摘(zhai)要:一種(zhong)執行德(dé)國标準(zhǔn)DIN2501的進口(kǒu)氣體渦(wō)街流量(liang)計 安裝(zhuang)在國标(biao)流量裝(zhuāng)置上進(jin)行标定(ding)時，因兩(liang)者管道(dào)内徑尺(chi)寸🏃🏻存在(zai)差異，導(dao)緻常規(guī)方法下(xia)測壓位(wèi)置的選(xuǎn)取對标(biao)準裝置(zhi)體積流(liu)量值的(de)計算正(zheng)确率造(zào)成影響(xiang)，因而産(chǎn)生實驗(yàn)誤差;本(běn)文對這(zhè)一現象(xiang)進行分(fèn)析研究(jiū)，并通過(guo)多組實(shi)驗數據(ju)❤️對比，驗(yàn)證了系(xi)統誤差(chà)确實存(cún)在，但在(zài)常溫常(cháng)壓以空(kong)氣作介(jie)質的實(shi)驗條件(jiàn)下，此誤(wu)差的影(ying)響量很(hěn)小，一般(ban)可忽略(lue)不計，由(yóu)❓此說明(ming)應用常(cháng)規的實(shí)驗方法(fa)對該類(lèi)進口渦(wō)街流量(liàng)計進行(háng)标定也(yě)是可行(hang)的。
0引言(yan)
　　渦街流(liú)量計 是(shì)通過卡(kǎ)門漩渦(wo)原理測(cè)量流體(tǐ)流量的(de)一種儀(yi)表，相比(bǐ)上世紀(jì)80年代使(shǐ)用較爲(wèi)廣泛的(de)孔闆流(liú)量計，其(qí)具有結(jie)構簡單(dān)，壓力損(sun)失小，量(liang)程範圍(wéi)寬，便于(yú)安裝等(deng)優點［1］。因(yīn)此，随着(zhe)技術的(de)發展，渦(wo)街流量(liàng)計在工(gōng)業計量(liàng)上的使(shi)用逐漸(jiàn)成爲主(zhǔ)流(以下(xia)簡稱流(liu)量計或(huo)🍉儀表)。
1工(gong)作原理(li)
　　流量計(jì)通過在(zai)流體中(zhōng)設置三(san)角柱型(xing)旋渦發(fa)生體，使(shi)流體産(chan)生卡門(men)漩渦，在(zai)一定雷(léi)諾數範(fan)圍内，旋(xuán)渦的釋(shì)放頻率(lǜ)與🌈流體(tǐ)平均流(liú)速、旋渦(wō)發生體(ti)特征寬(kuan)😘度有關(guan)👨‍❤️‍👨，通過測(ce)量旋渦(wō)🙇🏻頻率可(ke)以計算(suan)出流體(tǐ)的流速(su)，再測得(dé)流量計(jì)管道截(jie)面積可(kě)換算得(dé)體積流(liu)量㊙️［1－2］。
2氣體(tǐ)流量标(biāo)準裝置(zhi)
　　流量計(ji)在投入(ru)使用前(qián)進行量(liàng)值溯源(yuán)是不可(kě)缺少的(de)環節，而(er)在量值(zhí)傳遞工(gong)作的開(kai)展中，負(fù)壓法臨(lin)界流文(wén)丘裏噴(pen)嘴氣體(tǐ)流量👣标(biao)準裝置(zhì)是一種(zhong)十分典(dian)型常見(jiàn)的流量(liàng)标準裝(zhuang)置，如圖(tú)🈲1所示，它(ta)具備結(jié)構簡單(dan)、穩定性(xìng)好、适用(yong)範圍廣(guǎng)等優點(diǎn)，其工作(zuò)原理是(shi)當氣體(tǐ)在噴嘴(zuǐ)上下遊(yóu)的壓♈差(cha)達到一(yi)定值時(shi)将形成(cheng)臨界流(liu)，此時流(liú)🔞經噴嘴(zuǐ)喉部的(de)氣體流(liú)速達到(dao)最大值(zhí)，測量該(gai)狀态下(xià)流體的(de)溫度、靜(jìng)壓、濕度(dù)，由密度(dù)換算💃🏻得(de)流過噴(pēn)嘴的氣(qi)體質量(liàng)流量，根(gen)據連續(xù)性原理(lǐ)，流場内(nei)各處質(zhi)量流量(liang)相等［3］。通(tōng)過選用(yong)不同的(de)噴嘴組(zǔ)合使标(biao)準流量(liàng)可控，以(yi)💃滿足對(dui)流量計(jì)進行标(biāo)定的實(shí)驗需求(qiu)。
 
