差壓式流量計(jì)在我們的工業(yè)生產(chǎn)及民生領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用，它包括孔板流量計(jì)等許多市場(chǎng)上主流的流量計(jì)產(chǎn)品，本文將從其原理、結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、應(yīng)用等多方面進(jìn)行系統(tǒng)的介紹。
1.1基本原理
充滿管道的流體，當(dāng)它流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流件時(shí)，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(chǎn)生了壓差。流體流量愈大，產(chǎn)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(cè)量方法是以流動(dòng)連續(xù)性方程(質(zhì)量守恒定律)和伯努利方程(能量守恒定律)為基礎(chǔ)的。壓差的大小不僅與流量還與其他許多因素有關(guān)，例如當(dāng)節(jié)流裝置形式或管道內(nèi)流體的物理性質(zhì)(密度、粘度)不同時(shí)，在同樣大小的流量下產(chǎn)生的壓差也是不同的。
1.2流量方程
式中 qm--質(zhì)量流量，kg/s;
圖4.1 孔板附近的流速和壓力分布
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(nèi)徑，m；
△P--差壓，Pa； ρl--上游流體密度，kg/m3。
1. 分 類
差壓式流量計(jì)分類如表4.1所示。
表4.1 差壓式流量計(jì)分類表
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分類原則 |
分 類 類 型 |
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按產(chǎn)生差壓的作用原理分類 |
1）節(jié)流式；2）動(dòng)壓頭式；3）水力阻力式；4）離心式；5）動(dòng)壓增益式；6）射流式 |
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按結(jié)構(gòu)形式分類 |
1）標(biāo)準(zhǔn)孔板；2）標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)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 |
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按用途分類 |
1）標(biāo)準(zhǔn)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； |
2.1 按產(chǎn)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(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能以產(chǎn)生差壓的原理工作，其檢測(cè)件稱
之為節(jié)流裝置，是DPF的主要品種。
2)動(dòng)壓頭式 依據(jù)動(dòng)壓轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓的原理工作，如均速管流量計(jì)。
3)水力阻力式 依據(jù)流體阻力產(chǎn)生的壓差原理工作，檢測(cè)件為毛細(xì)管束，又稱層流流量計(jì)，一
般用于微小流量測(cè)量。
4)離心式 依據(jù)彎曲管或環(huán)狀管產(chǎn)生離心力原理形成的壓差工作，如彎管流量計(jì)，環(huán)形管流量
計(jì)等。
5)動(dòng)壓增益式 依據(jù)動(dòng)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(chǎn)生原理工作，如射流式差壓流量計(jì)。
2.2 按結(jié)構(gòu)形式分類
1) 標(biāo)準(zhǔn)孔板 又稱同心直角邊緣孔板，其軸向截面如圖4.2所示。孔板是一塊加工成圓形同心的具有銳利直角邊緣的薄板。孔板開孔的上游側(cè)邊緣應(yīng)是銳利的直角。標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)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(gè)方向的任一個(gè)方向測(cè)量流量，可采用對(duì)稱孔板，節(jié)流孔的兩個(gè)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(biāo)準(zhǔn)孔板 圖4.3 孔板的三種取壓方式
2) 標(biāo)準(zhǔn)噴嘴 有兩種結(jié)構(gòu)形式：ISA 1932噴嘴和長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(kuò)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(jié)構(gòu)形式：①具有粗鑄收縮段的；②具有機(jī)械加工收縮段的；③具有鐵板焊接收縮段的。
4）文丘里噴嘴 由進(jìn)口噴嘴、圓筒形喉部及擴(kuò)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(biāo)準(zhǔn)孔板相似，相當(dāng)于一塊倒裝的標(biāo)準(zhǔn)孔板，其結(jié)構(gòu)如圖4 . 8所示，取壓方式為角接取壓。
