權正銳

（太原鋼鐵（集團）有限公司自動化公司，山西 太原 030003）

差壓式流量計示值修正公式具體修改建議

權正銳

（太原鋼鐵（集團）有限公司自動化公司，山西 太原 030003）

闡述了國家規(guī)范的“差壓式流量計示值修正公式”是上世紀60年代引自前蘇聯(lián)1958年編寫的“27—54規(guī)程”，近50年來已廣泛地引用在我國自動化儀表專業(yè)教學用書、工程技術手冊、以及GB2624—1981以后歷年國家標準中。實踐證明其立論基礎是錯誤的，因而在推導出的表1修正公式中，僅修正1這1條公式問題較小還算可用外，其余所有公式修正方向都是相反的，越修正示值誤差越大。結合52 a現(xiàn)場工作實踐，用質量守恒定理論證了修正公式立論基礎錯在哪里，并明確提出了具體的公式修改建議。

差壓式流量計；示值修正；立論基礎；修改建議

0 引言

國家規(guī)范的“差壓式流量計示值修正公式”立論基礎為：“為了求得示值修正公式只需在流量基本方程中設定某差壓值，使密度、壓力、溫度等改變即可求得表1中的所有公式（以下簡稱“國家規(guī)范立論基礎”）[1]。

上述立論基礎，在脫離實際流量檢測儀表使用生產線（以下簡稱“離線”），可以預先設定某差壓值，書面上推導出表1修正公式，但是，用來推導現(xiàn)場實際流量示值修正公式則是基礎概念錯誤，因為在現(xiàn)場實際流量檢測儀表使用生產線（以下簡稱“在線”），節(jié)流裝置工作狀態(tài)差壓是隨著被測氣體各種工藝參數(shù)變化自動生成的，是隨機實時變化的，是不可能預先設定某差壓值的。所以，立論基礎討論清楚了，公式修改就水到渠成了。

1 國家規(guī)范的差壓式流量計示值修正公式

表1[1]所示為近50 a來廣泛地被引用在我國自動化儀表專業(yè)教學用書、工程技術手冊，以及GB2624—1981以后歷年國家標準的修正公式。

嚴格地講：表1中沒有一條公式是完整無錯的，其中僅修正1這1條常用公式問題較?。膳蛎浶韵禂?shù)ε及表1中注2流出系數(shù)C分子、分母顛倒了，由于ε與C在工作中變化較小，一般不修正）還算可用外，其余所有公式根號內外修正參數(shù)分子分母都是顛倒的，因而修正方向都是相反的，越修正示值誤差越大。上述所有問題都是因為表1中修正公式是建立在離線立論基礎上導出的。如果將修正公式立論基礎由離線改為在線，表1中所有問題就都迎刃而解了。

2 以干氣體示值修正為例分析立論基礎問題

2.1 離線流量基本方程與在線流量基本方程

圖1所示為流量檢測示值未修正框圖[2]。圖中qvw為檢測出未修正的工作狀態(tài)體積流量，m3/s；qmw為檢測出未修正的工作狀態(tài)質量流量，kg/s；ρd為設計狀態(tài)氣體密度，kg/m3；ρw為工作狀態(tài)氣體密度，kg/m3；Δpw為工作狀態(tài)差壓，Pa；qvwo為流過節(jié)流裝置的工作狀態(tài)體積流量，m3/s；qmwo為流過節(jié)流裝置的工作狀態(tài)質量流量（等于qm），kg/s。

表1中應注意，第一，被測氣體的狀態(tài)和參數(shù)改變時，其各量的符號與改變前相同，只是在符號的右上角加“，”。第二，以上所列各式僅適用于不至于引起流出系數(shù)C改變的情況下，如果由于有關參數(shù)變化較大而引起流出系數(shù)C改變時，相應地乘以C′/C數(shù)值。第三，由于版面所限，表1中省略了氣體壓力改變時的一列修正公式。

式中：Cw——工作狀態(tài)流出系數(shù)；

εw——工作狀態(tài)氣體可膨脹性系數(shù)；

Δpd——用于在線時為設計狀態(tài)差壓，用于離線時為設定某差壓值，Pa。

式（4）、式（5）是以式（1）、式（2）為基礎導出的修正公式[2]，它相當于表1中的修正1與修正2，其修正部分互為倒數(shù)關系。

圖1 流量檢測示值未修正框圖

如圖1所示，qvw與qmw是檢測出未經修正的工作狀態(tài)體積流量與質量流量。這兩個流量怎么表達是問題的關鍵。為了簡便，以下公式中省略

2.1.1 離線流量基本方程

脫離實際的流量檢測儀表使用生產線,可以按照國家規(guī)范立論基礎，書面上在流量基本方程式中設定某差壓值（設Δpw=Δpd，即所謂差壓相同對應流量不同），然后使壓力、溫度等參數(shù)改變。離線流量最基礎的表達式為

