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差壓式蒸汽流量計廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)的流量計量中，在流量計量中發(fā)揮著重要作用。流量計在出廠前需要進行標定，以確定其測量精度是否符合標準。本文以長徑噴嘴流量計為例，通過標定實驗及實驗數(shù)據(jù)分析，介紹了差壓式蒸汽流量計標定流程及測量原理，并結(jié)合科學合理的誤差分析方法，得出了可靠的流出系數(shù)，確定了該流量計在實際測量中的可靠性。
1、差壓式蒸汽流量計標定流程
差壓式蒸汽流量計標定流程如圖1所示。啟動離心泵之前，先打開放水閥Ⅰ和放水閥Ⅱ，將標準罐Ⅱ放空后閉合放水閥Ⅱ，并*打開流量調(diào)節(jié)閥Ｉ和流量調(diào)節(jié)閥Ⅱ，將換向器開關轉(zhuǎn)向標準罐Ｉ；啟動離心泵，標定介質(zhì)—水在密閉的管道內(nèi)流經(jīng)流量調(diào)節(jié)閥Ｉ、被標定的長徑噴嘴流量計、流量調(diào)節(jié)閥Ⅱ，流向標準罐Ｉ進入地下水池循環(huán)；待水流速度穩(wěn)定后，扳動換向器的控制開關，通過電動氣閥迅速切換換向器，使水流向標準罐Ⅱ，水流向標準罐Ⅱ的同時實驗開始；當水位達到標準容積的高度后，快速切換換向器，使水流經(jīng)標準罐Ｉ進入地下水池，并打開放水閥Ⅱ，將標準罐Ⅱ內(nèi)的水放空，一次標定實驗結(jié)束。
重復數(shù)次以獲得更多的實驗數(shù)據(jù)。全部的標定實驗結(jié)束后，打開放水閥Ⅱ，將標準罐Ⅱ內(nèi)的水放空。
在進行標定實驗的過程中，智能差壓變送器所測得的壓差信號被傳送到控制柜內(nèi)的PLC模塊，轉(zhuǎn)換為計算機程序自動控制的信號，從而獲得標定實驗數(shù)據(jù)。在進行標定實驗時，循環(huán)使用地下水池內(nèi)的水，水資源得到合理使用，不存在浪費問題。
2、標定系統(tǒng)的精度分析
本標定系統(tǒng)通過體積法對流量計進行標定。
影響標定精度的因素比較多，主要因素包括溫度、標準罐體積的計量方法、換向器的切換速度、水流的穩(wěn)定性、標定時計時和計數(shù)的精度等。
（1）對流量計進行標定的時間比較短，因此在室溫條件下溫度對標定系統(tǒng)和標定介質(zhì)的影響很小，可以忽略。
（2）利用液位控制柜計量標準罐的體積。當標準罐的液位達到設定值時，液位控制柜會產(chǎn)生信號，使換向器迅速切換，可達到計量標準罐體積的目的。
（3）換向器在標準罐體積的計量中起很重要的作用，本標定系統(tǒng)的換向器采用電動氣閥自動控制，換向時間小于200ｍｓ，正反行程差小于20ｍｓ，換向不影響對標準罐體積進行計量。
（4）為了防止標準罐口的水下流時產(chǎn)生過大的浪花，使罐內(nèi)液面波動過大，影響標準罐內(nèi)流體的液位，該標定系統(tǒng)在罐口處安裝了高度為800ｍｍ的減波網(wǎng)，可保證水流的穩(wěn)定性。
（5）在進行標定實驗的過程中，采用計算機程序進行計時和計數(shù)，每隔0.1ｓ計算機自動計時一次，得出標準罐灌滿水所用的時間，即可求出單位時間的體積流量。對影響流量計標定的因素采取上述措施，本標定系統(tǒng)可提高并確保該標定系統(tǒng)的精度。
3、流量計測量原理
差壓式蒸汽流量計的工作原理是：當充滿管道的液體流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流件時，流束將在節(jié)流件處形成局部收縮，因而流速加快，靜壓力降低，在節(jié)流件前后便產(chǎn)生壓差。流體流量愈大，所產(chǎn)生的壓差就愈大，因此可依據(jù)壓差來衡量流量的大小。這種測量方法以流動連續(xù)性方程（質(zhì)量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒定律）為基礎。
