摘(zhai)要:一種(zhong)執行德(de)國标準(zhun)DIN2501的進口(kou)氣體渦(wo)街流量(liang)計 安裝(zhuang)在國标(biao)流量裝(zhuang)置上進(jin)行标定(ding)時，因兩(liang)者管道(dao)内徑尺(chi)寸存在(zai)差異，導(dao)緻常規(gui)方法下(xia)測壓位(wei)置的選(xuan)取對标(biao)準裝置(zhi)體💁積流(liu)量值的(de)計算正(zheng)确率造(zao)成影響(xiang)，因而産(chan)生🔱實驗(yan)誤🥵差;本(ben)文對這(zhe)一現象(xiang)進行分(fen)析研究(jiu)，并📐通過(guo)多組實(shi)驗數據(ju)對比，驗(yan)證了系(xi)統誤差(cha)确實存(cun)在，但在(zai)常溫常(chang)壓以空(kong)氣作介(jie)質的實(shi)驗條件(jian)下，此誤(wu)差的影(ying)響量很(hen)小，一般(ban)可忽略(lue)不計，由(you)此說明(ming)應用常(chang)規的實(shi)驗方法(fa)對該⁉️類(lei)進口渦(wo)街流量(liang)⭕計進行(hang)标定也(ye)是可行(hang)的。
0引言(yan)
　　渦街流(liu)量計 是(shi)通過卡(ka)門漩渦(wo)原理測(ce)量流體(ti)流量的(de)一種儀(yi)表，相比(bi)上世紀(ji)80年代使(shi)用較爲(wei)廣泛的(de)孔闆流(liu)量計，其(qi)具有結(jie)構🏃‍♂️簡單(dan)，壓力損(sun)失小，量(liang)程範圍(wei)寬，便于(yu)安裝等(deng)優點［1］。因(yin)此，随着(zhe)技術的(de)發展，渦(wo)街流🈲量(liang)計在工(gong)業🈲計量(liang)上的使(shi)用逐漸(jian)成爲主(zhu)流(以下(xia)簡稱流(liu)量計或(huo)儀表)。
1工(gong)作原理(li)
　　流量計(ji)通過在(zai)流體中(zhong)設置三(san)角柱型(xing)旋渦發(fa)生體🔞，使(shi)流體産(chan)生卡門(men)漩渦，在(zai)一定雷(lei)諾數範(fan)圍内，旋(xuan)渦🌐的釋(shi)放頻率(lü)與流體(ti)平均流(liu)速、旋渦(wo)發生體(ti)特征寬(kuan)度有關(guan)㊙️，通過測(ce)量旋渦(wo)頻率可(ke)以計算(suan)出流體(ti)的流速(su)，再測得(de)流量計(ji)管道截(jie)面積👣可(ke)換算得(de)🏃體積流(liu)量🧡［1－2］。
2氣體(ti)流量标(biao)準裝置(zhi)
　　流量計(ji)在投入(ru)使用前(qian)進行量(liang)值溯源(yuan)是不可(ke)缺少的(de)環🔴節，而(er)✏️在量值(zhi)傳遞工(gong)作的開(kai)展中，負(fu)壓法臨(lin)界流文(wen)🌏丘裏噴(pen)嘴氣體(ti)流量标(biao)準裝置(zhi)是一種(zhong)十分典(dian)型常見(jian)♈的流量(liang)🛀🏻标準裝(zhuang)✍️置，如圖(tu)1所示，它(ta)具備結(jie)構簡單(dan)、穩定性(xing)好、适用(yong)範圍廣(guang)等優點(dian)，其工作(zuo)原理是(shi)當氣體(ti)在噴嘴(zui)上下遊(you)的壓🌏差(cha)達到一(yi)定💰值時(shi)将形成(cheng)臨界流(liu)，此時流(liu)經噴嘴(zui)喉部的(de)氣體流(liu)速達到(dao)最大值(zhi)，測量該(gai)狀态下(xia)♌流體的(de)溫度、靜(jing)壓、濕度(du)，由密度(du)換算得(de)流過噴(pen)嘴的氣(qi)體質量(liang)流量，根(gen)據連✔️續(xu)性原理(li)，流場内(nei)各🔆處質(zhi)量流量(liang)相等［3］。通(tong)過選用(yong)不同的(de)噴嘴組(zu)合使标(biao)準流量(liang)可控，以(yi)🤩滿足對(dui)流量計(ji)💘進行标(biao)定🌂的實(shi)驗需求(qiu)。
 
