摘 要 在介紹 了孔板流量 計(jì) 的 歷 史狀況 和**新的 進(jìn)展的 基礎(chǔ) 上 指 出,自從引 入徽機(jī)技 術(shù) 以后,孔板 流量計(jì)的 技術(shù) 水平得到 了提 高,表現(xiàn)在大幅 度提 高 了精 度和 引入 完 善的修正技術(shù),使該 產(chǎn)品 的瀏 童范 圍擴(kuò) 大到 1:0 1。文 中還 列舉 了設(shè)計(jì) 示例。
    差壓式流量計(jì)是目前應(yīng)用***廣泛的流量?jī)x表，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，安裝、使用和維修都很方便，可靠性高等優(yōu)點(diǎn):它有悠久的使用歷史和可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，只要按照標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算、加工制造，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置無(wú)需進(jìn)行實(shí)流標(biāo)定，就能得到較高的測(cè)量精度。
    但是，由于節(jié)流裝置輸出的差壓信號(hào)，經(jīng)開(kāi)方后才與流量成正比關(guān)系以及流出系數(shù)受雷諾數(shù)等因素影響，使得流量范圍度的提高受到制約，因而擴(kuò)大孔板流量計(jì)的范圍度就成了不少研究者的研究?jī)?nèi)容。

一、歷史狀況：
   在孔板流量計(jì)中，流量與自變量之間的關(guān)系可用下式表示:

      P1—節(jié)流裝置人口端流體密度    式(1)中，d和a都是確定值。在測(cè)量過(guò)程中，P}可能有變化，可以通過(guò)密度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄟM(jìn)行地修正。如果C和。也是常數(shù)，則孔板的輸出信號(hào)差壓卻就能地代表流量‘。    差壓由差壓計(jì)測(cè)量，早期的差壓計(jì)是機(jī)械式(準(zhǔn)確度一般可達(dá)1.5%)和氣動(dòng)式(準(zhǔn)確度一般為1% ),精度都不高。而且因?yàn)椴顗盒盘?hào)的平方根才與流量成正比關(guān)系。以精度為1.0%的差壓計(jì)進(jìn)行分析，在流量為30% F5時(shí)，差壓值只為差壓上限的9%，按GB/T2624一習(xí)3中不確定度估算方法可知，該測(cè)量點(diǎn)差壓測(cè)量的不確定度為流量側(cè)量值的士3.7%，即

式中—精度等級(jí)顯然，信號(hào)小于30%時(shí)，不確定度更大，不宜使用。    實(shí)際上，式(1)中的C和:并非是常數(shù)，對(duì)于流體為氣體和蒸汽而言，C和。是隨著流量的不同而變化的，在下面的舉例中，列出了各個(gè)流量相對(duì)值所對(duì)應(yīng)的C和。值。
    在傳統(tǒng)的孔板流量計(jì)中，要對(duì)C和。進(jìn)行修正是困難的，為了減小C的影響，常常采用下面的措施:  
   ①將差壓上限仰~盡可能取得大一些，從而使R小一些;
   ②縮小管徑，提高流速，從而使節(jié)流裝置在較高雷諾數(shù)條件下使用;
   ③限制流量計(jì)的使用下限(結(jié)合差壓計(jì)精度的約束條件，一般測(cè)量下限不低于2s% >，因?yàn)榱髁吭降?，雷諾數(shù)越小，c與常用流出系數(shù)c~的差異越大:在文獻(xiàn)中，由于c的在線修正難以實(shí)施，所以在設(shè)計(jì)節(jié)流裝置時(shí)設(shè)法將流量測(cè)量下限對(duì)應(yīng)的c和C。之間的偏差規(guī)定為<0.5%一2一，這樣就產(chǎn)生了老版本節(jié)流
  裝置設(shè)計(jì)手冊(cè)中的m =.f（Reo)界限雷諾數(shù)圖至于:修正，修正公式早已趨于完善，但在機(jī)械式差壓計(jì)和其它模擬儀表中，要實(shí)施這種補(bǔ)償極其困難。

