摘要:一種(zhong)執行德國(guo)标準DIN2501的進(jin)口氣體渦(wo)街流量計(ji) 安裝在國(guo)标流量裝(zhuang)置上進行(hang)标定時，因(yin)兩者管道(dao)内徑尺🔅寸(cun)存😄在差異(yi)，導緻常規(gui)方法下測(ce)壓位置的(de)🛀🏻選取對标(biao)準裝置體(ti)積流量值(zhi)的計算正(zheng)确率造成(cheng)影響，因而(er)産生實驗(yan)誤差;本文(wen)對這一現(xian)象進行分(fen)析研究，并(bing)通過多組(zu)實驗數據(ju)對比，驗證(zheng)了系統誤(wu)差确實存(cun)在，但在常(chang)溫常壓以(yi)空氣作介(jie)質的實驗(yan)⁉️條件下，此(ci)誤差的影(ying)響量很小(xiao)，一般可忽(hu)略不計，由(you)🥰此說明應(ying)用常規的(de)實驗方法(fa)對該類進(jin)口渦街流(liu)量💘計進行(hang)标定也是(shi)🧡可行的。
0引(yin)言
　　渦街流(liu)量計 是通(tong)過卡門漩(xuan)渦原理測(ce)量流體流(liu)量的一種(zhong)儀表，相比(bi)😍上㊙️世紀80年(nian)代使用較(jiao)爲廣泛的(de)孔闆流量(liang)計，其具有(you)結構簡單(dan)，壓力損失(shi)小，量程範(fan)圍寬，便于(yu)安裝等優(you)點［1］。因此，随(sui)着技術的(de)發展，渦街(jie)流量計在(zai)工業計量(liang)上的使用(yong)逐漸成爲(wei)主流(以下(xia)簡稱流量(liang)計或儀表(biao))。
1工作原理(li)
　　流量計通(tong)過在流體(ti)中設置三(san)角柱型旋(xuan)渦發生體(ti)，使🚩流⭐體産(chan)生卡門漩(xuan)渦，在一定(ding)雷諾數範(fan)圍内，旋渦(wo)的釋放頻(pin)🚶率與流體(ti)平均流速(su)、旋渦發生(sheng)體特征寬(kuan)度有關，通(tong)過測量旋(xuan)渦頻率可(ke)以計算出(chu)流體的流(liu)速，再測得(de)流量計管(guan)‼️道截面積(ji)🚶‍♀️可換算得(de)體積流量(liang)［1－2］。
2氣體流量(liang)标準裝置(zhi)
　　流量計在(zai)投入使用(yong)前進行量(liang)值溯源是(shi)不可缺少(shao)的環節，而(er)🧡在❤️量值傳(chuan)遞工作的(de)開展中，負(fu)壓法臨界(jie)🏃‍♀️流文丘裏(li)📐噴嘴氣體(ti)流量标準(zhun)裝置是一(yi)種十分典(dian)型常見💁的(de)流量标準(zhun)裝置，如圖(tu)1所示，它具(ju)備結構簡(jian)單、穩定性(xing)好、适用範(fan)㊙️圍廣等優(you)點，其工作(zuo)原理是當(dang)氣體在噴(pen)嘴上下遊(you)的壓差達(da)到一定❓值(zhi)時将形成(cheng)臨界流，此(ci)時流經噴(pen)嘴喉部的(de)氣體流速(su)達到最大(da)值，測量該(gai)狀态下流(liu)體的溫度(du)、靜壓、濕度(du)，由密度換(huan)算得流過(guo)噴嘴的氣(qi)✂️體質量流(liu)量，根據連(lian)續性原理(li)，流場内各(ge)處質量流(liu)量相等［3］。通(tong)過選用不(bu)同的🚶噴嘴(zui)組合使标(biao)準流量可(ke)控，以滿足(zu)對流量計(ji)進行标定(ding)的實驗需(xu)求。
 