3執行标(biao)準不同(tong)帶來的(de)管徑差(cha)異
　　以無(wu)縫鋼管(guan)爲例，由(you)于存在(zai)标準體(ti)系、尺寸(cun)的單位(wei)制等🈲差(cha)異，再有(you)加工誤(wu)差因素(su)，标稱通(tong)徑相同(tong)的兩段(duan)管🈚道，它(ta)們的實(shi)際内徑(jing)尺寸也(ye)不盡然(ran)相等。如(ru)圖2所示(shi)，這款Prowirl72F系(xi)列的德(de)國進口(kou)Endress+Hauser品牌流(liu)量計，參(can)考說明(ming)書标示(shi)，如圖3所(suo)示，其表(biao)體管道(dao)生産工(gong)藝依據(ju)德标🔴DIN2501标(biao)準，部分(fen)規❤️格的(de)流量計(ji)外形尺(chi)寸如表(biao)1所示，常(chang)見用于(yu)中低壓(ya)環境下(xia)的流量(liang)計内徑(jing)d普遍比(bi)标稱值(zhi)偏大約(yue)3%至7%。而在(zai)國内用(yong)于标定(ding)流量🚩計(ji)的标準(zhun)裝置爲(wei)保障通(tong)用性需(xu)求，一般(ban)遵循我(wo)國現行(hang)的國家(jia)标準設(she)計，其中(zhong)直管段(duan)部㊙️分選(xuan)材👌依據(ju)GB/T17395－2008，各規格(ge)的管道(dao)😍通徑尺(chi)寸與标(biao)稱值接(jie)近相等(deng)，在對上(shang)述德标(biao)流量計(ji)進行标(biao)定時，會(hui)出現因(yin)兩者管(guan)道内徑(jing)存在一(yi)定差異(yi)的情況(kuang)，将可能(neng)帶來實(shi)驗誤🚩差(cha)。  
 
