节流式流量计流出系数准确性研究

　　1　概　　述

　　节流式流量计仍然是目前工业生产中用来测量气体、液体和高温蒸汽流量的最常用的流量仪表.它具有结构简单,工作可靠,在加工和使用符合标准时不需要实流标定等优点.流量与节流装置输出的信号差压之间的关系可用下式来表示:

　　式中　qm—流过流量计的质量流量,kg/h;

　　β—节流件孔径比,β=d/D;

　　ε—测量气体流量时的修正系数,测量液体流量时,ε=1;

　　d—节流件孔径,mm;

　　ρ—流体密度,kg/m3;

　　Δp—节流装置输出的信号差压,Pa;

　　C—节流装置流出系数.

　　流出系数C是表征流量传感器——节流装置特性的主要参数.除了节流件型式和取压方式以外,它是雷诺数Re和β的函数.图1是角接取压标准孔板、角接取压标准喷嘴和径距取压长径喷嘴的流出系数变化图.显然,它们随流量是一个变化的量,尤其是大β时的孔板流出系数C的变化非常大,只有当Re很大时,C才基本趋向于一常数.

　　传统的节流式流量计显示仪表只能设置流出系数为常数,当流量变化较大时,尤其是当流量向流量下限变化时,由于流出系数变化太大将造成很大的测量误差而不能使用.所以,对传统的节流式流量计,人们总是规定一个最小雷诺数Remin,管道流动雷诺数Re小于Remin时,由于测量误差大而不能使用.所以,节流式流量计的测量范围度总是很低,除了受差压变送器的范围度限制外(因为流量qm与差压Δp的平方根成正比),有时受Remin的限制也是一个重要因素.

　　随着微机应用的不断深入,节流式流量计中智能开方积算仪的应用已越来越广泛,智能的显示仪表完全可以设置一动态流出系数(而不是一个常数)来跟随流量计的运行工况.在差压变送器的测量范围度不断提高的今天,节流式流量计的测量范围度和测量精度完全可以得到进一步提高.

　　2　流出系数特性分析

　　由图1可知,对于角接取压标准孔板,流出系数C随着雷诺数Re的上升而下降,当Re大于一定值Reg趋向于无穷大时,流出系数C趋向于一常数C∞,而且,孔径比β越大,流出系数C的变化幅度也越大,使C趋向于常数C∞的Reg也越大.假如以流出系数C与C∞的变化量不大于0.5%来确定Reg,则可得

　　β=0.22时,C∞约为0.5972,Reg约为7×103

　　β=0.50时,C∞约为0.6025,Reg约为1×105

　　β=0.70时,C∞约为0.6000,Reg约为3×105

　　流出系数C与Re的关系为

　　对于角接取压标准喷嘴,在小β时,流出系数C随着雷诺数Re的上升而上升,在大β时,流出系数C随着雷诺数Re的上升而下降,但根据上述定义的Reg几乎不变,约为7×104.