長徑噴嘴流量計屬于差壓式蒸汽流量計，其工作原理如圖2所示。噴嘴上游區(qū)域的流體壓力為P1，流體流經(jīng)噴嘴，噴嘴的節(jié)流作用使流體的流速加快并產(chǎn)生壓差，噴嘴下游區(qū)域的流體壓力為P2。使用智能差壓變送器測出P1和P2的壓差ΔP，并根據(jù)標準罐體積及其灌滿水所用的時間求出單位時間的體積流量，再通過流量方程式求出流出系數(shù)。其計算公式［3］見式（1）。
式中，ｑｖ為工況下流體的體積流量，ｍ3／ｓ；Ｃ為流出系數(shù)，Ｃ＝實際流量／理論流量；ε為被測介質(zhì)的可膨脹系數(shù)，若被測介質(zhì)為液體，則ε＝1，若被測介質(zhì)為氣體、蒸汽等可壓縮氣體，則ε＜1；ｄ為噴嘴的zui小內(nèi)徑，ｍ，ｄ＝0．037ｍ；Ｄ為長徑噴嘴流量計的管道內(nèi)徑，ｍ，Ｄ＝0．065ｍ；β為直徑比，β＝ｄ／Ｄ；ΔＰ為Ｐ1與Ｐ2之差，Ｐａ，ΔＰ通過精密的智能差壓變送器測量，經(jīng)控制柜中的ＰＬＣ模塊把信號傳到計算機處理系統(tǒng)；ρ為流體在工況下的密度，ｋｇ／ｍ3，水的密度ρ＝998．203ｋｇ／ｍ3，為20℃時水的密度。
4、實驗結(jié)果及誤差分析
實驗在常溫常壓下進行。在相同條件下，對長徑噴嘴流量計（管徑65ｍｍ、壁厚13ｍｍ）在實驗室進行數(shù)次標定實驗，得到實驗數(shù)據(jù)。
每次的標定實驗結(jié)束后，計算機標定程序界面上將自動顯示實際流體的容積（實驗容積）、實驗流出系數(shù)和實驗誤差。實驗所測得的流出系數(shù)存在微小的誤差，每次的標定實驗結(jié)束后，點擊修正系數(shù)按鈕，可得到修正流出系數(shù)（測得的實驗容積與理論容積的比值）。實驗數(shù)據(jù)及誤差分析處理結(jié)果見表1、表2。實驗誤差可由以下公式計算：
式中，δ為標定的實驗誤差，％；ｑ實驗為罐的實驗容積，ｍ3；ｑ理論為罐的設計容積，ｍ3。由（2）式可知，實驗計量誤差可以直接通過流量系數(shù)進行誤差分析。現(xiàn)場計量流體的流量所使用的程序和此標定實驗程序的計時設計相同。
假設標定實驗測量不存在固定的系統(tǒng)誤差，則可按下列步驟求得流出系數(shù)。
（1）判別粗大誤差
本實驗測量次數(shù)較少，所以按ｔ分布的實際誤差分布范圍來判別粗大誤差較為合理。羅曼諾夫斯基準則又稱ｔ檢驗準則，其特點是首先剔除一個可疑的測量值，然后按ｔ分布檢驗被剔除的測量值是否含有粗大誤差。
根據(jù)羅曼諾夫斯基準則，首先懷疑*測量值（實驗編號為0）含有粗大誤差，將其剔除。然后根據(jù)剩下的11個測量值計算平均值和標準差。
實驗流出系數(shù)的算術平均值為：
并求得實驗流出系數(shù)列的標準差（Ｖｉ＝Ｃｉ－Ｃ）。
選取顯著度α＝0．05，已知ｎ＝12，查表［4］得，Ｋ（12，0．05）＝2．33，則Ｋσ＝2．33×0．00271＝0．00631因｜Ｃ1－Ｃ｜＝｜1．0732－0．98542｜＝0．08778＞0．00631故｜Ｃ1－Ｃ｜＞Ｋσ，*測量值含有粗大誤差，應予剔除（后面所有計算均將此數(shù)據(jù)剔除）。對剩下的11個測量值進行判別，可知這些測得值不含粗大誤差。
在*次測量出現(xiàn)粗大誤差，原因很有可能是因離心泵剛啟動，管道中水流并未達到穩(wěn)定狀態(tài)就開始了標定試驗，而之后所得實驗數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定。
因此，一定要耐心地等到水流穩(wěn)定后才可開始進行標定實驗。
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