二、新的進(jìn)展：
   1.差壓計(jì)精度得到大幅度提高    自從微機(jī)技術(shù)引人儀表后，孔板流量計(jì)的技術(shù)水平得到了新的提高:例如美國(guó)霍尼韋爾公司、日本山武一霍尼韋爾公司生產(chǎn)的SI3000智能差壓變送器，具有0.1級(jí)的精度，而且開(kāi)平方后，仍然保持0. 1級(jí)的精度，因?yàn)殚_(kāi)平方運(yùn)算是由差壓變送器中的單片機(jī)完成的。按式(2)的計(jì)算方法，在流量為lOclc FS時(shí)，其差壓測(cè)量的不確定度為流量測(cè)量值的3.310，即

    2.引入完善的修正技術(shù)    (1)流出系數(shù)C的修正    為了保證lOC/eFS流量測(cè)量點(diǎn)的測(cè)量精度，還必須將流量公式中當(dāng)作常數(shù)而實(shí)際上有一些變化的因素予以修正。標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2624-93(流量測(cè)量節(jié)流裝置用孔板、噴嘴和文丘里管測(cè)量充滿圓管的流體流量》為流出系數(shù)C的修正提供了實(shí)用的方法。在下面的例子中，在整個(gè)流量測(cè)量范圍內(nèi)選10個(gè)典型測(cè)量點(diǎn)qn，并計(jì)算出各點(diǎn)的雷諾數(shù)，查表得到各點(diǎn)的C值，然后用式(3)計(jì)算出各點(diǎn)的C修正系數(shù)凡:

式中Cn—各典型測(cè)量點(diǎn)流出系數(shù)      CO—流量計(jì)滿度流出系數(shù)然后，將兩組數(shù)據(jù)填人FC6000型智能流量演算器的菜單第55一74項(xiàng)，由計(jì)算機(jī)完成修正，對(duì)于9i一9 io之外的各點(diǎn)采用線性內(nèi)插法得到凡0    (2)。的修正    。的修正在計(jì)算機(jī)中也是容易實(shí)現(xiàn)。在FC6000智能儀表中，根據(jù)ISO 5167規(guī)定，三種取壓方式的:計(jì)算采用式(4)::=1一(0. 41+0.353')。  (4)式中如—當(dāng)前孔板輸出差壓P}  忙孔板入口端流體壓力(氣體)流體等墑指數(shù)由此計(jì)算結(jié)果并按式(5)得到流束膨脹系數(shù)的修正系數(shù)凡:

式中。d—設(shè)計(jì)狀態(tài)氣體流束膨脹系數(shù)    具體操作時(shí)，將R"JPY"Pi,k和。‘填入菜單，通過(guò)面板操作寫(xiě)人FC6001〕的內(nèi)存中，儀表每個(gè)采樣周期將采得的差壓信號(hào)(相對(duì)值)與如~相乘得到如，進(jìn)而計(jì)算出:和長(zhǎng).并在副數(shù)據(jù)第09項(xiàng)中顯示出來(lái)二下面舉例中的長(zhǎng)就是從FC600}0中調(diào)出的數(shù)據(jù)。    (3)密度P，的修正    在被測(cè)流體為氣體或蒸汽時(shí)，Pi的修正是極為重要的。在FC6000中，水蒸氣的密度是將密度表裝人內(nèi)存，通過(guò)查表可以準(zhǔn)確地得到Pi值，對(duì)于差壓式流量計(jì)，按下式進(jìn)行密度修正:

式中KP—密度修正系數(shù)      Pd—設(shè)計(jì)狀態(tài)介質(zhì)密度    (4)壓縮系數(shù)Z的修正    對(duì)于一般氣體來(lái)說(shuō)，Z有時(shí)不為1，所以FC6000中引人了Z的修正。

三、流量測(cè)量總不確定度的討論：
    孔板流量計(jì)總不確定度，GB/T 2624-93采用下式估算:

