[導(dǎo)讀] 文章對均速管流量計的校驗方法及各種因素對校驗精度的影響進(jìn)行了分析探討，并給出了流量計誤差計算公式。
均速管流量計（阿紐巴）是一種速度式新穎流量計。它與各種差壓計配套，可用于測量液體、氣體和蒸汽的流量，尤其適用于大管道流量測量。并可作為流量信號的檢測元件用于自動化控制系統(tǒng)中。準(zhǔn)確的測量流量是任何生產(chǎn)部門都需要的，也是企業(yè)普遍關(guān)心的問題。為了使均速管流量計在能源、環(huán)保等計量測試中得到廣泛的應(yīng)用并確保其準(zhǔn)確度。下面對均速管流量計的校驗方法與誤差進(jìn)行分析探討。
1 校驗裝置
1.1 采用稱重法校驗液體流量的方法
用泵將試驗液送入恒壓水塔（見圖1），試驗液自恒壓水塔經(jīng)導(dǎo)流器穩(wěn)定地流向被校儀表。通過分流器的控制使流體在一定的時間內(nèi)注入稱重容器，注入的時間t由計時器測量，衡器計量注入稱重容器內(nèi)的液體質(zhì)量m，因此可知流經(jīng)被校流量計的質(zhì)量流量qm（qm=m/t）。稱重法的精度較高，可達(dá)±0.1%。
圖1 稱重法流量校驗裝置圖
1.2 采用標(biāo)準(zhǔn)表比對法校驗氣體流量計的方法
將一只預(yù)先已確定誤差的流量計（簡稱標(biāo)準(zhǔn)表），與被檢流量計串聯(lián)接在同一管道上進(jìn)行比較，如果管道無旁路、無泄漏流經(jīng)二個流量計的流量應(yīng)相等。在穩(wěn)定流量下同時記錄標(biāo)準(zhǔn)表的讀數(shù)IS及被檢表的讀數(shù)IT，被校表的誤差E等于：
（1）
式中：ES為標(biāo)準(zhǔn)表的誤差，%。
由（1）式可以看出被檢表的誤差一定大于標(biāo)準(zhǔn)表的誤差，所以流量標(biāo)準(zhǔn)表要注意選擇準(zhǔn)確度高、示值穩(wěn)定、重復(fù)性良好的流量表，如伺服式容積流量計、渦街流量計等。
2 校驗程序
2.1 稱重法校驗程序
（1）準(zhǔn)備
一般選用水作為試驗液，如果試驗液很純凈，則無需測密度。否則，應(yīng)在實用溫度范圍內(nèi)至少測三點密度值。檢查管道及密封閥是否泄漏，各標(biāo)準(zhǔn)器及儀表的檢定期是否已超過有效期限。并將分流器推向分流容器一側(cè)，打開閥門V1、V2、V4，在校驗最大流量狀態(tài)下試運行5～10min。
（2）校驗
（a）打開底閥V3，放空稱重容器中殘留的液體，然后關(guān)閉閥V3。
（b）用衡器稱量容器的質(zhì)量m1。
（c）調(diào)節(jié)閥門V2的開度以調(diào)節(jié)校驗流量的大小。校驗流量的大小取決于被檢流量計的流量范圍及試驗要求。對生產(chǎn)校驗來說，一般至應(yīng)校驗三點流量值， 即最大流量、最小流量及額定流量。
（d）按所確定的校驗流量循環(huán)1min。
（e）啟動分流器，將分流器位置推向稱重一側(cè)，同時記時器開始計時，計時時間一般不少于1min。
（f）讀被測流量計的輸出示值大小，均速管流量計的輸出示值為差壓h。
（g）試驗液注入稱重容器約1min后，將分流器位置推向分流容器一側(cè)。與此同時，計時器停止計時。由計時器得知確切的注入時間t。
（h）用衡器稱量注入試驗液后的稱量容器質(zhì)量m2。
（i）打開閥門，放空稱量容器中的液體，調(diào)節(jié)閥門V2至另一個校驗流量值，然后重復(fù)下一個循環(huán)的校驗程序。
（3）計算
（a）在時間t內(nèi)流過被檢流量計的液體應(yīng)等于注入稱量容器中的液體質(zhì)量（即m2-m1）。因此被校流量計的瞬時質(zhì)量流量qm為：
（2）
（b）求流量因數(shù)C
（3）
2.2 標(biāo)準(zhǔn)表比對校驗程序
（1）準(zhǔn)備
（a）選擇標(biāo)準(zhǔn)表：標(biāo)準(zhǔn)表與被檢表的試驗液體應(yīng)相同。標(biāo)準(zhǔn)表應(yīng)選擇示值穩(wěn)定、精度較高的流量計。
（b）安裝：一般情況下標(biāo)準(zhǔn)表都安裝在被校表的下游。
（c）檢查管路有無泄漏，旁路閥門密封是否可靠，標(biāo)準(zhǔn)表、二次儀表的檢定是否在有效期以內(nèi)。
（d）試運行：在試驗的最大流量下，試運行5～10min，使其運行的溫度、壓力穩(wěn)定。
（2）校驗
（a）調(diào)節(jié)閥門的開度以改變流量大小。每次校驗流量不得少于三點，即最大、最小及額定流量。
（b）流量確定后，運行1min再啟動開關(guān)，同時記錄標(biāo)準(zhǔn)表的瞬時流量值及被檢均速管流量計的輸出差壓值。在同一流量值下記錄的次數(shù)不少于5次，取其算術(shù)平均值。
（c）再次調(diào)節(jié)流量，重復(fù)（b）步驟校驗。
（3）計算
