锥形流量计的标定及其误差分析

　　流量测量在工业生产中是一个极为重要的环节，为了保证流量测量的精确度，各种类型的工业流量计在出厂前必须进行标定[1]。本文以新式的差压流量计[2](锥形流量计)为例，介绍了其标定过程及标定测得数据的处理方法，得出了比较可靠的流出系数，可在实际测量中应用。

    1　流量计标定装置的工艺流程

    标定装置的工艺流程如图1所示，该标定流程装置采用洁净水作为标定介质。启泵前，先打开放水阀1，再检查标准罐2是否放空，确定放空后关闭放水阀2;启泵后，实验室地下水池内的水通过泵在密闭的管道内流经流量调节阀、被标定的锥形流量计、流量调节阀，在开始运行的一段时间内，水流向标准罐1，待水流速度稳定后，扳动换向器的控制开关，迅速切换换向器，使水流向标准罐2;水流向标准罐2的同时开始进行实验，水位达到标准容积的高度后，换向器自动快速地切换到标准罐1，实验结束。在进行标定实验的过程中，所测得的压差信号经过智能差压变送器被传到控制柜内的PLC模块，并在控制柜内被转换为计算机程序自动控制的信号。标定实验结束后，打开放水阀2，把标准罐2内的水放空。实验室地下水池内的水循环使用，以达到节水的目的。

　　2　工作原理

　　锥形流量计的基本工作原理基于能量守恒原理。如图2所示，锥体上游区域的流体压力为P1，流体通过锥形节流件时，因锥形体节流件的作用使流体的流速加快并产生压差，锥体下游区域的流体压力为P2。使用智能差压变送器测出P1和P2的压差ΔP，然后根据标准罐体积和灌满水所用的时间求出单位时间的体积流量，再通过流量方程式可求出流出系数。

　　其计算公式[3]如下：

　　式中，Qv为工况下流体的体积流量，m3/h;Cd为流出系 数，Cd=实际流量理论流量，无 量 纲;βv为 等 效 直 径比[4]，无量纲其中，dv为锥体的最大外径，m;D为锥形流量计的内径，m。

　　本实验标定的锥形流量计的内径D =0.135m，锥体的最大外径dv=0.118m。ρ为流体在工况下的密度，kg/m3，本次实验以水为标定介质，水的密度取998.203kg/m3;ε为被测介质的可膨胀系数[5]，若被测介质为液体，则ε=1，若被测介质为气体、蒸汽等可压缩气体，则ε<1;ΔP为P1与P2的压差，Pa。此压差通过精密的智能差压变送器测量，经控制柜中的PLC把信号传到计算机处理系统[6]。

　　3　提高流量计标定精度的措施

　　影响通过体积法[7-8]标定流量计流出系数的因素比较多，主要因素有计数及计时的精度、水流的稳定性、标准罐体积的计量方法、换向器的切换速度、温度等。