工作條件下節流件的孔徑，m；
D--工作條件下上游管道內徑，m；
ΔP--差壓，Pa；
ρ1--上游流體密度，kg/m3。
由上式可見，流量為C、ε、d、ρ、ΔP、β（D）6個參數的函數，此6個參數可分為實測量[d，ρ，ΔP, β（D）]和統計量（C，ε）兩類。
A 實測量
（1）d、D 式（1）中d與流量為平方關系，其精度對流量總精度影響較大，誤差值一般應控制在±0.05%左右，還應計及工作溫度對材料熱膨脹的影響。標準規定管道內徑D必須實測，需在上游管段的幾個截面上進行多次測量求其平均值，誤差不應大于±0.3%。除對數值測量精度要求較高外，還應考慮內徑偏差會對節流件上游通道造成不正常節流現象所帶來的嚴重影響。因此，當不是成套供應節流裝置時，在現場臨時配管應充分注意這個問題。
?。?）ρ ρ在流量方程中與ΔP處于同等位置，亦就是說，當追求差壓變送器高精度等級時，絕不要忘記ρ的測量精度亦應與之相匹配。否則ΔP的提高將會被ρ的降低所抵銷。
（3）ΔP 差壓ΔP的**測量不應只限于選用一臺高精度差壓變送器。實際上差壓變送器能否接受到真實的差壓值還決定于一系列因素，其中正確的取壓孔及引壓管線的制造、安裝及使用是保證獲得真實差壓值的關鍵，這些影響因素很多是難以定量或定性確定的，只有加強制造及安裝的規范化工作才能達到目的。
B．統計量
（1）C 統計量C是無法實測的量（指按標準設計制造安裝，不經校準投用），在現場使用時*復雜的情況出現在實際的C值與由標準確定的C值不相符合。它們的偏離是由設計、制造、安裝及使用一系列因素造成的。應該明確，上述各環節全部嚴格遵循標準的規定，其實際值才會與標準確定的值相符合，現場是難以完全滿足這種要求的。應該指出，與標準條件的偏離，有的可定量估算（可進行修正），有的只能定性估計（不確定度的幅度與方向），但是現實中，有時不僅一個條件偏離，這就帶來非常復雜的情況，因為一般資料中只介紹某一條件偏離引起的誤差，如果許多條件同時偏離，則缺少相關的資料可查。
（2）ε 可膨脹性系數ε是對流體通過節流件時密度發生變化而引起的流出系數變化的修正，它的誤差由兩部分組成：其一為常用流量下ε的誤差，即標準確定值的誤差；其二為由于流量變化ε值將隨之波動帶來的誤差。一般在低靜壓高差壓情況，ε值有不可忽略的誤差。當ΔP/ρ≤0.04時，ε的誤差可忽略不計。
3. 分類
差壓式流量計的分類原則有如下三種
3.1 按產生差壓的作用原理分類
?。?）節流式: 依據流體通過節流孔使部分壓力能轉變為動能以產生差壓的原理來工作的，其檢測件稱為節流裝置，是差壓式流量計的主要品種。
?。?）動壓頭式: 依據動壓轉變為靜壓原理工作，如均速管流量計。
?。?）離心式: 依據彎曲管或環狀管產生離心力原理形成的壓差來工作，如彎管流量計。
?。?）水力阻力式: 依據流體阻力產生的壓差原理來工作，其檢測件為毛細管束，又稱層流流量計。
?。?）動壓增益式: 依據動壓放大原理工作，如皮托--文丘里管。
（6）射流式: 依據流體射流撞擊產生壓差原理工作，如射流式差壓流量計。
3.2 按結構形式分類
?。?）標準孔板；（2）標準噴嘴；（3）長徑噴嘴；（4）經典文丘里管；（5）文丘里噴嘴；（6）錐形入口孔板；（7）1/4圓孔板；（8）圓缺孔板；（9）偏心孔板；（10）楔形孔板；（11）內藏孔板；（12）線性孔板；（13）環形孔板；（14）道爾管；（15）低壓損管；（16）通用文丘里管；（17）矩形文丘里管。
3.3 按用途分類
（1）標準節流裝置；（2）低雷諾數節流裝置；（3）臟污流用節流裝置；（4）低壓損節流裝置；（5）小管徑節流裝置；（6）寬范圍度節流裝置；（7）臨界流節流裝置；（8）混相流節流裝置。
4. 主要特點
?。?）應用*普遍的標準孔板，結構易于復制，簡單牢固，性能穩定可靠，使用期長，價格低廉；
（2）應用范圍廣泛，至今尚無任何一類流量計可與之比擬，全部單相流體，包括液、氣、蒸汽皆可測量，部分混相流，如氣固、氣液、液固等亦可應用，一般生產過程的管道直徑，工作狀態（壓力和溫度）皆有產品；
（3）檢測件與差壓顯示儀表可分開不同制造廠生產，便于專業化形成規模經濟生產，它們的結合非常靈活方便；
