摘(zhāi)要:一種(zhǒng)執行德(de)國标準(zhun)DIN2501的進口(kou)氣體渦(wō)街流量(liàng)計 安裝(zhuang)在國标(biāo)流量裝(zhuāng)置上進(jìn)行标定(dìng)時，因兩(liang)者管道(dao)内徑♋尺(chǐ)寸存在(zai)差異，導(dǎo)緻常規(guī)方法下(xià)測壓位(wèi)置的選(xuǎn)取對标(biāo)🤟準裝⛹🏻‍♀️置(zhi)體積流(liú)量值的(de)計算正(zheng)确率造(zao)成影響(xiǎng)，因♊而産(chǎn)生實驗(yan)誤🐆差;本(ben)文❌對這(zhè)一現象(xiang)進行分(fen)析研究(jiu)，并通過(guò)多組實(shí)驗數據(jù)對比，驗(yan)證了系(xì)統誤差(cha)确實存(cún)在，但在(zài)常溫常(cháng)🈲壓以空(kōng)氣作介(jiè)質的實(shí)驗條件(jian)下，此誤(wu)🌈差的影(ying)響量很(hen)小，一般(bān)可忽略(lue)不計，由(you)此說明(míng)應用常(cháng)規的實(shi)驗㊙️方法(fǎ)對該類(lei)進口渦(wō)街流量(liàng)☔計進行(hang)标定也(yě)是可行(hang)的。
0引言(yán)
　　渦街流(liú)量計 是(shi)通過卡(ka)門漩渦(wō)原理測(cè)量流體(tǐ)流量的(de)一種儀(yi)表，相☁️比(bǐ)上世紀(ji)80年代使(shi)用較爲(wèi)廣泛的(de)孔闆流(liú)量計，其(qi)具有結(jie)構簡單(dān)🔆，壓力損(sun)失🆚小，量(liang)程範圍(wéi)寬，便于(yu)安裝等(děng)優點［1］。因(yin)此，随着(zhe)技術的(de)發展，渦(wo)街流量(liàng)計在工(gong)業計量(liàng)上的❤️使(shi)用逐漸(jiàn)成爲主(zhu)流(以下(xia)簡稱㊙️流(liú)量計或(huo)儀表)。
1工(gong)作原理(lǐ)
　　流量計(ji)通過在(zai)流體中(zhōng)設置三(san)角柱型(xíng)旋渦發(fā)生體，使(shǐ)流體産(chǎn)生卡門(men)漩渦，在(zài)一定雷(léi)諾數範(fàn)圍内，旋(xuán)渦的釋(shì)🔆放頻率(lü)與流體(ti)平均流(liu)速、旋渦(wo)發生體(ti)特征寬(kuān)度有關(guān)，通過測(ce)🚩量旋渦(wō)頻率可(ke)🔅以計算(suàn)☔出流體(tǐ)的流🌈速(sù)，再測得(dé)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(zhì)
　　流量計(jì)在投入(rù)使用前(qián)進行量(liang)值溯源(yuán)是不可(ke)缺少的(de)環⛹🏻‍♀️節，而(ér)在♌量值(zhí)傳遞工(gong)作的開(kāi)展中，負(fù)壓法臨(lín)界流文(wén)丘裏噴(pēn)嘴♻️氣體(tǐ)💞流量标(biao)準裝置(zhi)是一種(zhǒng)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(xìng)好、适用(yong)範圍廣(guang)等優點(diǎn)，其工作(zuò)✌️原理是(shì)當氣體(tǐ)在噴嘴(zui)上下遊(you)的壓🛀🏻差(chà)達到一(yī)定值時(shí)将形成(cheng)臨界流(liú)，此時流(liu)經噴嘴(zuǐ)喉部的(de)氣體流(liu)速達到(dào)最大值(zhi)，測量該(gai)狀态下(xia)流體的(de)溫度、靜(jing)壓、濕度(dù)，由密度(dù)換算得(de)流過噴(pen)嘴的氣(qi)體質量(liang)流量，根(gēn)據🏃連續(xu)性原理(lǐ)，流場内(nei)各處質(zhi)量流量(liàng)♋相等［3］。通(tōng)過選用(yong)不同的(de)☂️噴嘴✊組(zu)合使标(biāo)準流量(liang)可控，以(yǐ)滿足對(dui)流量計(jì)進行标(biao)定的實(shí)驗需求(qiú)。
 