3執行标(biāo)準不同(tóng)帶來的(de)管徑差(chà)異
　　以無(wú)縫鋼管(guǎn)爲例，由(you)于存在(zài)标準體(ti)系、尺寸(cun)的單位(wèi)制等差(cha)異，再有(yǒu)加工誤(wu)差因素(su)，标稱通(tōng)徑相同(tong)的兩段(duàn)管道，它(ta)們的實(shi)際内徑(jing)尺寸也(yě)不盡然(rán)相等。如(rú)圖😘2所示(shi)，這款Prowirl72F系(xì)列的德(de)國進口(kou)Endress+Hauser品牌流(liú)量計，參(cān)考說明(míng)書标示(shi)，如圖3所(suǒ)示，其表(biǎo)體管道(dao)生産工(gong)藝依據(jù)德标DIN2501标(biāo)準，部分(fen)規♈格的(de)流量計(ji)外形尺(chi)寸如表(biao)1所示，常(chang)見💞用于(yu)中低壓(ya)環境下(xià)的流量(liàng)計内徑(jing)d普遍比(bǐ)标稱值(zhi)‼️偏大約(yuē)3%至☁️7%。而在(zai)國内用(yong)于标定(ding)流量計(ji)的标準(zhun)裝置爲(wèi)保障通(tōng)用性需(xū)求，一般(bān)遵循我(wǒ)國現行(háng)的國家(jiā)标準設(she)計，其中(zhōng)直管段(duàn)部🏃🏻‍♂️分選(xuǎn)材依據(jù)GB/T17395－2008，各規格(gé)的管道(dao)通徑尺(chǐ)寸與标(biao)稱🔞值接(jiē)近相等(děng)，在對上(shang)述德标(biao)流量計(jì)進行标(biāo)定時，會(hui)出現因(yin)兩者管(guan)道内徑(jìng)存在一(yi)定差異(yi)的情況(kuàng)，将可能(néng)帶來實(shí)驗✌️誤差(chà)。  
 