?。?）檢測件，特別是標準型的，是全世界通用的，并得到國際標準化組織和國際法制計量組織的認可。對標準型檢測件進行的試驗研究是國際性的，其它流量計一般僅依靠個別廠家或研究群體進行，因此其研究廣度與深度不可同日而語。從時間上看，標準型自20世紀30年代由國際標準化組織確定后再也沒有改變，這樣研究資料及生產實踐的積累極其豐富，它涉及的應用范圍還沒有哪一類流量計可比擬；
?。?）正是由于上述原因，標準型節流式DPF無須實流校準即可投用，在流量計中亦是的；
?。?）目前在各種類型中以節流式和動壓頭式應用*多，節流式檢測件達數十種之多，新品種不斷出現，較成熟的向標準型方向發展，ISO設有專門技術委員會負責此工作。動壓頭式以均速管流量計為代表近年有較快發展，它是插入式流量計的主要品種；
（7）測量的重復性，**度在流量計中屬中等水平，由于眾多因素的影響錯綜復雜，難以**掌握，**度提高比較困難；
?。?）范圍度窄，一般為3∶1或4∶1；
?。?）現場安裝條件要求較高，如需較長直管段長度，一般較難滿足；
（10）檢測件與差壓顯示儀表之間的引壓管線為薄弱環節，易產生泄漏、堵塞、凍結及信號失真等故障；
?。?1）壓損大（指孔板、噴嘴等）。
為彌補上述缺點，近年進行一些改進措施：
（1） 關于范圍度的拓寬
節流式DPF范圍度拓寬從兩方面著手：a）開發線性孔板或稱彈性加載可變壓頭流量計；b）采用寬量程 差壓變送器或多臺差壓變送器并用。
（2） 開發定值節流件
定值節流件是指每種通徑的測量管道配以有限數量的節流件，節流件的直徑比（β值）按優先數系選用，每種通徑配3-5種β值節流件。定值節流件有許多特點，如改變節流件對號入座的缺陷，節流件可大批量生產，對于廓形節流件（噴嘴、文丘里管）可采用專用加工設備，降低生產成本，為擴大使用創造條件。
?。?） 壓損的問題
通常節流件DPF壓損大是指檢測件為孔板和噴嘴，其實早已開發多種低壓損節流件，如各種流量管（道爾管、羅洛斯管、通用文丘里管等），它們未能大量采用，主要原因為檢測件結構笨重，價格高，若采用定值方式，可望批量生產，降低造價。
?。?） 一體化節流式DPF
把節流裝置和差壓變送器做成一體，省卻引壓管線，減少故障率，動態特性好，方便安裝使用，受到用戶歡迎，國外應用普遍，國內亦開始應用。
（5） 安裝條件的問題
節流件中經典文丘里管要求的直管段長度是比較短的（一般5D～10D），在直管段長度不能滿足的場所可以推廣采用。近年縮減直管段長度的流動調整器（整流器）的開發成為國際上的一個熱點，并取得長足進展，今后為提高DPF的測量**度配備流動調整器將成為必備的輔助設備。
5. 選用考慮要點
選用考慮因素可分為5個方面：儀表性能、流體特性、安裝條件、環境條件和經濟因素，現分述如下：
?。?） 儀表性能
在國際標準ISO5167或國家標準GB/T2624中我們可以見到標準節流裝置的主要技術參數，這些參數包括管徑，直徑比，雷諾數，管壁粗糙度，流出系數與可膨脹性系數的計算式及其不確定度等，超出這些參數以外并非不能使用，例如管徑50mm以下或1000mm（對于孔板）以上的節流裝置，采取實流校準仍可應用，有時為提高測量**度亦采取實流校準，例如標準噴嘴，在標準中其測量精度較低（約2%），而事實上個別校準可獲得很高的測量**度。節流式DPF的**度在很大程度上決定于現場的使用條件。如果檢測件的制造質量符合要求，則影響其**度主要是二方面：流體物性參數的確定和流體流動特性是否符合標準的要求。對于流動特性在安裝條件中再介紹。整套流量計的**度還決定于差壓變送器和流量顯示儀的**度。選用高**度差壓變送器應該有一個**的估計，若節流裝置流出系數精度不高，密度數值不準，則高精度差壓變送器并不能提高整體的**度。這里應特別強調，節流式DPF是一種從設計、制造到安裝使用都要求很嚴格的流量計，任何一個環節不符合標準的要求，產生的誤差有時難以用定量估計。
檢測件為標準節流裝置原則上無須實流校準，但其前提條件為需符合標準的全部規定，這點在現場使用往往難以完全滿足，因此使用時附加誤差的估計很重要，有許多資料提供這方面咨詢，但都不是**可靠的，當然**是盡量按標準的規定去做。這從另一方面顯示節流式DPF的**度提高有一定潛力，只要精益求精，其**度是可以提高的。
關于儀表性能的提高，前面我們已經介紹了近年來國內外的一些措施，它說明雖然節流式DPF是一種古老的流量計，它仍在隨著時代科技進步不斷在開拓自己的前景.
