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差壓式流量計(一)

放大字體  縮小字體    發(fā)布日期:2007-10-20  瀏覽次數(shù):1094
核心提示:1概述   差壓式流量計(以下簡稱DPF或流量計)是根據(jù)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來測量流量的儀表。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,如孔扳流
1 概 述
    差壓式流量計(以下簡稱DPF或流量計)是根據(jù)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來測量流量的儀表。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,如孔扳流量計、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(fā)展為三化(系列化、通用化及標準化)程度很高的種類規(guī)格龐雜的一大類儀表。差壓計既可用于測量流量參數(shù),也可測量其他參數(shù)(如壓力、物位、密度等)。
    DPF按其檢測件的作用原理可分為節(jié)流式、動壓頭式、水力阻力式、離心式、動壓增益式和射流式等幾大類,其中以節(jié)流式和動壓頭式應用最為廣泛。
    節(jié)流式DPF的檢測件按其標準化程度分為標準型和非標準型兩大類。所謂標準節(jié)流裝置是指按照標準文件設計、制造、安裝和使用,無須經(jīng)實流校準即可確定其流量值并估算流量測量誤差,非標準節(jié)流裝置是成熟程度較差,尚未列入標準文件中的檢測件。
    標準型節(jié)流式DPF的發(fā)展經(jīng)過漫長的過程,早在20世紀20年代,美國和歐洲即開始進行大規(guī)模的節(jié)流裝置試驗研究。用得最普遍的節(jié)流裝置--孔板和噴嘴開始標準化。現(xiàn)在標準噴嘴的一種型式ISA l932噴嘴,其幾何形狀就是30年代標準化的,而標準孔板亦曾稱為ISA l932孔板。節(jié)流裝置結構形式的標準化有很深遠的意義,因為只有節(jié)流裝置結構形式標準化了,才有可能把國際上眾多研究成果匯集到一起,它促進檢測件的理論和實踐向深度和廣度拓展,這是其他流量計所不及的。 
    1980年ISO(國際標準化組織)正式通過國際標準ISO 5167,至此流量測量節(jié)流裝置第一個國際標準誕生了。ISO 5167總結了幾十年來國際上對為數(shù)有限的幾種節(jié)流裝置(孔板、噴嘴和文丘里管)的理論與試驗的研究成果,反映了此類檢測件的當代科學與生產的技術水平。但是從ISO 5167正式頒布之日起,它就暴露出許多亟待解決的問題,這些問題主要有以下幾個方面。
    1)ISO 5167試驗數(shù)據(jù)的陳舊性 ISO 5167中采用的數(shù)據(jù)大多是30年代的試驗結果,今天無論節(jié)流裝置制造技術,流量試驗設備及實驗技術都有巨大的進步,重新進行系統(tǒng)地試驗以獲得更高精確度及更可靠的數(shù)據(jù)是必要的。進入80年代美國和歐洲都進行大規(guī)模的試驗,為修訂ISO 5167打下基礎。
    2) ISO 5167中關于直管段長度規(guī)定的問題 在ISO投票通過ISO 5167時,美國投了反對票,其主要原因是對直管段長度的規(guī)定有不同意見,這個問題應是ISO 5167修訂的主要問題之一。
