摘要:一種(zhǒng)執行德國(guó)标準DIN2501的進(jin)口氣體渦(wō)街流量計(jì) 安裝在國(guó)标流量裝(zhuāng)置上進行(háng)标定時，因(yin)兩者管道(dao)👣内徑尺寸(cùn)存⭕在差異(yi)，導緻常規(gui)方法下測(ce)壓位置的(de)選取🧑🏾‍🤝‍🧑🏼對标(biao)⛷️準裝置體(tǐ)積流🚩量值(zhí)的計算正(zheng)确率造成(chéng)影響，因而(er)産生實驗(yan)誤差;本文(wen)對這一現(xian)象進行分(fen)析研究，并(bing)🚶‍♀️通過多組(zu)實驗數據(jù)對比，驗證(zhèng)了系統誤(wù)差确實存(cún)在，但在常(cháng)溫常壓以(yǐ)空氣作介(jiè)質的實驗(yan)♈條件下，此(cǐ)誤差的影(yǐng)響量很小(xiao)💋，一般可忽(hu)略不計，由(you)此說明應(ying)用常規的(de)實驗方法(fǎ)對該類進(jìn)口渦街流(liú)量計進行(háng)标定也是(shi)可行的。
0引(yǐn)言
　　渦街流(liú)量計 是通(tōng)過卡門漩(xuán)渦原理測(cè)量流體流(liú)量的一種(zhong)儀表🔞，相比(bǐ)上世紀🤟80年(nian)代使用較(jiao)爲廣泛的(de)孔闆流量(liàng)計，其具有(you)🍉結構簡單(dān)，壓力損失(shi)小，量程範(fàn)圍寬，便于(yú)安裝等優(yōu)點［1］。因此，随(suí)着技術的(de)發展，渦街(jie)流量計在(zai)工業計量(liàng)上的使用(yòng)逐漸成爲(wèi)主流(以下(xia)簡稱流量(liàng)計或🚶‍♀️儀表(biao))。
1工作原理(lǐ)
　　流量計通(tong)過在流體(tǐ)中設置三(sān)角柱型旋(xuan)渦發生體(tǐ)，使流體👄産(chǎn)生卡門漩(xuan)渦，在一定(ding)雷諾數範(fàn)圍内，旋渦(wo)的釋放頻(pin)率與流體(ti)平均流速(su)、旋渦發生(sheng)體特征寬(kuan)度有關，通(tong)過測量旋(xuan)渦頻率可(kě)以計算🤩出(chū)流體的流(liu)速，再測得(de)流量計管(guan)道截面積(ji)可換算得(dé)🔱體積流量(liang)🧡［1－2］。
2氣體流量(liang)标準裝置(zhì)
　　流量計在(zai)投入使用(yòng)前進行量(liàng)值溯源是(shì)不可缺少(shǎo)的環節，而(ér)在量值傳(chuán)遞工作的(de)開展中，負(fù)壓法臨界(jie)✊流文❓丘裏(li)噴嘴氣體(ti)流量标準(zhǔn)裝置是一(yī)種十分典(dian)型常見的(de)流量标準(zhǔn)裝置，如圖(tú)1所示，它具(jù)備結構簡(jiǎn)單、穩定性(xing)好、适用範(fàn)圍廣等優(yōu)點，其工作(zuò)原理是當(dāng)🏃‍♀️氣體在噴(pen)嘴上下遊(you)的壓差達(dá)到一定值(zhí)時将形成(cheng)臨界流，此(cǐ)時流經噴(pēn)嘴喉部的(de)氣體流速(su)達到最大(dà)值，測量該(gāi)狀态下流(liú)體的溫度(du)、靜壓📞、濕度(du)，由密度換(huàn)算得流過(guo)噴嘴的氣(qì)體質量流(liu)量，根據連(lian)❓續性原理(lǐ)，流場内各(ge)處質量流(liú)量♻️相等［3］。通(tōng)過選用不(bú)同的🏒噴嘴(zuǐ)組合使标(biao)準流量可(ke)控，以🐪滿足(zu)對流量計(jì)進行标定(dìng)的實驗需(xū)求✌️。
 
