一 前言
节流装置作为一种流量仪表已有近百年的历史，由于其工作可靠、可以承受高温、高压等恶劣的工况，特别是通过30多年来的大量试验，建立了数以万计的数据库，使其成为当前唯一的无需通过实流标定而可确定流量系数的流量计，常被用户作为首选仪表。在近半个世纪的时间里，它的市场占用率达到了70%左右。国际标准化组织对这种仪表也极为重视，从1967年开始，相继公布了相应的标准，R541、R781，1987年又将其合并为ISO5167。随后各国工程技术人员不断对其在应用条件下进行实验，积累了大量数据，在此基础上，国际标准化组织于2003年又对ISO5167进行了修订，新标准对经典式节流装置的应用提出了更为严格的条件，特别是不同程度地加长了前直管段长度，使其应用面临一些困难。上世纪八十年代后，不少新型仪表如电磁、超声、涡街逐渐成熟，也极大地冲击着市场，使孔板这种经典式的节流装置市场占有率有所下降。而在已建工程中，它的安装台数仍十分庞大，也积累了丰富的使用经验，许多一线的工程技术人员还是习惯选用它，如何改进、用好这类仪表就成为一个方兴未艾，较为活跃的研究领域。
二 非标准节流装置
在许多工业部门中，如火电的锅炉、天然气、石油的开采与输送，冶金、钢铁中产生的煤气，矿业开采中的选矿，以及采用液体或气体作为载体输送固体原料、产品……，这些流体多不“洁净”，而呈现双相或多相状态，如采用经典节流装置如孔板(图1)，在运行中产生不少问题。由于孔板前后将产生2个滞流区，固相介质将滞留、堆积在这个区域中，日积月累，将缩小孔板中心的通道，引起较大的误差，严重时甚至无法正常工作。鉴于上述情况，早于上世纪五十年代，研制、推出了不少非标准节流装置，如偏心孔板、圆缺孔板、楔形流量计等(图2)。其共同的特点是迫使流动偏离中心，从管道下方流过，使较重的固态介质难以滞留，造成非对称的流动，从流动的效果来看与阻力件无异，使用中并不理想。
而环形孔板是其中较为典型效果较好的一种非标准节流装置。它早于1939年由美国学者Howell提出并进行了一些测试，并在上世纪六十年代由英国NEL再次进行了大量试验，推出了产品，开始应用于现场。而我国应用它是近十年的事。环形孔板(图3)的结构是在管道中同心地固定了一个圆板，而流体则从管道边缘的环形通道流过。它既未破坏流动的对称性，又使管道中不同比重的物质各行其道，比重大的物质从管道底部疏泄，比重轻的物质如气体、蒸汽从管道上部通过。实用表明，环形通道对上游直管段长度的要求，没有经典及非标准节流装置那样苛刻，这也是它的一个突出优点。不足的是，与经典节流装置比较，缺乏足够的试验数据，难以标准化，特别是在当量βT值接近0.9时，流量系数的变化较大，每台仪表都必须通过标定才能出厂。另外，其压损也较大。
三 内锥式流量计
上世纪80年代中期，也许是受环形孔板的启发，环形通道可以改善流场，无需过长的直管段，美国MCCROMETER公司推出了内锥式(V-cone)流量计(图4)。这种流量计的节流件是一个悬挂在管道中央的锥形体，它具有改善流场的作用。前锥角的约30°后锥角为150°。高压P1取自锥体前流体尚未节流加速的管壁；低压P2则取自后锥体中央，并通过内锥前方的支杆引出管外。其差压(P1-P2)的平方根与流量成正比。计算公式与孔板类似，只需将环形通道的面积折合为孔板中心通道的面积、用当量β值进行计算。
实验表明，内锥形成了环形通道，且通道逐渐减小，迫使流体加速降压，由于流体在加速过程中有消除、减小漩涡、改善流场的作用。因此，它对前直管段的要求不仅比经典式节流装置小得多，也比环形孔板小一些。
2003年3月国际标准化组织根据近年来对孔板进行的一系列试验及应用情况，修改了ISO05167(1991)，新标准ISO5167(2003)的多项修改中，对使用者而言密切有关的是进一步要求增长前直管段，一般将原来30D增长到了44D；这个要求在实际现场很难满足。新标准也建议可采用流动调整器(Flow Conditioners)以减小直管段长度，这样做又会增加成本及维护工作量，并非上策。在这种形势下，对直管段无苛求且可测脏污流体的环形通道节流装置应运而生，加上媒体、会议的大力宣传，近二年在我国形成了一股“内锥热”，在我国绝大多数的节流装置生产厂都纷纷生产、推出这种新产品，它较孔板确有不少优点。
