摘 要: 差壓式流量計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、牢固耐用、精度穩(wěn)定、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在流量?jī)x表市場(chǎng)具有廣泛的應(yīng)用。其種類繁多、性能各異。為了盡可能地發(fā)揮各儀表的長(zhǎng)處、避其短處，準(zhǔn)確、可靠地測(cè)量被測(cè)流體的流量，對(duì)近年來國(guó)內(nèi)市場(chǎng)廣泛應(yīng)用的新型差壓式流量計(jì)性能進(jìn)行了分析比較，闡述了環(huán)形孔板流量計(jì)、均速管流量計(jì)、平衡孔板流量計(jì)、V 形錐流量計(jì)和矩形流量計(jì)的原理、特點(diǎn)及主要特征參數(shù)。根據(jù)各儀表的優(yōu)缺點(diǎn)，選用者應(yīng)針對(duì)性地加以選擇，以更好地發(fā)揮各儀表的使用價(jià)值。

圖 1 環(huán)形孔板流量計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖
  環(huán)形孔板流量計(jì)由連接法蘭、測(cè)流板、測(cè)量短管、引壓管、均壓環(huán)等主要部件組成。測(cè)量原理是: 將一段圓形或矩形管( 測(cè)量管) 內(nèi)的流體在“測(cè)流板”( 圓形或矩形) 前面強(qiáng)制分流成環(huán)狀流體通過。由于此處流通面積的突然縮小而在其上、下游之間產(chǎn)生靜壓力差，上、下游取壓孔測(cè)取到的靜壓力信號(hào)通過均壓環(huán)均壓，分別引至差壓變送器的正、負(fù)壓室; 差壓變送器將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，輸送至數(shù)據(jù)處理裝置或顯示儀表，即可得知流量。
 
  環(huán)形孔板流量計(jì)的主要技術(shù)參數(shù):  公稱通徑為40 ～ 4 000 mm，公稱壓力≤42 MPa，介質(zhì)溫度≤650 ℃( 與本體材質(zhì)有關(guān)) ，度等級(jí)為 1 級(jí)。環(huán)形孔板流量計(jì)具有如下優(yōu)點(diǎn)。
 
①與標(biāo)準(zhǔn)孔板、噴嘴、文丘里管這些標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置相比，環(huán)形孔板要求的前直管段長(zhǎng)度較短。原因是: 和環(huán)形孔板測(cè)量管同軸安裝的“測(cè)流板”把管內(nèi)原來“中間流速高、邊沿流速低”的流場(chǎng)變成了“中間流速低、邊沿流速高”的流場(chǎng)，對(duì)原來的速度分布重新分配，弱化了測(cè)量管入口處初始速度分布狀態(tài)對(duì)靜壓力差的影響。也就是說，流量計(jì)上游局部阻力件造成的流場(chǎng)畸變降低了對(duì)環(huán)形孔板所生差壓信號(hào)的影響。因此，在局部阻力件下游( 即環(huán)形孔板的上游) 的前直管段長(zhǎng)度可以較短。這類流量計(jì)可在直管段長(zhǎng)度較短的現(xiàn)場(chǎng)發(fā)揮其特長(zhǎng)，特別是大口徑管線或安裝空間較緊湊的車間。
 
