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孔板流量計(jì)工作原理及誤差補(bǔ)償方法
日期：2022-10-17 點(diǎn)擊量：
1.孔板流量計(jì)的工作原理
孔板流量計(jì)采用差壓式測(cè)量方法對(duì)流量進(jìn)行測(cè)量,即在管道內(nèi)裝入節(jié)流元件一孔板。當(dāng)水蒸氣流過孔板時(shí),流體速度增大,壓力減小，于是在孔板的前后產(chǎn)生差壓,利用具有-定設(shè)計(jì)尺寸的孔板測(cè)量水蒸氣流量,在保證孔板前后有足夠的直管段等條件下,孔板前后的差壓將隨流量的變化而變化,且兩者具有確定的關(guān)系,因此可以通過測(cè)量差壓得到水蒸氣的流量「。根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T26241993,對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置,差壓△P與流量qm的函數(shù)關(guān)系為:
式中:qm為質(zhì)量流量,kg/s;C為流出系數(shù);D為管道內(nèi)徑,m;ε為節(jié)流件正端取壓口平面上的氣體膨脹系數(shù);d為工作條件下節(jié)流件的開孔直徑,m;ρ為節(jié)流件人口端流體密度,kg/m³.
2.流出系數(shù)C的補(bǔ)償
流出系數(shù)C是表征孔板節(jié)流裝置特性的主要參數(shù),是雷諾數(shù)Re和β的函數(shù),它是一個(gè)隨流量變化的量,其值隨Re的增大而減小,當(dāng)Re大于一定值趨向無窮大時(shí),C趨向于常數(shù)Ck,而孔徑比β越大,C的變化幅度也越大,使C趨向于常數(shù)Ck的Re也越大,C與β和Re之間的定量關(guān)系為:
對(duì)于給定的標(biāo)準(zhǔn)孔板,當(dāng)β為常數(shù)時(shí),C僅是Re的函數(shù)C=f(Re)。在公式(1)中,將C用公式(2)而不是一個(gè)常數(shù)來代替,可提高計(jì)量的精度。
3.水蒸氣膨脹系數(shù)ε的補(bǔ)償
差壓式流量計(jì)在用來測(cè)氣體和蒸氣流量時(shí),流體流過節(jié)流裝置在節(jié)流件兩邊都要產(chǎn)生--定的差壓,在節(jié)流件的下游靜壓降低,將出現(xiàn)流束膨脹，流束的這種膨脹使得節(jié)流裝置的輸出(差壓)一輸人(流量)關(guān)系同不可壓縮流體之間的偏差。如果不對(duì)這種偏差進(jìn)行校正,將會(huì)導(dǎo)致流量示值偏高千分之幾到百分之幾,尤其是流量在較大范圍內(nèi)變化時(shí),產(chǎn)生的誤差會(huì)更大,因此更有必要對(duì)其進(jìn)行修正。
4.孔板流計(jì)變更量t程后的修正
盡管改變差壓變送器的差壓范圍是非常容易的事,但不能只對(duì)差壓范圍做調(diào)整就萬事大吉。這是因?yàn)榭装辶髁坑?jì)量程變更后，管道中的常用流速等參數(shù)將發(fā)生變化,流出系數(shù)也相應(yīng)有所變化，因此需從已知節(jié)流裝置數(shù)據(jù)(從節(jié)流裝置計(jì)算書查得)和其他有關(guān)流量數(shù)據(jù)(如:變更后的流量上限及常用流量)計(jì)算出新的差壓上限。實(shí)踐證明,若量程縮小后,C和ε均增大,相應(yīng)的質(zhì)量流量會(huì)偏大。