3執行标(biao)準不同帶(dai)來的管徑(jing)差異
　　以無(wu)縫鋼管爲(wei)例，由于存(cun)在标準體(ti)系、尺寸的(de)單位制等(deng)差異🔱，再有(you)加工誤差(cha)因素，标稱(cheng)通徑相同(tong)的兩段管(guan)道，它們的(de)實際内徑(jing)尺寸也不(bu)盡然相等(deng)。如圖💘2所示(shi)，這款Prowirl72F系列(lie)的德國進(jin)口Endress+Hauser品牌流(liu)量計，參考(kao)說明書标(biao)示，如🔞圖3所(suo)示，其表體(ti)管道生産(chan)工藝依據(ju)德标DIN2501标準(zhun)，部分規格(ge)的流量計(ji)外形尺寸(cun)如表1所示(shi)，常見用于(yu)中低壓環(huan)境下的流(liu)量計内徑(jing)d普遍比标(biao)稱值偏大(da)約3%至7%。而在(zai)國内用于(yu)‼️标定流量(liang)👉計的标準(zhun)裝置爲保(bao)障通用性(xing)需求‼️，一般(ban)遵循我國(guo)現行的國(guo)家标準設(she)計，其🤞中直(zhi)管段部分(fen)選材依據(ju)GB/T17395－2008，各規格的(de)☔管道☂️通徑(jing)尺寸與标(biao)稱👉值接近(jin)相等，在對(dui)上述德标(biao)流量計進(jin)行标定時(shi)，會出現因(yin)兩者管道(dao)内徑存在(zai)一定🐪差異(yi)的情況，将(jiang)可能帶來(lai)實驗♌誤差(cha)。  
 
4标定誤差(cha)來源分析(xi)
　　渦街流量(liang)計本質上(shang)是一種速(su)度式流量(liang)計，其直接(jie)測量的量(liang)爲介質的(de)流速，考慮(lü)到由于體(ti)積流量僅(jin)以介質流(liu)速及截面(mian)積确🚶定，不(bu)受其他因(yin)素影響，因(yin)此，一般以(yi)體積🐇流量(liang)進✨行示值(zhi)誤差或☔儀(yi)表系數的(de)😄計算依據(ju)。
　　在使用文(wen)丘裏噴嘴(zui)氣體流量(liang)标準裝置(zhi)對流量計(ji)進行标定(ding)時，根據連(lian)續性原理(li)，達到臨界(jie)條件後，隻(zhi)要分别測(ce)得被檢流(liu)量計、噴嘴(zui)兩處的氣(qi)體溫度、靜(jing)壓、濕度，則(ze)可通過密(mi)度關系計(ji)👈算被檢表(biao)處流量标(biao)準值，即标(biao)準裝置示(shi)✂️值，再讀取(qu)流量計示(shi)值即可計(ji)算示值誤(wu)差⛹🏻‍♀️。但如上(shang)文所示的(de)流量計一(yi)般無法直(zhi)🌈接測量其(qi)内部氣體(ti)狀态參數(shu)📞，而隻能在(zai)儀表上、下(xia)遊的管道(dao)上進行開(kai)孔測量作(zuo)近似估值(zhi)，通過此方(fang)式✨所測流(liu)量标準值(zhi)實際爲測(ce)量孔截⭐面(mian)處氣體流(liu)👣量。考慮到(dao)在實驗室(shi)條件下，氣(qi)體的溫度(du)、濕度基本(ben)恒定，而在(zai)不同的位(wei)置測量的(de)靜壓值則(ze)有較大差(cha)🌈異，因此，測(ce)壓位置的(de)選取對體(ti)積流量标(biao)準值的計(ji)算正确率(lü)起重要影(ying)響。根據　　JJG1029－2007《渦(wo)街流量計(ji)檢定規程(cheng)》，一般于儀(yi)表下遊段(duan)2至7倍内徑(jing)距離的範(fan)圍内都可(ke)認爲是合(he)理的測壓(ya)位置，所測(ce)靜壓🌐與儀(yi)表内部實(shi)際值近似(si)視作相等(deng)［4－5］，但當被檢(jian)儀表爲上(shang)文所述E+H流(liu)量計時，由(you)于其表體(ti)管道内徑(jing)稍大于标(biao)準裝置管(guan)💔道，則儀表(biao)與直管段(duan)間連接處(chu)将出現突(tu)變轉折截(jie)面，如圖4所(suo)示，當氣體(ti)流經轉折(she)面時，将産(chan)生一🧡定壓(ya)力損失，此(ci)時下遊段(duan)測壓處所(suo)測得氣體(ti)靜壓理論(lun)上比儀表(biao)内部實際(ji)值小，導緻(zhi)計算所得(de)标準體積(ji)流量比儀(yi)表處實際(ji)值大，且流(liu)量越大該(gai)過程的壓(ya)能損失越(yue)多，下遊測(ce)壓計算所(suo)得标準值(zhi)越偏離真(zhen)值，這🍓種誤(wu)差可認爲(wei)是實驗方(fang)法引起的(de)系統誤差(cha)［6］。
 
