【導(dǎo)讀】：本文闡述了差壓式流量計(jì)的工作原理與影響差壓式流量計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確度的因素，重點(diǎn)探討了提高測(cè)量準(zhǔn)確度的技術(shù)措施，以期為差壓式流量計(jì)的應(yīng)用提供參考。......

　　摘要：隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)于生產(chǎn)過(guò)程中流量的測(cè)量精度要求也越加嚴(yán)格，而傳統(tǒng)中所使用的差壓式流量計(jì)的測(cè)量范圍以及測(cè)量精度已經(jīng)不能滿足當(dāng)下工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)流量參數(shù)的測(cè)量要求。本文闡述了差壓式流量計(jì)的工作原理與影響差壓式流量計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確度的因素，重點(diǎn)探討了提高測(cè)量準(zhǔn)確度的技術(shù)措施，以期為差壓式流量計(jì)的應(yīng)用提供參考。

　　在工業(yè)生產(chǎn)中，對(duì)流量參數(shù)的測(cè)量通常可通過(guò)使用差壓式流量計(jì)來(lái)測(cè)量，壓差流量計(jì)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)生產(chǎn)中。隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程愈加復(fù)雜化，對(duì)于生產(chǎn)過(guò)程中流量的測(cè)量精度要求也越加嚴(yán)格，而傳統(tǒng)中所使用的差壓式流量計(jì)的測(cè)量范圍以及測(cè)量精度已經(jīng)不能滿足當(dāng)下工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)流量參數(shù)的測(cè)量要求。因此，對(duì)差壓式流量計(jì)的工作原理及測(cè)量準(zhǔn)確度技術(shù)進(jìn)行研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

　　1\差壓式流量計(jì)概述

　　差壓式流量計(jì)又被稱為節(jié)流式流量計(jì)，其工作原理是基于流體流動(dòng)的節(jié)流原理，通過(guò)流體經(jīng)過(guò)節(jié)流裝置產(chǎn)生的壓力差對(duì)流量參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，差壓式流量計(jì)是目前在工業(yè)中使用范圍非常廣、技術(shù)非常成熟的方法。差壓式流量計(jì)在對(duì)流量參數(shù)進(jìn)行測(cè)定時(shí)，主要是將待測(cè)流體的流量參數(shù)通過(guò)節(jié)流裝置轉(zhuǎn)變?yōu)閴翰钚盘?hào)，進(jìn)而將產(chǎn)生的差壓在儀表上顯示出來(lái)。在實(shí)踐中，常用的單元組合儀器主要是利用差壓變送器，將節(jié)流裝置產(chǎn)生的壓差信號(hào)，轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電傳信號(hào)或氣動(dòng)信號(hào)，幫助管理人員進(jìn)行記錄或控制。

　　2\差壓式流量計(jì)的工作原理與特征

　　差壓流量計(jì)在測(cè)定流體流量參數(shù)時(shí)，是基于節(jié)流件產(chǎn)生的差壓進(jìn)行測(cè)定，流體在經(jīng)過(guò)節(jié)流件時(shí)，因?yàn)楣艿澜孛孀冋怨艿纼?nèi)流體的流速變大，流體的動(dòng)能也隨之增加，在此流段內(nèi)，流體的能量損失較小，可忽略不計(jì)，故可假定流體在該流段內(nèi)具有的總能量為固定值，由能量守恒定律可知，在理想情況下，當(dāng)流體流速增加后部分靜壓會(huì)轉(zhuǎn)換成流體動(dòng)能，而流體所具有的靜壓力值會(huì)隨之下降，此時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)壓差，壓差與流體流量間具有一定的函數(shù)關(guān)系，只需通過(guò)對(duì)該壓差進(jìn)行測(cè)量，即可確定流體的流量值。差壓式流量計(jì)原理圖如圖1所示。