4标定誤(wu)差來源(yuan)分析
　　渦(wō)街流量(liang)計本質(zhì)上是一(yī)種速度(du)式流量(liang)計，其直(zhi)接測量(liang)的量爲(wei)介質的(de)流速，考(kǎo)慮到由(you)于體積(ji)流量僅(jǐn)以介😍質(zhì)流速及(jí)截面積(ji)确定，不(bu)受其他(ta)因素影(ying)響，因此(cǐ)，一般以(yǐ)體積‼️流(liú)量進㊙️行(háng)示值誤(wù)差或儀(yi)表系數(shu)的計算(suan)依據。
　　在(zai)使用文(wen)丘裏噴(pen)嘴氣體(tǐ)流量标(biāo)準裝置(zhì)對流量(liang)計進行(háng)标定時(shí)，根據連(lián)續性原(yuán)理，達到(dao)臨界條(tiáo)件後，隻(zhi)❌要分别(bie)測得被(bèi)檢流量(liàng)計⭐、噴嘴(zui)兩處的(de)氣體溫(wen)度、靜壓(ya)、濕度，則(ze)可通過(guo)密度關(guan)系計算(suàn)被檢🛀🏻表(biao)處流量(liàng)标✉️準值(zhí)，即标準(zhǔn)裝置示(shi)值，再讀(dú)取流量(liàng)計示值(zhí)即可計(jì)算示值(zhí)誤差。但(dan)如上文(wen)所示的(de)流量計(ji)一般無(wú)法直💋接(jiē)測量其(qi)内部✍️氣(qi)體狀态(tai)參數🌈，而(er)隻能在(zai)儀表上(shàng)、下😍遊的(de)管道上(shang)進行⚽開(kāi)孔測量(liang)作近似(sì)估值，通(tōng)過此方(fang)式所測(ce)流量标(biao)準值👌實(shí)際爲測(cè)量孔截(jié)面處氣(qì)體流量(liàng)。考慮到(dào)在實驗(yàn)室條♈件(jiàn)下，氣😍體(tǐ)的溫度(dù)、濕度基(ji)本恒定(ding)，而在不(bú)同的位(wei)置測量(liàng)的靜壓(yā)值則有(yǒu)較大差(cha)異，因此(ci)，測壓位(wèi)置的選(xuǎn)取對體(ti)積流量(liang)标準值(zhi)的計算(suan)正确率(lǜ)起重要(yào)影響。根(gēn)據　　JJG1029－2007《渦街(jiē)流量計(jì)檢定規(guī)程》，一般(ban)于儀表(biao)下遊段(duan)2至7倍内(nei)徑距離(li)的❌範☂️圍(wei)内都可(kě)認爲是(shi)合理的(de)測壓位(wèi)置，所測(cè)靜壓與(yu)儀表内(nei)部實❄️際(jì)值近似(sì)視作相(xiang)等［4－5］，但當(dang)被檢🤞儀(yi)表爲🚶上(shàng)文所述(shù)E+H流✔️量計(ji)時，由于(yu)其表體(ti)管道🔆内(nèi)徑稍大(da)于标準(zhǔn)裝置管(guan)道，則儀(yi)表與直(zhí)管段間(jiān)連接處(chu)🏃🏻‍♂️将出現(xian)突變轉(zhuan)折截面(miàn)，如圖4所(suo)示，當氣(qì)體流經(jing)轉折面(miàn)時，将🥵産(chan)生一🥵定(dìng)壓力損(sun)失，此時(shi)下遊段(duàn)測壓處(chù)所測得(de)氣體靜(jing)壓理論(lun)上比儀(yi)表内部(bù)實際值(zhi)小，導緻(zhì)計算所(suo)得标準(zhun)體積⛹🏻‍♀️流(liu)量比儀(yi)表處實(shí)際值大(dà)，且流量(liang)越大該(gai)過程的(de)壓能損(sǔn)失越多(duo)，下遊測(ce)壓計算(suàn)所得标(biāo)準值🧑🏾‍🤝‍🧑🏼越(yuè)偏離真(zhen)值，這種(zhǒng)誤差可(ke)認爲是(shi)實驗方(fāng)法引起(qǐ)的系統(tǒng)誤差［6］。
 
4.1機(jī)械能損(sǔn)失分析(xī)
　　因流量(liàng)計傳感(gan)器組成(chéng)部分前(qián)後均有(you)一定長(zhǎng)度表體(ti)直管段(duan)⭐且與标(biāo)準裝置(zhì)管道間(jian)内徑差(cha)異較小(xiǎo)，流場擾(rao)動基本(ben)被儀表(biao)本身抗(kang)幹擾能(neng)力克服(fu)，可認爲(wei)流量計(jì)計量性(xìng)能不受(shòu)影響，則(ze)隻需考(kǎo)慮氣體(ti)靜壓測(ce)量值的(de)正确率(lü)。從能量(liang)損失角(jiǎo)度分析(xī):如圖5所(suǒ)示，由于(yú)流線不(bu)能轉折(shé)，流體在(zài)流經突(tū)然收縮(suo)斷面時(shi)，将形成(cheng)流股收(shōu)縮，至c－c斷(duàn)面後逐(zhu)漸擴散(san)，在此過(guò)程中，流(liu)體先有(you)🐉加速的(de)收縮流(liú)⁉️後減速(sù)的擴散(san)流兩者(zhě)都産生(shēng)阻力［7］。爲(wei)簡化分(fen)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻析此過(guo)程中的(de)能量損(sun)失，設流(liu)體爲不(bu)可壓縮(suo)流體，設(she)c－c斷面處(chù)的理想(xiǎng)平均流(liu)速爲v0，根(gen)據伯努(nu)利方程(chéng):
 