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(dú)取壓口
6)1/4圓孔板 1/4圓孔板與標(biāo)準(zhǔn)孔板相比只是孔口形狀不同，它的外形輪廓由一個(gè)與軸線垂直的端面，半徑r為1/4圓構(gòu)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。
圖4.10 圓缺孔板
7) 圓缺孔板 其開孔為一個(gè)圓的一部分(圓缺部分)，這個(gè)圓的直徑為管道直徑的98％，開孔的圓弧部分的圓心應(yīng)精確定位，使其與管道同心，這樣可保證開孔不會(huì)被連接的管道或兩端的墊片所遮蓋，其結(jié)構(gòu)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)。
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(gè)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(huì)被法蘭或墊片遮蓋住，其結(jié)構(gòu)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(nèi)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(jié)構(gòu)如圖4.12所示。其檢測(cè)件為V形，設(shè)計(jì)合適時(shí)節(jié)流件上下游無滯流區(qū)，不會(huì)使管道堵塞，取壓方式未標(biāo)準(zhǔn)化。
圖4.12 楔形流量計(jì)
1-高壓取壓口；2-低壓取壓口；3-測(cè)量管；4-楔形孔板；5-法蘭
10) 整體(內(nèi)藏)孔板 管徑小于DN50孔板可以有多種結(jié)構(gòu)形式，圖4.13所示為內(nèi)藏孔板結(jié)構(gòu)，當(dāng)管徑較小時(shí)孔板入口邊緣銳利度及管道糙度等對(duì)流出系數(shù)有顯著影響，因此按結(jié)構(gòu)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(gè)別校準(zhǔn)才能準(zhǔn)確確定流出系數(shù)。
圖4.13 整體（內(nèi)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(dòng)變化，曲面圓錐形塞子在差壓和彈簧力的作用下來回移動(dòng)，孔隙的變化使輸出信號(hào)（差壓或位移）與流量成線性關(guān)系，并極大地?cái)U(kuò)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(biāo)定和鎖定蝸桿裝置；
6-軸支撐；7-低壓側(cè)差壓檢出接頭；8-高張力精密彈簧；9-排水孔；10-高壓側(cè)差壓檢出接頭
12）環(huán)形孔板 環(huán)形孔板的結(jié)構(gòu)如圖4.15所示。它由一個(gè)被同心固定在測(cè)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(diǎn)是既能疏泄管道底部的較重物質(zhì)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(jié)構(gòu)如圖4.16所示。它由40o入口錐角和15o擴(kuò)散管組成。流體首先碰到a上，再經(jīng)短而陡的錐體，到達(dá)喉部槽兩邊的兩個(gè)圓筒形部分，通過短的錐體后在f處，突然擴(kuò)大到管道中，整個(gè)長(zhǎng)度僅是管徑的1.5-2倍，是經(jīng)典文丘里管長(zhǎng)度的17％。道爾管產(chǎn)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(jié)構(gòu)如圖4.17所示。它由入口段、入口錐管、喉部錐管、喉部和擴(kuò)散管組成。入口錐管的錐角為40o，喉部錐角為7o，擴(kuò)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(zhǎng)度的一半，即d／4處。
15)彎管 彎管結(jié)構(gòu)如圖4.18所示。利用管道系統(tǒng)彎頭作檢測(cè)件，無附加壓損及專門安裝節(jié)流件是其優(yōu)點(diǎn)，彎管取壓口開在45o或22.5o處，取壓口結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)孔板相同，兩個(gè)平面內(nèi)的兩個(gè)取壓口對(duì)準(zhǔn)，使其能處于同一條直線上，彎管內(nèi)壁應(yīng)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(shí)，可無需拆開管道，短時(shí)間暫停管道內(nèi)被測(cè)介質(zhì)的流動(dòng)，這時(shí)就可打開上蓋，取出孔板及密封件予以檢查或更換。
17)臨界流節(jié)流裝置 臨界流節(jié)流裝置有兩種結(jié)構(gòu)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(kuò)散段組成。入口收縮段是一個(gè)喇叭形曲面，該曲面延伸至最小斷面處(喉部)，并與擴(kuò)散段相切。在入口平面的上游，廓形沒有規(guī)定，但在每個(gè)軸向位置上，其直徑都應(yīng)等于或大于喇叭形擴(kuò)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(kuò)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(yīng)沒有缺陷，連接要平滑。(a)圓環(huán)形喉部文丘里噴嘴