4.1機(ji)械能損失(shi)分析
　　因流(liu)量計傳感(gan)器組成部(bu)分前後均(jun)有一定長(zhang)度表體直(zhi)管段且🍓與(yu)标準裝置(zhi)管道間内(nei)徑差異較(jiao)小，流場擾(rao)❗動基🏃🏻‍♂️本被(bei)😘儀表🌈本身(shen)抗幹擾能(neng)力克服，可(ke)認爲流量(liang)計計量性(xing)能不受影(ying)響，則隻需(xu)考慮氣體(ti)靜壓測量(liang)值的正确(que)率。從能量(liang)損失角度(du)分析😄:如圖(tu)5所示⛷️，由于(yu)流線不能(neng)轉折，流體(ti)🌏在流經突(tu)然🈲收縮斷(duan)面時🌏，将形(xing)成流股收(shou)縮，至c－c斷面(mian)後逐漸擴(kuo)散，在此過(guo)程中，流體(ti)先有加速(su)的收縮流(liu)後減速的(de)擴散流兩(liang)者都産生(sheng)阻力［7］。爲簡(jian)化分析此(ci)過程中的(de)能🤩量損失(shi)，設流體爲(wei)不可壓縮(suo)流體，設c－c斷(duan)面處🌈的理(li)想平均流(liu)速爲v0，根據(ju)伯努利方(fang)程:
 
　　式中，α1爲(wei)動能修正(zheng)系數，無量(liang)綱;v1爲斷面(mian)1－1處流體平(ping)均流速，m/s;P1爲(wei)斷面1－1處流(liu)體靜壓，N/m2;α0爲(wei)動能修正(zheng)系數，無量(liang)綱💃🏻;v0爲斷面(mian)c－c處流體理(li)想平均流(liu)速，m/s;PC爲斷面(mian)c－c處流體靜(jing)壓🏃‍♀️，N/m2;ρ爲流體(ti)密度，kg/m3;g爲重(zhong)力加速度(du)，N/kg或m/s2。
　　實際上(shang)從1－1斷面至(zhi)c－c斷面間存(cun)在一定能(neng)量損失，假(jia)設爲U1，再者(zhe)c－c斷面的實(shi)際平均流(liu)速νC要比v0稍(shao)小一些，它(ta)們的比值(zhi)νC/v0=Cν，稱爲流速(su)系數，一般(ban)約爲0.99～0.97［7］，基于(yu)本文所讨(tao)論情況，該(gai)斷面收縮(suo)較小，取Cν=0.99計(ji)算👈，且在紊(wen)流狀态下(xia)α1=α0=1，即:
 
 
　　由于在(zai)标定實驗(yan)中，流體介(jie)質一般爲(wei)空氣，而空(kong)氣是一種(zhong)可壓縮流(liu)體，考慮到(dao)在重力場(chang)中，可壓縮(suo)性流體的(de)勢‼️能與壓(ya)力能、動能(neng)比較起來(lai)是小得可(ke)以忽略不(bu)♈計的［7－8］，即伯(bo)努利方程(cheng)可簡化爲(wei)以下形式(shi):
 
　　其中C爲常(chang)數，且氣體(ti)在流量計(ji)内(斷面1－1處(chu))流至測壓(ya)處(斷面2－2)的(de)過程中可(ke)近似地看(kan)作等熵過(guo)程，因此，有(you)P1/ρk1=P2/ρk2，ρ1=P1/P2()1/kρ2，對于空氣(qi)的等熵指(zhi)數k≈1.4，由于在(zai)此過程中(zhong)單位質量(liang)流體的✏️能(neng)量損失U很(hen)小，爲簡化(hua)分析直接(jie)用ρ2計算其(qi)機械能損(sun)㊙️失，則方程(cheng)可寫爲：
 
　　式(shi)中，P1爲流量(liang)計内(斷面(mian)1－1處)空氣靜(jing)壓，N/m2;ρ1爲流量(liang)計内(斷面(mian)1－1處)空💃🏻氣密(mi)度，kg/m3;v1爲流量(liang)計内(斷面(mian)1－1處)空氣平(ping)均流速，m/s;P2爲(wei)測壓點(斷(duan)面2－2處)空氣(qi)靜壓，N/m2;ρ2爲測(ce)壓點(斷面(mian)2－2處)空氣密(mi)度，kg/m3;v2爲流量(liang)計内(斷面(mian)🌈2－2處)空氣平(ping)均流速，m/s。
　　由(you)于在标定(ding)實驗中，空(kong)氣的質量(liang)流量Qm可通(tong)過文丘裏(li)噴嘴測量(liang)🚶換算得到(dao)，設斷面1－1處(chu)、斷面2－2處管(guan)道面積爲(wei)S1、S2，則空氣在(zai)兩處的流(liu)速分别爲(wei):
 