4标定誤(wu)差來源(yuan)分析
　　渦(wo)街流量(liang)計本質(zhi)上是一(yi)種速度(du)式流量(liang)計，其直(zhi)接測量(liang)💯的量爲(wei)🌈介質的(de)流速，考(kao)慮到由(you)于體積(ji)流量僅(jin)以介🙇🏻質(zhi)流📐速及(ji)💔截面積(ji)确定，不(bu)受其他(ta)因素影(ying)響，因此(ci)，一般以(yi)體積流(liu)量進😄行(hang)示值誤(wu)差或儀(yi)表系數(shu)的計算(suan)依據。
　　在(zai)使用文(wen)丘裏噴(pen)嘴氣體(ti)流量标(biao)準裝置(zhi)對流量(liang)計進行(hang)标定🔞時(shi)，根據連(lian)續性原(yuan)理，達到(dao)臨界條(tiao)件後，隻(zhi)要分别(bie)測得被(bei)檢流量(liang)計👣、噴嘴(zui)兩處的(de)氣體溫(wen)度、靜壓(ya)、濕度，則(ze)可通過(guo)密度關(guan)系計算(suan)被檢🙇‍♀️表(biao)處流量(liang)标💃🏻準值(zhi)，即标準(zhun)裝置示(shi)值，再讀(du)取流量(liang)計示值(zhi)即可計(ji)算示值(zhi)誤差。但(dan)如上文(wen)所🔆示的(de)流量計(ji)一般無(wu)法直接(jie)測量其(qi)内部氣(qi)體狀态(tai)參數㊙️，而(er)隻能在(zai)儀表上(shang)、下遊的(de)管道上(shang)進行開(kai)孔測量(liang)作近似(si)估值，通(tong)過此方(fang)式所測(ce)流量标(biao)準值實(shi)際爲測(ce)量孔截(jie)面⚽處氣(qi)體流量(liang)。考慮到(dao)在實驗(yan)室條件(jian)下，氣體(ti)的溫度(du)、濕度基(ji)本恒定(ding)，而在不(bu)同的位(wei)置測量(liang)的靜壓(ya)值則有(you)較大差(cha)👉異，因此(ci)，測壓🔱位(wei)置的選(xuan)取對體(ti)積流量(liang)标準值(zhi)的計算(suan)正确率(lü)起重要(yao)影響。根(gen)據　　JJG1029－2007《渦🌂街(jie)流量計(ji)檢定規(gui)程🚩》，一般(ban)于儀表(biao)下遊段(duan)2至7倍内(nei)徑距🐇離(li)的☔範圍(wei)内都可(ke)認爲是(shi)合理的(de)測壓✉️位(wei)置，所測(ce)靜壓與(yu)儀表内(nei)部實♍際(ji)值近似(si)視作相(xiang)等［4－5］，但當(dang)被檢🏒儀(yi)表爲上(shang)文所述(shu)E+H流量計(ji)時，由于(yu)其表體(ti)管道🤩内(nei)徑稍大(da)于标準(zhun)裝置管(guan)道，則儀(yi)表與直(zhi)管段間(jian)連接處(chu)将出現(xian)突變轉(zhuan)折截👌面(mian)，如圖4所(suo)示，當氣(qi)體流經(jing)轉折面(mian)時，将産(chan)生一🔞定(ding)壓力損(sun)失，此時(shi)下遊段(duan)測壓處(chu)所測得(de)氣體靜(jing)壓理論(lun)🔴上比儀(yi)表内部(bu)實際值(zhi)小，導緻(zhi)計算所(suo)得标準(zhun)體積流(liu)量比儀(yi)表處實(shi)際值大(da)，且流量(liang)越大該(gai)過程的(de)壓能損(sun)失越多(duo)，下遊測(ce)壓計算(suan)所得标(biao)準值越(yue)偏離真(zhen)☎️值，這💁種(zhong)誤差可(ke)認爲是(shi)實驗方(fang)法引起(qi)的系統(tong)誤差［6］。
 
4.1機(ji)械能損(sun)失分析(xi)
　　因流量(liang)計傳感(gan)器組成(cheng)部分前(qian)後均有(you)一定長(zhang)度表體(ti)🈲直管💜段(duan)且與标(biao)準裝置(zhi)管道間(jian)内徑差(cha)異較小(xiao)，流場擾(rao)動基本(ben)被儀表(biao)本身抗(kang)幹擾能(neng)力克服(fu)，可認爲(wei)流量計(ji)計量性(xing)能不受(shou)影響，則(ze)隻需考(kao)♉慮氣體(ti)靜壓♌測(ce)量值的(de)正确率(lü)。從能量(liang)損失角(jiao)度分析(xi):如圖5所(suo)示，由于(yu)流線不(bu)能轉折(she)，流體在(zai)流經突(tu)然收縮(suo)斷面時(shi)，将形成(cheng)流股收(shou)🤩縮，至c－c斷(duan)面後逐(zhu)漸擴散(san)，在此過(guo)程中🈲，流(liu)體先有(you)加速的(de)收縮流(liu)後減速(su)的擴散(san)流兩者(zhe)都産生(sheng)阻力［7］。爲(wei)簡化分(fen)析此過(guo)程中的(de)能量損(sun)失，設流(liu)體爲不(bu)可壓縮(suo)流體，設(she)c－c斷面處(chu)的理想(xiang)平均流(liu)速爲v0，根(gen)據伯努(nu)利方程(cheng):
 