    3) ISO 5167中各項規(guī)定的科學性問題 影響節(jié)流裝置流出系數(shù)的因素特別多,主要有孔徑與管徑的比值β、取壓裝置、雷諾數(shù)、節(jié)流件安裝偏心度、前后阻流件類型及直管段長度、孔板入口邊緣尖銳度、管壁粗糙度、流體流動湍流度等,眾多因素影響錯綜復雜,有的參數(shù)難以直接測量,因此標準中有些規(guī)定并非科學地確定,而是為了取得一致,不得不人為地確定。著名流量專家斯賓塞(E.A.Spencer)提出一系列應重新檢討的問題,如孔板平直度、同心度、直角邊緣尖銳度、管道粗糙度、上游流速分布及流動調整器的作用等。
    4)關于節(jié)流式DPF測量精確度提高的問題 鑒于節(jié)流式DPF在流量計中占有重要地位,提高其測量精確度意義重大。歷次國際學術會議認為必須使流量測量工作者、流體力學與計算機技術工作者緊密合作共同攻關才能解決此問題。
    20世紀80年代美國和歐洲開始進行大規(guī)模的孔板流量計試驗研究,歐洲為歐共體實驗計劃(EEC Experimental Program),美國為API實驗計劃(API Experimental Program)。試驗的目的是用現(xiàn)代最新測試設備及試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計處理技術進行新一輪的范圍廣泛的試驗研究,為修訂ISO 5167打下技術基礎。1999年ISO發(fā)出ISO 5167的修訂稿(ISO/CD 5167-1-4),該文件為委員會草案,它在技術內容與編輯上都有很大改動,是一份全新的標準。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(標準草案),但是會議認為尚有細節(jié)問題應再商榷而未能通過。新的ISO 5167標準何時正式頒布尚不得而知。ISO 5167新標準在標準的兩個核心內容皆有實質性變化,一是孔板的流出系數(shù)公式,用Reader-Harris/Gallagher計算式(R-G式)代替Stolz計算式,另一為節(jié)流裝置上游側直管段長度的規(guī)定以及流動調整器的使用等。
    我們通常稱ISO 5167(GB/T2624)中所列節(jié)流裝置為標準節(jié)流裝置,其他的都稱為非標準節(jié)流裝置,應該指出,非標準節(jié)流裝置不僅是指那些節(jié)流裝置結構與標難節(jié)流裝置相異的,如果標準節(jié)流裝置在偏離標準條件下工作亦應稱為非標準節(jié)流裝置,例如,標準孔板在混相流或標準文丘里噴嘴在臨界流下工作的都是。
    目前非標準節(jié)流裝置大致有以下一些種類:
    1)低雷諾數(shù)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;
    2)臟污介質用 圓缺孔板,偏心孔板,環(huán)狀孔板,楔形孔板,彎管節(jié)流件等;
    3)低壓損用 羅洛斯管,道爾管,道爾孔板,雙重文丘里噴嘴,通用文丘里管,Vasy管等;
    4)小管徑用 整體(內藏)孔板;
    5)端頭節(jié)流裝置 端頭孔板,端頭噴嘴,Borda管等;
    6)寬范圍度節(jié)流裝置 彈性加載可變面積可變壓頭流量計(線性孔板);
    7)毛細管節(jié)流件 層流流量計;
    8)脈動流節(jié)流裝置;
    9)臨界流節(jié)流裝置 音速文丘里噴嘴;
    10)混相流節(jié)流裝置。
    節(jié)流式DPF現(xiàn)場應用的不斷拓展必然提出發(fā)展非標準節(jié)流裝置的要求,十余年來ISO亦在不斷制訂有關非標準節(jié)流裝置的技術文件,在它們不能成為正式標準之前作為技術報告發(fā)表??梢灶A見,今后有可能若干較為成熟的非標準節(jié)流裝置會晉升為標準型的。
    20世紀90年代中后期世界范圍內各式DPF銷售量在流量儀表總量中臺數(shù)占50%-60%(每年約百萬臺),金額占30%左右。我國銷售臺數(shù)約占流量儀表總量(不包括家用燃氣表和家用水表及玻璃管浮子流量計)的35%-42%(每年6萬-7萬臺)。
 
