孔板流量計(jì)誤差原因分析與修正

陳瑛

摘 要：本文首先介紹了孔板流量計(jì)計(jì)量的基本原理，進(jìn)而分析了孔板流量計(jì)在實(shí)際使用過程中產(chǎn)生誤差的主要原因，并提出了提高計(jì)量精度的措施與建議，為孔板流量計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化、智能化發(fā)展提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：孔板流量計(jì)；基本原理；誤差；修正措施

中圖分類號(hào)：TH814 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

差壓流量計(jì)是在工業(yè)場(chǎng)合應(yīng)用極為廣泛的一種流量計(jì)量?jī)x器，對(duì)于氣體、液體和蒸汽的流量都可以測(cè)定。據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，工業(yè)場(chǎng)合差壓流量計(jì)的使用占流量?jī)x表總數(shù)的1/3以上，此中應(yīng)用最普遍的是由差壓計(jì)和節(jié)流裝置構(gòu)成的節(jié)流式流量計(jì)。

差壓流量計(jì)所采用的典型節(jié)流件主要為孔板、文丘里管、噴嘴和文丘里噴嘴等。孔板流量計(jì)上世紀(jì)初便被最先用于天然氣流量的測(cè)定。截止目前，大量學(xué)者已對(duì)孔板流量計(jì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行深入探討，使孔板流量計(jì)逐步趨于標(biāo)準(zhǔn)化。根據(jù)孔板流量計(jì)的測(cè)量原理，可以直接確定節(jié)流件前后差壓與流量的關(guān)系，此特性是孔板流量計(jì)所獨(dú)有的。

1 孔板流量計(jì)的計(jì)量原理

在管道中安裝一個(gè)流通面積小于管道截面積的節(jié)流部件，節(jié)流件的變截面效應(yīng)可使流體在經(jīng)過節(jié)流件時(shí)產(chǎn)生局部收縮，流速急劇增加，壓強(qiáng)明顯變小，從而在節(jié)流件前后截面差生壓差。針對(duì)某一標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，如果管道、計(jì)量裝置、測(cè)壓位置及流體參數(shù)均保持恒定，節(jié)流件前后截面的差壓與管道流量間存在一定的函數(shù)關(guān)系。因此，可以通過直接測(cè)量節(jié)流件前后截面的壓差，間接計(jì)量流量。

2 孔板流量計(jì)的誤差原因分析

2.1 流體本身特性的影響

管道中流體自身的溫度、壓力等特性參數(shù)極易受到環(huán)境溫度的影響產(chǎn)生波動(dòng)，進(jìn)而影響孔板流量計(jì)的測(cè)量精度。盡管溫度等環(huán)境參數(shù)對(duì)流體粘度的影響并不明顯，但仍影響孔板流量計(jì)的計(jì)量精度和準(zhǔn)確度。經(jīng)驗(yàn)表明，孔板流量計(jì)常用于單相流體流量的測(cè)定，針對(duì)多相流體流動(dòng)，其精度將受到嚴(yán)重的干擾。

2.2 流量積算方式的影響

將孔板節(jié)流裝置與各種二次測(cè)量?jī)x表相結(jié)合，就形成了多種流量積算的方法。如果在流量計(jì)量過程中，測(cè)量系統(tǒng)不按照計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)安裝對(duì)應(yīng)的二次測(cè)量?jī)x表，流量積算時(shí)便不能對(duì)流體壓力、溫度的變化進(jìn)行補(bǔ)償，測(cè)量精度將難以保證[3]。針對(duì)此問題，可以采用先進(jìn)的微計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)流量進(jìn)行精確的計(jì)算，持續(xù)地對(duì)流量進(jìn)行補(bǔ)償。

2.3 結(jié)構(gòu)及附屬儀器的影響

孔板流量計(jì)的結(jié)構(gòu)也會(huì)造成很多誤差，主要包括：孔板和管道的直徑比改變；孔板發(fā)生變形；孔板表面粗糙度不達(dá)標(biāo)等因素，都將影響孔板流量計(jì)的計(jì)量精度。同時(shí)附屬儀器的影響也不可忽視。比如，如果下游引壓管與流量?jī)x表間的連接件產(chǎn)生漏氣、堵塞等狀況，會(huì)導(dǎo)致流量計(jì)的計(jì)量流量略大。另外，差壓變送器的零點(diǎn)通常需要校準(zhǔn)。