　　其流量測(cè)量的一般表達(dá)式如式（1）：

　　3計(jì)量差壓式流量計(jì)的影響因素

　　從式（1）中我們可以看出，影響流量參數(shù)的因素共包含6個(gè)：C（流出系數(shù)）、（氣體膨脹系數(shù)）、d（節(jié)流孔直徑）、D（管道直徑）、p（差壓）、l（流體密度）。從式（1）中，還可以看出，不同因素對(duì)流量的影響程度是不相同的，且各個(gè)影響因素對(duì)流量的影響并不是簡(jiǎn)單的代數(shù)值疊加，因此，在對(duì)這些影響因素進(jìn)行分析時(shí)，應(yīng)以權(quán)重函數(shù)進(jìn)行分析。例如，C（流出系數(shù)）與（氣體膨脹系數(shù)）與流量的關(guān)系是成正比的，簡(jiǎn)單而言，C（流出系數(shù)）與（氣體膨脹系數(shù)）變化1%時(shí)，其流量變化情況同樣為1%，即權(quán)重函數(shù)為1，而d（節(jié)流孔直徑）與流量之間的關(guān)系與有關(guān)，其權(quán)重函數(shù)可表示為,D和流量之間的關(guān)系同樣與有關(guān)，其權(quán)重函數(shù)表示為，p（差壓）和l（流體密度）和流量之間的關(guān)系為平方關(guān)系，即當(dāng)p（差壓）和l（流體密度）變化1%時(shí)，其流量變化情況為0.5%，權(quán)重函數(shù)為0.5。

　　4提高測(cè)量準(zhǔn)確度的技術(shù)措施

　　4.1理論補(bǔ)償

　　提高設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。提高差壓流量計(jì)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性是提升差壓式流量計(jì)的測(cè)量精度的重要前提，由于現(xiàn)場(chǎng)使用情況不同，因此，在使用差壓式流量計(jì)時(shí)需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際測(cè)量環(huán)境設(shè)計(jì)節(jié)流裝置的，雖然目前差壓計(jì)節(jié)流裝置趨于標(biāo)準(zhǔn)化，但對(duì)于一些節(jié)流件仍然需要結(jié)合實(shí)際進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)流體的特性以及其具有的物性特點(diǎn)進(jìn)行深入分析是優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要前提，要想在設(shè)計(jì)中提升差壓流量計(jì)的測(cè)量精確度，則需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量工況以及管道的尺寸、流體狀態(tài)、溫度、壓力等參數(shù)進(jìn)行掌握，在設(shè)計(jì)中，需要重點(diǎn)掌握流體的密度以及黏度等參數(shù)。對(duì)于氣體流體來(lái)說(shuō)，還需要額外考慮其等熵指數(shù)和壓縮系數(shù)；對(duì)于多組分介質(zhì)而言，則需要按照組分的不同進(jìn)行物性分析，確保獲取非常優(yōu)的流體物性信息，為提升測(cè)量精確度提供數(shù)據(jù)支撐。

　　提高流出系數(shù)的準(zhǔn)確度。隨著工業(yè)領(lǐng)域技術(shù)的快速發(fā)展，人們對(duì)差壓式流量計(jì)的需求在不斷增加，對(duì)其測(cè)量精度的要求也在增加。差壓式流量計(jì)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，已經(jīng)由非常初的標(biāo)準(zhǔn)化節(jié)流裝置發(fā)展到現(xiàn)今的20余種，且愈加成熟。但就目前而言，差壓式流量計(jì)中僅有孔板、噴嘴、文丘里等標(biāo)準(zhǔn)化程度較高，但應(yīng)用范圍相對(duì)較窄，且超出限制條件的設(shè)計(jì)并不囊括在ISO5167內(nèi)。而非標(biāo)節(jié)流裝置缺乏足夠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐，需要采取實(shí)流標(biāo)定方式進(jìn)行核定，因此，未經(jīng)過(guò)實(shí)流核定的非標(biāo)節(jié)流裝置，不能確保其精確度。差壓式節(jié)流裝置是機(jī)械加工件，其精度受到加工設(shè)備以及加工人員水平的影響，因此，一些標(biāo)準(zhǔn)化的差壓節(jié)流裝置也會(huì)由于生產(chǎn)商的制造水平不同而產(chǎn)生誤差，因此，有必要采用實(shí)流標(biāo)定方式確定壓差式流量計(jì)的準(zhǔn)確度。

　　引入氣體可膨脹性系數(shù)補(bǔ)償。氣體具有可壓縮性，而（氣體膨脹系數(shù)）是對(duì)氣體流束膨脹修正的系數(shù)，通常采用式（2）計(jì)算差壓式流量，K的數(shù)值一般通過(guò)出廠計(jì)算書(shū)獲取。

