上一期講了熱式原理氣體質量流量計及控制器的原理，結合原理進行了理論分析，介紹了制約熱式氣體質量流量計性能提高的本質問題。這一期，我們主要講解層流氣體質量流量計的基本概念，壓差式流量計的原理。希望通過對層流流量計的概念和傳統(tǒng)壓差式流量計的介紹，使得大家能夠知道層流流量計屬于一種特殊的壓差式流量計。它的基本原理與傳統(tǒng)壓差式流量計相比都是通過壓差來測量流量的，但是流態(tài)卻不相同。
1.層流原理的基本概念？
層流原理是古老與現代理論技術的結合產物，為什么這么說呢？ 層流流量計又稱層流壓差式流量計（Laminar flowmeter，英文縮寫LFM），屬于壓 壓差式流量計的發(fā)展可追溯到古代的水利工程和城市供水系統(tǒng)。古羅馬凱撒時代已采用孔板測量（壓差式流量計的一種）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用寶瓶口的水位觀測水量大小等等。17世紀托里拆利（埃萬杰利斯塔·托里拆利（Evangelista Torricelli,1608～1647）意大利物理學家、數學家，如圖1所示）奠定差壓式流量計的理論基礎，這是流量測量的里程碑。
層流原理質量流量計脫胎于壓差式流量計。繼承了傳統(tǒng)壓差式流量計的優(yōu)勢，同時也對傳統(tǒng)壓差式流量計的劣勢進行了有效改進。
2.傳統(tǒng)壓差式流量計的基本原理是什么？
差壓式流量計由標準節(jié)流裝置（如標準孔板）、 引壓管路和差壓變送器組成， 如圖 2所示。常用的標準節(jié)流裝置有標準孔板節(jié)流裝置、 噴嘴節(jié)流裝置、 文丘利管節(jié)流裝置。標準孔板節(jié)流裝置由于其在加工制造和安裝方面最為簡單， 通過長期實踐已獲得廣泛應用。
傳統(tǒng)的差壓式流量計，其工作原理都是基于封閉管道中流體質量守恒（遵循連續(xù)性方程）和能量守恒（遵循伯努利方程）兩個定律。假設孔板兩側截面分別命名為1截面和2截面，更具質量守恒和能量守恒定律如如下兩個公式：
根據流體的質量守恒定律，遵循連續(xù)性方程，如下公式所示：
(公式1)
為了方便理解，我們假設這里的流體是無粘不可壓流體（一種假設的理想流體，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，我們假設這里的流體是無粘不可壓流體（一種假設的理想流體，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關于
的關系式，如下式所示
(公式5)
對于流過壓差式流量計的流量，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。這就導致傳統(tǒng)壓差流量計的壓差信號與流量之間為非線性關系，這大幅提高了標定的難度，降低了流量計的精度和重復性。同時，隨著流量的減小，壓差減小的要快很多。所以傳統(tǒng)壓差式流量計的量程比都不大，一般在3到4倍左右（單臺流量計的測量范圍較?。?。
下面我們總結一下傳統(tǒng)壓差式流量計的優(yōu)缺點：
1優(yōu)點
(1)應用最多的孔板式流量計結構牢固，性能穩(wěn)定可靠，使用壽命長；
(2)應用范圍廣泛，至今尚無任何一類流量計可與之相比擬；
(3)檢測件與變送器、顯示儀表分別由不同廠家生產，便于規(guī)模經濟生產。
2缺點
(1)測量精度普遍偏低；
(2)范圍度窄，一般僅 3:1~4:1；
(3)現場安裝條件要求高，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會無規(guī)律的脈動，這種脈動性進一步增加了流量計的測量難度。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)壓差式流量計的測量誤差。
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