3執行标(biao)準不同帶(dai)來的管徑(jing)差異
　　以無(wú)縫鋼管爲(wei)例，由于存(cun)在标準體(tǐ)系、尺寸的(de)單位制等(deng)差🥰異，再有(you)加工誤差(cha)因素，标稱(cheng)通徑相同(tong)的兩段管(guan)道，它們的(de)實際内徑(jìng)尺寸也不(bu)盡然相等(děng)。如圖2所示(shi)，這㊙️款Prowirl72F系列(lie)的德國進(jìn)口Endress+Hauser品牌流(liú)量計，參考(kǎo)說明書标(biao)示，如圖3所(suo)示，其🐅表體(ti)管道💃生産(chǎn)工藝依據(jù)德标☂️DIN2501标準(zhǔn)，部分規格(gé)的流量計(jì)外形尺寸(cùn)如表1所示(shì)，常見💃用于(yu)中低壓環(huán)境下的流(liu)量計内徑(jìng)d普遍比标(biāo)☁️稱值偏大(da)約3%至7%。而在(zài)國内用于(yu)标定流量(liang)計的标準(zhun)裝置爲⛷️保(bao)障通用性(xing)需求，一般(ban)遵循我國(guo)現行的國(guo)家标準設(she)計，其中直(zhi)管段部分(fèn)選材依據(ju)GB/T17395－2008，各規格的(de)管道☀️通徑(jing)尺寸與标(biāo)稱值接近(jin)💋相等，在對(duì)上述德标(biāo)流量計進(jìn)行标定🧑🏽‍🤝‍🧑🏻時(shi)，會出現因(yīn)☁️兩者管道(dao)内徑存在(zai)一定♉差異(yi)的情況，将(jiāng)可能帶來(lai)實驗誤差(chà)。  
 
4标定誤差(chà)來源分析(xi)
　　渦街流量(liang)計本質上(shàng)是一種速(sù)度式流量(liàng)計，其直接(jiē)測量的量(liàng)爲介質的(de)流速，考慮(lü)到由于體(tǐ)積流量僅(jǐn)以介✉️質流(liu)速及截面(mian)🔴積确定，不(bu)受其他因(yīn)素影響，因(yin)此，一般以(yi)體積流量(liàng)進行示值(zhí)誤差或儀(yi)表系數的(de)計算依據(jù)🈲。
　　在使用文(wén)丘裏噴嘴(zuǐ)氣體流量(liàng)标準裝置(zhi)對流量計(ji)進行标定(dìng)時，根據連(lián)續性原理(lǐ)，達到臨界(jie)條件後，隻(zhī)要分别測(ce)得被檢流(liu)量計、噴嘴(zuǐ)兩處的氣(qì)體溫度、靜(jing)🈲壓、濕度🌍，則(ze)可通過密(mi)度關系計(ji)算被檢表(biao)處流量标(biāo)準值，即标(biāo)準裝置示(shi)值，再讀取(qǔ)流量計示(shì)值即可計(jì)🧡算示值誤(wù)差。但如上(shàng)文所示的(de)流量計一(yī)般無法直(zhi)接測量其(qí)内部氣體(tǐ)狀态參數(shu)🏃🏻‍♂️，而隻能在(zài)儀表上、下(xia)✨遊的管道(dao)上進行開(kai)孔測量作(zuo)近似估值(zhí)，通過此方(fang)式所測流(liú)量标準值(zhi)實際爲測(ce)量孔截面(miàn)處氣體流(liu)量。考慮到(dao)在實驗室(shi)條件下，氣(qi)體的溫度(du)、濕度基本(běn)恒定，而在(zài)不同的位(wei)置測💋量的(de)靜壓值則(zé)有較大差(cha)⁉️異，因此，測(ce)壓位置的(de)選取🤩對體(tǐ)積流量标(biao)準值的計(jì)🚶‍♀️算正确率(lǜ)起重要影(yǐng)響。根據　　JJG1029－2007《渦(wo)街🌐流量計(ji)檢定規程(cheng)》，一般于儀(yi)表下遊段(duàn)2至7倍内徑(jing)距離的範(fàn)圍内都可(kě)認爲是合(he)理的測壓(yā)位置，所測(ce)靜壓與儀(yí)表内部實(shí)際值近似(sì)視作相等(děng)［4－5］，但當被檢(jian)儀表爲上(shang)文所述E+H流(liú)量計時，由(you)于其表體(tǐ)管道内徑(jing)稍大于标(biao)準裝置管(guǎn)道，則儀表(biǎo)與直管段(duàn)間連接處(chù)将出現突(tū)變轉折截(jié)面，如圖4所(suo)示，當氣體(ti)流經轉折(shé)面時，将産(chǎn)生一定壓(yā)力損失，此(ci)時下遊段(duàn)測壓處所(suo)測得氣體(ti)靜壓理㊙️論(lun)上比儀表(biǎo)内部實際(jì)值小，導緻(zhi)計算所得(dé)标準♋體積(jī)流量比儀(yí)表處實際(jì)值大，且流(liu)量越大該(gai)過程的壓(ya)能損失越(yuè)多，下遊測(ce)壓計算所(suo)得标準值(zhi)越偏離真(zhen)值，這👅種誤(wù)差可認爲(wei)是實驗方(fāng)法引起的(de)系統誤差(chà)［6］。
 