　　式中，α1爲(wei)動能修(xiu)正系數(shu)，無量綱(gang);v1爲斷面(mian)1－1處流體(ti)平均流(liu)🏒速，m/s;P1爲斷(duan)面1－1處流(liu)體靜壓(ya)，N/m2;α0爲動能(neng)修正系(xi)數，無量(liang)綱☂️;v0爲斷(duan)面c－c處流(liu)體理想(xiang)🤩平均流(liu)速，m/s;PC爲斷(duan)面c－c處流(liu)體靜壓(ya)，N/m2;ρ爲流體(ti)密度，kg/m3;g爲(wei)重力加(jia)速度，N/kg或(huo)m/s2。
　　實際上(shang)從1－1斷面(mian)至c－c斷面(mian)間存在(zai)一定能(neng)量損失(shi)，假設爲(wei)U1，再😄者c－c斷(duan)面的實(shi)際平均(jun)流速νC要(yao)比v0稍小(xiao)一些，它(ta)們的比(bi)值νC/v0=Cν，稱爲(wei)流速系(xi)☁️數，一般(ban)約爲0.99～0.97［7］，基(ji)于本文(wen)所讨論(lun)👌情況，該(gai)斷面收(shou)縮較小(xiao)，取Cν=0.99計算(suan)，且在紊(wen)🍓流狀态(tai)下α1=α0=1，即:
 
 
　　由(you)于在标(biao)定實驗(yan)中，流體(ti)介質一(yi)般爲空(kong)氣，而空(kong)氣是一(yi)🚶‍♀️種🚶可壓(ya)縮流體(ti)，考慮到(dao)在重力(li)場中，可(ke)壓縮性(xing)流體✂️的(de)勢能與(yu)👉壓力能(neng)、動能比(bi)較起來(lai)是小得(de)可以忽(hu)略不🤩計(ji)的［7－8］，即伯(bo)努利方(fang)程可簡(jian)化爲以(yi)下形式(shi):
 
　　其中C爲(wei)常數，且(qie)氣體在(zai)流量計(ji)内(斷面(mian)1－1處)流至(zhi)測壓處(chu)(斷面2－2)的(de)過程中(zhong)可近似(si)地看作(zuo)等熵過(guo)程，因此(ci)，有P1/ρk1=P2/ρk2，ρ1=P1/P2()1/kρ2，對于(yu)空氣的(de)等熵指(zhi)數k≈1.4，由于(yu)在此過(guo)程中單(dan)位質量(liang)流體的(de)能量損(sun)失U很小(xiao)，爲簡化(hua)分析直(zhi)接用ρ2計(ji)算其機(ji)械能損(sun)失，則方(fang)程可寫(xie)爲：
 
　　式中(zhong)，P1爲流量(liang)計内(斷(duan)面1－1處)空(kong)氣靜壓(ya)，N/m2;ρ1爲流量(liang)計内(斷(duan)面🈚1－1處)空(kong)氣密度(du)，kg/m3;v1爲流量(liang)計内(斷(duan)面1－1處)空(kong)氣平均(jun)流速，m/s;P2爲(wei)測壓點(dian)(斷面2－2處(chu))空氣靜(jing)壓，N/m2;ρ2爲測(ce)壓點(斷(duan)面2－2處)空(kong)氣🏃🏻密度(du)，kg/m3;v2爲流量(liang)計内(斷(duan)面2－2處)空(kong)氣平均(jun)流速，m/s。
　　由(you)于在标(biao)定實驗(yan)中，空氣(qi)的質量(liang)流量Qm可(ke)通過文(wen)丘裏🧡噴(pen)嘴測量(liang)換算得(de)到，設斷(duan)面1－1處、斷(duan)面2－2處管(guan)道面積(ji)📐爲S1、S2，則空(kong)氣在兩(liang)處的⛱️流(liu)速分别(bie)爲:
 
　　式中(zhong)，Qm爲空氣(qi)的質量(liang)流量，kg/s;S1爲(wei)斷面1－1管(guan)道截面(mian)積，m2;S2爲斷(duan)面2－2管道(dao)截面積(ji)，m2。
　　經過變(bian)換得到(dao)一個一(yi)元方程(cheng)，僅有ρ1爲(wei)未知量(liang)，各項🔞參(can)🆚數均能(neng)在實驗(yan)中直接(jie)測量或(huo)換算所(suo)得，通過(guo)使用軟(ruan)件工具(ju)如MATLAB、Excel或其(qi)😄他方式(shi)解出ρ1，則(ze)P1=P2ρk1/ρk2，流量計(ji)内體積(ji)流量的(de)理論值(zhi)QV爲:
 