2 工作原理
    2.1 基本原理
    充滿管道的流體,當它流經(jīng)管道內的節(jié)流件時,如圖4.1所示,流速將在節(jié)流件處形成局部收縮,因而流速增加,靜壓力降低,于是在節(jié)流件前后便產生了壓差。流體流量愈大,產生的壓差愈大,這樣可依據(jù)壓差來衡量流量的大小。這種測量方法是以流動連續(xù)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。壓差的大小不僅與流量還與其他許多因素有關,例如當節(jié)流裝置形式或管道內流體的物理性質(密度、粘度)不同時,在同樣大小的流量下產生的壓差也是不同的。

圖4.1 孔板附近的流速和壓力分布

    2.2 流量方程

 
式中 qm--質量流量,kg/s;
   qv--體積流量,m3/s;
   C--流出系數(shù);
   ε--可膨脹性系數(shù);
   β--直徑比,β=d/D;
   d--工作條件下節(jié)流件的孔徑,m;
   D--工作條件下上游管道內徑,m;
   △P--差壓,Pa;
   ρl--上游流體密度,kg/m3。
  由上式可見,流量為C、ε、d、ρ、△P、β(D)6個參數(shù)的函數(shù),此6個參數(shù)可分為實測量[d,ρ,△P,β(D)]和統(tǒng)計量(C、ε)兩類。
    (1)實測量
    1)d、D 式(4.1)中d與流量為平方關系,其精確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(guī)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(shù)值測量精度要求較高外,還應考慮內徑偏差會對節(jié)流件上游通道造成不正常節(jié)流現(xiàn)象所帶來的嚴重影響。因此,當不是成套供應節(jié)流裝置時,在現(xiàn)場配管應充分注意這個問題。
    2)ρ ρ在流量方程中與△P是處于同等位置,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△P的提高將會被ρ的降低所抵消。
    3)△P 差壓△P的精確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(guī)范化工作才能達到目的。
    (2)統(tǒng)計量
    1)C 統(tǒng)計量C是無法實測的量(指按標準設計制造安裝,不經(jīng)校準使用),在現(xiàn)場使用時最復雜的情況出現(xiàn)在實際的C值與標準確定的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(huán)節(jié)全部嚴格遵循標準的規(guī)定,其實際值才會與標準確定的值相符合,現(xiàn)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(不確定度的幅值與方向)。但是在現(xiàn)實中,有時不僅是一個條件偏離,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(shù)ε是對流體通過節(jié)流件時密度發(fā)生變化而引起的流出系數(shù)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△P/P≤0.04時,ε的誤差可忽略不計。

3 分 類

    差壓式流量計分類如表4.1所示。

表4.1 差壓式流量計分類表
  分類原則        分   類   類   型
按產生差壓的作用原理分類
1)節(jié)流式;2)動壓頭式;3)水力阻力式;4)離心式;5)動壓增益式;6)射流式
按結構形式分類
1)標準孔板;2)標準噴嘴;3)經(jīng)典文丘里管;4)文丘里噴嘴;5)錐形入口孔板;6)1/4圓孔板;7)圓缺孔板;8)偏心孔板;9)楔形孔板;10)整體(內藏)孔板;11)線性孔板;12)環(huán)形孔板;13)道爾管;14)羅洛斯管;15)彎管;16)可換孔板節(jié)流裝置;17)臨界流節(jié)流裝置
按用途分類
1)標準節(jié)流裝置;2)低雷諾數(shù)節(jié)流裝置;3)臟污流節(jié)流裝置;4)低壓損節(jié)流裝置;5)小管徑節(jié)流裝置;6)寬范圍度節(jié)流裝置;7)臨界流節(jié)流裝置;

    3.1 按產生差壓的作用原理分類
    1)節(jié)流式 依據(jù)流體通過節(jié)流件使部分壓力能轉變?yōu)閯幽芤援a生差壓的原理工作,其檢測件稱之為節(jié)流裝置,是DPF的主要品種。
    2)動壓頭式 依據(jù)動壓轉變?yōu)殪o壓的原理工作,如均速管流量計。
    3)水力阻力式 依據(jù)流體阻力產生的壓差原理工作,檢測件為毛細管束,又稱層流流量計,一般用于微小流量測量。
    4)離心式 依據(jù)彎曲管或環(huán)狀管產生離心力原理形成的壓差工作,如彎管流量計,環(huán)形管流量計等。
    5)動壓增益式 依據(jù)動壓放大原理工作,如皮托-文丘里管。
    6)射流式 依據(jù)流體射流撞擊產生原理工作,如射流式差壓流量計。
    3.2 按結構形式分類
    1) 標準孔板 又稱同心直角邊緣孔板,其軸向截面如圖4.2所示??装迨且粔K加工成圓形同心的具有銳利直角邊緣的薄板??装彘_孔的上游側邊緣應是銳利的直角。標準孔板有三種取壓方式:角接、法蘭及D-D/2取壓;如圖4.3所示。為從兩個方向的任一個方向測量流量,可采用對稱孔板,節(jié)流孔的兩個邊緣均符合直角邊緣孔板上游邊緣的特性,且孔板全部厚度不超過節(jié)流孔的厚度。



