[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±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。