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流出系数非线性的制约孔板流量计量程比
发布日期:2017-10-13 8:51:24
在流量测量仪表的工业应用中, 孔板流量计是历史最悠久、应用最广泛的仪表之一。它具有结构简单、制造容易, 安装、使用和维修方便, 可靠性高等优点, 只要按照国家标准进行计算、加工制作, 孔板节流装置无需进行实际流量标定, 就能得到较高的测量精度。由于上述这些特点是其他形式的流量计所无法比拟的, 因此在流量测量中孔板流量仪表占有较高的比重。近年来虽然有一些新型流量仪表投放市场, 但由于其结构、造价、使用条件等方面的原因限制, 仍未能动摇孔板流量仪表在流量测量中的地位。但是, 由于孔板节流装置输出的差压信号, 经开方后才与流量成正比关系以及流出系数受雷诺数等因素的影响, 使得流量测量量程比的提高受到制约, 因而扩大孔板流量计量程比成为不少研究者的研究内容[ 1] 。
        孔板流量计量程比不够大的原因分析
        1、差压测量精确度的制约
        常用孔板流量计的量程比一般为3: 1, 这同其他类型的流量计相比较, 量程比不高。孔板流量计量程比不够大主要受几个因素的制约, 其一是差压计的精确度的制约。孔板式差压流量计输出信号与流量之间为平方关系, 在百分率流量(相对于满量程用百分比表
示的流量)较小时, 差压信号相对值非常小, 这就导致测量误差相应增大。例如在流量为满量程( FS) 的20% 时, 差压信号理论值只有满量程的4%。以精确度为1..0% 的差压流量计分析, 在流量为30% FS 时, 差压值只为差压上限的9%, 按GB /T2624-93 中不确定度估算方法可知, 差压测量的不确定度取决于差压变送器的准确度等级, 如果是老式的1..5级差压流量计, 则测量的不确定度更大, 因此在差压测量精度得到充分提高以前, 要拓宽流量测量量程比是不可能的。
        2、流出系数非线性的制约
        流出系数C 的定义为通过节流装置的实际流量值与理论流量值之比。在一定条件下, 对于给定的节流装置, 该值仅与雷诺数有关, 对于不同的节流装置, 只要这些装置是几何相似, 并且在相同的雷诺数条件下, 则C 值是相同的, 流出系数C 的计算式是以大量实验所确定的数值为依据, 并以标准的形式给出。传统的孔板流量计将流量计算公式中的流出系数C 当作常数来处理, 这在当时的技术发展阶段是不得已而为之。其实C 值并非常数, 在一定的安装条件下, 对于给定的节流装置, C 值是随雷诺数的变化而变化的。..流量测量节流装置用孔板、喷嘴和文丘里管测量充满圆管的流体流量.. ( GB /T2624-93)以实验确定的数据为依据, 给出了求C 值的方程式。
C = 0..595 9+ 0..031 2 ..2..1 - 0..184 0 ..8 + 0..002 9 ..2..5 ( 106 /R e) 0..75 ( 2) 式中, C 为流出系数; ..为孔板开孔直径和管道直径之比; R e为雷诺数, 表征流体惯性力和粘性力之比, 可用下式表示: R e= vD.. 式中, v为管道中流体的平均轴向流速, m / s; D 为管道直径, m; ..为流体的运动黏度, m2 / s。在传统的孔板流量计算中, 要对C 值进行修正是困难的, 为了减小C 值的影响, 常常采用下面的措施: ( 1)将差压上限..Pmax尽可能取得大一些, 使..值小一些, 对C 值的影响尽可能小一些; ( 2) 缩小管径, 提高流速, 从而使节流装置在较高雷诺数条件下使用; ( 3)限制流量计的使用下限(结合差压计精度的约束条件, 一般测量下限不低于25% FS) , 因为流量越低, 雷诺数越小, C 与常用流出系数C com的差异越大, 误差也越大。由于C 的在线修正难以实施, 所以在设计节流装置时设法将流量测量下限对应的C 和C com之间的偏差规定为不大于0..5%。
        3、可膨胀性系数的制约
        可膨胀性系数..是对流体流过节流件时由于密度发生变化而引起流出系数变化的修正。根据GB /T2624-93, 角接、径距和法兰这三种取压方式的孔板, 可用经验公式计算可膨胀性系数.= 1- ( 0..41+ 0..35 ..4 ) .. ..P / ( kP 1 ) ( 3) 式中, ..为工作状态下的可膨胀性系数; k 为等熵指数; P 1 为工作状态下孔板前流体的绝对压力, Pa。式( 3)的适用范围为P2 /P 1 ..0..75(P 2 为工作状态下孔板后流体的绝对压力, Pa)。在节流装置前后压差..P .. 1 kPa时, 甚至对于低压气体, 实际的..值与1的差别很小, 因此可以取为1, 而没有什么误差。常用流量条件下的..已在设计节流装置时予以解决。也就是说, 如果仪表在常用流量条件下使用, ..不会引起附加误差。但是偏离常用流量之后, 必定引起附加误差, 而偏离常用流量的情况经常发生, 因而在几年前计算机技术还不发达的时候, 常用孔板流量计的量程比一般只能达到3..1。