（2）流體特性
流體特性分二方面考慮：
a）流體物性參數（密度、粘度、等熵指數等）的確定。一般這些參數是根據壓力、溫度和流體組份計算出來的，這里影響參數**度有壓力溫度和組分測量的**度以及物性參數與這些參數函數關系的**度二方面。應該指出，對于混合物這些函數關系的**度存在較大問題，這時若能采用密度計直接確定介質密度是**的，但是由于實際條件并不是總能做到的。
一個重要問題應特別注意，一般物性參數是在節流裝置設計時提供的，它在投用后可能發生變化，因此流量計投用后應該再次確認其正確性，工藝過程中壓力溫度如果波動較大亦應采取補償（修正）措施。
b）流體的腐蝕、磨蝕、結垢、臟污等特性的影響，這些特性對流量計使用的可靠性關系很大。由于節流式DPF是依據節流裝置的幾何形狀及尺寸來確定測量信號的，任何偏離投用時的形狀和尺寸都會使信號發生偏差。這些特性對檢測件的影響是隨時間而變的，因此定期檢查檢測件應該是使用必須遵守的規定。這些特性有時連工藝人員都吃不準，要定量確定它更是困難的事。因此，定期檢查檢測件和積累使用經驗更為重要。
（3）安裝條件
為使標準節流裝置符合幾何相似和動力學相似，以便采用標準文件給定的流出系數，除節流裝置結構及制造應符合標準規定外，安裝條件是保證幾何相似和動力學相似的重要方面。安裝要求包括管道條件，管道連接情況，取壓口結構，節流裝置上下游直管段長度以及差壓信號管路的敷設情況等。
標準規定進入節流裝置流體應為充分發展管流和定常流（亦稱穩定流）。為得到充分發展管流，在節流裝置上游側各種阻流件必須配備相應的直管段長度，如果現場不能滿足長度要求，可以安裝流動調整器（亦稱整流器）以縮短必要的直管段長度。但是標準中只列舉有限類型的阻流件，而現場阻流件類型遠超過它，另外標準中各種阻流件的數據是在進入該類型流動為充分發展管流條件得到的，而現場幾種阻流件串接一起是經常遇到的，亦就是說，進入阻流件的流動并非充分發展管流，在這種情況下，要得到可靠的測量惟有安裝流動調整器。
標準規定流體流動必須是穩定的，或僅隨時間緩慢變化，這種定常流條件在現場是很難完全滿足的，偏離這種條件會帶來多大附加誤差一直是流量測量課題之一。引起非定常流的情況是很多的，例如原動機（往復式發動機、壓氣機、泵、風機等）產生的；控制閥頻繁動作產生的；管線自激振蕩，特別是在有諧振時引起的；
工藝管件（閥、彎頭、支管等）使流體分離產生的；整個流動系統布置引起的；混相流中某些流型引起的等等。1998年ISO發表關于脈動流測量的技術報告ISO/TR3313：1998《Measurement of fluid flow in closed conduits-Guidelines on the effects of flow pulsations on flow measurement instruments》。它給予采用節流式DPF測量脈動流的有關數據。
（4）環境條件
節流式DPF的二部分差壓變送器和流量顯示儀裝備有電子器件及微機等，它們對環境條件的要求與其它電子儀器儀表是一樣的，這里不再多談。這里談一下關于一體式DPF的環境條件問題，幾乎所有流量計都有一體式和分離式兩種型式，以前節流式DPF大都采用分離式，由于分離式中差壓信號管路存在諸多弱點，近年出現的一體式受到用戶的歡迎，但是亦應看到由于一體式把差壓顯示部分與節流裝置安裝在一起，對差壓顯示儀的要求就提高了，它應適應現場環境條件，顯然它比控制室里的環境條件要嚴酷了，比如現場管線振動及強電磁場干擾等，因此應該根據實際情況來決定采用哪一種型式較合適。
（5）經濟因素
經濟因素包括購置費、安裝費、運行費、校驗費、維護費及備品備件等，現分述如下:
a）購置費： 與其它型式流量計相比，流量計的檢測件（節流裝置）的購置費用較便宜，但亦應考慮其它二部分：差壓變送器和流量顯示儀加在一起則整套儀表就不一定便宜了。
b）安裝費： 差壓信號管路的安裝費用較高考慮到有時尚需配備各種輔助設備，如冷凝器、集氣器、沉降器以及隔離器等，因此采用一體式可降低安裝費用。
c）運行費： 運行費主要考慮壓損產生的能耗，尤其大口徑時更應注意，常用的節流裝置孔板與噴嘴都是高壓損的檢測件，但相比之下噴嘴比孔板的壓損要小得多（約為30%-50%）。為降低運行費采用低壓損節流裝置，但一般低壓損節流裝置的購置費又較高，兩者應仔細核算一下采用哪種較合算。
d）校驗費： 對于標準節流裝置無須實流校驗這是其主要優點，但節流裝置的幾何校驗費用還是需要的，對于用戶免實流校驗不僅是節省費用問題，它還帶來許多免麻煩的事。
e）維護費： 流量計檢測件牢固可靠，與具有可動檢測件（如渦輪、容積式）流量計相比維護費較少，但是流量計其它二部分差壓顯示儀還是有一定維護費的。