2.3 按用途分類
1)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置 ISO 5167或GB／T2624中所包括的節(jié)流裝置稱為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，它們是標(biāo)準(zhǔn)孔板、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、經(jīng)典文丘里管和文丘里噴嘴。在設(shè)計(jì)、制造、安裝及使用方面皆遵循標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，可不必個(gè)別校準(zhǔn)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(nèi)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。
圖4.19 可換孔板節(jié)流裝置 圖4.20 臨界流節(jié)流裝置
2. 節(jié)流式差壓流量計(jì)的主要特點(diǎn)
應(yīng)用最普遍的節(jié)流件標(biāo)準(zhǔn)孔板結(jié)構(gòu)易于復(fù)制，簡(jiǎn)單，牢固，性能穩(wěn)定可靠，使用期限長(zhǎng)，價(jià)格低廉。
節(jié)流式DPF應(yīng)用范圍極廣泛，至今尚無任何一類流量計(jì)可與之相比。全部單相流體，包括液、氣、蒸汽皆可測(cè)量，部分混相流，如氣固、氣液、液固等亦可應(yīng)用，一般生產(chǎn)過程的管徑、工作狀態(tài)(壓力，溫度)皆有產(chǎn)品。
檢測(cè)件與差壓顯示儀表可分開不同生產(chǎn)廠生產(chǎn)，便于專業(yè)化形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)，它們的結(jié)合非常靈活方便。
檢測(cè)件，特別是標(biāo)準(zhǔn)型的，是全世界通用的，并得到國際標(biāo)準(zhǔn)組織的認(rèn)可。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)型檢測(cè)件進(jìn)行的試驗(yàn)研究是國際性的，其他流量計(jì)一般僅依靠個(gè)別廠家或研究群體進(jìn)行，因此其研究的深度和廣度不可同日而語。從時(shí)間上看，標(biāo)準(zhǔn)型檢測(cè)件自20世紀(jì)30年代由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織確定后再也沒有改變，其研究資料及生產(chǎn)實(shí)踐的積累極其豐富，它涉及的應(yīng)用范圍還沒有一類流量計(jì)可比。
正是由于上述原因，標(biāo)準(zhǔn)型節(jié)流式DPF無需實(shí)流校準(zhǔn)，即可投用，在流量計(jì)中亦是惟一的。
目前在各種類型中以節(jié)流式和動(dòng)壓頭式應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)型發(fā)展，ISO設(shè)有專門技術(shù)委員會(huì)負(fù)責(zé)此項(xiàng)工作。動(dòng)壓頭式以均速管流量計(jì)為代表，近年有較快發(fā)展，它是插入式流量計(jì)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(diǎn)：
1)測(cè)量的重復(fù)性、精確度在流量計(jì)中屬于中等水平，由于眾多因素的影響錯(cuò)綜復(fù)雜，精確度難以提高。
2)范圍度窄，由于儀表信號(hào)(差壓)與流量為平方關(guān)系，一般范圍度僅3:1-4:1。
3)現(xiàn)場(chǎng)安裝條件要求較高，如需較長(zhǎng)的直管段(指孔板，噴嘴)，一般難以滿足。
4)檢測(cè)件與差壓顯示儀表之間引壓管線為薄弱環(huán)節(jié)，易產(chǎn)生泄漏、堵塞、凍結(jié)及信號(hào)失真等故障。
5)壓損大(指孔板，噴嘴)。
為了彌補(bǔ)上述缺點(diǎn)，近年儀表開發(fā)有如下一些措施。
(1) 關(guān)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(tái)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(duì)每種通徑測(cè)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(yīng)用有許多優(yōu)點(diǎn)：改變節(jié)流件應(yīng)用對(duì)號(hào)入座的缺陷；節(jié)流件生產(chǎn)方式由小生產(chǎn)作業(yè)方式轉(zhuǎn)變?yōu)榇笈可a(chǎn)；對(duì)于廓形節(jié)流件(如噴嘴，文丘里管等)采用專用加工設(shè)備實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本，為擴(kuò)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(cè)件為孔板或噴嘴等品種，其實(shí)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(yīng)用的原因是結(jié)構(gòu)笨重，價(jià)格高，如采用定值節(jié)流件可使生產(chǎn)成本大幅度下降，為廣泛應(yīng)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(dòng)態(tài)特性，方便安裝使用，受到用戶的歡迎。