②采用均壓環(huán)多孔取壓，可以測(cè)量臟污流體的流量而不易堵塞取壓口。原因是: 取壓口不是處于流速低的滯流區(qū)( 例如標(biāo)準(zhǔn)孔板的板前、板后) ，而是孔板的前、后暢流區(qū)，流體中的雜質(zhì)不易堆積沉淀在取壓口附近，況且采用均壓環(huán)多孔取壓，即使有一個(gè)孔被堵塞，還有其他孔可用。在大修期間，可以從均壓環(huán)的堵頭處伸入“彈性桿”機(jī)械疏通取壓口，徹底清除臟污。
   基于上述特點(diǎn)，環(huán)形孔板流量計(jì)適用于含有均勻分布雜質(zhì) ( 呈懸浮狀) 的流體、特別是大口徑氣體管道，如高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、混合煤氣等。此外，環(huán)形孔板流量計(jì)的測(cè)量件 ( 平板) 形狀簡(jiǎn)單、易于精密加工，且?guī)缀纬叽缗考庸さ囊恢滦院?，?jīng)過實(shí)流標(biāo)定之后可以達(dá)到 0． 5 級(jí)精度。采用抽樣標(biāo)定可以使同一規(guī)格流量計(jì)達(dá)到 1 級(jí)。這對(duì)尚未達(dá)到“標(biāo)準(zhǔn)化”的非標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)來說非常難得。
  然而，環(huán)形孔板流量計(jì)也具有一定的局限性。由于測(cè)量板對(duì)流體的阻擋，板后形成較強(qiáng)的漩渦，造成差壓信號(hào)波動(dòng)，特別是用于大流量的液體介質(zhì)時(shí)，波動(dòng)較大，影響讀數(shù)的準(zhǔn)確性，因此不適合測(cè)量大流量液體介質(zhì)( 管內(nèi)流速不宜超過 2 m / s) 。
根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，環(huán)形孔板流量計(jì)有 3 種型式: 基型 ( 適用于一般流體，可用于高溫高壓) 、防堵型( 適用于臟污流體，例如焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣等) 、夾套保溫型 ( 適用于易粘附、結(jié)晶或易汽化的流體，如重油、液氨等) 。從市場(chǎng)應(yīng)用角度來看，基型多用于蒸汽流量測(cè)量，防堵型多用于測(cè)量冶金行業(yè)，夾套保溫型多用于化工行業(yè)。
 
2.2、均速管流量計(jì)：
  均速管流量計(jì)是在皮托管( 或皮托 － 靜壓管) 的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。其基本原理同樣依據(jù)能量守恒的伯努利方程，將速度頭轉(zhuǎn)換成靜壓頭。由于皮托管只能檢測(cè)“點(diǎn)流速”，在非均勻流場(chǎng)里僅僅測(cè)量單點(diǎn)流速很難求得“流量”，所以不適用于工業(yè)管流量的測(cè)量。經(jīng)過多年研究，利用“直圓管外周沿軸線方向按照一定規(guī)律分布的若干個(gè)孔”可測(cè)取平均總壓、計(jì)算“管流量”，這類流量計(jì)統(tǒng)稱為“均速管流量計(jì)”。此外，該流量計(jì)總壓力口的排列形狀類似笛子，因此也被稱為笛形管流量計(jì)。根據(jù)結(jié)構(gòu)和性能的不同，該流量計(jì)可分為強(qiáng)力巴、德爾塔巴、威力巴、畢托巴、托巴等多種類型。根據(jù)近年來的使用情況，前 3 種差壓信號(hào)較穩(wěn)定，受用戶歡迎，市場(chǎng)占有率較高。
   強(qiáng)力巴流量計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖如圖 2 所示。