4.1機(jī)械能損失(shi)分析
　　因流(liu)量計傳感(gǎn)器組成部(bù)分前後均(jun1)有一定長(zhǎng)度表體✌️直(zhi)管段且與(yu)标準裝置(zhì)管道間内(nèi)徑差異較(jiao)小，流場擾(rao)動基本被(bei)儀表本身(shen)抗幹擾能(néng)力克服，可(ke)認爲✊流量(liàng)計計量性(xìng)🌐能不受影(yǐng)響，則隻需(xu)考☁️慮氣體(tǐ)靜壓測量(liàng)值的正确(què)率。從能量(liàng)損失💞角度(dù)分析:如圖(tú)5所示，由于(yu)流線不能(neng)轉折，流體(tǐ)在流經突(tū)然收縮斷(duàn)面時，将形(xing)成流股收(shou)縮，至c－c斷面(miàn)後逐漸擴(kuo)散，在此過(guò)程中，流體(tǐ)先有加速(su)的收縮流(liú)後減速的(de)😘擴散流兩(liang)者都💚産生(sheng)阻力［7］。爲簡(jiǎn)化分♈析此(cǐ)過程中的(de)能量🚩損失(shī)，設流💁體爲(wei)不可壓縮(suō)流體，設c－c斷(duàn)面處的理(li)想平均流(liú)速爲v0，根據(ju)伯努利方(fāng)程:
 
　　式中，α1爲(wei)動能修正(zheng)系數，無量(liang)綱;v1爲斷面(mian)1－1處流體平(ping)均流速，m/s;P1爲(wèi)🤞斷面1－1處流(liú)體靜壓，N/m2;α0爲(wei)動能修正(zhèng)系數，無量(liàng)綱;v0爲斷面(miàn)c－c處流體理(lǐ)想平均流(liú)速，m/s;PC爲斷面(miàn)c－c處流體靜(jing)壓，N/m2;ρ爲流體(ti)密度，kg/m3;g爲重(zhòng)力加速度(dù)，N/kg或m/s2。
　　實際上(shàng)從1－1斷面至(zhì)c－c斷面間存(cun)在一定能(neng)量損失，假(jia)設爲❤️U1，再者(zhě)c－c斷面的實(shí)際平均流(liú)速νC要比v0稍(shāo)小一些，它(ta)們的比值(zhi)νC/v0=Cν，稱爲流速(sù)系數，一般(bān)約爲0.99～0.97［7］，基于(yú)本文所讨(tǎo)論情況，該(gāi)斷面收縮(suo)較小😘，取Cν=0.99計(jì)算，且在紊(wen)流狀态下(xià)α1=α0=1，即:
 
 
　　由于在(zai)标定實驗(yan)中，流體介(jie)質一般爲(wei)空氣，而空(kong)氣💋是💁一種(zhǒng)可壓縮流(liu)體，考慮到(dào)在重力場(chǎng)中，可壓縮(suō)性流體的(de)勢能與壓(yā)力能、動能(neng)比較起來(lai)是小得可(kě)以忽略不(bu)計的［7－8］，即伯(bo)努利方程(chéng)可簡化爲(wei)以下形式(shi):
 
　　其中C爲常(cháng)數，且氣體(tǐ)在流量計(ji)内(斷面1－1處(chù))流至測壓(yā)✊處(斷面2－2)的(de)㊙️過程中可(kě)近似地看(kàn)作等熵過(guò)程，因此，有(you)😘P1/ρk1=P2/ρk2，ρ1=P1/P2()1/kρ2，對于空氣(qi)的等熵指(zhǐ)數k≈1.4，由于在(zài)此過程中(zhōng)單位質量(liang)流體的能(néng)量損失U很(hen)小，爲簡化(huà)分析直接(jiē)用ρ2計算其(qi)☀️機械能損(sǔn)失，則方程(chéng)可寫爲：
 
　　式(shi)中，P1爲流量(liàng)計内(斷面(miàn)1－1處)空氣靜(jing)壓，N/m2;ρ1爲流量(liang)計内(斷面(mian)1－1處)空氣密(mì)度，kg/m3;v1爲流量(liang)計内(斷面(mian)1－1處)空氣平(ping)均流速，m/s;P2爲(wei)測💯壓點(斷(duan)面2－2處)空氣(qì)靜壓，N/m2;ρ2爲測(ce)壓點(斷面(mian)2－2處)空氣密(mi)度，kg/m3;v2爲流量(liàng)計内(斷面(mian)2－2處)空氣平(ping)均流速，m/s。
　　由(yóu)于在标定(ding)實驗中，空(kong)氣的質量(liang)流量Qm可通(tong)過文丘裏(li)噴嘴測量(liàng)換算得到(dào)，設斷面1－1處(chu)、斷面2－2處管(guǎn)道面積爲(wei)S1、S2，則🧑🏾‍🤝‍🧑🏼空氣在(zai)兩處的🧡流(liu)速分别爲(wèi):
 