國外應(yīng)用已相當(dāng)普遍，據(jù)統(tǒng)計(jì)，日本在1996-1997年新建四家工廠400余臺(tái)差壓式流量計(jì)，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(zhǎng)度短(約5D-10D)，在無長(zhǎng)直管段場(chǎng)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(dòng)調(diào)整器，在精度要求較高時(shí)節(jié)流裝置與流動(dòng)調(diào)整器配套供應(yīng)，可保證測(cè)量的精確度，但也增加了壓損與維護(hù)工作
3. 安裝使用注意事項(xiàng)
4.1 安裝注意事項(xiàng)
節(jié)流式DPF的安裝要求包括管道條件、管道連接情況、取壓口結(jié)構(gòu)、節(jié)流裝置上下游直管段長(zhǎng)度以及差壓信號(hào)管路的敷設(shè)情況等。
安裝要求必須按規(guī)范施工，偏離要求產(chǎn)生的測(cè)量誤差，雖然有些可以修正，但大部分是無法定量確定的，因此現(xiàn)場(chǎng)的安裝應(yīng)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定執(zhí)行，否則產(chǎn)生的測(cè)量誤差甚至無法定性確定。
關(guān)于節(jié)流裝置上下游直管段長(zhǎng)度的確定，是一個(gè)有爭(zhēng)議的問題。由于進(jìn)行此項(xiàng)試驗(yàn)的各試驗(yàn)者條件的差異，以及誤差評(píng)定方法的不一致，試驗(yàn)結(jié)果存在分歧并不奇怪。國際上在80年代進(jìn)行了大規(guī)模的孔板流量計(jì)試驗(yàn)，為ISO 5167的修訂打下基礎(chǔ)。修訂的主要內(nèi)容之一就是直管段長(zhǎng)度的修訂，以及流動(dòng)調(diào)整器的使用等。
以下我們按測(cè)量管、節(jié)流件以及差壓信號(hào)管路幾方面的安裝需要注意的事項(xiàng)分別進(jìn)行簡(jiǎn)介。
⑴
測(cè)量管及其安裝
測(cè)量管是指節(jié)流件上下游直管段，包括節(jié)流件夾持環(huán)及流動(dòng)調(diào)整器(如果使用時(shí))，典型的測(cè)量管如圖4.21所示。測(cè)量管是節(jié)流裝置的重要組成部分，其結(jié)構(gòu)及幾何尺寸對(duì)進(jìn)入節(jié)流件流體的流動(dòng)狀態(tài)有重要影響，所以在標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)測(cè)量管的結(jié)構(gòu)尺寸及安裝有詳細(xì)的規(guī)定。對(duì)于測(cè)量管及其安裝應(yīng)注意以下內(nèi)容：1)直管段管道內(nèi)徑的確定方法；2)直管段的直度和圓度；3)直管段的內(nèi)表面狀況；4)直管段的必要長(zhǎng)度；5)節(jié)流件夾持環(huán)；6)流動(dòng)調(diào)整器。
圖4.21 測(cè)量管
直管段管道內(nèi)徑的確定如圖4.22所示。
具體要求如下。
1)上游 管徑：D＝（D1+D2+D3+…+D12）/12在①②③平面處測(cè)；
圓度：0.997 D≤D1,D2，…，D14，Dn≤1.003 D在①②③④平面處測(cè)，其中n為保險(xiǎn)起見，在③與④平面之間，追加的測(cè)量次數(shù)。
2)下游 對(duì)管徑只作一次檢查：0.97 D≤D15≤1.03 D。
3)對(duì)古典文丘里管 入口圓筒形直徑與D之差≤入口圓筒形直徑的±1％；
入口圓筒形直徑與D1，D2，D3…之差≤入口圓筒形直徑的±2％；
D15≥文丘里擴(kuò)散段出口端直徑的90％。
用于計(jì)算節(jié)流裝置直徑比的管道內(nèi)徑D值應(yīng)為上游取壓口的上游0.5D長(zhǎng)度范圍內(nèi)的內(nèi)徑平均值。由圖可見，對(duì)內(nèi)徑確定的規(guī)定是很嚴(yán)格的，但是在現(xiàn)場(chǎng)由于種種原因，有時(shí)沒有按照要求進(jìn)行，而采取公稱通徑作為設(shè)計(jì)計(jì)算之用，這是不允許的。
直管段管道內(nèi)表面狀況對(duì)測(cè)量精確度的影響往往被忽略了。標(biāo)準(zhǔn)對(duì)管道內(nèi)詳細(xì)規(guī)定。在湍流狀況下光滑管與粗糙管的流速分布是不一樣的(見第2章)系數(shù)亦不相同。對(duì)于新安裝的管道應(yīng)選用符合粗糙度要求的管道，如果達(dá)不到要求采取措施，如加涂層或進(jìn)行機(jī)加工，以滿足之。但是儀表長(zhǎng)期使用后，由于測(cè)量介質(zhì)特性（腐蝕，粘結(jié)，結(jié)垢等)作用，內(nèi)表面可能發(fā)生改變，應(yīng)定期檢查進(jìn)行清洗維護(hù)。