圖 2 強(qiáng)力巴流量計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖
  強(qiáng)力巴流量計(jì)的工作原理為: 將由高壓取壓口和低壓取壓口感測(cè)到的壓力分別傳送到檢測(cè)桿內(nèi)部的高壓腔和低壓腔，將平均總壓力和平均背壓力分別傳送到差壓變送器的高壓室和低壓室; 兩者的差壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，經(jīng)顯示儀表( 或計(jì)算機(jī)) 運(yùn)算處理后即可得知流體的流量。根據(jù)結(jié)構(gòu)型式的不同，強(qiáng)力巴流量計(jì)通常有 3 種型式: 基型( 停流泄壓后插拔檢測(cè)桿，適用于新設(shè)管線或允許長(zhǎng)時(shí)間停流的管線) 、在線插拔型( 在管線工作狀態(tài)下安裝或插拔檢測(cè)桿，可用于正常工作的管線) 、多桿復(fù)合型( 對(duì)大口徑管線，可采用 2 根以上檢測(cè)桿，增加檢測(cè)點(diǎn)覆蓋面積，提高流量測(cè)量精度) 。為了方便用戶安裝，出廠前可以和差壓變送器組裝成一體化，用戶只需在管壁上開 1 ～ 2 個(gè)安裝孔即可。
  強(qiáng)力巴流量計(jì)主要技術(shù)參數(shù): 公稱通徑為圓形管 ( 內(nèi)徑) 25 ～ 4 000 mm，公稱壓力 ≤16 MPa，介質(zhì)溫度≤650 ℃ ( 與本體材質(zhì)有關(guān)) ，度等級(jí)為 1． 0、1． 5。
  這類儀表的優(yōu)點(diǎn)主要有兩點(diǎn)。①安裝簡(jiǎn)便，壓力損失小 ( 節(jié)約能源) ，同一種口徑的檢測(cè)桿可以適用于各種介質(zhì)、各種流量，改變介質(zhì)或流量只需調(diào)整差壓變送器的量程即可，適應(yīng)性很強(qiáng)。②可以測(cè)量各種介質(zhì)，即使是臟污流體也可以使用，只要是加裝反吹系統(tǒng)或者定期對(duì)檢測(cè)桿離線清洗 ( 強(qiáng)力巴流量計(jì)還可以停流但不離線、旋開頭部的堵頭，用手電鉆夾住鋼絲插進(jìn)檢測(cè)桿快速疏通，維護(hù)時(shí)間短) ，強(qiáng)力巴流量計(jì)就能夠長(zhǎng)期可靠使用。
   其局限性是: 對(duì)于同一種流體、管徑、參數(shù)，與其他流量計(jì)相比，產(chǎn)生的輸出信號(hào)較小，往往需要配套微差壓變送器 ( 甚至沒有合適的差變) ，使得整套價(jià)格提高，不利于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。因此，新推出一種增強(qiáng)型強(qiáng)力巴流量計(jì)。在大多數(shù)情況下，其他流量計(jì)配套普通低差壓變送器即可實(shí)現(xiàn)，降低了整套流量計(jì)的價(jià)格。
   這類流量計(jì)用于較大口徑輸水、輸氣 ( 蒸汽或氣體) 管道，特別是已經(jīng)使用的管線或地下管線、不適合停流割開管線的場(chǎng)合，對(duì)于企業(yè)節(jié)能升級(jí)改造，有廣闊的市場(chǎng)空間。
 
2． 3、平衡孔板流量計(jì)：
   平衡孔板流量計(jì)的工作原理和標(biāo)準(zhǔn)孔板一樣，只是結(jié)構(gòu)不同。標(biāo)準(zhǔn)孔板是在平板中間開一個(gè)孔，使流體流通而周邊阻擋形成“堰”，含有沉淀物雜質(zhì)的流體會(huì)在孔板前后沉積雜質(zhì)、改變流通狀態(tài)，甚至堵塞取壓口。流速高時(shí)，因漩渦產(chǎn)生較大噪聲使孔板抖動(dòng)甚至損壞，所以它的應(yīng)用受到限制。美國(guó)航空航天局馬歇爾航空飛行中心開發(fā)了一種新型孔板，以減少噪聲。其在板中心仍有一個(gè)同心孔的基礎(chǔ)上，在中心孔的周邊按一定規(guī)律分布若干較小的孔，其直徑由相應(yīng)公式計(jì)算，稱為平衡孔板或多孔孔板。
   平衡孔板流量計(jì)的主要技術(shù)參數(shù): 公稱通徑為50 ～ 2 000 mm，壓力等級(jí)為 0． 25 ～ 42 MPa，度等級(jí)為 0． 5、1． 0，介質(zhì)溫度≤650 ℃ ( 與本體材質(zhì)有關(guān)) 。