3執行标(biāo)準不同(tóng)帶來的(de)管徑差(cha)異
　　以無(wú)縫鋼管(guǎn)爲例，由(you)于存在(zai)标準體(tǐ)系、尺寸(cun)的單位(wei)制等差(chà)異，再有(yǒu)加工誤(wù)差因素(su)，标稱通(tong)徑相同(tong)的兩段(duan)管道，它(tā)們的實(shí)際内徑(jìng)✊尺寸也(ye)不盡然(rán)相等。如(rú)圖2所示(shì)，這📞款Prowirl72F系(xi)列的德(dé)國😄進口(kou)Endress+Hauser品牌流(liú)量計，參(cān)考說明(ming)書标示(shi)，如圖3所(suo)示，其表(biǎo)體管道(dao)✊生産工(gōng)藝依據(jù)德标DIN2501标(biāo)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(yā)環境下(xià)的流量(liàng)計内徑(jing)d普遍比(bi)标稱值(zhi)偏大約(yuē)3%至🔞7%。而在(zài)國内用(yong)于标定(ding)流量計(ji)的标準(zhun)裝置爲(wèi)📐保障通(tōng)用性需(xu)求，一般(bān)遵循我(wǒ)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(jù)GB/T17395－2008，各規格(gé)的管道(dào)💁通徑尺(chi)寸與标(biāo)稱值接(jie)近相等(děng)，在對上(shang)述德标(biāo)流量計(jì)進行标(biao)定時，會(huì)出現因(yin)兩者管(guan)道内徑(jing)存在一(yi)定差異(yi)的情況(kuàng)，将可能(néng)帶來實(shi)驗誤差(chà)。  
 
4标定誤(wu)差來源(yuán)分析
　　渦(wo)街流量(liàng)計本質(zhi)上是一(yī)種速度(du)式流量(liang)計，其直(zhí)接測量(liàng)的量爲(wèi)介質的(de)流速，考(kao)慮到由(you)于體積(jī)流量僅(jin)以介質(zhi)流速及(ji)截面積(jī)确定，不(bú)受其他(ta)因素影(ying)響，因此(ci)，一般以(yi)體積流(liu)量進行(háng)示值誤(wu)差或儀(yi)表系數(shu)的✨計算(suan)依據。
　　在(zài)使用文(wén)丘裏噴(pen)嘴氣體(ti)流量标(biāo)準裝置(zhi)對流量(liang)計進行(hang)标定時(shí)，根據連(lián)續性原(yuan)理，達到(dao)臨界條(tiao)件後，隻(zhi)要分别(bié)測得被(bei)檢流🚶量(liàng)計🌈、噴嘴(zuǐ)兩處的(de)氣體溫(wēn)度、靜壓(yā)、濕度，則(ze)可通過(guò)密度關(guan)系計算(suàn)被檢表(biao)處流量(liang)标準值(zhí)，即标準(zhǔn)裝置示(shì)值，再讀(dú)取流量(liang)計示值(zhi)即可計(ji)算示值(zhí)誤差。但(dan)如上文(wén)所示的(de)流量計(ji)♻️一般無(wu)法直🌍接(jiē)測量其(qi)内部氣(qi)體狀态(tài)參數，而(er)隻能在(zai)儀表上(shang)、下遊的(de)管道上(shàng)進行開(kāi)孔測量(liàng)作近似(si)估值，通(tong)過此方(fang)式♋所測(cè)流量标(biāo)準值實(shi)際爲測(cè)量孔截(jié)面處氣(qi)體流量(liang)。考慮到(dào)在實驗(yan)室條件(jiàn)下，氣體(ti)的溫度(du)、濕度基(ji)本恒定(ding)，而在不(bú)同的位(wei)置測量(liàng)的靜壓(yā)值則有(yǒu)較大差(chà)異，因此(ci)，測壓位(wèi)置的選(xuǎn)取對體(tǐ)積流量(liàng)标準值(zhí)的計算(suàn)正确率(lü)起重要(yao)影響。根(gēn)據　　JJG1029－2007《渦🐅街(jie)流量計(jì)檢定規(guī)程》，一般(ban)于儀表(biǎo)下遊段(duan)2至7倍内(nei)徑距離(lí)的範圍(wéi)内都可(kě)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(xiàng)等［4－5］，但當(dang)被檢儀(yi)表爲上(shàng)文所述(shù)E+H流量計(ji)時，由于(yu)其表體(tǐ)管道🐉内(nèi)徑稍大(dà)于标⭐準(zhun)裝置管(guan)道，則儀(yí)表與直(zhí)管段間(jian)連接處(chu)将出現(xiàn)突變轉(zhuan)折截❗面(miàn)，如圖4所(suǒ)示，當氣(qì)體流經(jing)轉折面(miàn)時，将産(chǎn)生一定(ding)壓力損(sun)失，此時(shí)下遊段(duan)測壓處(chù)所測得(de)氣體靜(jìng)壓理論(lùn)上比儀(yi)表内部(bu)實際值(zhi)小，導緻(zhì)計算所(suo)得标準(zhǔn)體積流(liú)量比儀(yí)表處實(shí)際值大(dà)，且流量(liang)越大該(gāi)過程的(de)壓能損(sǔn)失越多(duō)，下遊測(cè)壓計算(suan)所得标(biāo)準值越(yuè)偏離真(zhen)值，這種(zhǒng)誤差可(kě)認爲是(shi)實驗方(fāng)法引起(qǐ)的系統(tong)誤差✍️［6］。
 