直管段長(zhǎng)度與阻流件類型及β值有關(guān)，表4.5-表4.7示有標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的必要直管段長(zhǎng)度的規(guī)定。由表可見，標(biāo)準(zhǔn)只提供若干典型阻流件類型的數(shù)值，并且指出這些數(shù)據(jù)的試驗(yàn)條件為進(jìn)入阻流件的流動(dòng)為充分發(fā)展管流，顯然這些條件在現(xiàn)場(chǎng)并非都能滿足的。前面我們已談過，在這種情況下可采用流動(dòng)調(diào)整器解決。近年來，國際上對(duì)流動(dòng)調(diào)整器的試驗(yàn)研究非常重視，取得許多重要成果，這些都將在ISO 5167新標(biāo)準(zhǔn)中得到反映。
表4.5 孔板與阻流件之間所要求的直管段長(zhǎng)度（無流動(dòng)調(diào)整器）（數(shù)值以管徑D倍數(shù)表示）
|
直徑比β |
孔 板 上 游 側(cè) （入口） |
|||||||||||||
|
單個(gè)90o彎頭 |
在同一平面上的兩個(gè)90o彎頭，S形狀 |
在同一平面上的兩個(gè)90o彎頭，S形狀 |
在垂直平面上的兩個(gè)90o彎頭，(30D≥S≥5D)① |
在垂直平面上的兩個(gè)90o彎頭，(5D＞S)①② |
單個(gè)90o三通 |
單個(gè)45o彎頭在同一平面上的兩個(gè)45o彎頭，S形狀(S＞22D)① |
||||||||
|
|
A |
B |
A |
B |
A |
B |
A |
B |
A |
B |
A |
B |
A |
B |
|
0.20 |
6 |
3 |
10 |
10 |
10 |
10 |
19 |
18 |
34 |
17 |
9 |
3 |
⑤ |
⑤ |
|
0.40 |
16 |
3 |
10 |
10 |
10 |
10 |
44 |
18 |
50 |
25 |
9 |
3 |
30 |
9 |
|
0.50 |
22 |
9 |
18 |
10 |
22 |
10 |
44 |
18 |
75 |
34 |
19 |
9 |
30 |
9 |
|
0.60 |
42 |
13 |
30 |
18 |
42 |
18 |
44 |
18 |
65 |
25 |
29 |
18 |
30 |
18 |
|
0.67 |
44 |
20 |
44 |
18 |
44 |
20 |
44 |
20 |
60 |
10 |
36 |
18 |
44 |
18 |
|
0.75 |
44 |
20 |
44 |
18 |
44 |
22 |
44 |
20 |
75 |
18 |
44 |
18 |
44 |
18 |
|
直徑比β |
孔 板 上 游 側(cè) （入口） |
孔板下游側(cè)（出口） |
||||||||||
|
漸縮管在1.5D到3D的長(zhǎng)度內(nèi)由2D變?yōu)?/span>D |
漸擴(kuò)管在D到2D的長(zhǎng)度內(nèi)由0.5D變?yōu)?/span>D |
全孔球閥或閘閥全開 |
對(duì)稱突縮管 |
溫度計(jì)套管或插口③直徑小于0.03D④ |
前面全部阻流件類型和密度計(jì)套管 |
|||||||
|
|
A |
B |
A |
B |
A |
B |
A |
B |
A |
B |
A |
B |
|
0.20 |
5 |
5 |
16 |
8 |
12 |
6 |
30 |
15 |
5 |
3 |
4 |
2 |
|
0.40 |
5 |
5 |
16 |
8 |
12 |
6 |
30 |
15 |
5 |
3 |
6 |
3 |
|
0.50 |
6 |
5 |
18 |
9 |
12 |
6 |
30 |
15 |
5 |
3 |
6 |
3 |
|
0.60 |
9 |
5 |
22 |
11 |
14 |
7 |
30 |
15 |
5 |
3 |
7 |
3.5 |
|
0.67 |
12 |
6 |
27 |
14 |
18 |
9 |
30 |
15 |
5 |
3 |
7 |
3.5 |
|
0.75 |
22 |
11 |
38 |
19 |
24 |
12 |
30 |
15 |
5 |
3 |
8 |
4 |
①S-兩個(gè)彎頭分隔的間距，從上游彎頭曲面部分的下游端到下游彎頭曲面部分的上游端的間距。
②惡劣的安裝條件，可能的話，采用流動(dòng)調(diào)整器。
③對(duì)于其他阻流件，溫度計(jì)套管的安裝不會(huì)變更其上游的最短直管段長(zhǎng)度。
④當(dāng)A欄和B欄分別增加到20D和10D時(shí)，則可安裝溫度計(jì)套管的直徑為0.03D到0.13D。
⑤此處無數(shù)據(jù)，用β=0.4的長(zhǎng)度足夠了。
注：1．對(duì)于β＜0.2可以取β=0.2同樣的長(zhǎng)度。
2．最小直管段長(zhǎng)度是指孔板的上下游阻流件與孔板之間的長(zhǎng)度，該長(zhǎng)度是從最靠近的彎頭或三通的曲面部分下游末端或漸縮管和漸擴(kuò)管的錐管部分下游末端測(cè)量起。
3．本表中大多數(shù)彎頭其曲率半徑等于1.5D，但亦可用于任意曲率半徑的彎頭。
4．各種阻流件中A欄的長(zhǎng)度是指"零附加不確定度"的。
5．各種阻流件中B欄的長(zhǎng)度是指"0.5%附加不確定度"的。
表4.6噴嘴和文丘里噴嘴所要求的直管段長(zhǎng)度（無流動(dòng)調(diào)整器）（數(shù)值以管徑D倍數(shù)表示）
|
直徑比β |
噴嘴和文丘里噴嘴上游側(cè)（入口） |
下游側(cè)（出口） |
||||||||||||||||||||
|
單個(gè)90o彎頭或三通（流體僅從一個(gè)支管流出） |
在同一平面上的兩個(gè)或多個(gè)90o彎頭 |
在不同平面上的兩個(gè)或多個(gè)90o彎頭 |
漸縮管在1.5D到3D長(zhǎng)度由2D變?yōu)?/span>D |
漸擴(kuò)管在D到2D長(zhǎng)度內(nèi)由0.5D變?yōu)?/span>D |
球閥全開 |
全孔球閥或閘閥全開 |
對(duì)稱驟縮管 |
溫度計(jì)套管或插孔直徑小于0.03D |
