1 差压变送器是如何能测量流体流量的?
差压变送器本身只能测量流体的两点压力差值,若测量流体流量还需要与节流装置(如标准孔板、文丘里管等)或取压装置(如均速管、弯管等)配合使用,才能测量出来流体的流量。根据伯努利方程和流体连续性原理:在流体流动的管道中装有阻尼件,让流体经过阻尼件,在阻尼件前后就会产生压力的差值,成为压差或差压,差压与流量有一定的函数关系。根据伯努利方程:
从式(1-1、1-2、1-3、1-4)中看出:伯努利方程是一个能量平衡方程,当在流体流动的管道中装有阻尼件,流体经过阻尼件前后时,能量发生变化,静压能减少动能增加,从而形成压差与动能的函数关系,动能与流体流速的函数关系为动能与流速平方为正比例关系,即差压与流速平方成正比例。这就是差压变送器测量流体流量的基本原理。
2 节流装置的测量原理是什么?其计算公式如何推导的?
节流装置前后流动特性如图1所示。当充满圆管的单相流体通过管道中安装的节流装置时,流体的流束在节流件处形成局部收缩,流速增大、静压降低,并在节流件前后产生压力差,此差压值与流体的流量有确定的数值关系。因此只要测量出差压值,就可以得到流体通过管道的流量大小。
节流装置计算公式是利用伯努力方程和连续方程推导出来的。推导的方法是根据理想流体流经典型节流装置的特性,然后结合实际情况给以修正。
见图1(a)中截面1和截面2,截面1是流体流束收缩前的截面,截面2是流束收缩最小的截面,根据两个原理方程:
式(2-1)、(2-2)、(2-3)、(2-4)为理想液体及典型节流装置中流速与差压的关系式。
式中:
p1′、p2 ′—截面1和截面2处的静压;
U1′、U2′—截面1和截面2处的平均流速;
ρ1、ρ2 —截面1和截面2处的流体密度;
μ — 流束收缩系数(A2=μA0 );
A1、A2 —截面1和截面2处流体流通面积;
A0 —节流孔面积;
β —节流装置的直径比;
d —节流件开孔直径;
D —管道内径。
下面针对实际工作条件对理想流体和典型节流装置逐项进行修正:
(5)对于可压缩气体,不再满足ρ1=ρ2 的条件,把可压缩气体的条件的影响全部集中在流束膨胀系数ε上;
(6)流出系数C与流量系数α的关系
α =E C
其中E为渐进速度系数,表示孔板流量计上游管道内流速与孔板处的流速数学关系式,即:
C为流量计的实际流量与理论流量值之比,是一个纯数。
将上述因素综合修正后,计算公式为:
式中:
qm —质量流量kg/s;
qV —体积流量m3/s;
C —流出系数(无量纲);
ε —可膨胀系数(无量纲);
β —直径比 β=d/D;
d —设计条件下节流件的孔径 m;
D —设计条件下上游管道内径 m;
Δp —差压 Pa;
ρ —上游流体密度 kg/m3