1．序言（概述）
以孔板、喷嘴和文丘利管为代表的差压式流量计成功地应用于工业已愈百年。在积累大量实践经验的基础上，关于标准化差压式流量计的最新国际标准ISO5167—1、ISO5167—2、ISO5167—3和ISO5167—4已于2003年3月由国际标准化组织（ISO）正式公布执行。所谓“标准化”就是无须实验校准而确定差压与流量的关系，并可估算其测量误差。目前在全部流量计中只有这种流量计是唯一一种能达到此标准的流量计。
孔板流量计由于已标准化且结构简单、牢固；易于复制，通用性强，价格低廉而获得相当广泛的大量应用。然而，孔板流量计由于它自身结构上的缺陷也有一些重大的缺点；如流出系数不稳定，、线性差，重复性不高，准确度因受诸多因素影响也不高，易积污和易被磨损，压损较大，量程比（范围度）小，现场安装条件高，要求的直管段过长等。
对产生差压的节流装置的优化改进工作一直没有中断，对其尺寸、节流件的几何形式与参数，入口边缘剖面，取压与节流方式，可更换孔板的研制工作一直在进行。例如：为测量脏污流体的流量已开发出的非标准节流装置大至有：圆缺孔板、偏心孔板、楔形孔板、耐磨孔板、环形孔板、弯管（弯头）等。这种完善、改进的工作直到80年代中期才发展成质的飞跃，即：将流体节流收缩到管道中心轴线附近的概念从根本上改变成利用同轴安装在管道中的V形尖圆锥将流体逐渐地节流收缩到管道的内边壁。通过测量此V形内锥体前后的差压来测量流量。这种V形内锥式（VNZ）流量计为差压式流量计揭开了崭新的一页。经过10多年来的多次测试和应用，目前人们已普遍地理解它并且接受它作为一种更有效的流量仪表。实践证明：利用VNZ流量计能在更短的直管段条件下，以更宽的量程比对洁净或脏污流体实现更准确更有效的流量测量。本章将详细论证它的工作原理、结构、整机系统组成；主要技术性能与指标；优缺点、典型产品剖析和典型应用实例与经验等。
2．工作原理
2.1差压式流量计的基本原理
总的说来，差压式流量计的工作基于如下事实：如果流体流经一个收缩（节流）件时，流体将被加速。这种流体的加速将使它的动能增加，而同时按照能量守恒定律，在流体被加速处它的静压力一定会降低一个相对应的值。能量守恒定律告诉我们：在一个封闭的系统中，流体的总能量是一个常数。为进一步进行定量分析，请参见以下图1
图1
在横截面1处，流体的平均流速是V1，其密度是ρ1，管道在横截面1处的横截面积是A1；当流体流过横截面2时，相应的平均流速是V2，密度是ρ2，横截面积是A2，根据流体流动连续性原理有如下关系式：V1·A1·ρ1=V2·A2·ρ2………………（1）
如果流体是液体，可认为在收缩前、后其密度不变，即
ρ1＝ρ2＝ρ
所以液体的体积流量：qV＝V1·A1＝V2·A2…………………（2）
根据别努利方程（能量守恒定律），在水平管道上Z1＝Z2，则有如下关系式：
>
……………………（3）
应用别努利方程和流动连续性原理，在两个横截面上则有如下关系式：
，
由（2）式：V1＝ 
………………（4）
将（4）代入（3）式，并整理，则得：
，则 
式中 
； 
根据直径比β的定义：β= 
由（2）式 
∴ 
∴ 
，这样可推导出以下的理论流量公式：
又由于流出系数C的定义是：C= 
，最后可得出节流式差压流量计普遍适用的实际流量公式：
………………（5）
质量流量qm=qv·ρ1………………（6）
式中：
——被测介质的可膨胀性系数，对于液体 
=1；对气体、蒸气等可压缩流体 