式中：qmd——設計狀態(tài)質量流量，kg/s。

因為式（1）、式（2）是離線流量基礎表達式，在線實際流量檢測系統(tǒng)中根本就不存在，所以國家規(guī)范的修正公式立論基礎就不能成立。

2.1.2 在線流量基本方程

在線實際流量檢測最基礎的表達式為

式中：Cd——設計狀態(tài)流出系數(shù)；

εd——設計狀態(tài)氣體可膨脹性系數(shù)。

式（6）、式（7）中的Δpw是在線節(jié)流裝置自動生成的工作狀態(tài)差壓，Cd、εd、ρd是在設計節(jié)流裝置時計算出來的。

式（9）、式（10）是以式（6）、式（7）為基礎導出的修正公式[3]。它相當于表2中的修正1g與修正2g，其修正部分是相同的，不存在互為倒數(shù)關系。

圖2 干氣體流量檢測示值修正框圖與等效框圖

2.2 以等效框圖為例證明公式立論基礎錯誤

2.2.1 干氣體流量檢測示值修正框圖與等效框圖

圖2所示為干氣體流量檢測示值修正框圖與等效框圖。

圖2a為以干氣體流量檢測為例，按表1右上三條示值修正公式繪出的框圖。圖中修正1與修正2、3互為倒數(shù)關系。

圖2b為按質量守恒qmd=qmwo繪出的。右圖說明：當被測氣體工作壓力、溫度偏離設計條件時，只要將檢測出的工作狀態(tài)差壓換算到相當于工作在設計條件下，則氣體體積流量和質量流量示值修正全都準確。圖2b可以理解為干氣體示值修正的等效框圖，說明表1中修正1～3應該是相同的，而不存在修正1與修正2、3互為倒數(shù)關系。所以，以等效框圖為例，可以證明國家規(guī)范立論基礎是錯誤的。

2.2.2 圖2中差壓換算公式的導出

根據(jù)在線流量基本方程列表達式

根據(jù)質量守恒定理，修正公式應建立在示值修正結果與流過節(jié)流裝置的氣體質量流量相等的立論基礎上，即：qmd=qmwo，可得

3 差壓式流量計示值修正公式具體修改建議

立論基礎討論清楚了，示值修正公式修改就水到渠成了。表2所示為針對表1而提出的具體的公式修改建議。以下幾部分為表2使用說明。

表2右上部分修正公式1g—3g為氣體溫度、壓力偏離設計條件時的示值修正公式，具體推導參見參考文獻[3]。由于修正部分都是乘以所以三條公式修正部分完全相同。右上公式適用氣體范圍有以下幾方面。

表2 差壓式流量計示值修正公式具體修改建議

a）純干氣體，如空氣經過高壓、低溫分離出的氧、氮、氬氣。

b）被測氣體水蒸氣含量與干氣體含量之比符合設計節(jié)流裝置時的含量比，在工作溫度、壓力變化時沒有產生凝結水的氣體（儀表僅顯示氣體干部分流量示值，水蒸氣含量不顯示，這是在設計節(jié)流裝置時就已經考慮好的）。

c）低壓空氣也含有水蒸氣，而且含量比是變化的。但在檢測精度要求不太嚴格時，如冶金工廠里大量使用的低壓、高溫預熱助燃空氣，也常使用修正3g（同b，儀表僅顯示氣體干部分流量示值）。

表2右下部分為濕氣體干部分示值修正公式，具體推導參見參考文獻[4]。式中φw為工作狀態(tài)相對濕度，%；φd為設計狀態(tài)相對濕度，%；pSWmax為工作狀態(tài)飽和水蒸氣分壓力，Pa；pSdmax為設計狀態(tài)飽和水蒸氣分壓力，Pa；ρSWmax為工作狀態(tài)飽和水蒸氣分密度，kg/m3；ρSdmax為設計狀態(tài)飽和水蒸氣分密度，kg/m3。