   V 形錐流量計(jì)的主要技術(shù)參數(shù): 公稱通徑為 50 ～ 2 000 mm，壓力等級(jí)為 0． 25 ～ 16 MPa，度等級(jí)為0． 5、1. 0，介質(zhì)溫度≤650 ℃ ( 與本體材質(zhì)有關(guān)) 。V 形錐流量計(jì)的流體從管內(nèi)壁和錐體外徑之間的環(huán)形通道流過。

圖 3 V 形錐流量計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖
V 形錐流量計(jì)具有標(biāo)準(zhǔn)孔板所沒有的諸多優(yōu)點(diǎn)，具體如下。
 
①檢測(cè)件的圓錐體形狀具有流體整流作用，削弱了上游局部阻力件產(chǎn)生的亂流對(duì)測(cè)量的影響，直管段長(zhǎng)度可以短些，一般情況下達(dá)到前 3DN、后 2DN 即可。
 
②對(duì)流體的平緩節(jié)流作用使差壓信號(hào)波動(dòng)小，讀數(shù)穩(wěn)定，有利于測(cè)量小流量，從而擴(kuò)大了測(cè)量量程 范圍。
 
③流經(jīng)檢測(cè)件時(shí)產(chǎn)生的漩渦和壓力損失小，節(jié)約能源。
 
④流體中的雜質(zhì)不易堵塞在節(jié)流件前后，氣體介質(zhì)中液體( 如蒸汽中的凝結(jié)水) 不會(huì)存在于節(jié)流件周圍，避免產(chǎn)生測(cè)量誤差。但是，由于同規(guī)格的多個(gè) V 錐體形狀難以保證完全一致，特別是沒有經(jīng)過機(jī)床精密加工的 V 錐體，不進(jìn)行逐臺(tái)實(shí)流標(biāo)定就難以確保精度，而實(shí)流標(biāo)定的費(fèi)用較高，一般用戶難以承受。對(duì)于要求測(cè)量精度較高的用戶，要充分認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)。目前，對(duì) V 錐流量計(jì)的宣傳有“過度”的趨勢(shì)，有的口徑為 40 mm 甚至更小; 而有的口徑為 2 000 mm 甚至更大，也選用 V 錐，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上考慮是不合適的。有的管道壓力高且波動(dòng)較大，選用 V錐就可能發(fā)生錐體支撐斷裂的危險(xiǎn)，請(qǐng)選型者慎之。用于中、大口徑氣體、液體、蒸汽介質(zhì)，流速中等以下的管徑。V 錐流量計(jì)不但適用于一般介質(zhì)，也適用于臟污( 無(wú)粘附性) 、粉塵介質(zhì)。

2.5、矩形流量計(jì)：
  矩形流量計(jì)是在楔形流量計(jì)的基礎(chǔ)上開發(fā)的，基本原理同一般節(jié)流裝置。楔形流量計(jì)的檢測(cè)元件是楔子，在測(cè)量臟污流體時(shí)，楔子的上游側(cè)面和下游側(cè)面由于流速較低而易粘附臟物、進(jìn)而影響測(cè)量，限制了它的使用。近年來，煤化工行業(yè)中的煤漿等臟污磨損性流體對(duì)楔形流量計(jì)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，催生出一種新型差壓式流量測(cè)量?jī)x表———矩形流量計(jì)。它結(jié)合了楔形流量計(jì)和文丘里流量計(jì)這兩種流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)，在關(guān)鍵結(jié)構(gòu)上作了實(shí)質(zhì)改進(jìn)。檢測(cè)元件不是頂端尖銳的楔塊，而是平緩收縮和擴(kuò)張的階梯矩形。矩形流量計(jì)可用于圓形、矩形或方形管道，本體可用直接焊接式( 不帶法蘭) 或法蘭連接式。

