趙玉敏 高進勝

（山東省計量科學研究院，濟南250014）

V錐流量計最小流量測量與等效直徑比關系

趙玉敏 高進勝

（山東省計量科學研究院，濟南250014）

對于同規(guī)格V形錐流量計，等效直徑比不同，在流量測量過程中產生影響也不同，尤其是在最小流量測量時影響最大。本文針對這個問題，從理論分析和試驗檢測兩個方面進行了闡述，確定同一規(guī)格V形錐流量計最小流量與等效直徑比有關系，從而對實際應用起到了指導作用。

錐形流量計；最小流量；等效直徑比；檢測分析

0 引言

V形錐流量計由于錐體的整流作用與孔板等節(jié)流件相比，采用流體掃過型結構，不可能截留流體中任何夾帶的氣，液或固相污物，非常適用于臟污流體的流量測量。V形錐流量計的出現(xiàn)，為差壓式流量計廣泛應用揭開了嶄新的一頁。而流量系數(shù)標定直接關系到錐式流量計應用的準確度，因此正確理解流量系數(shù)，準確標定，是該類型流量計檢測與應用的重中之重。

流量系數(shù)最容易產生變化或者跳躍的是在最小流量點上，而目前的V形錐流量計產品在設計時流量范圍追求最大化，流量系數(shù)在流量下限是否可以保證線性度成為該產品設計的重點，也就是最小流量的流量系數(shù)與等效直徑比的關系，因此要正確理解和對待該類型流量計流量下限與等效直徑比關系成為該產品應用的關鍵所在。本文在這方面進行了有意義的探索，為產品設計和應用提供了可靠的理論依據(jù)。

1 原理

V錐傳感器是在測量管中安裝與管道中心線同軸的V錐體，進行流量測量的一種儀表。該傳感器的測量管和V錐體是經過設計、精密加工的。流體在測量管內流經V錐體時，在V錐體前重新形成流態(tài)局部收縮，流速增大，靜壓下降，在V錐體前后產生壓差Δp，在上游管壁（流體收縮前）處測得高壓p1（靜壓），在V錐體朝下游端面的中心軸處開取壓口取得低壓p2（靜壓），如圖1所示。

圖1 差壓式流量計測量原理圖

由圖1可見，其理論屬于差壓式測量原理，即流速分布是以管道中心線為對稱的一個指數(shù)曲面，流體通過一定管道的壓力降與流量的平方成正比?？删_測量寬雷諾數(shù)（8×103≤Re≤5×107）范圍內各種介質的流量。

2 流量測量的數(shù)學模型

流量測量的數(shù)學模型為：

式中：β為等效直徑比；ρ1為流體工況條件下的密度；D為管道內徑；K為流量系數(shù)；Δp為V錐體前后產生的壓差。

3 等效直徑比β定義

對于V錐傳感器，等效直徑比：

式中：D為工況下測量管的內徑；d為V錐節(jié)流元件的最大橫截面處的直徑。

4 V錐流量計的技術特性

按照《流量測量節(jié)流裝置設計手冊》，標準的β系數(shù)范圍：0.45，0.55，0.65，0.75，0.85。可見，V錐體β系數(shù)計算范圍寬，配單個差壓變送器時：10∶1至15∶1，配雙差壓變送器時：30∶1至40∶1。

5 β和最小流量的關系

對于同一規(guī)格的V錐流量傳感器，D＝50mm，d＝30mm，水的密度ρ＝996.8kg／m3，黏度為0.00000137mPa·s，等效直徑比β＝0.8和β＝0.6的試驗數(shù)據(jù)分別如表1和表2所示。

對于同一管道內經的流量計，β的大小代表凈流通面積，β越大，則凈流通面積越小。對于同樣的流量，流體在節(jié)流件處收縮產生的差壓值越大，越有利于提高流量計量的準確度。這個問題在寬量程的最小流量、現(xiàn)場定點小流量范圍使用、寬量程的試驗樣機等表現(xiàn)的最為敏感。

表1 β＝0.8的試驗數(shù)據(jù)

續(xù)表

表2 β＝0.6的試驗數(shù)據(jù)

6 結論

對于同一規(guī)格的V錐流量計，在寬量程使用時，等效直徑比β盡可能小的主要優(yōu)點為：

1）流量系數(shù)開始呈現(xiàn)平穩(wěn)時的雷諾數(shù)低，亦即推薦使用的最小雷諾數(shù)小，這使實際最小雷諾數(shù)大于推薦使用最小雷諾數(shù)的可能性大，有助于測量范圍的擴大，對測量有利；

2）節(jié)流件前后所需的最小直管段較短；

3）有利于提高測量準確度。

但是，β過小，也存在缺點：流體流經節(jié)流裝置的壓力損失大，增加了動力消耗。在滿足流量系數(shù)盡可能恒定、壓力損失不超過現(xiàn)場的允許值、節(jié)流件前后直管段盡可能短等條件下，應盡量使β接近0.5，在最小流量測量中獲得較高的測量準確度。

［1］曾漢平，張輝，王鳳偉.差壓式氣動傳感器穩(wěn)定性研究.計量技術，2010（9）：3－5

［2］［美］RW米勒.流量測量工程手冊.第1版.孫延祚，譯.北京：機械工業(yè)出版社，1990

［3］ISO5167－2 5167－3 ISO 5167－4用差壓裝置測量測量流體流量安裝在充滿流體圓載面管道第2部分—孔板，第3部分—噴嘴和文丘里噴嘴，第4部分—文丘里管

［4］王建中.關于推廣V錐流量計做節(jié)流裝置的換代產品問題的商榷.http：／／www.chinaflow.com.cn，2010

［5］JJG 640—1994差壓式流量計檢定規(guī)程

［6］孫淮清，王建中.流量測量節(jié)流裝置設計手冊.第2版.化學工業(yè)出版社，2005

10.3969／j.issn.1000－0771.2013.4.06