濕氣體干部分修正公式，是一條綜合性公式。它可以演變出表2中所有其他修正公式，如果公式中φ=0，化簡后就是表2右上修正3g；如果將根號內分母中原設計ρN用組份改變后ρNg置換，就是表2左下濕氣體干部分溫度、壓力、濕度、組分偏離設計條件時的體積流量示值修正公式。

表2左上為氣體溫度、壓力、組分偏離設計條件時的修正公式（同 b，儀表僅顯示氣體干部分流量示值），式中省略了C、ε、Z修正。應當注意：當氣體工作溫度、壓力改變時，體積流量與質量流量修正部分是相同的，不存在互為倒數(shù)關系；當氣體組份（密度）改變時，體積流量與質量流量修正部分確實存在互為倒數(shù)關系。

關于C、ε、Z修正：由于氣體粘度μ、等熵指數(shù)κ及壓縮系數(shù)Z需要根據(jù)氣體溫度、壓力、組分變化用插入法隨機實時查圖表曲線，Cw、εw還要結合質量流量變化隨機實時計算，基層儀表使用人員很難做到在線自動修正。工廠里一般不修正。用于重要的貿易流量結算時，可以選擇流量常用值代表點，由人工計算，供需雙方協(xié)商確定修正系數(shù)。

[5]中例舉了干氣體、濕氣體干部分，以及氣體組分改變時的3個經典示值修正例證。由于篇幅所限，這里不再重復。

4 結束語

由于在推導國家規(guī)范修正公式時，誤把在線的流量檢測建立在離線的基礎之上，基礎概念的一念之差導致表1中所有修正公式都存在問題。

修正公式不應建立在流量基本方程中預先設定某差壓值的立論基礎上，而應建立在將檢測出的代表流量示值的工作狀態(tài)差壓換算到相當于工作在設計條件下，即將Δpw換算到Δpd的立論基礎上。也可以說差壓換算就是示值修正定理，因為在設計條件下，不論是體積流量還是質量流量儀表顯示都是準確的。

流量檢測與控制廣泛地應用于石油、化工、電力、冶金等工業(yè)領域中。準確地進行流量檢測與控制，對提高產品質量、節(jié)約能源、減少環(huán)境污染有著重要意義。

關于修正公式的問題，現(xiàn)進一步明確提出具體的公式修改建議，期望流量學術界，特別是公式引進和歷年國標第一編寫單位給予重視，并組織召開專題討論，以求得共識。

參考文獻：

［1］ 權正銳.論差壓式流量計示值修正公式立論基礎［J］.山西電力，2013，（1）：62-65.

［2］ 權正銳.差壓式流量計示值修正公式問題出在哪里［J］.力學與實踐，2011，33（2）：96-99.

［3］ 權正銳.差壓式流量計干氣體流量檢測示值修正關系圖［J］.自動化儀表，2007，28（4）：19-21.

［4］ 權正銳.差壓式流量計濕氣體干部分示值修正公式的推導與應用［J］.流體力學實驗與測量，2002，21（4）：87-91.

［5］ 權正銳.差壓式流量計示值修正公式討論［J］.力學與實踐，2009，31（5）：81-84.

Amendment Proposal about Indication Correction Formula for Differential Pressure Flowmeter

QUAN Zheng-rui
（Autom ation Branch Com pany of Taiyuan Iron and Steel(Group)Co.，Ltd.，Taiyuan，Shanxi 030003，China）

The NationalCodeof“Indication Correction Formula for Differential Pressure Flowmeter”was introduced in 1960s from 27~54Regulation of1958 issued by former SovietUnion.Itiswidely used in college textbooks，engineeringmanualsand nationalstandard over the years in the field ofautomation instrumentation.Practice has proven that it is based on an incorrectargumentbasis.Thus，except thatone formula thathas been appliedmostoften（See Correction 1）is notsomuch wrong and could be deemed usable，all the restwith the reversed correction in the formulas stray further in their indication correction process.In addition to reviewing the argumentbasis of indication correction formula，theauthoradvisesclearlyabouthisspecific amendmentproposal.

differentialpressure flowmeter；indication correction；argumentbasis；amendmentproposal

TH814+.5

A

1671-0320（2014）03-0049-05

2014-02-21，

2014-03-13

權正銳（1937-），男，北京人，1955年畢業(yè)于鞍山鋼鐵工業(yè)學?；は?，高級工程師，獲國務院特殊津貼，從事冶金熱工檢測與控制現(xiàn)場工作。