  矩形流量計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖如圖 4 所示。
  按用途不同分類，矩形流量計(jì)一般有耐磨損型、耐腐蝕型 2 種型式。
  矩形流量計(jì)的主要技術(shù)參數(shù): 內(nèi)徑為 50 ～ 2 000 mm，壓力等級(jí)為 0． 25 ～ 6． 3 MPa，度等級(jí)為1． 5 ～ 2． 5，介質(zhì)溫度≤650 ℃ ( 與本體材質(zhì)有關(guān)) 。矩形流量計(jì)的特點(diǎn)如下。
 
①流體經(jīng)過***小流通截面時(shí)沒有漩渦，不產(chǎn)生能量損耗，因此壓損小、能耗低。
 
②檢測(cè)元件沒有尖角，不易磨損，可以噴涂耐磨材料，適用于磨蝕性強(qiáng)( 如煤漿、油漿) 的流體，耐磨、性能穩(wěn)定、可靠，使用壽命可達(dá)楔式流量計(jì)的 4 倍以上。
 
③取壓方式類似于文丘里管，比楔式流量計(jì)的取壓方式更好、穩(wěn)定性更佳、測(cè)量精度更高。
 
④由于檢測(cè)元件的測(cè)量部分沒有滯流區(qū)，雜質(zhì)臟污不易粘附，如果采用噴涂樹脂等特殊材料，防粘能力更強(qiáng)( 可采用“雙法蘭隔離膜片”差壓變送器) 。
 矩形流量計(jì)可應(yīng)用于測(cè)量高磨損性流體( 在檢測(cè)件表面噴涂耐磨材料) 和腐蝕性流體的流量( 噴涂耐腐蝕材料) ，也可以測(cè)量一般氣體、蒸汽和液體( 包括油漿、煤化工流體) 的流量。按用途不同，矩形流量計(jì)一般有耐磨損型和耐腐蝕型 2 種型式。由于矩形流量計(jì)是非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，為達(dá)到一定的計(jì)量精度，建議實(shí)流標(biāo)定。
 
3、結(jié)束語(yǔ)：
 不同的差壓式流量計(jì) 具有各自鮮明的特點(diǎn)，用戶應(yīng)根據(jù)自身目的有針對(duì)性地選擇和使用。在對(duì)測(cè)量精度要求較高的場(chǎng)合，優(yōu)先選用由制造廠配套供應(yīng)直管段的標(biāo)準(zhǔn)孔板、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴或 ASME 噴嘴，或經(jīng)過實(shí)流標(biāo)定的平衡孔板、環(huán)形孔板流量計(jì)等; 在對(duì)壓力損失要求較嚴(yán)的場(chǎng)合，優(yōu)先選插入式 ( 例如強(qiáng)力巴) 流量計(jì)等; 在直管段長(zhǎng)度不足的場(chǎng)合，優(yōu)先選用環(huán)形孔板、V 錐流量計(jì)、平衡孔板流量計(jì)等; 對(duì)于介質(zhì)雜質(zhì)較多、粘附性強(qiáng)的介質(zhì)，例如濕焦?fàn)t煤氣，建議選用帶夾套保溫 ( 電伴熱或蒸汽伴熱，使測(cè)量管段內(nèi)環(huán)形孔板板片溫度稍高于介質(zhì)溫度，黏稠物質(zhì)不易粘附在板片上) 的環(huán)形孔板流量計(jì); 對(duì)較大口徑，建議在流量計(jì)的下游 3 倍口徑距離外開設(shè)“檢修人孔”，大修時(shí)徹底清污; 對(duì)于磨損性流體，選用噴涂特殊材料的矩形流量計(jì) ( 配用帶隔離膜片的智能差壓變送器) ?？傊髁繙y(cè)量涉及多方面知識(shí)，需要選型者全面了解流量計(jì)的性能指標(biāo)，必要時(shí)需和制造商進(jìn)行溝通。