　　式中，Qm爲空(kong)氣的質量(liàng)流量，kg/s;S1爲斷(duàn)面1－1管道截(jie)面積，m2;S2爲斷(duàn)面😘2－2管😘道截(jié)面積，m2。
　　經過(guo)變換得到(dao)一個一元(yuan)方程，僅有(you)ρ1爲未知量(liàng)，各項參🆚數(shù)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻均能♻️在實(shí)驗中直接(jiē)測量或換(huàn)算所得，通(tong)過使用軟(ruan)件工具如(rú)MATLAB、Excel或其🛀🏻他方(fāng)式解出ρ1，則(ze)P1=P2ρk1/ρk2，流量計内(nei)體積流量(liang)的理論值(zhí)QV爲:
 
式中，QV爲(wèi)空氣的體(ti)積流量，m3/s。
5實(shí)驗數據比(bi)較
　　通過使(shi)用文丘裏(li)噴嘴氣體(tǐ)流量标準(zhǔn)裝置對三(sān)個不同💃🏻規(gui)格的E+H渦街(jiē)流量計進(jin)行标定，由(you)标準器測(cè)量及密💞度(du)換算得㊙️Qm、P2、ρ2，使(shǐ)用遊标卡(ka)尺分别測(ce)量流量計(ji)與🙇‍♀️裝置管(guǎn)道内徑A1、A2，并(bing)計算✉️兩者(zhe)通徑截面(miàn)積S1、S2、收縮系(xi)數🐇Cc、測壓處(chu)截面參考(kǎo)流速v2、單位(wèi)質量流體(tǐ)的能量損(sǔn)失U，利用MATLAB軟(ruan)件中的solve函(han)數求解式(shì)(14)，得流量計(ji)内氣體的(de)理論密度(du)ρ1，理論靜壓(ya)P1，根據式(15)得(dé)理論體積(jī)流量QV，計算(suàn)其與标準(zhun)裝置體積(jī)流量示值(zhi)的相對誤(wù)差。表1～3爲三(san)種規格流(liu)量計的實(shi)驗♻️數據
 
　　根(gēn)據實驗數(shu)據，流量計(ji)體積流量(liang)示值與計(ji)算所得理(li)論實際值(zhí)🏃🏻‍♂️雖然不相(xiang)等，但從相(xiàng)對标準裝(zhuang)置示值的(de)誤📱差線性(xìng)關系來看(kan)，兩者所呈(chéng)現的誤差(chà)均随着流(liú)速的增加(jia)而🤞往負方(fāng)👅向增長，如(rú)圖6、圖7所示(shi)。從這個♌角(jiao)度來看，符(fú)合“因過程(cheng)存在壓能(néng)損失導緻(zhì)下遊測壓(yā)所得靜壓(yā)值偏小，流(liú)量裝置換(huan)算出的标(biao)準體積流(liú)量示值偏(piān)大”這一分(fèn)析。
 
 
6結論
　　對(dui)這類内徑(jing)偏大的渦(wō)街流量計(ji)采用下遊(yóu)測壓的常(cháng)規方法進(jin)行标定時(shí)，标準裝置(zhì)的體積流(liu)量示值實(shí)存在一定(ding)誤差，但計(jì)算數據也(ye)表明，在常(chang)溫常壓、使(shi)用空氣作(zuo)介質的條(tiao)♌件下，即使(shǐ)在流🌂速較(jiào)高時，由該(gāi)方法引入(ru)的系統誤(wù)差也很小(xiao)，僅爲0.1%左右(yòu)，對于絕大(da)多數精度(du)等級爲1.0甚(shèn)至更低或(huo)使用場合(he)無極高精(jīng)度要求的(de)💔流量計，一(yī)般可忽略(luè)此誤差，參(cān)照檢定規(guī)程要求在(zài)流量🌏計下(xià)遊段測壓(yā)的标定方(fang)法是可行(hang)的。當然，若(ruò)是利用蒸(zhēng)汽或其他(ta)密度較大(da)、流速更🔞高(gāo)的介質進(jìn)行标定時(shi)，該系統誤(wù)差也會随(suí)之增大，建(jian)議盡量采(cai)用表體取(qǔ)壓或制作(zuo)匹配檢🌈測(cè)管線的方(fang)法進行實(shi)🍉驗。

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