Принцип действия этих расходомеров основан на изменении потенциальной энергии измеряемого вещества (жидкость, газ, пар, воздух) при протекании через искусственно суженное сечение трубопровода.

В комплект расходомера с сужающим устройством входят:

1) сужающее устройство типа нормальных диафрагм, сопло, сопло и трубы Вентури;

2) дифференциальный манометр, предназначенный для измерения разности статических давлений протекающей среды до и после сужающего устройства (вторичный прибор);

3) соединительные импульсные линии (две трубки), связывающие между собой оба прибора;

4) вспомогательные устройства – вентили, краны, задвижки для сброса конденсата, воздуха и т.п.

Характер потока и распределение статического давления в трубопроводе при установке сужающего устройства показаны на следующем рисунке.

Как видно из диаграммы, сужение потока начинается перед сужающим устройством и достигает минимальной величины на некотором расстоянии за диафрагмой. Потом поток снова расширяется, достигая нормального сечения. Далее наблюдается некоторое остаточное падение давления, величина которого зависит от формы сужающего устройства и возникающих здесь завихрений, определяющих потери энергии.

Основные уравнения объемного Q₀ и массового Q_М расхода для жидкостей, газов и паров следующие:

 

, м³/с

, кг/с

 

где, α – коэффициент расхода;

ε – поправочный множитель на расширение (для жидкостей ε = 1)

F₀ – сечение сужающего устройства;

∆р - перепад давления;

ρ – плотность измеряемого вещества.

Сужающее устройство в трубопроводах круглого сечения нормализованы "Правилами измерения расхода жидкостей, газов и паров стандартными диафрагмами и соплами".

Стандартная диафрагма представляет собой тонкий диск с концентрическим цилиндрическим отверстием с острой входной кромкой. Характерным для стандартной диафрагмы является измерение перепада давления непосредственно возле установочных торцов диска диафрагмы (угловой отбор давления). Отбор давления осуществляется через отверстия, просверленные непосредственно в дисках диафрагмы или в специальных кольцевых камерах, сообщающиеся с внутренней полостью трубопровода через зазор между камерой и торцом диска. Кольцевая камера перед диском называется плюсовой, а за ним – минусовой.

Стандартное сопло представляет собой сужение, выполненное в виде насадки с плавно закругленным профилем со стороны входа струи, переходящим в короткую цилиндрическую часть.

Расчет нормализованного сужающего устройства сводится к определению диаметра отверстия по заданным:

1) максимальному и среднему измеряемому объемному или массовому расходу среды;

2) внутреннему диаметру трубопровода;

3) параметрам измеряемой среды перед сужающим устройством – объектному давлению и температуре;

4) материалу трубопровода.

 

Стандартные диафрагмы и сопла можно применить без индивидуальной градуировки для трубопроводов диаметром не менее 50 мм при условии, что значение модуля сужения находится в пределах от 0,05 до 0,45 для стандартных сопл и от 0,05 до 0,65 для стандартных диафрагм.

Согласно стандарту верхний предел измерения расходомера должен выбираться из ряда:

А = а 10 ⁿ

где, а – одно из чисел: 1; 1,25; 1,6; 2; 2,5; 3,2; 4; 5; 6,3; 8

n – целое положительное или отрицательное число или нуль.

Верхнему пределу измерения расхода должен соответствовать предельный перепад давления, который должен выбираться из рядов: 1; 1,6; 2,5; 4,0; 6,3; 10; 16; 25; 40;63;100;160;250;400; 630; 1000; 1600; 2500, кгс/м²; 0,4; 0,63; 1,0; 1,6; 2,5; 2,5; 4,0; 6,3 кгс/ см².

Дифференциальный манометр выполняется показывающим или самопишущим и дополнительно может иметь встроенный интегратор.