2.4 安裝條件的影響

使用場(chǎng)地通常不能達(dá)到流量計(jì)上游最短直管段長(zhǎng)度的要求，致使管線布置經(jīng)常發(fā)生偏離。同時(shí)為了避免進(jìn)口流體流動(dòng)狀況對(duì)流量計(jì)計(jì)量精度的影響，要求孔板流量計(jì)上游具有最短直管段長(zhǎng)度，但在實(shí)際中一般很難滿足。另外流量、流速等電子信號(hào)設(shè)備應(yīng)遠(yuǎn)離存在電磁干擾的場(chǎng)合，保證其工作性能。

2.5 環(huán)境條件的影響

使用環(huán)境條件嚴(yán)重影響孔板流量計(jì)的性能，比如流體溫度急劇變化將增加管道內(nèi)的流體的濕度，加速腐蝕；環(huán)境溫度直接決定流體的密度、粘度等物性參數(shù)；流量計(jì)的結(jié)構(gòu)尺寸發(fā)生變化等。

3 提高計(jì)量精度的改進(jìn)辦法

3.1 設(shè)計(jì)安裝應(yīng)嚴(yán)格遵循標(biāo)準(zhǔn)

必須依照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行孔板節(jié)流裝置的設(shè)計(jì)，根據(jù)孔板前阻力件形式配接至少30倍管徑的直管段，從而減小計(jì)量誤差[5]。在安裝場(chǎng)地不允許的場(chǎng)合，必須在上游直管段上加設(shè)整流器，且孔板的側(cè)面務(wù)必與管道中心線垂直。同時(shí)安裝時(shí)應(yīng)正確選擇壓差計(jì)的型號(hào)與量程[4]。

3.2 避免流體脈動(dòng)，保證良好的流動(dòng)狀況

在符合計(jì)量能力的前提下，盡量選用較小內(nèi)徑測(cè)量管，保證管道內(nèi)流體在高雷諾數(shù)下運(yùn)行，抑制脈動(dòng)流的產(chǎn)生。采用上下游相同長(zhǎng)度的短引壓管線，抑制引壓管線系統(tǒng)中阻力件對(duì)流動(dòng)所造成的影響。消除流體中夾帶的雜質(zhì)。

3.3 采用定值節(jié)流裝置

通過定值節(jié)流裝置、差壓變送器、智能流量積算儀的綜合使用，便能實(shí)現(xiàn)流量的智能化計(jì)量。同時(shí)采用定值節(jié)流裝置有利于產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)節(jié)流裝置產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化，進(jìn)而提高計(jì)量的準(zhǔn)確度和精度。

3.4 推動(dòng)計(jì)量的智能化發(fā)展

隨著微型傳感器和微計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，流量計(jì)量已逐步向在線、實(shí)時(shí)、智能的方向發(fā)展，對(duì)傳感器和采集、儲(chǔ)存及傳輸數(shù)據(jù)等模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)集成，實(shí)現(xiàn)計(jì)量方式的智能化處理，不斷提升計(jì)量精度。

3.5 加強(qiáng)管理培訓(xùn)，定期檢修維護(hù)

加強(qiáng)計(jì)量職工的業(yè)務(wù)培訓(xùn)，提高其計(jì)量能力，盡可能避免操作不當(dāng)造成的計(jì)量誤差。完善計(jì)量過程的監(jiān)管制度，健全定期檢修和維護(hù)制度，及時(shí)檢測(cè)并消除偏差，保證計(jì)量?jī)x器的精度。

結(jié)論

盡管孔板流量計(jì)的結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單，但影響其計(jì)量精度的原因十分復(fù)雜。本文主要針對(duì)使用過程中常見的影響因素進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的解決措施?？傮w來(lái)看，如果孔板流量計(jì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及安裝均按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，采用先進(jìn)的智能檢測(cè)設(shè)備在線檢測(cè)，并定期進(jìn)行計(jì)量計(jì)的檢修維護(hù)，便可減小誤差，提高計(jì)量精度。

參考文獻(xiàn)

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