溫度計(jì)套管或插孔直徑在0.03D和0.13D之間 |
前面阻流件（后3個(gè)除外） |
||||||||||||
|
|
A |
B |
A |
B |
A |
B |
A |
B |
A |
B |
A |
B |
A |
B |
A |
B |
A |
B |
A |
B |
A |
B |
|
0.20 |
10 |
6 |
14 |
7 |
34 |
17 |
5 |
|
16 |
8 |
18 |
9 |
12 |
6 |
30 |
15 |
5 |
3 |
20 |
10 |
4 |
2 |
|
0.25 |
10 |
6 |
14 |
7 |
34 |
17 |
5 |
|
16 |
8 |
18 |
9 |
12 |
6 |
30 |
15 |
5 |
3 |
20 |
10 |
4 |
2 |
|
0.30 |
10 |
6 |
16 |
8 |
34 |
17 |
5 |
|
16 |
8 |
18 |
9 |
12 |
6 |
30 |
15 |
5 |
3 |
20 |
10 |
5 |
2.5 |
|
0.35 |
12 |
6 |
16 |
8 |
36 |
18 |
5 |
|
16 |
8 |
18 |
9 |
12 |
6 |
30 |
15 |
5 |
3 |
20 |
10 |
5 |
2.5 |
|
0.40 |
14 |
7 |
18 |
9 |
36 |
18 |
5 |
|
16 |
8 |
20 |
10 |
12 |
6 |
30 |
15 |
5 |
3 |
20 |
10 |
6 |
3 |
|
0.45 |
14 |
7 |
18 |
9 |
38 |
19 |
5 |
|
17 |
9 |
20 |
10 |
12 |
6 |
30 |
15 |
5 |
3 |
20 |
10 |
6 |
3 |
|
0.50 |
14 |
7 |
20 |
10 |
40 |
20 |
6 |
5 |
18 |
9 |
22 |
11 |
12 |
6 |
30 |
15 |
5 |
3 |
20 |
10 |
6 |
3 |
|
0.55 |
16 |
8 |
22 |
11 |
44 |
22 |
8 |
5 |
20 |
10 |
24 |
12 |
14 |
7 |
30 |
15 |
5 |
3 |
20 |
10 |
6 |
3 |
|
0.60 |
18 |
9 |
26 |
13 |
48 |
24 |
9 |
5 |
22 |
11 |
26 |
13 |
14 |
7 |
30 |
15 |
5 |
3 |
20 |
10 |
7 |
3.5 |
|
0.65 |
22 |
11 |
32 |
16 |
54 |
27 |
11 |
6 |
25 |
13 |
28 |
14 |
16 |
8 |
30 |
15 |
5 |
3 |
20 |
10 |
7 |
3.5 |
|
0.70 |
28 |
14 |
36 |
18 |
62 |
31 |
14 |
7 |
30 |
15 |
32 |
16 |
20 |
10 |
30 |
15 |
5 |
3 |
20 |
10 |
7 |
3.5 |
|
0.75 |
36 |
18 |
42 |
21 |
70 |
35 |
22 |
11 |
38 |
19 |
36 |
18 |
24 |
12 |
30 |
15 |
5 |
3 |
20 |
10 |
8 |
4 |
|
0.80 |
46 |
23 |
50 |
25 |
80 |
40 |
30 |
15 |
54 |
27 |
44 |
22 |
30 |
15 |
30 |
15 |
5 |
3 |
20 |
10 |
8 |
4 |
①溫度計(jì)套管或插孔的配置不變更其他阻流件需要的上游最短直管段長(zhǎng)度。
注：1．最短直管段長(zhǎng)度是節(jié)流件上游或下游的各種阻流件與節(jié)流件之間的數(shù)值，全部直管段長(zhǎng)度從節(jié)流 件的上游端面測(cè)量起。
2．A欄為"零附加不確定長(zhǎng)度"的長(zhǎng)度值。
3．B欄為"0.5％附加不確定度"的長(zhǎng)度值。
4．有些節(jié)流件不是全部β值都允許采用的。
表4.7 經(jīng)典文丘里管所要求的直管段長(zhǎng)度（無流動(dòng)調(diào)整器）（數(shù)值以管徑D倍數(shù)表示）
|
直徑比β |
單個(gè)90o彎頭① |
在同一平面上或不同平面上的兩個(gè)或多個(gè)90o彎頭① |
漸縮管在2.3D長(zhǎng)度內(nèi)由1.33D變?yōu)?/span>D |
漸擴(kuò)管在2.5D長(zhǎng)度內(nèi)由0.67D變?yōu)?/span>D |
全孔球閥或閘閥全開 |
|||||
|
|
A |
B |
A |
B |
A |
B |
A |
B |
A |
B |
|
0.30 |
8 |
3 |
8 |
3 |
4 |
4 |
4 |
4 |
2.5 |
2.5 |
|
0.40 |
8 |
3 |
8 |
3 |
4 |
4 |
4 |
4 |
2.5 |
2.5 |
|
0.50 |
9 |
3 |
10 |
3 |
4 |
4 |
5 |
4 |
3.5 |
2.5 |
|
0.60 |
10 |
3 |
10 |
3 |
4 |
4 |
6 |
4 |
4.5 |
2.5 |
|
0.70 |
14 |
3 |
19 |
3 |
4 |
4 |
7 |
5 |
5.5 |
3.5 |
|
0.75 |
16 |
8 |
22 |
8 |
4 |
4 |
7 |
6 |
5.5 |
3.5 |
① 彎頭的曲率半徑大于或等于管徑。
注：⒈最小直管段長(zhǎng)度是指經(jīng)典文丘里管上游各種阻流件與經(jīng)典文丘里管之間的長(zhǎng)度，直管段長(zhǎng)度是從最靠近（或僅有）的彎頭的曲面部分下游末端或漸縮管和漸擴(kuò)管的追面部分下游末端測(cè)量起，它直至經(jīng)典文丘里管上游取壓口的平面處。