圖4.2 標準孔板


圖4.3 孔板的三種取壓方式

    2) 標準噴嘴 有兩種結構形式:ISA 1932噴嘴和長徑噴嘴。
    a. ISA 1932噴嘴(圖4.4) 上游面由垂直于軸的平面、廓形為圓周的兩段弧線所確定的收縮段、圓筒形喉部和凹槽組成的噴嘴。ISA 1932噴嘴的取壓方式僅角接取壓一種。



圖4.4 ISA 1932噴嘴

    b. 長徑噴嘴(圖4.5) 上游面由垂直于軸的平面、廓形為1/4橢圓的收縮段、圓筒形喉部和可能有的凹槽或斜角組成的噴嘴。長徑噴嘴的取壓方式僅D-D/2取壓一種。
    3) 經(jīng)典文丘里管 由入口圓筒段A、圓錐收縮段B、圓筒形喉部C和圓錐擴散段E組成,如圖4.6 所示。根據(jù)不同的加工方法,有以下結構形式:①具有粗鑄收縮段的;②具有機械加工收縮段的;③具有鐵板焊接收縮段的。不同結構形式的L1、L2、R1、R2與D、d的關系如表4.2所示。
    4)文丘里噴嘴 由進口噴嘴、圓筒形喉部及擴散段組成,如圖4.7所示。
    5)錐形入口孔板 錐形入口孔板與標準孔板相似,相當于一塊倒裝的標準孔板,其結構如圖4 . 8所示,取壓方式為角接取壓。

 


表4.2 L1、L2、R1、R2與D、d關系

粗 鑄 入 口
機械加工的入口
粗焊的鐵板入口
1

±0.25D(100mm<D<150mm)

L1=0.5D±0.05D L1=0.5D±0.05D
2
L2=1D或0.25D+250mm兩個量中的小者 L2≥D(入口直徑) L2≥D(入口直徑)
3
R1=1.375D+20% R1<0.25D R1=0,焊縫除外
4
R2=3.625d至3.8d R2<0.25D R2=0,焊縫除外



圖4.6 經(jīng)典文丘里管

圖4.7 文丘里噴嘴

圖4.8 錐形入口孔板
1一環(huán)隙;2-夾持環(huán);3一上游端面A;4-下游端面B;
5-軸線;6-流向;7-取壓口;8-孔板;
X-帶環(huán)隙的夾持環(huán);Y-單獨取壓口

    6)1/4圓孔板 1/4圓孔板與標準孔板相比只是孔口形狀不同,它的外形輪廓由一個與軸線垂直的端面,半徑r為1/4圓構成的入口截面及噴嘴出口端面組成,如圖4.9所示。管徑小于DN40為角接取壓,大于DN40為角接取壓或法蘭取壓。

    7) 圓缺孔板 其開孔為一個圓的一部分(圓缺部分),這個圓的直徑為管道直徑的98%,開孔的圓弧部分的圓心應精確定位,使其與管道同心,這樣可保證開孔不會被連接的管道或兩端的墊片所遮蓋,其結構如圖4.10所示。取壓方式為法蘭取壓和縮流取壓(或稱理論取壓)。


圖4.10 圓缺孔板

    8) 偏心孔板 這種孔板的孔是偏心的,它與管道同心的圓相切,這個圓的直徑等于管道直徑的98%。安裝這種孔板必須保證它的孔不會被法蘭或墊片遮蓋住,其結構如圖4.11所示。它采用法蘭取壓和縮流取壓。