内锥式生产厂商宣称这种流量计的精确度优于±0.5%，重复性优于0.1%，上游直管段仅需0～3D，下游为0～1D，压损很小，量程比可达15∶1，可测脏污流体……等。以上这些技术参数不少值得商榷，例如：
(1) 直管段 在阻力件(弯头、闸阀、歧管、变径管……)后，会产生漩涡及二次流，完全消失经测试需5～7D，内锥体虽有整流作用，但当流体还未到达内锥，未必可“遥控”整流，神奇到如厂家所描述的那样理想，甚至（如其附图所示）可达到均直流场，更是令人难以置信。
(2) 结构 内锥体由一根支杆悬挂在管道中央，这种单臂悬挂从力学角度看不太稳定，易产生振动。为保证足够的刚性，势必要加粗支杆，而这样又破坏了流场的对称性。
(3) 取压点。内锥式仍通过测差压推算流量。它的高压取自内锥前管壁，并非流体的最高压力(总压)，而此处由于阻力件的影响，尚可能存在漩涡及二次流；而低压取自后锥体中心，此处由于截面突然变大，是一个强烈的漩涡区，压力波动幅度较大，在这二处取差压推算流量未必合理。
(4) 准确度 鉴于上述原因，准确度就难以达到(厂家甚至说优于)±0.5%，当然在试验室标定由于流场较为理想有可能得到较高的重复性，(这里强调是重复性不是准确度，准确度还应包括标定装置的不确定度)，而实际应用的现场在无法保证试验室的流场条件时，也就无法保证所标定的准确度。
(5) 不可恢复压损 在内锥后由于流通截面突然扩大，会产生强烈的漩涡。众所周知，它的产生、消失是一个不可逆的非等熵过程，会有较大的压力损失。(这也正是不少阻力件压损大的原因)，内锥式流量计并非压损小的节能产品。
(6) 量程比 厂商说量程比达到15∶1是可能的，而前提是必需采用智能式差压变送器。内锥式与孔板一样，流量都是正比于差压的平方根。孔板如也采用智能式变送器量程比也可达到15∶1，量程比大并非内锥式本身的优势。
四 梭式流量计
梭式流量计是经我国专利局审定，于2005年10月19日公布、授权，具有独立知识产权的专利产品(专利号2L200420061026.9)，也是一种环形通道节流装置。
它的主要结构及原理如图5所示：梭形节流件用三个剖面为翼形的支杆固定在管道中。当前直管道较长(L>7D)时，由于环形通道的整流作用，管内流速分布较好，近于充分发展紊流，总压仅取一点，位于前锥体的中央，此处流体的动能全部转化为位能，应是流体的最高压力。而静压(低压)则取自环形通道最窄处的管壁上，位于二个支杆之间，相距约60°；当直管较短(L<5D)时，考虑管道中实际流速分布虽经梭体整流未必均衡、对称。因此，总压取自三翼形支杆上，每个支杆取3～4点，在整个环形通道上均匀分布了9～12点，这样在直管很短对，也能充分反映环形通道的流速分布。
梭式流量计的尾部可使加速的流体在扩张的通道中，不分离的条件下，减速增压，动能逐步、充分地转化为位能，使不可恢复压损降至最小，因而是节能产品。
在直管道较短时，管内流体流向并不平行于轴线，所测总压未必为真实。梭式流量计在每个总压孔上嵌入了一种导流嘴，这种导流嘴早于1986年实验表明，在流向偏离±30°情况，均能充分反映真实的总压值的效果。
整个梭体只起整流、导向作用，梭体可通过小孔沟通内外的压力，无论管道中流体有多高的压力，均与梭体无关。流量计的外壳（即管道）没有焊缝，因而可以将中心通道的文丘利管可承受更高的压力。
五 小结
近二年由于ISO5167新标准的公布，再加上在工业现场中日益增多二相流的测量问题，环形通道流量计应运而生，有了很大的发展，优劣与否有待实践证明、用户认可。由于影响流量仪表应用的因素较多。每一种产品都只能在某一领域中各尽所能、发挥作用。尚没有一种可取代一切其流量仪表，宣传、推销都应实事求是、留有余地。