⒉各阻流件A欄為"零附加不確定度"的長(zhǎng)度值。
⒊各阻流件B欄為"0.5%附加不確定度"的長(zhǎng)度值。
⒋若溫度計(jì)套管或插孔安裝于經(jīng)典文丘里管的上游，必須不大于0.13D并設(shè)置在文丘里管上游取壓口的上游至少4D處。
⒌各種阻流件或其他干擾件（如表中所示）或密度計(jì)套管應(yīng)設(shè)置于喉部取壓口平面下游至少4倍喉徑處，并不應(yīng)影響測(cè)量的準(zhǔn)確度。
(2)節(jié)流件的安裝
節(jié)流件安裝的垂直度、同軸度及與測(cè)量管之間的連接都有嚴(yán)格的規(guī)定。
1)垂直度 節(jié)流件應(yīng)垂直于管道軸線，其偏差允許在±1o之間。
2) 同軸度 節(jié)流件應(yīng)與管道或夾持環(huán)(采用時(shí))同軸。節(jié)流件的軸線與上下游側(cè)測(cè)量管軸線之間的距離(或稱偏心率)ec與取壓管軸線的平行分量ecl及垂直分量ecn應(yīng)滿足下式，此時(shí)流出系數(shù)C無附加不確定度
ecl≤0.0025D/（0.1+2.3β4） （4.3）
和 ecn≤0.005D/（0.1+2.3β4） （4.4）
如果ecl在式(4.5)范圍內(nèi)，則流出系數(shù)C的不確定度應(yīng)算術(shù)相加±0.3％的附加不確定度
0.0025D/（0.1+2.3β4）≤ecl≤0.005D/（0.1+2.3β4） （4.5）
如果ec1和ecn在式(4.6)范圍，則認(rèn)為不符合標(biāo)準(zhǔn)文件(ISO 5167)的要求
ecl或ecn＞0.005D/（0.1+2.3β4）
（4.6）
由式可見，在中小口徑及大β值時(shí)，安裝偏心率的要求是很嚴(yán)格的，ec的實(shí)際檢驗(yàn)很困難，應(yīng)由各連接件的配合公差來保證。
3)節(jié)流件前后測(cè)量管的安裝 離節(jié)流件2D以外，節(jié)流件與第一個(gè)上游阻流件之間的測(cè)量管，可由一段或多段不同截面的管子組成，其允許的臺(tái)階及附加不確定度如圖4．23所示。在離節(jié)流件上游側(cè)端面至少2D長(zhǎng)度的下游測(cè)量管上，下游管道內(nèi)徑與上游測(cè)量管的內(nèi)徑平均值之差，應(yīng)不超過內(nèi)徑平均值的±3％。若hs≤±0.3％D，則對(duì)流出系數(shù)可用參比條件下的精度。若hs≥±0.3％D，并且hs/D≤0.002×（Ls／D+0.4）/（0.1+2.3β4）和hs/D≤0.05式中β=d/D hs=D1-D
則對(duì)流出系數(shù)的精度應(yīng)附加±0.2%的不確定度。
圖4.23 管道臺(tái)階檢驗(yàn)
(3)差壓信號(hào)管路的安裝
差壓信號(hào)管路是指節(jié)流裝置與差壓變送器(或差壓計(jì))的導(dǎo)壓管路。它是DPF的薄弱環(huán)節(jié)，據(jù)統(tǒng)計(jì)DPF的故障中引壓管路最多，如堵塞、腐蝕、泄漏、凍結(jié)、假信號(hào)等等，約占全部故障率的70％，因此對(duì)差壓信號(hào)管路的配置和安裝應(yīng)弓[起高度重視。
1)取壓口 取壓口一般設(shè)置在法蘭、環(huán)室或夾持環(huán)上，當(dāng)測(cè)量管道為水平或傾斜時(shí)取壓口的安裝方向如圖4.24所示。它可以防止測(cè)液體時(shí)氣體進(jìn)入導(dǎo)壓管或測(cè)氣體時(shí)液滴或污物進(jìn)入導(dǎo)壓管。當(dāng)測(cè)量管道為垂直時(shí)，取壓口的位置在取壓位置的平面上，方向可任意選擇。不同溫度條件下取壓接頭的安裝方法如圖4.25所示。
圖4.24 取壓口位置安裝示意
圖4.25 在管道上安裝取壓接頭的方法
注：取壓空邊緣應(yīng)整齊，為直角或稍加倒圓，無毛刺、卷刃及其他缺陷
（a）溫度在426oC（800oF）以下；（b）溫度在426oC（800oF）以上，而且與二次元件之間距離較大；（c）當(dāng)要求滿角焊時(shí)可選此方案；（d）溫度在204oC（400oF）以下
2）導(dǎo)壓管 導(dǎo)壓管的材質(zhì)應(yīng)按被測(cè)介質(zhì)的性質(zhì)和參數(shù)確定，其內(nèi)徑不小于6mm，長(zhǎng)度最好在16mm以內(nèi)，各種被測(cè)介質(zhì)在不同長(zhǎng)度時(shí)導(dǎo)壓管內(nèi)徑的建議值如表4.8所示。導(dǎo)壓管應(yīng)垂直或傾斜敷設(shè)，起傾斜度不小于1：12，粘度高的流體，其傾斜度應(yīng)更增大。當(dāng)導(dǎo)壓管長(zhǎng)度超過30m時(shí)，導(dǎo)壓管應(yīng)分段傾斜，并在最高點(diǎn)與最低點(diǎn)裝設(shè)集氣器（或排氣閥）和沉淀器（或排污閥）。正負(fù)導(dǎo)壓管應(yīng)計(jì)量靠近敷設(shè)，防止兩管子溫度不同使信號(hào)失真，嚴(yán)寒地區(qū)導(dǎo)壓管應(yīng)加防凍保護(hù)，用電或蒸汽加熱保溫，要防止過熱，導(dǎo)壓管中流體汽化會(huì)產(chǎn)生假差壓應(yīng)予注意。
表4.8 導(dǎo)壓管的內(nèi)徑和長(zhǎng)度 mm
|
導(dǎo)壓管長(zhǎng)度/mm |
＜16000 |
16000～45000 |
45000～90000 |
|
導(dǎo)壓管直徑/mm |
|||
|
被測(cè)流體 |
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水、水蒸氣、干氣體 |