圖4.11 偏心孔板
1- 孔板開孔;2-管道內徑;3-孔板開孔另一位置;4-孔板外徑;5-孔板厚度E;
6-上游端面A;7-下游端面B;8-孔板開孔厚度e;9-孔板軸線;10-斜角F;
11-孔板開孔軸線;12-流向;13-上游邊緣G;14-下游邊緣H、I

    9) 楔形孔板 楔形孔板的結構如圖4.12所示。其檢測件為V形,設計合適時節(jié)流件上下游無滯流區(qū),不會使管道堵塞,取壓方式未標準化。


圖4.12 楔形流量計
1-高壓取壓口;2-低壓取壓口;3-測量管;4-楔形孔板;5-法蘭

    10) 整體(內藏)孔板 管徑小于DN50孔板可以有多種結構形式,圖4.13所示為內藏孔板結構,當管徑較小時孔板入口邊緣銳利度及管道糙度等對流出系數(shù)有顯著影響,因此按結構幾何形狀及尺寸難以確定流出系數(shù),小管徑孔板一般皆需個別校準才能準確確定流出系數(shù)。


圖4.13 整體(內藏)孔板
(a) 直通式;(b)U形彎管式

    11)線性孔板 又稱彈性加載可變面積可變壓頭孔板,如圖4.14所示。其孔隙面積隨流量大小而自動變化,曲面圓錐形塞子在差壓和彈簧力的作用下來回移動,孔隙的變化使輸出信號(差壓或位移)與流量成線性關系,并極大地擴大范圍度。


圖4.14 線性孔板(GILFLO型節(jié)流裝置)
1-穩(wěn)定裝置;2-紡錘形活塞;3-固定孔板;4-排氣孔;5-標定和鎖定蝸桿裝置;
6-軸支撐;7-低壓側差壓檢出接頭;8-高張力精密彈簧;9-排水孔;10-高壓側差壓檢出接頭

    12)環(huán)形孔板 環(huán)形孔板的結構如圖4.15所示。它由一個被同心固定在測量管中的圓板、三腳支架和中心軸管組成,中心軸管將上下游壓力傳送到差壓變送器。環(huán)形孔板的優(yōu)點是既能疏泄管道底部的較重物質又能使管道中氣體或蒸氣沿管道頂部通過。


圖4.15 環(huán)形孔板

    13)道爾管 道爾管結構如圖4.16所示。它由40o入口錐角和15o擴散管組成。流體首先碰到a上,再經(jīng)短而陡的錐體,到達喉部槽兩邊的兩個圓筒形部分,通過短的錐體后在f處,突然擴大到管道中,整個長度僅是管徑的1.5-2倍,是經(jīng)典文丘里管長度的17%。道爾管產生的差壓比經(jīng)典文丘里管大,在高差壓下卻有低的壓損。


圖4.16道爾管

    14)羅洛斯管 羅洛斯管結構如圖4.17所示。它由入口段、入口錐管、喉部錐管、喉部和擴散管組成。入口錐管的錐角為40o,喉部錐角為7o,擴散管錐角為5o,上游取壓口采用角接取壓,其取壓口緊靠入口錐角處,下游取壓口在喉部長度的一半,即d/4處。


圖4.17 低壓損(Lo-Loss)管(羅洛斯管)     圖4.18 彎管流量傳感器

    15)彎管 彎管結構如圖4.18所示。利用管道系統(tǒng)彎頭作檢測件,無附加壓損及專門安裝節(jié)流件是其優(yōu)點,彎管取壓口開在45o或22.5o處,取壓口結構與標準孔板相同,兩個平面內的兩個取壓口對準,使其能處于同一條直線上,彎管內壁應盡量保持光滑。
    16)可換孔板節(jié)流裝置 圖4.19所示為斷流取出型可換孔板節(jié)流裝置。在需要檢查孔板或更換孔板時,可無需拆開管道,短時間暫停管道內被測介質的流動,這時就可打開上蓋,取出孔板及密封件予以檢查或更換。