4.1機(jī)械能損(sǔn)失分析(xī)
　　因流量(liang)計傳感(gǎn)器組成(cheng)部分前(qián)後均有(yǒu)一定長(zhang)度表😄體(ti)🔴直管段(duan)且與标(biao)準裝置(zhì)管道間(jian)内徑差(chà)異較小(xiao)，流場擾(rǎo)動基🏃🏻本(ben)被儀表(biǎo)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(shòu)🌈影響，則(ze)隻需考(kǎo)慮氣體(ti)靜壓測(ce)量值的(de)正确率(lü)。從能量(liang)損失角(jiǎo)度分析(xī):如圖5所(suǒ)示❌，由于(yu)流線不(bú)能轉折(she)，流體在(zài)流經突(tū)然收縮(suō)斷面時(shi)，将形成(chéng)流股收(shōu)☀️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(liú)❗後減速(sù)的👅擴散(san)流兩者(zhe)都産生(shēng)阻力［7］。爲(wei)簡化分(fèn)析此過(guò)程中的(de)能量損(sun)失，設流(liu)體爲不(bu)可🆚壓縮(suō)流體，設(she)🏃‍♂️c－c斷面處(chu)的理想(xiǎng)平均流(liu)速爲⭐v0，根(gēn)據伯努(nǔ)利方程(chéng):
 
　　式中，α1爲(wei)動能修(xiū)正系數(shu)，無量綱(gang);v1爲斷面(miàn)1－1處流體(ti)平均流(liú)速，m/s;P1爲🏒斷(duan)面1－1處流(liú)體靜壓(ya)，N/m2;α0爲動能(néng)修正系(xi)數，無量(liàng)綱🆚;v0爲斷(duan)面c－c處流(liu)體理想(xiǎng)平均流(liú)速，m/s;PC爲斷(duan)面c－c處流(liú)體靜壓(yā)，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(shàng)從1－1斷面(mian)至c－c斷面(miàn)間存在(zài)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(jun1)流速νC要(yào)比v0稍小(xiao)一些，它(tā)們🐪的比(bǐ)值νC/v0=Cν，稱爲(wèi)流速系(xì)數，一般(bān)約爲0.99～0.97［7］，基(jī)于本文(wen)所讨論(lun)情況，該(gai)斷面收(shōu)❌縮較小(xiǎo)，取Cν=0.99計算(suàn)，且在紊(wěn)流狀态(tai)下α1=α0=1，即:
 
 
　　由(you)于在标(biao)定實驗(yàn)中，流體(ti)介質一(yī)般爲空(kōng)氣，而空(kong)氣是一(yī)種📧可壓(yā)縮流體(ti)，考慮到(dào)在重力(lì)場中，可(ke)壓縮性(xing)🌍流體的(de)勢能與(yǔ)壓力能(neng)、動能比(bi)較起來(lai)是小得(de)可以忽(hū)略不計(ji)的［7－8］，即伯(bó)努利方(fāng)程可簡(jiǎn)化爲以(yǐ)下形式(shì):
 
　　其中C爲(wei)常數，且(qiě)氣體在(zài)流量計(ji)内(斷面(miàn)1－1處)流至(zhi)測壓處(chu)(斷面2－2)的(de)過程中(zhong)可近似(sì)地看作(zuò)等熵過(guò)程，因此(cǐ)，有P1/ρk1=P2/ρk2，ρ1=P1/P2()1/kρ2，對于(yú)✨空氣🔞的(de)等熵指(zhǐ)數k≈1.4，由🈲于(yú)在此過(guò)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(jì)算其🍉機(jī)械能損(sun)失，則方(fāng)程可寫(xie)爲：
 