7～9 |
10 |
13 |
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濕氣體 |
13 |
13 |
13 |
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低、中粘度的油品 |
13 |
19 |
25 |
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臟液體或氣體 |
25 |
25 |
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3)差壓信號(hào)管路的安裝 根據(jù)被測(cè)介質(zhì)和節(jié)流裝置與差壓變送器（或差壓計(jì)）的相對(duì)位置，差壓信號(hào)管路有以下幾種安裝方式。
被測(cè)流體為清潔液體時(shí)，信號(hào)管路的安裝方式如圖4.26所示。
圖4.26 被測(cè)流體為清潔液體是，信號(hào)管路安裝示意
（a）儀表在管道下方；（b）儀表在管道上方；（c）垂直管道，被測(cè)流體為高溫液體
. 被測(cè)流體為清潔干氣體時(shí)，信號(hào)管路的安裝凡是如圖4.27所示。
圖4.27 被測(cè)流體為清潔干氣體時(shí)，信號(hào)管路安裝示意
（a）儀表在管道下方；（b）儀表在管道上方；（c）垂直管道，儀表在取壓口上方；（d）垂直管道，儀表在取壓口下方
被測(cè)流體為水蒸氣時(shí)，信號(hào)管路的安裝方式如圖4.28所示。
圖4.28 被測(cè)流體為水蒸氣時(shí)，信號(hào)管路安裝示意
（a）儀表在管道下方；（b）儀表在管道上方；（c）垂直管道，儀表在取壓口下方；（d）儀表在管道下方，同（a）圖，僅冷凝器安裝方式不同，可任意選用
被測(cè)流體為清潔濕氣體時(shí)，信號(hào)管路的安裝方式如圖4.29所示。
圖4.29 被測(cè)流體為濕氣體時(shí)，信號(hào)管路安裝示意（a），（b）
圖4.29 被測(cè)流體為濕氣體時(shí)，信號(hào)管路安裝示意（c）-（f）
4. 標(biāo)準(zhǔn)和檢定規(guī)程
節(jié)流式DPF的標(biāo)準(zhǔn)在全部流量?jī)x表標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)該說是最成熟且下的功夫是最大的了。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)第30技術(shù)委員會(huì)(TC30)自成立之日起(1947年)幾乎集中全部力量準(zhǔn)備制訂一部節(jié)流裝置國際標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過30余年努力，終于在1980年頒布第一部節(jié)流裝置國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 5167(1980)（最新的ISO5167(2003)），自標(biāo)準(zhǔn)正式頒布之日起就又緊張地準(zhǔn)備進(jìn)行修訂工作。一部標(biāo)準(zhǔn)在頒布之時(shí)即同時(shí)宣布開始進(jìn)行修訂似乎并無先例。整個(gè)80年代國際上開展大規(guī)模孔板流量計(jì)研究試驗(yàn)，為改善標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)基礎(chǔ)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。經(jīng)過多次討論會(huì)審查，ISO 5167新標(biāo)準(zhǔn)的草稿(CD文件)準(zhǔn)備在1999年7月美國丹佛(Denver)召開的ISO／TC30／SC2會(huì)議審查通過為DIS(標(biāo)準(zhǔn)草案)，該CD標(biāo)準(zhǔn)文件是一個(gè)全新的標(biāo)準(zhǔn)，它與過去的標(biāo)準(zhǔn)有實(shí)質(zhì)性變化。可是會(huì)議認(rèn)為尚有一些細(xì)節(jié)(不是主要問題)需商榷，CD文件未能轉(zhuǎn)變?yōu)镈IS文件。
為使ISO 5167得到更好的貫徹，并滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的需求，ISO近年還頒布了一系列節(jié)流裝置技術(shù)報(bào)告(TR)，如ISO／TR9464：1998，ISO／TRl2767：1998，ISO／TR15377：1998和ISO/TR3313：1998等，這些技術(shù)報(bào)告拓展了ISO 5167的使用空間，給使用者提供探索問題的指導(dǎo)。
節(jié)流式DPF國際標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)最大特點(diǎn)是它使檢測(cè)件--節(jié)流裝置結(jié)構(gòu)形式標(biāo)準(zhǔn)化了，這樣對(duì)節(jié)流裝置的試驗(yàn)研究就可以把全世界的科研成果匯聚一起，這是其他流量?jī)x表所不及的。
世界各國都根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)制訂本國的國家標(biāo)準(zhǔn)，我國自70年代起即致力于節(jié)流裝置國家標(biāo)準(zhǔn)和檢定規(guī)程的制訂，頒布了GB2624-81，JJG 267-82，JJG 311-83，JJG 621-89等，后來又修訂為GB/T 2624-93和JJG 640-94。
