1 差壓變送器是如何能測量流體流量的?
差壓變送器本身只能測量流體的兩點壓力差值,若測量流體流量還需要與節流裝置(如標準孔板、文丘里管等)或取壓裝置(如均速管、彎管等)配合使用,才能測量出來流體的流量。根據伯努利方程和流體連續性原理:在流體流動的管道中裝有阻尼件,讓流體經過阻尼件,在阻尼件前后就會產生壓力的差值,成為壓差或差壓,差壓與流量有一定的函數關系。根據伯努利方程:
從式(1-1、1-2、1-3、1-4)中看出:伯努利方程是一個能量平衡方程,當在流體流動的管道中裝有阻尼件,流體經過阻尼件前后時,能量發生變化,靜壓能減少動能增加,從而形成壓差與動能的函數關系,動能與流體流速的函數關系為動能與流速平方為正比例關系,即差壓與流速平方成正比例。這就是差壓變送器測量流體流量的基本原理。
2 節流裝置的測量原理是什么?其計算公式如何推導的?
節流裝置前后流動特性如圖1所示。當充滿圓管的單相流體通過管道中安裝的節流裝置時,流體的流束在節流件處形成局部收縮,流速增大、靜壓降低,并在節流件前后產生壓力差,此差壓值與流體的流量有確定的數值關系。因此只要測量出差壓值,就可以得到流體通過管道的流量大小。
節流裝置計算公式是利用伯努力方程和連續方程推導出來的。推導的方法是根據理想流體流經典型節流裝置的特性,然后結合實際情況給以修正。
見圖1(a)中截面1和截面2,截面1是流體流束收縮前的截面,截面2是流束收縮最小的截面,根據兩個原理方程:
式(2-1)、(2-2)、(2-3)、(2-4)為理想液體及典型節流裝置中流速與差壓的關系式。
式中:
p1′、p2 ′—截面1和截面2處的靜壓;
U1′、U2′—截面1和截面2處的平均流速;
ρ1、ρ2 —截面1和截面2處的流體密度;
μ — 流束收縮系數(A2=μA0 );
A1、A2 —截面1和截面2處流體流通面積;
A0 —節流孔面積;
β —節流裝置的直徑比;
d —節流件開孔直徑;
D —管道內徑。
下面針對實際工作條件對理想流體和典型節流裝置逐項進行修正:
(5)對于可壓縮氣體,不再滿足ρ1=ρ2 的條件,把可壓縮氣體的條件的影響全部集中在流束膨脹系數ε上;
(6)流出系數C與流量系數α的關系
α =E C
其中E為漸進速度系數,表示孔板流量計上游管道內流速與孔板處的流速數學關系式,即:
C為流量計的實際流量與理論流量值之比,是一個純數。
將上述因素綜合修正后,計算公式為:
式中:
qm —質量流量kg/s;
qV —體積流量m3/s;
C —流出系數(無量綱);
ε —可膨脹系數(無量綱);
β —直徑比 β=d/D;
d —設計條件下節流件的孔徑 m;
D —設計條件下上游管道內徑 m;
Δp —差壓 Pa;
ρ —上游流體密度 kg/m3