層流原理與熱式原理氣體質(zhì)量流量計(jì)/控制器性能及應(yīng)用對比（三）

       層流原理是古老與現(xiàn)代理論技術(shù)的結(jié)合產(chǎn)物，為什么這么說呢？     層流流量計(jì)又稱層流壓差式流量計(jì)（Laminar flowmeter，英文縮寫LFM），屬于壓          壓差式流量計(jì)的發(fā)展可追溯到古代的水利工程和城市供水系統(tǒng)。古羅馬凱撒時(shí)代已采用孔板測量（壓差式流量計(jì)的一種）居民的飲用水水量。公元前古埃及用堰法測量尼羅河的流量。我國著名的都江堰水利工程應(yīng)用寶瓶口的水位觀測水量大小等等。17世紀(jì)托里拆利（埃萬杰利斯塔·托里拆利（Evangelista Torricelli,1608～1647）意大利物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家，如圖1所示）奠定差壓式流量計(jì)的理論基礎(chǔ)，這是流量測量的里程碑。

       層流原理質(zhì)量流量計(jì)脫胎于壓差式流量計(jì)。繼承了傳統(tǒng)壓差式流量計(jì)的優(yōu)勢，同時(shí)也對傳統(tǒng)壓差式流量計(jì)的劣勢進(jìn)行了有效改進(jìn)。

2.傳統(tǒng)壓差式流量計(jì)的基本原理是什么？

       差壓式流量計(jì)由標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置（如標(biāo)準(zhǔn)孔板）、 引壓管路和差壓變送器組成， 如圖 2所示。常用的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置有標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置、 噴嘴節(jié)流裝置、 文丘利管節(jié)流裝置。標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置由于其在加工制造和安裝方面最為簡單， 通過長期實(shí)踐已獲得廣泛應(yīng)用。

     傳統(tǒng)的差壓式流量計(jì)，其工作原理都是基于封閉管道中流體質(zhì)量守恒（遵循連續(xù)性方程）和能量守恒（遵循伯努利方程）兩個(gè)定律。假設(shè)孔板兩側(cè)截面分別命名為1截面和2截面，更具質(zhì)量守恒和能量守恒定律如如下兩個(gè)公式：

根據(jù)流體的質(zhì)量守恒定律，遵循連續(xù)性方程，如下公式所示：

(公式1)

      為了方便理解，我們假設(shè)這里的流體是無粘不可壓流體（一種假設(shè)的理想流體，無粘是指沒有流動損失，不可壓是指流體密度不變），那么公式1可以改寫為：

(公式2)

       其中代表1截面處的流體密度，代表2截面處的流體密度，是指假設(shè)的不可壓流體的密度；代表1截面處的流體通過面積，代表2截面處的流體通過面積；代表1截面處的流體平均流速，代表2截面處的流體平均流速，截面的定義如圖2所示。

       根據(jù)流體的能量守恒定律，遵循伯努利方程，如下公式所示：

(公式3)

       同樣，為了方便理解，我們假設(shè)這里的流體是無粘不可壓流體（一種假設(shè)的理想流體，無粘是指沒有流動損失，不可壓是指流體密度不變），那么公式3可以改寫為

(公式4)

       式中代表截面1處的流體壓力，代表截面2處的流體壓力，截面的定義如圖2所示。

      將公式2帶入公式4，化簡后可以得到一個(gè)關(guān)于的關(guān)系式，如下式所示

(公式5)

       對于流過壓差式流量計(jì)的流量，可以表示為：

(公式6)

       將公式5帶入公式6，化簡之后，可以得到如下公式：

(公式7)

       通過公式7我們不難看出，傳統(tǒng)壓差式流量計(jì)的流量與壓差（即）的開平方成正比。也就是說如果流量增加10倍，則壓差需要增加100倍。這就導(dǎo)致傳統(tǒng)壓差流量計(jì)的壓差信號與流量之間為非線性關(guān)系，這大幅提高了標(biāo)定的難度，降低了流量計(jì)的精度和重復(fù)性。同時(shí)，隨著流量的減小，壓差減小的要快很多。所以傳統(tǒng)壓差式流量計(jì)的量程比都不大，一般在3到4倍左右（單臺流量計(jì)的測量范圍較小）。

       下面我們總結(jié)一下傳統(tǒng)壓差式流量計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)：

       1優(yōu)點(diǎn)

       (1)應(yīng)用最多的孔板式流量計(jì)結(jié)構(gòu)牢固，性能穩(wěn)定可靠，使用壽命長；

       (2)應(yīng)用范圍廣泛，至今尚無任何一類流量計(jì)可與之相比擬；

       (3)檢測件與變送器、顯示儀表分別由不同廠家生產(chǎn)，便于規(guī)模經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)。

       2缺點(diǎn)

       (1)測量精度普遍偏低；

       (2)范圍度窄，一般僅 3:1~4:1；

       (3)現(xiàn)場安裝條件要求高，需要較長的直管段；

       (4)壓損大(指孔板、噴嘴等)。

       此外傳統(tǒng)壓差式流量計(jì)工作在湍流狀態(tài)下，湍流是一種流體的流動狀態(tài)。在湍流狀態(tài)下，流體的流速和壓力等參數(shù)會無規(guī)律的脈動，這種脈動性進(jìn)一步增加了流量計(jì)的測量難度。另一方面，流道截面上的速度和壓力分布不均勻性也加大了傳統(tǒng)壓差式流量計(jì)的測量誤差。