f）備品備件： 流量計昂貴部分（差壓顯示儀）通用性強，在大中型企業備品備件較節省便利。
6． 標準節流裝置的選擇原則
為了選擇*適宜的標準節流裝置，選型時應從以下幾方面考慮：
（1）管徑、直徑比和雷諾數范圍的限制條件；
?。?）測量準確度；
?。?）允許的壓力損失；
?。?）要求的*短直管段長度；
（5）對被測介質侵蝕、磨蝕和臟污的敏感性；
?。?）結構的復雜程度和價格；
?。?）安裝的方便性；
（8）使用的長期穩定性。
根據上述幾方面，標準節流裝置的選型原則可歸納為以下幾點：
?。?） 標準節流裝置各種類型節流件應用的管徑、直徑比和雷諾
數范圍皆有一定限制，在國家標準GB/T2624-93（或國際標準ISO5167-1）中有詳細規定，例如孔板可應用于比噴嘴和文丘里噴嘴更大的管徑范圍，各種類型經典文丘里管的管徑范圍差別較大等等。
（2）標準節流裝置各種類型節流件的準確度在同樣差壓、密度測量精度下，決定于流出系數與可膨脹系數的不確定度。各種節流件的流出系數的不確定度差別較大，相比之下，孔板的流出系數的不確定度*小，廓形節流件（噴嘴、文丘里管）較大。廓形節流件較大的原因是標準中給出的流出系數公式所依據的擬合的數據庫質量較差。但是對廓形節流件進行個別校準，也可得到高的準確度。
?。?）在同樣差壓下，經典文丘里管和文丘里噴嘴的壓力損失約為孔板與噴嘴的
?。?）在相同阻流件類型和直徑比情況下，經典文丘里管的必要直管段長度比孔板與噴嘴的要小得多。
?。?）測量易使節流件沾污、磨損及變形的被測介質時，廓形節流件較孔板要優越得多。
（6）在加工制造及安裝等方面，孔板*為簡單，噴嘴次之，文丘里噴嘴和經典文丘里管*復雜，其造價亦依次遞增。管徑愈大，這種差別愈顯著。
（7）孔板易取出檢查節能流件質量（采用可換孔板節流裝置），噴嘴和文丘里管則需截斷流體，拆下管道才可檢查，比較麻煩。
（8）中小口徑（DN50～DN100）節流裝置，取壓口尺寸和取壓位置的影響顯著，這時采用環室取壓有一定優勢。
差壓式流量計（以下簡稱DPF）是根據安裝于管道中流量檢測件產生的差壓，已知的流體條件和檢測件與管道的幾何尺寸以測量流量的儀表。DPF由一次裝置（檢測件）和二次裝置（差壓轉換和流量顯示儀表）組成。通常以檢測件的型式對DPF分類，如孔板流量計、文丘里管流量計及均速管流量計等。二次裝置為各種機械、電子、機電一體式差壓計，差壓變送器和流量顯示及計算儀表，它已發展為三化（系列化、通用化及標準化）程度很高的類型規格龐雜的一大類儀表。DPF按其檢測件的作用原理可分為：節流式、動壓頭式、水力阻力式、離心式、動壓增益式及射流式等幾大類，其中以節流式和動壓頭式應用*為廣泛。
由于篇幅所限，本講內容只涉及節流式差壓流量計，它是DPF中用量**的一類儀表。
節流式DPF由三部分組成：節流裝置、差壓變送器和流量顯示儀。
節流裝置按其標準化程度分為標準型和非標準型二大類。所謂標準節流裝置是指只要按照標準文件（ISO5167或GB2624）設計、制造、安裝和使用，無須經實流校準即可確定其流量值并估算其測量誤差。非標準節流裝置是成熟程度較差，尚未列入標準文件的檢測件。
差壓變送器經歷長期的發展，80年代后技術上有新的突破，新產品稱為智能式變送器（或稱靈巧式變送器），產品為內置微處理器的固態變送器，其可靠性，測量準確度和功能多樣化都是較完善的。
流量顯示儀大致經歷四個發展階段，即機械運算記錄圖表式、模擬運算機械計數式、簡單邏輯運算數顯式和程控微處理器運算及多功能數字顯示式。目前內置微處理器的顯示儀對流量測量工程問題考慮周到，功能齊全，又稱流量計算機。
節流式DPF自20世紀初開始工業應用以來，經歷漫長的發展過程，其中20年代美國和歐洲開始進行大規模的節流裝置試驗研究，用得*普遍的節流裝置--孔板和噴嘴開始標準化，現在標準噴嘴的一種形式--ISA 1932噴嘴其幾何形狀就是30年代標準化的。只有節流裝置結構型式標準化了，才有可能把國際上眾多的研究成果匯集到一起，其意義是很深遠的。在ISO（國際標準化組織）的組織下，經過30余年的努力，**個節流裝置國際標準ISO 5167在1980年誕生了，它是節流式DPF發展史上的一個里程碑。但是ISO 5167亦暴露出許多缺陷，如標準中試驗數據的陳舊性，直管段長度規定的爭議，標準中各項規定的科學性以及節流式DPF準確度如何更提高的問題。整個80年代歐洲和美國進行了大規模的孔板流量計試驗研究，它為ISO 5167的修訂打下堅實的基礎。1999年ISO發出ISO 5167修訂稿（ISO/CD5167-1～4），該標準修訂稿與現有標準有實質性改變，是一個全新的標準，在技術內容和編輯上都有較大改動。本來預定于1999年7月在美國丹佛舉行的ISO/TC30/SC2會議上審查通過為DIS（國際標準草案），但是會議認為尚有細節應再商榷而未能通過。新ISO 5167正式通過估計為期不遠。新ISO 5167在標準的兩個核心內容有實質性變化，一是孔板的流出系數公式，它用Reader-Harris/Gallagher計算式（R-G式）代替Stolz 式，另一為節流裝置上游側直管段長度的規定及流動調整器的使用。