　　式中(zhong)，P1爲流量(liàng)計内(斷(duan)面1－1處)空(kōng)氣靜壓(yā)，N/m2;ρ1爲流量(liang)計内(斷(duàn)面1－1處🔱)空(kong)氣密度(dù)，kg/m3;v1爲流量(liang)計内(斷(duan)面1－1處)空(kōng)氣平均(jun1)流速⭐，m/s;P2爲(wei)測壓點(dian)(斷面2－2處(chù))空氣靜(jing)🛀壓，N/m2;ρ2爲測(cè)壓點(斷(duan)面2－2處)空(kōng)氣密度(dù)，kg/m3;v2爲流量(liàng)計内(斷(duàn)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(liàng)流量Qm可(ke)通過文(wen)丘裏噴(pen)🚩嘴⛷️測量(liàng)換算得(dé)到，設斷(duan)面1－1處、斷(duàn)面2－2處管(guǎn)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(qì)的質量(liang)流量，kg/s;S1爲(wèi)斷面1－1管(guan)道截面(mian)積，m2;S2爲斷(duàn)面2－2管道(dao)💃🏻截面積(ji)，m2。
　　經過變(biàn)換得到(dao)一個一(yi)元方程(chéng)，僅有ρ1爲(wèi)未知量(liang)，各項參(can)數均能(neng)在實驗(yàn)中直接(jiē)測量或(huò)換算所(suo)得，通過(guò)使用軟(ruan)📐件工具(ju)如MATLAB、Excel或其(qí)他方式(shì)解出ρ1，則(zé)P1=P2ρk1/ρk2，流量計(ji)内體積(jī)流量的(de)理論值(zhi)QV爲:
 
式中(zhōng)，QV爲空氣(qì)的體積(jī)流量，m3/s。
5實(shi)驗數據(jù)比較
　　通(tong)過使用(yong)文丘裏(lǐ)噴嘴氣(qì)體流量(liang)标準裝(zhuāng)置對三(sān)個💘不同(tóng)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(liàng)計與裝(zhuang)置管道(dao)内徑A1、A2，并(bìng)計算兩(liǎng)者通徑(jing)截面積(jī)S1、S2、收縮系(xì)數Cc、測壓(yā)處截🌐面(miàn)參考流(liú)速v2、單位(wèi)質量流(liú)體的能(néng)量損失(shi)U，利用MATLAB軟(ruan)件中的(de)solve函數求(qiu)解式(14)，得(dé)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(shì)(15)得理論(lun)體積流(liú)量QV，計算(suan)其⛷️與标(biāo)準裝置(zhì)體積☔流(liu)量示值(zhi)的相對(dui)誤差。表(biao)1～3爲三種(zhǒng)規🔞格流(liu)量計的(de)實驗✔️數(shu)據
 
　　根據(ju)實驗數(shù)據，流量(liang)計體積(ji)流量示(shi)值與計(ji)算所得(dé)理論實(shi)際值雖(sui)然不相(xiang)等，但從(cong)相對标(biāo)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(wù)差均随(sui)着流速(sù)的增加(jia)而往負(fù)方向增(zeng)長⭕，如圖(tú)6、圖7所示(shì)。從這個(ge)角度來(lai)看，符合(hé)“因過程(chéng)存在壓(ya)🔆能損失(shī)導緻下(xià)遊測💋壓(yā)所得靜(jing)壓值偏(pian)小，流量(liàng)裝置換(huan)算出的(de)标準體(ti)積流量(liàng)示值偏(piān)大”這一(yi)分析。
 
 
6結(jie)論
　　對這(zhè)類内徑(jing)偏大的(de)渦街流(liu)量計采(cǎi)用下遊(yóu)測壓的(de)常規方(fang)法進💜行(háng)标定時(shi)，标準裝(zhuāng)置的體(ti)積流量(liang)示值💔實(shi)存在一(yī)定誤差(chà)，但計算(suàn)數據也(yě)表明，在(zài)常溫常(cháng)壓、使用(yong)空氣作(zuò)介質的(de)條件下(xia)，即使在(zài)流速較(jiao)高時，由(you)該方法(fǎ)引🚶‍♀️入的(de)系統誤(wu)差也很(hen)小，僅爲(wèi)0.1%左右，對(dui)于絕㊙️大(da)多數精(jīng)度等級(ji)爲1.0甚至(zhi)更低或(huò)使用☔場(chǎng)合無極(jí)高精度(dù)要求的(de)👅流量計(ji)，一般可(kě)忽略此(ci)誤差，參(cān)照檢定(ding)規程要(yao)求在流(liu)量計下(xià)遊段測(cè)壓的标(biāo)定方法(fǎ)是可行(hang)的。當然(ran)，若是利(li)用蒸汽(qì)或其他(tā)密度較(jiào)🌈大、流速(su)更高的(de)介質進(jin)行标定(dìng)時，該系(xi)統誤差(cha)也會随(sui)之增大(dà)，建議盡(jin)量采用(yong)表💃體取(qu)壓或制(zhi)作匹配(pei)檢測管(guǎn)線的方(fang)法進行(hang)實驗。

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