在流量測量儀表的工業應用中, 孔板流量計是歷史悠久、應用廣泛的儀表之。它具有結構簡單、制造容易, 安裝、使用和維修方便, 可靠性等優點, 只要按照家標準進行計算、加工制作, 孔板節流裝置無需進行實際流量標定, 就能得到較的測量精度。由于上述這些點是其他形式的流量計所無法比擬的, 因此在流量測量中孔板流量儀表占有較的比重。近年來雖然有些新型流量儀表投放市場, 但由于其結構、造價、使用條件等方面的原因限制, 仍未能動搖孔板流量儀表在流量測量中的地位。但是, 由于孔板節流裝置輸出的差壓信號, 經開方后才與流量成正比關系以及流出系數受雷諾數等因素的響, 使得流量測量量程比的提受到制約, 因而擴大孔板流量計量程比成為不少研究的研究內容[ 1] 。
孔板流量計量程比不夠大的原因分析
1、差壓測量度的制約
常用孔板流量計的量程比般為3: 1, 這同其他類型的流量計相比較, 量程比不。孔板流量計量程比不夠大主要受幾個因素的制約, 其是差壓計的度的制約。孔板式差壓流量計輸出信號與流量之間為平方關系, 在率流量(相對于滿量程用比表
示的流量)較小時, 差壓信號相對值非常小, 這就導致測量誤差相應增大。例如在流量為滿量程( FS) 的20% 時, 差壓信號理論值只有滿量程的4%。以度為1..0% 的差壓流量計分析, 在流量為30% FS 時, 差壓值只為差壓上限的9%, 按GB /T2624-93 中不確定度估算方法可知, 差壓測量的不確定度取決于差壓變送器的準確度等, 如果是老式的1..5差壓流量計, 則測量的不確定度大, 因此在差壓測量精度得到充分提以前, 要拓寬流量測量量程比是能的。
2、流出系數非線性的制約
流出系數C 的定義為通過節流裝置的實際流量值與理論流量值之比。在定條件下, 對于給定的節流裝置, 該值僅與雷諾數有關, 對于不同的節流裝置, 只要這些裝置是幾何相似, 并且在相同的雷諾數條件下, 則C 值是相同的, 流出系數C 的計算式是以大量實驗所確定的數值為依據, 并以標準的形式給出。傳統的孔板流量計將流量計算公式中的流出系數C 當作常數來處理, 這在當時的技術發展段是不得已而為之。其實C 值并非常數, 在定的安裝條件下, 對于給定的節流裝置, C 值是隨雷諾數的變化而變化的。..流量測量節流裝置用孔板、噴嘴和文丘里管測量充滿圓管的流體流量.. ( GB /T2624-93)以實驗確定的數據為依據, 給出了求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 為流出系數; ..為孔板開孔直徑和管道直徑之比; R e為雷諾數, 表征流體慣性力和粘性力之比, 可用下式表示: R e= vD.. 式中, v為管道中流體的平均軸向流速, m / s; D 為管道直徑, m; ..為流體的運動黏度, m2 / s。在傳統的孔板流量計算中, 要對C 值進行修正是困難的, 為了減小C 值的響, 常常采用下面的措施: ( 1)將差壓上限..Pmax盡可能取得大些, 使..值小些, 對C 值的響盡可能小些; ( 2) 縮小管徑, 提流速, 從而使節流裝置在較雷諾數條件下使用; ( 3)限制流量計的使用下限(結合差壓計精度的約束條件, 般測量下限不低于25% FS) , 因為流量越低, 雷諾數越小, C 與常用流出系數C com的差異越大, 誤差也越大。由于C 的在線修正難以實施, 所以在設計節流裝置時設法將流量測量下限對應的C 和C com之間的偏差規定為不大于0..5%。
3、可膨脹性系數的制約
可膨脹性系數..是對流體流過節流件時由于密度發生變化而引起流出系數變化的修正。根據GB /T2624-93, 角接、徑距和法蘭這三種取壓方式的孔板, 可用經驗公式計算可膨脹性系數.= 1- ( 0..41+ 0..35 ..4 ) .. ..P / ( kP 1 ) ( 3) 式中, ..為工作狀態下的可膨脹性系數; k 為等熵指數; P 1 為工作狀態下孔板前流體的壓力, Pa。式( 3)的適用范圍為P2 /P 1 ..0..75(P 2 為工作狀態下孔板后流體的壓力, Pa)。在節流裝置前后壓差..P .. 1 kPa時, 甚對于低壓氣體, 實際的..值與1的差別很小, 因此可以取為1, 而沒有什么誤差。常用流量條件下的..已在設計節流裝置時予以解決。也就是說, 如果儀表在常用流量條件下使用, ..不會引起附加誤差。但是偏離常用流量之后, 必定引起附加誤差, 而偏離常用流量的情況經常發生, 因而在幾年前計算機技術還不發達的時候, 常用孔板流量計的量程比般只能達到3..1。