5.密度ρ的補(bǔ)償
在其他參數(shù)不變的情況下,qm與ρ之間的關(guān)系為:qm≈k,√ρ。可以看出,水蒸氣的流量與其密度的平方根成正比關(guān)系。水蒸氣是可壓縮性氣體，當(dāng)其壓力、溫度變化時(shí),其密度將發(fā)生明顯變化,這將引起流量很大的誤差。實(shí)際流體狀態(tài)(壓力、溫度)與流量計(jì)設(shè)計(jì)時(shí)的狀態(tài)(壓力、溫度)偏離造成的相對(duì)誤差可由公式(3)表示:
假如設(shè)計(jì)孔板流量計(jì)時(shí)是按照1MPa和285℃所對(duì)應(yīng)的過熱水蒸氣密度ρ=4.374kg/m³設(shè)計(jì)的，則密度的變化造成的測(cè)量誤差可能很大，當(dāng)壓力大且溫度低時(shí),測(cè)量值偏大;當(dāng)壓力低且溫度高時(shí),測(cè)量值偏小。水蒸氣的實(shí)際狀態(tài)偏離孔板實(shí)際狀態(tài)越嚴(yán)重,所引起的誤差越大。要補(bǔ)償密度變化所引起的這種誤差,就不能將公式(1)中的ρ以設(shè)計(jì)工況下的密度來代入,需要將ρ看作壓力和溫度的函數(shù),即ρ=f(P,t)。這也就是一般智能流量積算儀均要對(duì)過熱蒸汽進(jìn)行壓力溫度補(bǔ)償?shù)脑颉?nbsp;
6.孔板內(nèi)徑d和管徑D的誤差補(bǔ)償
測(cè)量水蒸氣流量時(shí)，如果設(shè)計(jì)工況為200℃,孔板內(nèi)徑為d,則孔板內(nèi)徑在實(shí)際工作狀態(tài)下的修正公式為：
實(shí)際上d和D偏離設(shè)計(jì)值造成的后果就是流量測(cè)量系統(tǒng)的滿度值發(fā)生了變化,如果將d和D的實(shí)際值測(cè)量出來,代人公式計(jì)算出與此實(shí)際值相對(duì)應(yīng)的流量滿度值,然后用新的滿度值代替原設(shè)計(jì)值,置人流量顯示儀表，則系統(tǒng)運(yùn)行后,尺寸誤差對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的影響就能得到完全的校正，這也就是每臺(tái)流量計(jì)在投人使用前進(jìn)行修正計(jì)算的主要工作。
孔板流量計(jì)采用差壓式測(cè)量方法對(duì)流量進(jìn)行測(cè)量,即在管道內(nèi)裝入節(jié)流元件一孔板。當(dāng)水蒸氣流過孔板時(shí),流體速度增大,壓力減小，于是在孔板的前后產(chǎn)生差壓,利用具有-定設(shè)計(jì)尺寸的孔板測(cè)量水蒸氣流量,在保證孔板前后有足夠的直管段等條件下,孔板前后的差壓將隨流量的變化而變化,且兩者具有確定的關(guān)系,因此可以通過測(cè)量差壓得到水蒸氣的流量「。根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T26241993,對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置,差壓△P與流量qm的函數(shù)關(guān)系為:
式中:qm為質(zhì)量流量,kg/s;C為流出系數(shù);D為管道內(nèi)徑,m;ε為節(jié)流件正端取壓口平面上的氣體膨脹系數(shù);d為工作條件下節(jié)流件的開孔直徑,m;ρ為節(jié)流件人口端流體密度,kg/m³.