我們通常稱ISO5167（或GB2624）中所列節流裝置為標準節流裝置，其它的都稱為非標準節流裝置。應該指出，非標準節流裝置不僅是指那些節流裝置結構與標準節流裝置相異的，如果標準節流裝置偏離標準條件下工作亦應稱為非標準節流裝置，如標準孔板在混相流或標準噴嘴在臨界流下工作的都是。目前非標準節流裝置大致有以下一些種類：
?。?） 低雷諾數用： 1/4圓孔板、錐形入口孔板、雙重孔板、雙斜孔板、半圓孔板等；
?。?） 臟污介質用： 圓缺孔板、偏心孔板、環狀孔板、楔形孔板、彎頭節流件等；
?。?） 低壓損用： 羅洛斯管、道爾管、矩形文丘里管、通用文丘里管、雙重文丘里噴嘴、Vasy管等；
?。?） 小管徑用： 小于50mm節流件、整體（內藏）孔板等；
?。?） 端頭節流裝置： 端頭孔板、端頭噴嘴、Borda管等；
?。?） 寬范圍度節流裝置： 變壓頭變面積孔板（線性孔板）；
?。?） 脈動流節流裝置；
?。?） 臨界流節流裝置；
（9） 混相流節流裝置。
在現場使用的各種需求及工況的復雜標準節流裝置往往難以完全滿足要求，非標準節流裝置的發展是客觀的需要，它代表了節流裝置的發展趨向。
應該指出，節流式DPF的關鍵部分--節流裝置目前已發展到幾十種，但是只有極少品種成為標準節流裝置，阻礙非標準型晉升為標準型的原因是試驗研究的人力物力的限制，按照傳統試驗研究方法要使一種類型節流裝置成為標準節流裝置一般要經過極漫長的過程。近年科學技術的進步，這種局面正在發生變化，先進的試驗研究方法，如計算機仿真技術、計算可視化技術等的應用可以加速試驗研究的進程，相信今后會有更多類型節流裝置晉升為標準型，它將使節流式DPF更大擴展其使用范圍。
20世紀90年代中后期世界范圍內各式差壓流量計銷售量在流量儀表總量中臺數占50%～60%（每年約百萬臺），金額占30%左右。我國銷售臺數約占流量儀表總量（不包括家用燃氣表、家用水表及玻璃管浮子流量計等）的35%左右（每年約6萬～7萬臺）。
2. 工作原理
2.1 基本工作原理
充滿管道的流體，當它流經管道內節流件時，如圖1所示，流束將在節流件處形成局部收縮。因而流速增加，靜壓力降低，于是在節流件前后便產生了壓差，流體流量愈大，產生的壓差愈大，因而可依據壓差來衡量流量的大小。這種測量方法是以流動連續性方程（質量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒定律）為基礎的，壓差大小不僅與流量還與其它許多因素有關，如節流裝置型式、流體的物理性質（密度、粘度等）以及雷諾數等。
圖1 節流式差壓流量計
2.2 流量方程
式中 qm, qυ--分別為質量流量（kg/s），體積流量（m3/s）；
C--流出系數；
ε--可膨脹性系數；
β--直徑比，β=d/D；
d--工作條件下節流件的孔徑，m；
D--工作條件下上游管道內徑，m；
ΔP--差壓，Pa；
ρ1--上游流體密度，kg/m3。
由上式可見，流量為C、ε、d、ρ、ΔP、β（D）6個參數的函數，此6個參數可分為實測量[d，ρ，ΔP, β（D）]和統計量（C，ε）兩類。
A 實測量
（1）d、D 式（1）中d與流量為平方關系，其精度對流量總精度影響較大，誤差值一般應控制在±0.05%左右，還應計及工作溫度對材料熱膨脹的影響。標準規定管道內徑D必須實測，需在上游管段的幾個截面上進行多次測量求其平均值，誤差不應大于±0.3%。除對數值測量精度要求較高外，還應考慮內徑偏差會對節流件上游通道造成不正常節流現象所帶來的嚴重影響。因此，當不是成套供應節流裝置時，在現場臨時配管應充分注意這個問題。
?。?）ρ ρ在流量方程中與ΔP處于同等位置，亦就是說，當追求差壓變送器高精度等級時，絕不要忘記ρ的測量精度亦應與之相匹配。否則ΔP的提高將會被ρ的降低所抵銷。
（3）ΔP 差壓ΔP的**測量不應只限于選用一臺高精度差壓變送器。實際上差壓變送器能否接受到真實的差壓值還決定于一系列因素，其中正確的取壓孔及引壓管線的制造、安裝及使用是保證獲得真實差壓值的關鍵，這些影響因素很多是難以定量或定性確定的，只有加強制造及安裝的規范化工作才能達到目的。