　　式中，α1爲(wei)動能修(xiū)正系數(shù)，無量綱(gāng);v1爲斷面(mian)1－1處流體(tǐ)平均流(liu)📐速，m/s;P1爲斷(duàn)面1－1處流(liú)體靜壓(yā)，N/m2;α0爲動能(neng)修正系(xi)數，無量(liàng)綱㊙️;v0爲斷(duàn)面c－c處流(liú)體理想(xiǎng)平均流(liú)速，m/s;PC爲斷(duan)面c－c處流(liú)體靜壓(ya)，N/m2;ρ爲流體(ti)密度，kg/m3;g爲(wèi)重力加(jiā)速度，N/kg或(huò)m/s2。
　　實際上(shang)從1－1斷面(mian)至c－c斷面(miàn)間存在(zài)一定能(neng)量損失(shī)，假設🛀🏻爲(wèi)U1，再者💋c－c斷(duan)面🈲的實(shí)際平均(jun1)流速νC要(yao)比v0稍小(xiǎo)一些，它(ta)們的比(bi)👉值νC/v0=Cν，稱爲(wèi)流速系(xì)數，一般(ban)約爲0.99～0.97［7］，基(ji)于本文(wen)所讨論(lùn)情況，該(gai)斷面收(shou)縮較小(xiǎo)，取Cν=0.99計算(suan)，且在紊(wěn)流狀态(tài)下α1=α0=1，即:
 
 
　　由(yóu)于在标(biao)定實驗(yan)中，流體(tǐ)介質一(yī)般爲空(kōng)氣，而空(kōng)氣是一(yi)種可壓(yā)縮流體(ti)，考慮到(dao)在重力(lì)場中，可(kě)壓縮性(xing)流體的(de)勢能與(yu)壓力能(neng)、動能比(bǐ)較起來(lái)是小得(de)可以忽(hu)略不計(ji)的［7－8］，即伯(bo)努利方(fang)程可簡(jiǎn)化爲以(yi)下形式(shì):
 
　　其中C爲(wèi)常數，且(qiě)氣體在(zai)流量計(jì)内(斷面(mian)1－1處)流至(zhì)測壓處(chu)(斷面2－2)的(de)過程中(zhong)可近似(si)地看作(zuò)等熵過(guò)程，因此(cǐ)，有P1/ρk1=P2/ρk2，ρ1=P1/P2()1/kρ2，對于(yú)🧡空氣的(de)等🐆熵指(zhi)❌數k≈1.4，由于(yú)在此過(guo)程中單(dan)位質量(liang)🈲流體的(de)能量損(sǔn)失U很小(xiao)，爲簡化(huà)分析直(zhi)接用ρ2計(ji)算其機(jī)械能損(sǔn)失，則方(fang)程可寫(xiě)爲：
 
　　式中(zhong)，P1爲流量(liang)計内(斷(duàn)面1－1處)空(kong)氣靜壓(yā)，N/m2;ρ1爲流量(liàng)計内(斷(duan)面1－1處)空(kong)氣密度(du)，kg/m3;v1爲流量(liang)計内(斷(duan)面1－1處)空(kong)氣平均(jun)流速💋，m/s;P2爲(wei)測壓點(dian)(斷面2－2處(chu))空💔氣靜(jing)壓，N/m2;ρ2爲測(ce)壓點(斷(duan)面2－2處)空(kōng)氣密度(dù)，kg/m3;v2爲流量(liàng)計💰内(斷(duan)面2－2處)空(kong)氣平均(jun1)流速，m/s。
　　由(yóu)于在标(biāo)定實驗(yan)中，空氣(qi)的質量(liàng)流量Qm可(kě)通過文(wen)丘裏噴(pēn)嘴測♍量(liang)換算得(de)到，設斷(duàn)面1－1處、斷(duàn)面2－2處管(guǎn)道面積(ji)爲S1、S2，則空(kong)氣在兩(liang)處的🔱流(liú)速🤞分别(bié)爲:
 
　　式中(zhong)，Qm爲空氣(qi)的質量(liàng)流量，kg/s;S1爲(wei)斷面1－1管(guǎn)道截面(miàn)積，m2;S2爲斷(duàn)面🧑🏽‍🤝‍🧑🏻2－2管道(dao)🔞截面積(jī)，m2。
　　經過變(biàn)換得到(dào)一個一(yī)元方程(cheng)，僅有ρ1爲(wei)未知量(liang)，各項參(can)💞數均能(néng)在實驗(yan)中直接(jie)測量或(huo)換算所(suǒ)得，通過(guò)使🌐用軟(ruan)件工具(jù)如MATLAB、Excel或其(qi)他方式(shì)解出ρ1，則(ze)P1=P2ρk1/ρk2，流量計(ji)内體積(jī)流量的(de)理論值(zhi)QV爲:
 
