每天各种各样的物质,在管道系统中被输送和分配,其中包括溶剂化学品石油天然气或用于输送能量的蒸汽。管道中的流体通常具有完全不同的属性,因此需要采用不同的测量原理对其进行测量。其中一种方法,就是基于压差原理的流量测量。
大约300年前,瑞士数学家和物理学家伯努利发现了管道中流体的压力和流速的直接关系,意大利物理学家文丘里也进行了相关流量实验,并在1797年制造了首个用于封闭管道的流量计,被称作文丘里管。以下介绍该原理如何进行测量的。
压差流量计在测量管中设计了人为干预流体的结构,这里以孔板为例来说明。在孔板的前后管道中各有一个取压孔,两根单独的管子将两个取压孔连接到压差传感器。该压差与流速成比例关系,从而得出管道中的流体的质量和体积流量。
如果流体不流动,孔板前后压力相同,一旦流体开始流动,由于管道的截面被孔板节流,孔板中的流速将显著增加。根据流体力学原理,此时该处的静压下降。因此不同的压力值,将由压差变送器检测出来。孔板前的压力较大,后面的压力较小,该压差与流速成比例关系,从而得出管道中的流体的质量和体积流量。流速越高,孔板的压降越大,测量道的压差越大。
在众多工业应用中,孔板能够满足大量的测量需求,尽管如此,仍有其他设计,用于某些特定的测量任务来克服外界的影响。如流体中携带固体而导致的过多压力损失或组件磨损。本视例显示了突然限流而使流体产生严重湍流现象。圆形的喷嘴漏斗状的入口明显降低了湍流,从而使压力损失降低。喷嘴特别适合于较高的流速,或带有磨损的固体颗粒的流体。采用文丘里喷嘴对湍流降低程度更大,主要由于流量计在管道中使用了更长的圆锥形管道结构来进行节流。为了最大程度优化过程条件的压损和压差值,可使用不同口径设计的节流装置。
需要注意的是,全球压差流量计用于工业流量测量已有100年的历史。该原理可用于液体气体或蒸汽测量,并适于极端高温高压的工况。
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