B．統計量
（1）C 統計量C是無法實測的量（指按標準設計制造安裝，不經校準投用），在現場使用時*復雜的情況出現在實際的C值與由標準確定的C值不相符合。它們的偏離是由設計、制造、安裝及使用一系列因素造成的。應該明確，上述各環節全部嚴格遵循標準的規定，其實際值才會與標準確定的值相符合，現場是難以完全滿足這種要求的。應該指出，與標準條件的偏離，有的可定量估算（可進行修正），有的只能定性估計（不確定度的幅度與方向），但是現實中，有時不僅一個條件偏離，這就帶來非常復雜的情況，因為一般資料中只介紹某一條件偏離引起的誤差，如果許多條件同時偏離，則缺少相關的資料可查。
（2）ε 可膨脹性系數ε是對流體通過節流件時密度發生變化而引起的流出系數變化的修正，它的誤差由兩部分組成：其一為常用流量下ε的誤差，即標準確定值的誤差；其二為由于流量變化ε值將隨之波動帶來的誤差。一般在低靜壓高差壓情況，ε值有不可忽略的誤差。當ΔP/ρ≤0.04時，ε的誤差可忽略不計。
3. 分類
差壓式流量計的分類原則有如下三種
3.1 按產生差壓的作用原理分類
?。?）節流式: 依據流體通過節流孔使部分壓力能轉變為動能以產生差壓的原理來工作的，其檢測件稱為節流裝置，是差壓式流量計的主要品種。
?。?）動壓頭式: 依據動壓轉變為靜壓原理工作，如均速管流量計。
?。?）離心式: 依據彎曲管或環狀管產生離心力原理形成的壓差來工作，如彎管流量計。
?。?）水力阻力式: 依據流體阻力產生的壓差原理來工作，其檢測件為毛細管束，又稱層流流量計。
?。?）動壓增益式: 依據動壓放大原理工作，如皮托--文丘里管。
（6）射流式: 依據流體射流撞擊產生壓差原理工作，如射流式差壓流量計。
3.2 按結構形式分類
?。?）標準孔板；（2）標準噴嘴；（3）長徑噴嘴；（4）經典文丘里管；（5）文丘里噴嘴；（6）錐形入口孔板；（7）1/4圓孔板；（8）圓缺孔板；（9）偏心孔板；（10）楔形孔板；（11）內藏孔板；（12）線性孔板；（13）環形孔板；（14）道爾管；（15）低壓損管；（16）通用文丘里管；（17）矩形文丘里管。
3.3 按用途分類
（1）標準節流裝置；（2）低雷諾數節流裝置；（3）臟污流用節流裝置；（4）低壓損節流裝置；（5）小管徑節流裝置；（6）寬范圍度節流裝置；（7）臨界流節流裝置；（8）混相流節流裝置。
4. 主要特點
?。?）應用*普遍的標準孔板，結構易于復制，簡單牢固，性能穩定可靠，使用期長，價格低廉；
（2）應用范圍廣泛，至今尚無任何一類流量計可與之比擬，全部單相流體，包括液、氣、蒸汽皆可測量，部分混相流，如氣固、氣液、液固等亦可應用，一般生產過程的管道直徑，工作狀態（壓力和溫度）皆有產品；
（3）檢測件與差壓顯示儀表可分開不同制造廠生產，便于專業化形成規模經濟生產，它們的結合非常靈活方便；
?。?）檢測件，特別是標準型的，是全世界通用的，并得到國際標準化組織和國際法制計量組織的認可。對標準型檢測件進行的試驗研究是國際性的，其它流量計一般僅依靠個別廠家或研究群體進行，因此其研究廣度與深度不可同日而語。從時間上看，標準型自20世紀30年代由國際標準化組織確定后再也沒有改變，這樣研究資料及生產實踐的積累極其豐富，它涉及的應用范圍還沒有哪一類流量計可比擬；
?。?）正是由于上述原因，標準型節流式DPF無須實流校準即可投用，在流量計中亦是的；
?。?）目前在各種類型中以節流式和動壓頭式應用*多，節流式檢測件達數十種之多，新品種不斷出現，較成熟的向標準型方向發展，ISO設有專門技術委員會負責此工作。動壓頭式以均速管流量計為代表近年有較快發展，它是插入式流量計的主要品種；
（7）測量的重復性，**度在流量計中屬中等水平，由于眾多因素的影響錯綜復雜，難以**掌握，**度提高比較困難；
?。?）范圍度窄，一般為3∶1或4∶1；
?。?）現場安裝條件要求較高，如需較長直管段長度，一般較難滿足；
（10）檢測件與差壓顯示儀表之間的引壓管線為薄弱環節，易產生泄漏、堵塞、凍結及信號失真等故障；
?。?1）壓損大（指孔板、噴嘴等）。
為彌補上述缺點，近年進行一些改進措施：
（1） 關于范圍度的拓寬
節流式DPF范圍度拓寬從兩方面著手：a）開發線性孔板或稱彈性加載可變壓頭流量計；b）采用寬量程 差壓變送器或多臺差壓變送器并用。
（2） 開發定值節流件
定值節流件是指每種通徑的測量管道配以有限數量的節流件，節流件的直徑比（β值）按優先數系選用，每種通徑配3-5種β值節流件。定值節流件有許多特點，如改變節流件對號入座的缺陷，節流件可大批量生產，對于廓形節流件（噴嘴、文丘里管）可采用專用加工設備，降低生產成本，為擴大使用創造條件。
?。?） 壓損的問題