2.流出系數(shù)C的補(bǔ)償
流出系數(shù)C是表征孔板節(jié)流裝置特性的主要參數(shù),是雷諾數(shù)Re和β的函數(shù),它是一個(gè)隨流量變化的量,其值隨Re的增大而減小,當(dāng)Re大于一定值趨向無窮大時(shí),C趨向于常數(shù)Ck,而孔徑比β越大,C的變化幅度也越大,使C趨向于常數(shù)Ck的Re也越大,C與β和Re之間的定量關(guān)系為:
對(duì)于給定的標(biāo)準(zhǔn)孔板,當(dāng)β為常數(shù)時(shí),C僅是Re的函數(shù)C=f(Re)。在公式(1)中,將C用公式(2)而不是一個(gè)常數(shù)來代替,可提高計(jì)量的精度。
3.水蒸氣膨脹系數(shù)ε的補(bǔ)償
差壓式流量計(jì)在用來測(cè)氣體和蒸氣流量時(shí),流體流過節(jié)流裝置在節(jié)流件兩邊都要產(chǎn)生--定的差壓,在節(jié)流件的下游靜壓降低,將出現(xiàn)流束膨脹，流束的這種膨脹使得節(jié)流裝置的輸出(差壓)一輸人(流量)關(guān)系同不可壓縮流體之間的偏差。如果不對(duì)這種偏差進(jìn)行校正,將會(huì)導(dǎo)致流量示值偏高千分之幾到百分之幾,尤其是流量在較大范圍內(nèi)變化時(shí),產(chǎn)生的誤差會(huì)更大,因此更有必要對(duì)其進(jìn)行修正。
4.孔板流計(jì)變更量t程后的修正
盡管改變差壓變送器的差壓范圍是非常容易的事,但不能只對(duì)差壓范圍做調(diào)整就萬事大吉。這是因?yàn)榭装辶髁坑?jì)量程變更后，管道中的常用流速等參數(shù)將發(fā)生變化,流出系數(shù)也相應(yīng)有所變化，因此需從已知節(jié)流裝置數(shù)據(jù)(從節(jié)流裝置計(jì)算書查得)和其他有關(guān)流量數(shù)據(jù)(如:變更后的流量上限及常用流量)計(jì)算出新的差壓上限。實(shí)踐證明,若量程縮小后,C和ε均增大,相應(yīng)的質(zhì)量流量會(huì)偏大。
5.密度ρ的補(bǔ)償
在其他參數(shù)不變的情況下,qm與ρ之間的關(guān)系為:qm≈k,√ρ。可以看出,水蒸氣的流量與其密度的平方根成正比關(guān)系。水蒸氣是可壓縮性氣體，當(dāng)其壓力、溫度變化時(shí),其密度將發(fā)生明顯變化,這將引起流量很大的誤差。實(shí)際流體狀態(tài)(壓力、溫度)與流量計(jì)設(shè)計(jì)時(shí)的狀態(tài)(壓力、溫度)偏離造成的相對(duì)誤差可由公式(3)表示:
假如設(shè)計(jì)孔板流量計(jì)時(shí)是按照1MPa和285℃所對(duì)應(yīng)的過熱水蒸氣密度ρ=4.374kg/m³設(shè)計(jì)的，則密度的變化造成的測(cè)量誤差可能很大，當(dāng)壓力大且溫度低時(shí),測(cè)量值偏大;當(dāng)壓力低且溫度高時(shí),測(cè)量值偏小。水蒸氣的實(shí)際狀態(tài)偏離孔板實(shí)際狀態(tài)越嚴(yán)重,所引起的誤差越大。要補(bǔ)償密度變化所引起的這種誤差,就不能將公式(1)中的ρ以設(shè)計(jì)工況下的密度來代入,需要將ρ看作壓力和溫度的函數(shù),即ρ=f(P,t)。這也就是一般智能流量積算儀均要對(duì)過熱蒸汽進(jìn)行壓力溫度補(bǔ)償?shù)脑颉?nbsp;
6.孔板內(nèi)徑d和管徑D的誤差補(bǔ)償
測(cè)量水蒸氣流量時(shí)，如果設(shè)計(jì)工況為200℃,孔板內(nèi)徑為d,則孔板內(nèi)徑在實(shí)際工作狀態(tài)下的修正公式為：
實(shí)際上d和D偏離設(shè)計(jì)值造成的后果就是流量測(cè)量系統(tǒng)的滿度值發(fā)生了變化,如果將d和D的實(shí)際值測(cè)量出來,代人公式計(jì)算出與此實(shí)際值相對(duì)應(yīng)的流量滿度值,然后用新的滿度值代替原設(shè)計(jì)值,置人流量顯示儀表，則系統(tǒng)運(yùn)行后,尺寸誤差對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的影響就能得到完全的校正，這也就是每臺(tái)流量計(jì)在投人使用前進(jìn)行修正計(jì)算的主要工作。
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