式中(zhong)，QV爲空氣(qi)的體積(ji)流量，m3/s。
5實(shi)驗數據(ju)比較
　　通(tong)過使用(yong)文丘裏(li)噴嘴氣(qi)體流量(liang)标準裝(zhuang)置對三(san)個㊙️不同(tong)規格的(de)♉E+H渦街流(liu)量計進(jin)行标定(ding)，由标準(zhun)器測量(liang)☎️及密度(du)換算得(de)🔞Qm、P2、ρ2，使用遊(you)标卡尺(chi)分别測(ce)量流量(liang)計與裝(zhuang)置管✌️道(dao)内徑A1、A2，并(bing)計算兩(liang)者通徑(jing)截面積(ji)S1、S2、收縮系(xi)數Cc、測壓(ya)處截面(mian)參考流(liu)🈲速v2、單位(wei)質量流(liu)體的能(neng)量損失(shi)U，利用MATLAB軟(ruan)件中🌐的(de)solve函數求(qiu)解🐕式(14)，得(de)流量計(ji)内氣體(ti)的理👌論(lun)密度ρ1，理(li)論靜壓(ya)P1，根據式(shi)(15)得理🐪論(lun)體積流(liu)量QV，計算(suan)其與标(biao)準裝置(zhi)體積流(liu)量示❓值(zhi)的相對(dui)誤差。表(biao)1～3爲三種(zhong)規♋格流(liu)量計的(de)實驗數(shu)據
 
　　根據(ju)實驗數(shu)據，流量(liang)計體積(ji)流量示(shi)值與計(ji)算所得(de)理論實(shi)際值雖(sui)然不相(xiang)等，但從(cong)相對标(biao)準裝置(zhi)示值的(de)誤📱差線(xian)性關系(xi)來👉看，兩(liang)者所呈(cheng)現的誤(wu)差均随(sui)着流速(su)的增加(jia)而往負(fu)方向增(zeng)長✂️，如圖(tu)6、圖7所示(shi)。從這個(ge)角度來(lai)看，符合(he)“因過程(cheng)存在壓(ya)能損失(shi)導🙇🏻緻下(xia)遊測壓(ya)所得靜(jing)壓🔴值偏(pian)小，流量(liang)裝置換(huan)算出的(de)标準體(ti)積流量(liang)示值偏(pian)🐇大”這一(yi)分析。
 
 
6結(jie)論
　　對這(zhe)類内徑(jing)偏大的(de)渦街流(liu)量計采(cai)用下遊(you)測壓的(de)常規🧡方(fang)法進行(hang)标定時(shi)，标準裝(zhuang)置的體(ti)積流量(liang)示值🔴實(shi)存㊙️在一(yi)定誤差(cha)，但計算(suan)☁️數據也(ye)表明，在(zai)常溫常(chang)壓、使用(yong)空氣作(zuo)介質的(de)條件下(xia)，即使在(zai)流速較(jiao)高時，由(you)該方法(fa)引入的(de)系統誤(wu)差也很(hen)小，僅爲(wei)0.1%左🔅右，對(dui)于絕大(da)多數精(jing)度等級(ji)爲1.0甚至(zhi)更低或(huo)使用場(chang)合無極(ji)高🏒精度(du)要求的(de)流量計(ji)，一般可(ke)忽略此(ci)誤差，參(can)照檢定(ding)規程要(yao)求在流(liu)量計下(xia)遊段測(ce)壓的标(biao)定方法(fa)是可🐪行(hang)的。當然(ran)，若是利(li)用蒸汽(qi)或其他(ta)密度較(jiao)大、流速(su)更高的(de)介質🍉進(jin)行标定(ding)時，該系(xi)統誤差(cha)也會随(sui)之增大(da)，建議盡(jin)量采用(yong)表體取(qu)壓或制(zhi)作匹配(pei)檢測管(guan)線的🔴方(fang)法進行(hang)實驗。

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