通常節流件DPF壓損大是指檢測件為孔板和噴嘴，其實早已開發多種低壓損節流件，如各種流量管（道爾管、羅洛斯管、通用文丘里管等），它們未能大量采用，主要原因為檢測件結構笨重，價格高，若采用定值方式，可望批量生產，降低造價。
?。?） 一體化節流式DPF
把節流裝置和差壓變送器做成一體，省卻引壓管線，減少故障率，動態特性好，方便安裝使用，受到用戶歡迎，國外應用普遍，國內亦開始應用。
（5） 安裝條件的問題
節流件中經典文丘里管要求的直管段長度是比較短的（一般5D～10D），在直管段長度不能滿足的場所可以推廣采用。近年縮減直管段長度的流動調整器（整流器）的開發成為國際上的一個熱點，并取得長足進展，今后為提高DPF的測量**度配備流動調整器將成為必備的輔助設備。
5. 選用考慮要點
選用考慮因素可分為5個方面：儀表性能、流體特性、安裝條件、環境條件和經濟因素，現分述如下：
?。?） 儀表性能
在國際標準ISO5167或國家標準GB/T2624中我們可以見到標準節流裝置的主要技術參數，這些參數包括管徑，直徑比，雷諾數，管壁粗糙度，流出系數與可膨脹性系數的計算式及其不確定度等，超出這些參數以外并非不能使用，例如管徑50mm以下或1000mm（對于孔板）以上的節流裝置，采取實流校準仍可應用，有時為提高測量**度亦采取實流校準，例如標準噴嘴，在標準中其測量精度較低（約2%），而事實上個別校準可獲得很高的測量**度。節流式DPF的**度在很大程度上決定于現場的使用條件。如果檢測件的制造質量符合要求，則影響其**度主要是二方面：流體物性參數的確定和流體流動特性是否符合標準的要求。對于流動特性在安裝條件中再介紹。整套流量計的**度還決定于差壓變送器和流量顯示儀的**度。選用高**度差壓變送器應該有一個**的估計，若節流裝置流出系數精度不高，密度數值不準，則高精度差壓變送器并不能提高整體的**度。這里應特別強調，節流式DPF是一種從設計、制造到安裝使用都要求很嚴格的流量計，任何一個環節不符合標準的要求，產生的誤差有時難以用定量估計。
檢測件為標準節流裝置原則上無須實流校準，但其前提條件為需符合標準的全部規定，這點在現場使用往往難以完全滿足，因此使用時附加誤差的估計很重要，有許多資料提供這方面咨詢，但都不是**可靠的，當然**是盡量按標準的規定去做。這從另一方面顯示節流式DPF的**度提高有一定潛力，只要精益求精，其**度是可以提高的。
關于儀表性能的提高，前面我們已經介紹了近年來國內外的一些措施，它說明雖然節流式DPF是一種古老的流量計，它仍在隨著時代科技進步不斷在開拓自己的前景.
（2）流體特性
流體特性分二方面考慮：
a）流體物性參數（密度、粘度、等熵指數等）的確定。一般這些參數是根據壓力、溫度和流體組份計算出來的，這里影響參數**度有壓力溫度和組分測量的**度以及物性參數與這些參數函數關系的**度二方面。應該指出，對于混合物這些函數關系的**度存在較大問題，這時若能采用密度計直接確定介質密度是**的，但是由于實際條件并不是總能做到的。
一個重要問題應特別注意，一般物性參數是在節流裝置設計時提供的，它在投用后可能發生變化，因此流量計投用后應該再次確認其正確性，工藝過程中壓力溫度如果波動較大亦應采取補償（修正）措施。
b）流體的腐蝕、磨蝕、結垢、臟污等特性的影響，這些特性對流量計使用的可靠性關系很大。由于節流式DPF是依據節流裝置的幾何形狀及尺寸來確定測量信號的，任何偏離投用時的形狀和尺寸都會使信號發生偏差。這些特性對檢測件的影響是隨時間而變的，因此定期檢查檢測件應該是使用必須遵守的規定。這些特性有時連工藝人員都吃不準，要定量確定它更是困難的事。因此，定期檢查檢測件和積累使用經驗更為重要。
（3）安裝條件
為使標準節流裝置符合幾何相似和動力學相似，以便采用標準文件給定的流出系數，除節流裝置結構及制造應符合標準規定外，安裝條件是保證幾何相似和動力學相似的重要方面。安裝要求包括管道條件，管道連接情況，取壓口結構，節流裝置上下游直管段長度以及差壓信號管路的敷設情況等。
標準規定進入節流裝置流體應為充分發展管流和定常流（亦稱穩定流）。為得到充分發展管流，在節流裝置上游側各種阻流件必須配備相應的直管段長度，如果現場不能滿足長度要求，可以安裝流動調整器（亦稱整流器）以縮短必要的直管段長度。但是標準中只列舉有限類型的阻流件，而現場阻流件類型遠超過它，另外標準中各種阻流件的數據是在進入該類型流動為充分發展管流條件得到的，而現場幾種阻流件串接一起是經常遇到的，亦就是說，進入阻流件的流動并非充分發展管流，在這種情況下，要得到可靠的測量惟有安裝流動調整器。