圖4.19 可換孔板節(jié)流裝置

    17)臨界流節(jié)流裝置 臨界流節(jié)流裝置有兩種結構形式:圓環(huán)喉部文丘里噴嘴和圓筒喉部文丘里噴嘴,如圖4.20所示。
    a.圓環(huán)喉部文丘里噴嘴 它由入口段、圓弧收縮段和擴散段組成。入口收縮段是一個喇叭形曲面,該曲面延伸至最小斷面處(喉部),并與擴散段相切。在入口平面的上游,廓形沒有規(guī)定,但在每個軸向位置上,其直徑都應等于或大于喇叭形擴張部分的直徑。
    b.圓筒形喉部文丘里噴嘴 它由入口段、圓弧收縮段、圓筒形喉部及擴散段組成。其入口平面為入口輪廓相切且垂直于噴嘴中心線的平面。收縮段為1/4圓曲面,一端與入口平面相切,另一端與圓筒喉部相切。1/4圓曲面和圓筒喉部之間的連接應沒有缺陷,連接要平滑。


圖4.20 臨界流節(jié)流裝置

    (a)圓環(huán)形喉部文丘里噴嘴
    1一壓力表;2-此處輪廓的表面粗糙度Ra不超過15×10-6d,其曲面偏差不能大于±0.001d
    (b)圓筒形喉部文丘里噴嘴
    1一此處輪廓的表面粗糙度Ra不超過15×10-6d,其喇叭形曲面及圓柱形的偏差不能大于±0.001d; 2-在圓錐擴散段輪廓的表面粗糙度Ra不超過10-4d

    3.3 按用途分類
    1)標準節(jié)流裝置 ISO 5167或GB/T2624中所包括的節(jié)流裝置稱為標準節(jié)流裝置,它們是標準孔板、標準噴嘴、經(jīng)典文丘里管和文丘里噴嘴。在設計、制造、安裝及使用方面皆遵循標準規(guī)定,可不必個別校準而使用。
    2)低雷諾數(shù)節(jié)流裝置 如1/4圓孔板、錐形入口孔板和雙重孔板等。
    3)臟污流節(jié)流裝置 如圓缺孔板、偏心孔板和楔形孔板等。
    4)低壓損節(jié)流裝置 如道爾管、羅洛斯管、彎管及環(huán)形管等。
    5)小管徑節(jié)流裝置 如整體(內藏)孔板和一體式流量變送器等。
    6)寬范圍度節(jié)流裝置 如線性孔板等。
    7)臨界流節(jié)流裝置 如臨界流文丘里噴嘴等。