＜1；
qv——流体的体积流量，[m3/s]；（工况下流体的体积流量）；
qm——流体的质量流量，[㎏/S]；
d——工作状况下节流件的等效开孔直径，[m]（对于孔板是孔径，对于文丘得管是喉径，对于VNZ流量计是等效开孔直径）；
△P—差压，△P=P1-P2；[Pa]；
ρ1——工作状况下，节流件（前）上游处流体的密度，[㎏/m3]；
C——流出系数，[—] 无量纲；
β——直径比[—]无量纲。β=d／D。
如果要求有高准确度的测量结果，如要求不确定度是±0.5%的流量值，那么就需要在规定的流量范围和相对应的雷诺数范围内进行校准，即标定出C值。如果±1%到2%的精度是可以接受的，那么对于孔板、喷嘴和文丘利管等标准节流装置可以根据最新国标标准ISO-5167（2003）或我国国家标准来确定C（流出系数值）。
当要求有高精度（约±0.5%）的流量测量结果时，对每一个VNZ流量计都需进行单独校准。通常是在制造厂的标准装置上或在可溯源至国家基准的独立实验室中进行校准C系数的工作。当雷诺数Red等于或大于8000时，VNZ流量计的重复性为0.1%.
3．关于差压式流量计的分类
以往采用有差压式流量计的分类原则大致上有以下三种：
3.1 按产生差压的作用原理分类：包括分类类型有：(1)节流式；(2)动压式；(3)水力阻力式；(4)离心式；(5)动压增压式；(6)射流式。其中节流式是差压流量计的主要品种，关于节流式差压计进一步合理分类将在下文作专题论述。
3.2 按结构形式分类：包括(1)标准孔板；(2)标准喷嘴；(3)经典文丘利管；(4)标准文丘利喷嘴；(5)圆缺孔板；(6)耐磨孔板;(7)环形孔板；(8)锥形入口孔板等约20多种，详见文献。
3.3 按用途分类又可分为(1)标准节流装置；(2)脏污流节流装置；(3)低雷诺数节流装置;(4)低压损节流装置；(5)宽量程节流装置；(6)小管径节流装置；(7)临界流节流装置等。
3.4 节流式流量计的合理分类
依据流体通过节流件时，部分静压能转变为动能，因而产生差压的原理工作。其检测件被称为节流装置。按照流体被节流件节流的方式，即实现流体收缩的方式，可将节流装置细分为以下的两大类，共四个小类，这样有助于从分类学的高度认识各种节流装置由于其自身结构所决定的优缺点；
3.4.1 中心收缩式节流装置
利用节流件将被测流体节流集中收缩到管道中心轴线附近的节流，这是到目前为止绝大多数节流式流量计所采用的节流方式，在该大类中，又可分成以下两个小类：
3.4.1.1 中心突然收缩式节流装置：
即流体流入节流装置后，预先没有流经任何预收缩件而突遇节流件并在管轴中心线附近形成收缩的节流装置，它的典型代表就是标准孔板，如图2所示；
图2 孔板
孔板是一个带有同心（同轴）圆孔或偏心圆孔的一块板，当流体流过时由所开的圆孔形成流体的局部收缩。在孔板下游会形成幅度相当大的旋涡，它会使量程比缩小，差压信号中的噪声增大，降低流量计的测量精度，压损增大。由孔板所造成的这种中心突然收缩的节流方式所带来的其他缺点还有：要求的上游直管过长(一般至少20D至50D)；孔板前极易积污；孔板入口极易被磨损从而丧失精度；流出系数不稳定，线性差。
3.4.2.1 中心逐渐收缩式节流装置
流体进入节流装置后，先经逐渐收缩段，然后进入中心轴线附近的喉部，最后经扩散段而流出节流装置，它以经典文丘利管为代表，如图3所示。
图3 经典文丘利管
由于实现了逐渐收缩与扩散，压损较小。一般