　　式中，Qm爲空(kong)氣的質量(liang)流量，kg/s;S1爲斷(duan)面1－1管道截(jie)面積，m2;S2爲斷(duan)面2－2管道截(jie)面積，m2。
　　經過(guo)變換得到(dao)一個一元(yuan)方程，僅有(you)ρ1爲未知量(liang)，各項參數(shu)均能在實(shi)驗中直接(jie)測量或換(huan)算所得，通(tong)過使用軟(ruan)㊙️件工具如(ru)🐅MATLAB、Excel或其他方(fang)🌐式解出ρ1，則(ze)P1=P2ρk1/ρk2，流量計内(nei)體積流量(liang)的🌈理論值(zhi)🌏QV爲:
 
式中，QV爲(wei)空氣的體(ti)積流量，m3/s。
5實(shi)驗數據比(bi)較
　　通過使(shi)用文丘裏(li)噴嘴氣體(ti)流量标準(zhun)裝置對三(san)個不同規(gui)格的E+H渦街(jie)流量計進(jin)行标定，由(you)标準器測(ce)量及密度(du)換㊙️算得Qm、P2、ρ2，使(shi)用遊标卡(ka)尺分别測(ce)量流量計(ji)與裝置管(guan)道内徑A1、A2，并(bing)計算兩者(zhe)通徑截面(mian)積S1、S2、收縮系(xi)數🌈Cc、測壓處(chu)截面參考(kao)流速v2、單位(wei)質量流體(ti)的能量損(sun)失U，利用MATLAB軟(ruan)件中的solve函(han)數求解式(shi)(14)，得流量計(ji)内氣體的(de)理♌論密度(du)ρ1，理論❗靜♈壓(ya)P1，根據式(15)得(de)理🈲論體積(ji)流量QV，計算(suan)其與标準(zhun)裝置體積(ji)流量示值(zhi)的相對♌誤(wu)差。表1～3爲三(san)種規格流(liu)量計的實(shi)驗數據
 
　　根(gen)據實驗數(shu)據，流量計(ji)體積流量(liang)示值與計(ji)算所得理(li)論實際❗值(zhi)雖然不相(xiang)等，但從相(xiang)對标準裝(zhuang)置示值的(de)誤差線性(xing)關系來看(kan)，兩者所呈(cheng)現的誤差(cha)均随着🍓流(liu)速的增加(jia)而往負方(fang)向增長，如(ru)圖6、圖7所示(shi)。從這個角(jiao)度來看😘，符(fu)合“因過程(cheng)存在壓🏃🏻能(neng)損失導緻(zhi)下遊測壓(ya)所得靜壓(ya)值偏小，流(liu)量裝置換(huan)算出的标(biao)準體積流(liu)量示值偏(pian)大”這一分(fen)析。
 
 
6結論
　　對(dui)這類内徑(jing)偏大的渦(wo)街流量計(ji)采用下遊(you)測壓的常(chang)👈規方法進(jin)行标定時(shi)，标準裝置(zhi)的體積流(liu)量示值實(shi)存在一定(ding)誤差，但計(ji)算數據也(ye)表明，在常(chang)溫常壓、使(shi)用空♍氣作(zuo)介質的條(tiao)件下，即使(shi)在流速較(jiao)高時，由該(gai)方法引入(ru)的系統💞誤(wu)差也很小(xiao)，僅爲0.1%左右(you)，對于絕‼️大(da)多數精度(du)等級爲1.0甚(shen)至更低或(huo)使用⛹🏻‍♀️場合(he)無極高👌精(jing)度要求的(de)流量計，一(yi)般可忽略(lue)此誤差，參(can)照🐇檢定規(gui)程要求在(zai)流量計下(xia)遊段測壓(ya)的标定方(fang)法是可行(hang)的。當然，若(ruo)是利用蒸(zheng)汽或其他(ta)密度較大(da)、流速更高(gao)的介質進(jin)行标定時(shi)，該系統誤(wu)差也會随(sui)之增大，建(jian)議盡量采(cai)用表體取(qu)壓或制作(zuo)匹配檢🈚測(ce)管線的🏃🏻‍♂️方(fang)法進行實(shi)驗。

以上内(nei)容源于網(wang)絡，如有侵(qin)權聯系即(ji)删除!