　　由于氣體膨脹系數(shù)和節(jié)流件前后壓力以及相關(guān)，當(dāng)壓強(qiáng)增加至上百千帕?xí)r，氣體膨脹系數(shù)的變化僅為千分之幾；而當(dāng)壓強(qiáng)增加幾十千帕?xí)r，氣體膨脹系數(shù)的變化達(dá)到百分之幾。GB2624-2006對(duì)于孔板、噴嘴以及文丘里的氣體膨脹系數(shù)給出了詳細(xì)的算法，而對(duì)于非標(biāo)節(jié)流裝置而言，生產(chǎn)廠家需要給出相應(yīng)的計(jì)算算法。

　　引入壓縮系數(shù)補(bǔ)償。對(duì)于臨界溫度較高且臨界壓力較低的氣體流體，由于其pVT的關(guān)系不符合理想氣體狀態(tài)方程，因此，在進(jìn)行流量測(cè)定時(shí)，需要引入壓縮系數(shù)進(jìn)行修正。在實(shí)踐中，一般可采用以下方式求解氣體壓縮系數(shù)：1）采用查圖表法，該方法一般不用于流量系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)補(bǔ)償。2）利用R-K方程求解，如式（3）所示。

　　引入密度修正。從式（1）中可以得知，流體的體積流量還是質(zhì)量流量都與流體的密度相關(guān)，一旦運(yùn)行時(shí)，溫度與壓力偏離設(shè)計(jì)值則流體的密度一定會(huì)出現(xiàn)變化，則采用固定密度必然會(huì)出現(xiàn)測(cè)量誤差。因此，在實(shí)踐中可以通過(guò)引入密度修正的方法提高流量測(cè)量準(zhǔn)確度。一般蒸汽的密度可由溫度以及壓力來(lái)確定，IFC1967蒸汽密度表和IFC1967公式是國(guó)際上通用的蒸汽密度標(biāo)準(zhǔn)，在進(jìn)行流量參數(shù)測(cè)定時(shí)，可以按照現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量工況通過(guò)查表或公式獲取蒸汽密度。采用全補(bǔ)償公式。對(duì)于測(cè)量流量準(zhǔn)確度要求較高的，則需要按照上述所闡述的因素進(jìn)行綜合修正與補(bǔ)償。全補(bǔ)償算法如公式（4）所示。

　　4.2安裝應(yīng)用

　　從安裝上提高實(shí)際使用準(zhǔn)確度。首先，在安裝位置上應(yīng)確保流體能夠充分充滿整個(gè)管道，在選擇安裝方式上盡量采用垂直管道的安裝方式。在測(cè)量水平管道液體時(shí)，應(yīng)盡量避免安裝于管線的非常高點(diǎn)。當(dāng)管道采用垂直安裝時(shí)，應(yīng)注意流體從下到上的流向，避免出現(xiàn)流體不充滿管道的現(xiàn)象。在節(jié)流元件上游的擾流件中，應(yīng)額外注意半開(kāi)閘閥與調(diào)節(jié)閥的安裝，應(yīng)盡量避免管道直接安裝在擾流件的下方。在進(jìn)行安裝時(shí)，應(yīng)盡量確保管路安裝的同心度，否則，其導(dǎo)致的流量測(cè)量誤差有可能達(dá)5%。

　　提高差壓測(cè)量準(zhǔn)確度及信號(hào)傳遞準(zhǔn)確度。對(duì)于差壓變送器的標(biāo)稱準(zhǔn)確度在使用時(shí)有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)限定，例如，EJA110A系列差壓變送器在流量測(cè)量中非常常使用的量程范圍是100kPa，該產(chǎn)品允差極限MPE為0.065%FS，其參考準(zhǔn)確度范圍為（0～100）kPa范圍內(nèi)，MPE:0.065kPa，此項(xiàng)允許誤差在小流量小壓差的情況下就顯得尤為突出。隨著選型儀表量程的不斷增加，如何確保小流量條件下提升對(duì)應(yīng)差壓計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確度是關(guān)鍵。

　　5、結(jié)語(yǔ)

　　流量計(jì)在促進(jìn)工業(yè)發(fā)展中具有不可替代的作用，流量計(jì)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展已經(jīng)愈發(fā)成熟與趨向標(biāo)準(zhǔn)化，但就目前而言，能達(dá)到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的流量計(jì)只有差壓式流量計(jì)。相信隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，差壓式流量計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確度將不斷提高。

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