式中(zhong)，QV爲空氣(qì)的體積(jī)流量，m3/s。
5實(shi)驗數據(jù)比較
　　通(tōng)過使用(yòng)文丘裏(li)噴嘴氣(qì)體流量(liang)标準裝(zhuang)置對三(san)個不同(tong)規格的(de)E+H渦街流(liu)量計進(jin)行标定(dìng)，由标準(zhun)器測量(liang)及密度(du)換🙇‍♀️算得(dé)Qm、P2、ρ2，使用遊(you)标卡尺(chǐ)分别測(cè)量流量(liang)計與裝(zhuang)置管道(dao)内徑A1、A2，并(bing)計算兩(liang)者通徑(jìng)截面積(ji)S1、S2、收縮系(xì)數Cc、測壓(ya)處截✂️面(mian)參考流(liu)速v2、單位(wei)質量流(liu)體的能(néng)量損失(shī)🌈U，利用MATLAB軟(ruan)件中的(de)solve函數求(qiú)解式(14)，得(dé)流量計(ji)内氣體(ti)的理💘論(lùn)密度ρ1，理(lǐ)論靜壓(yā)P1，根據式(shi)(15)得理㊙️論(lun)體積流(liú)量QV，計算(suàn)其與标(biāo)準裝♈置(zhì)體積流(liu)量示😄值(zhí)的相對(dui)誤差。表(biǎo)1～3爲三種(zhǒng)規格流(liú)量計的(de)實驗數(shù)據
 
　　根據(jù)實驗數(shu)據，流量(liàng)計體積(ji)流量示(shi)值與計(jì)算所得(de)理論實(shi)際值雖(sui)然不相(xiàng)等，但從(cong)相對标(biao)準裝置(zhì)示值😘的(de)誤差線(xian)性關系(xi)來💛看，兩(liǎng)者所呈(chéng)現的誤(wù)差均随(sui)着流速(sù)的增加(jiā)而往負(fu)方向增(zēng)長♈，如圖(tu)6、圖7所示(shi)。從這個(gè)角度來(lái)看，符合(hé)“因過🌐程(chéng)存在壓(yā)能損失(shi)導緻下(xià)遊測💃壓(ya)所得靜(jìng)壓值偏(pian)小，流量(liang)裝置換(huàn)算出✏️的(de)标準體(tǐ)積流量(liang)示值偏(pian)大”這一(yī)分析。
 
 
6結(jie)論
　　對這(zhè)類内徑(jing)偏大的(de)渦街流(liú)量計采(cǎi)用下遊(you)測壓的(de)常規方(fang)法進行(hang)标定時(shí)，标準裝(zhuang)置的體(tǐ)積流量(liang)示值實(shí)存在一(yī)定誤🈲差(chà)，但☂️計算(suàn)數據也(ye)表明，在(zai)常溫常(cháng)壓、使用(yòng)空氣作(zuò)介質的(de)條件下(xia)，即使在(zai)流速較(jiao)高時，由(you)該方法(fa)引入的(de)系統誤(wu)差也很(hen)小，僅爲(wèi)0.1%左右，對(dui)于絕大(da)多數精(jīng)度等級(ji)爲1.0甚至(zhì)更低或(huo)使用場(chang)合無極(jí)高精度(du)要求的(de)流量計(ji)，一般可(kě)忽略此(cǐ)誤差，參(cān)照檢定(ding)規程要(yào)求✨在流(liu)量計下(xià)遊段測(cè)壓的标(biao)定方法(fǎ)是可行(háng)的。當然(ran)，若是利(lì)用☀️蒸汽(qì)或其他(tā)密度較(jiao)大、流速(su)更高的(de)介質進(jin)行标定(ding)時，該系(xì)統誤差(cha)也會随(suí)之增大(da)㊙️，建議盡(jin)量采用(yòng)表體取(qu)壓或制(zhi)作匹配(pei)檢測管(guǎn)線的☔方(fāng)法進行(háng)實☂️驗。

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