    在本例中，    ①式(7中的項(xiàng)是流出系數(shù)引人的不確定度估算。由于c已進(jìn)行雷諾數(shù)修正，所以按照GB/T2624-93規(guī)定，取                  灸/C=土0. 6}c    ②第二項(xiàng)為。不確定度影響估算，由于。已進(jìn)行在線修正，故sE/:忽略不計(jì)。    ③第三項(xiàng)為管道內(nèi)徑實(shí)際尺寸偏離設(shè)計(jì)值引人的不確定度估算，由于前后直管管道內(nèi)壁經(jīng)幢削加工，故管徑誤差影響忽略不計(jì)。    ④第六項(xiàng)是流體密度偏離設(shè)計(jì)值引人的不確定度估算。由于P;已進(jìn)行在線補(bǔ)償，而且補(bǔ)償精度較高，故此項(xiàng)也可忽略不計(jì):
    ⑤第四項(xiàng)是孔板開(kāi)孔直徑尺寸偏離設(shè)計(jì)值引人的不確定度估算。根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，取兔/d= 10.07%，當(dāng)月= 0. 5時(shí)，第四項(xiàng)為(0.15%    ⑥第五項(xiàng)是差壓變送器引人的不確定度估算。在10% F5測(cè)量點(diǎn)，按前面的計(jì)算得:

換算到引用誤差即為士0. 336% FS}    ⑦除了上述各項(xiàng)之外，還得考慮流量二次儀表的不確定度。根據(jù)上海寶科自動(dòng)化儀表研究所說(shuō)明書(shū)，F(xiàn)'C6000型智能流量演算器誤差限為土0. 2%巧，按均方差方法計(jì)算系統(tǒng)不確定度為:

顯然，這樣大的不確定度是可以接受的。

四、設(shè)計(jì)舉例：
1.已知條件被測(cè)流體名稱(chēng):飽和水蒸氣***大流量:qmm} = 1. 750 0娜S***小流量:qmrsmi = 0. 175 0娜S工作壓力:p, = 6. 906 6 x lOSPa工作溫度:t,二170工作狀態(tài)下被測(cè)流體相對(duì)濕度:t} = 0"/c當(dāng)?shù)卮髿鈮?pa = 101. 33kPa20℃時(shí)管道內(nèi)徑:D= 150mm管道材質(zhì):}Oa鋼差壓計(jì)差壓上限:卻~= 40kPa節(jié)流裝置的取壓方式:角接取壓管道材質(zhì)的線膨脹系數(shù):ap=12.3×10/孔板材質(zhì)的線膨脹系數(shù):ad二16 x 10-6/}2.求孔板開(kāi)孔直徑d(1)工作狀態(tài)下管道內(nèi)徑    D=Due[ 1+aD(ti一20)_      !150 x〔1+12. 3 x 10一“x (170一20)〕      =150. 28 ( mm )(2)工作狀態(tài)下水蒸氣的粘度:              p=14. 97 x 10一6(3)工作狀態(tài)下水蒸氣的密度:            P=4.123k歲m(4)工作狀態(tài)下水蒸氣的等嫡指數(shù):

    3.求各典型測(cè)f點(diǎn)流出系數(shù)的修正系數(shù)凡和膨脹系數(shù)的修正系數(shù)凡(1)按式(8)計(jì)算各典型測(cè)量點(diǎn)雷諾數(shù);
    (2)按式(11)中的a值和各典型測(cè)量點(diǎn)雷諾數(shù)，分別代人式(1o>，得到各點(diǎn)C，并按式(3)計(jì)算凡;    (3)將各典型測(cè)量點(diǎn)對(duì)應(yīng)的差壓如分別代入式(4)得到各點(diǎn)。值，并按式(5)計(jì)算人。    以上計(jì)算結(jié)果列于表1.

表1數(shù)據(jù)表

五、結(jié)束語(yǔ)：
   ①在孔板流量計(jì)中，由于差壓計(jì)精度的提高和智能流量?jī)x表對(duì)制約孔板流量計(jì)范圍度擴(kuò)大的幾個(gè)因素的準(zhǔn)確的修正，不僅能大幅度提高流量測(cè)量的準(zhǔn)確度，而且能使范圍度擴(kuò)大到10:10。
   ②C和。的實(shí)際修正系數(shù)表明，進(jìn)行這兩項(xiàng)修正是必要的。如果不進(jìn)行修正，流量為30 % FS時(shí)，示值將會(huì)產(chǎn)生一1.95%(讀數(shù))的誤差。流量為10 % FS時(shí)，示值將會(huì)產(chǎn)生一2.4%(讀數(shù))的誤差。
   ③用上述方法配置的孔板流量計(jì)20多套，在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行兩年多，穩(wěn)定可靠，故障率很低，計(jì)量精度高，而且操作使用和維護(hù)都很方便，收到良好效果。