4 節(jié)流式差壓流量計的主要特點


    應用最普遍的節(jié)流件標準孔板結構易于復制,簡單,牢固,性能穩(wěn)定可靠,使用期限長,價格低廉。
    節(jié)流式DPF應用范圍極廣泛,至今尚無任何一類流量計可與之相比。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,一般生產過程的管徑、工作狀態(tài)(壓力,溫度)皆有產品。
    檢測件與差壓顯示儀表可分開不同生產廠生產,便于專業(yè)化形成規(guī)模經(jīng)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,其他流量計一般僅依靠個別廠家或研究群體進行,因此其研究的深度和廣度不可同日而語。從時間上看,標準型檢測件自20世紀30年代由國際標準化組織確定后再也沒有改變,其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一類流量計可比。
    正是由于上述原因,標準型節(jié)流式DPF無需實流校準,即可投用,在流量計中亦是惟一的。
    目前在各種類型中以節(jié)流式和動壓頭式應用最多。節(jié)流式已開發(fā)20余品種,并且仍有新品種開發(fā)出,較成熟的向標準型發(fā)展,ISO設有專門技術委員會負責此項工作。動壓頭式以均速管流量計為代表,近年有較快發(fā)展,它是插入式流量計的主要品種,其用量在迅速增加。
    節(jié)流式DPF主要存在以下缺點:
    1)測量的重復性、精確度在流量計中屬于中等水平,由于眾多因素的影響錯綜復雜,精確度難以提高。
    2)范圍度窄,由于儀表信號(差壓)與流量為平方關系,一般范圍度僅3:1-4:1。
    3)現(xiàn)場安裝條件要求較高,如需較長的直管段(指孔板,噴嘴),一般難以滿足。
    4)檢測件與差壓顯示儀表之間引壓管線為薄弱環(huán)節(jié),易產生泄漏、堵塞、凍結及信號失真等故障。
    5)壓損大(指孔板,噴嘴)。
    為了彌補上述缺點,近年儀表開發(fā)有如下一些措施。
    1) 關于范圍度的拓寬
    節(jié)流式DPF范圍度拓寬從兩方面著手:1)開發(fā)線性孔板;2)采用寬量程差壓變送器或多臺差壓變送器并用。
    (2)開發(fā)定值節(jié)流件
    定值節(jié)流件是指對每種通徑測量管道配以有限數(shù)量的節(jié)流件,節(jié)流件的β值(孔徑)則按優(yōu)先數(shù)系選用,每種通徑配3-5種β值。定值節(jié)流件的應用有許多優(yōu)點:改變節(jié)流件應用對號入座的缺陷;節(jié)流件生產方式由小生產作業(yè)方式轉變?yōu)榇笈可a;對于廓形節(jié)流件(如噴嘴,文丘里管等)采用專用加工設備實現(xiàn)批量生產,降低生產成本,為擴大使用創(chuàng)造條件;給用戶帶來使用的方便等等。
    (3)壓損問題
    通常節(jié)流式DPF壓損大是指檢測件為孔板或噴嘴等品種,其實早已開發(fā)多種低壓損節(jié)流件,如各種流量管(道爾管、羅洛斯管、通用文丘里管等),它們未能大量應用的原因是結構笨重,價格高,如采用定值節(jié)流件可使生產成本大幅度下降,為廣泛應用創(chuàng)造條件。
    (4)一體化節(jié)流式DPF
    把節(jié)流裝置和差壓變送器做成一體,省卻引壓管線,減少故障率,改善動態(tài)特性,方便安裝使用,受到用戶的歡迎。國外應用已相當普遍,據(jù)統(tǒng)計,日本在1996-1997年新建四家工廠400余臺差壓式流量計,一體化直接安裝儀表約占三分之一。
    (5)安裝條件問題
    經(jīng)典文丘里管必要的直管段長度短(約5D-10D),在無長直管段場合盡量采用此類節(jié)流件,它做成定值節(jié)流件,可以降低制造成本。近年國際上為解決阻流件干擾著力研究適用的流動調整器,在精度要求較高時節(jié)流裝置與流動調整器配套供應,可保證測量的精確度,但也增加了壓損與維護工作量。

5 選用考慮要點

    DPF應用領域極其廣泛,封閉管道各種測量對象都有應用:流體方面,單相、混相、潔凈、臟污;工作狀態(tài)方面,常壓、高壓、真空、常溫、高溫、低溫;管徑方面,從幾毫米到幾米;流動條件方面:亞音速流、臨界流、脈動流。并且在上述各方面都有大量的理論和實踐的資料可供參考。
    20世紀50年代以前在過程控制工程中幾乎是惟一的流量計,后來各種類型流量計相繼登場,打破了其一統(tǒng)天下的局面,幾十年來它占的份額一直在下降,當然絕對用量仍在增加。應該看到,DPF三個組成部分一直在更新發(fā)展著,尤其80年代以后借助微電子技術、計算機技術、新材料及先進加工技術的發(fā)展,差壓轉換和流量顯示計算部分有突破性進展。DPF無論可靠性,精確度及功能多樣化已今非昔比。近年一些創(chuàng)新思路,如一體式、定值節(jié)流件等的開發(fā)更使它有中興的感覺。
    DPF的關鍵部分--檢測件是最難更新?lián)Q代的部分,現(xiàn)在亦有了新的發(fā)展思路,即把流量測量工作者、流體力學與計算機技術工作者三方面人員的特長結合起來可以有效地攻下這個堡壘??梢灶A計,DPF在流量計中仍會占據(jù)重要的位置。
    選用考慮因素的五個方面為儀表性能、流體特性、安裝條件、環(huán)境條件和經(jīng)濟因素,現(xiàn)分述如下。


 
 
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