（a）用校驗2.2（2）中步驟（b）所確定的算術(shù)平均差壓值，求質(zhì)量流量qm為：
（4）
式中： （5）
（b）誤差計算見式（1），敘述從略。
3 誤差分析
3.1 誤差公式
勻速管流量計的流量是多種參數(shù)的函數(shù)。
液體質(zhì)量流量qm1：
（6）
氣體質(zhì)量流量qm2：
（7）
按間接誤差傳遞理論，相對流量標(biāo)準(zhǔn)誤差可表示為：
3.2 各單項相對誤差分析
（a）流量單位換算因數(shù)FNa 根據(jù)差壓計量單位kPa還是毫米水柱，查取相應(yīng)的系數(shù)。它是一個常數(shù)，不是變量，因此相對值δFNa/FNa沒有意義。
（b）流量因數(shù)C 取決于勻速管流量計的型式及管徑，應(yīng)由試驗確定，其相對誤差大致為±0.25%。
（c）管道直徑D 均速管流量計安裝截面的管徑由于材料的熱膨脹特性，受溫度的影響。如果將溫度為20℃時的管徑定為標(biāo)準(zhǔn)直徑D20，則當(dāng)溫度等于t時的管徑應(yīng)為：
（8）
式中：ΛD為熱膨脹系數(shù)，1/℃；D為管徑，mm。
（d）溫度膨脹因數(shù)Faa 當(dāng)管道內(nèi)徑在20℃時測量時（Faa=1.000），如果實際溫度不是20℃，則要根據(jù)管材及溫度對該系數(shù)進(jìn)行修正。
（e）雷諾數(shù)Re 應(yīng)根據(jù)管徑、管型查取相應(yīng)的FRa。流量因數(shù)C是在標(biāo)準(zhǔn)雷諾數(shù)下標(biāo)定的。實際工作時的雷諾數(shù)往往不可能等于標(biāo)準(zhǔn)雷諾數(shù)，當(dāng)流速分布的情況有了變化，它將影響準(zhǔn)確度，應(yīng)當(dāng)修正。雷諾數(shù)相對誤差約為±0.25%。
（f）氣體膨脹因數(shù)Ya 氣體速度變化時將引起密度的變化，這種變化應(yīng)在計算時給予修正。最大相對誤差一般取±0.13%。
（g）壓力計位置因數(shù)F1 液壓式壓力計安裝地點應(yīng)在緯度45°的海平面（F1=1.000），否則該系數(shù)應(yīng)按所處位置進(jìn)行修正，最大相對誤差不超過±0.02%。
（h）壓力計因數(shù)Fm 僅用于充汞式壓力計，修正汞柱上不平衡液柱，如壓力計的敏感元件采用膜盒、 波紋管時，F(xiàn)m=1.00。最大相對誤差不超過±0.04%。
（i）輸出差壓h 為了讀數(shù)準(zhǔn)確，測量可靠，要求二次儀表如采用液柱式充水差壓計，其絕對讀數(shù)誤差不低于4.9Pa（0.5mmH2O），相對誤差不大于±0.5%。
（j）流體密度ρ 流體的密度取決于流體的溫度T及壓力p
（9）
式中：g為重力加速度，m/s2；R為氣體常數(shù)，T為溫度，K。
根據(jù)當(dāng)前測試水平估計，壓力的相對誤差不大于±0.2%，溫度的相對誤差不大于±0.2%，則密度ρ 的相對誤差為±0.3%。
3.3 誤差計算
將上面所估計的各單項相對誤差值代入公式，求液體質(zhì)量流量的相對誤差：
在95%置信度條件下，流量的相對誤差可定為
液體質(zhì)量流量的相對誤差為±1%。
求氣體質(zhì)量流體的相對誤差：
在95%置信度條件下，流量的相對誤差可定為：
氣體質(zhì)量流量的相對誤差為±1.04%，略大于±1%。
3.4 誤差計算結(jié)果分析
從以上計算結(jié)果可以看出，均速管流量計流量的測量精度要達(dá)到±1%還是可能的。目前，經(jīng)過國內(nèi)一些大流量儀表測試站的多次檢定試驗，其測量精度均≤1.0%。這里影響因素較多，下面分析一下幾個主要影響因素。
（a）雷諾數(shù)Re 由于管道中流速分布取決于雷諾數(shù)的大小，因而實質(zhì)上反映了流速分布對均速管流量計的流量測量的影響。這里估計的雷諾數(shù)相對誤差約為±0.25%。當(dāng)雷諾數(shù)較大時，相對誤差則會低于±0.25%，這說明均速管流量計不適用于低雷諾數(shù)的情況，如流速太低管徑太小，或流體粘性太大等。
（b）流量因數(shù)C 這是一個影響較大的系數(shù)，這里估計為0.25%。在管徑小于300mm時，流量因數(shù)C變化較大，測量易受管壁的影響，誤差較大，當(dāng)管徑大于300mm時，流量因數(shù)C的變化較小，估計誤差僅±0.1%，說明均速管流量計特別適宜于大管徑
的流量計量。當(dāng)管徑大到一定程度后，流量因數(shù)K將趨于常數(shù)。
（c）液柱式壓力計的液柱高度h 在單項的誤差分析中，液柱高度h的相對高度估計為0.5%。雖然可以將均速管流量計的最低輸出差壓再提高一些，以提高差壓h的測量精度。但對工業(yè)現(xiàn)場而言，不適宜用液柱式壓力計，而只能采用二次差壓儀表，因此，要提高均速管流量計的精度，十分關(guān)鍵的因素是提高二次儀表的測量精度。