標準規定流體流動必須是穩定的，或僅隨時間緩慢變化，這種定常流條件在現場是很難完全滿足的，偏離這種條件會帶來多大附加誤差一直是流量測量課題之一。引起非定常流的情況是很多的，例如原動機（往復式發動機、壓氣機、泵、風機等）產生的；控制閥頻繁動作產生的；管線自激振蕩，特別是在有諧振時引起的；
工藝管件（閥、彎頭、支管等）使流體分離產生的；整個流動系統布置引起的；混相流中某些流型引起的等等。1998年ISO發表關于脈動流測量的技術報告ISO/TR3313：1998《Measurement of fluid flow in closed conduits-Guidelines on the effects of flow pulsations on flow measurement instruments》。它給予采用節流式DPF測量脈動流的有關數據。
（4）環境條件
節流式DPF的二部分差壓變送器和流量顯示儀裝備有電子器件及微機等，它們對環境條件的要求與其它電子儀器儀表是一樣的，這里不再多談。這里談一下關于一體式DPF的環境條件問題，幾乎所有流量計都有一體式和分離式兩種型式，以前節流式DPF大都采用分離式，由于分離式中差壓信號管路存在諸多弱點，近年出現的一體式受到用戶的歡迎，但是亦應看到由于一體式把差壓顯示部分與節流裝置安裝在一起，對差壓顯示儀的要求就提高了，它應適應現場環境條件，顯然它比控制室里的環境條件要嚴酷了，比如現場管線振動及強電磁場干擾等，因此應該根據實際情況來決定采用哪一種型式較合適。
（5）經濟因素
經濟因素包括購置費、安裝費、運行費、校驗費、維護費及備品備件等，現分述如下:
a）購置費： 與其它型式流量計相比，流量計的檢測件（節流裝置）的購置費用較便宜，但亦應考慮其它二部分：差壓變送器和流量顯示儀加在一起則整套儀表就不一定便宜了。
b）安裝費： 差壓信號管路的安裝費用較高考慮到有時尚需配備各種輔助設備，如冷凝器、集氣器、沉降器以及隔離器等，因此采用一體式可降低安裝費用。
c）運行費： 運行費主要考慮壓損產生的能耗，尤其大口徑時更應注意，常用的節流裝置孔板與噴嘴都是高壓損的檢測件，但相比之下噴嘴比孔板的壓損要小得多（約為30%-50%）。為降低運行費采用低壓損節流裝置，但一般低壓損節流裝置的購置費又較高，兩者應仔細核算一下采用哪種較合算。
d）校驗費： 對于標準節流裝置無須實流校驗這是其主要優點，但節流裝置的幾何校驗費用還是需要的，對于用戶免實流校驗不僅是節省費用問題，它還帶來許多免麻煩的事。
e）維護費： 流量計檢測件牢固可靠，與具有可動檢測件（如渦輪、容積式）流量計相比維護費較少，但是流量計其它二部分差壓顯示儀還是有一定維護費的。
f）備品備件： 流量計昂貴部分（差壓顯示儀）通用性強，在大中型企業備品備件較節省便利。
6． 標準節流裝置的選擇原則
為了選擇*適宜的標準節流裝置，選型時應從以下幾方面考慮：
（1）管徑、直徑比和雷諾數范圍的限制條件；
?。?）測量準確度；
?。?）允許的壓力損失；
?。?）要求的*短直管段長度；
（5）對被測介質侵蝕、磨蝕和臟污的敏感性；
?。?）結構的復雜程度和價格；
?。?）安裝的方便性；
（8）使用的長期穩定性。
根據上述幾方面，標準節流裝置的選型原則可歸納為以下幾點：
?。?） 標準節流裝置各種類型節流件應用的管徑、直徑比和雷諾
數范圍皆有一定限制，在國家標準GB/T2624-93（或國際標準ISO5167-1）中有詳細規定，例如孔板可應用于比噴嘴和文丘里噴嘴更大的管徑范圍，各種類型經典文丘里管的管徑范圍差別較大等等。
（2）標準節流裝置各種類型節流件的準確度在同樣差壓、密度測量精度下，決定于流出系數與可膨脹系數的不確定度。各種節流件的流出系數的不確定度差別較大，相比之下，孔板的流出系數的不確定度*小，廓形節流件（噴嘴、文丘里管）較大。廓形節流件較大的原因是標準中給出的流出系數公式所依據的擬合的數據庫質量較差。但是對廓形節流件進行個別校準，也可得到高的準確度。
?。?）在同樣差壓下，經典文丘里管和文丘里噴嘴的壓力損失約為孔板與噴嘴的
?。?）在相同阻流件類型和直徑比情況下，經典文丘里管的必要直管段長度比孔板與噴嘴的要小得多。
?。?）測量易使節流件沾污、磨損及變形的被測介質時，廓形節流件較孔板要優越得多。
（6）在加工制造及安裝等方面，孔板*為簡單，噴嘴次之，文丘里噴嘴和經典文丘里管*復雜，其造價亦依次遞增。管徑愈大，這種差別愈顯著。
（7）孔板易取出檢查節能流件質量（采用可換孔板節流裝置），噴嘴和文丘里管則需截斷流體，拆下管道才可檢查，比較麻煩。
（8）中小口徑（DN50～DN100）節流裝置，取壓口尺寸和取壓位置的影響顯著，這時采用環室取壓有一定優勢。
