彎管流量計的幾點看法

  1 彎管測量準確度及可用性

    在測量氣體流量時生產(chǎn)廠家在資料中講到：“當差壓很小時，即處于低流速區(qū)（流速為3～5m/s），流量誤差較大；當差壓增大并接近100Pa后，流速約為7m/s，流量誤差減小”。生產(chǎn)廠家在這里明確指出：彎管流量計的測量下限（用流速表示）為7m/s，流速低于7m/s則會引起較大誤差。這個7m/s是流速的概念，一般用戶習慣用瞬時流量單位m³/h，下面我用瞬時流量單位m³/h來說明流速7m/s的下限指標對測量所產(chǎn)生的影響。

    從流速、流量與管徑的關(guān)系式

       （1）

    導(dǎo)出：

        （2）

    V：流體流速；q_v：流體體積流量；D：管道直徑。

    這里以DN100和DN200兩種管道為例來計算一下，流速是7m/s時對應(yīng)的流量：

    （用2式計算）。

     （用2式計算）。

    經(jīng)計算7m/s的流速限制對測量的影響如下：

    對DN100的管徑，當流量低于198m³/h時，彎管的誤差增大甚至不能測量。

    對DN200的管徑，當流量低于791m³/h時，彎管的誤差增大甚至不能測量。

    2 彎管測量蒸汽流量時的影響

    以蒸汽為例計算一下，看一看用于蒸汽流量測量時的影響：

    先給出質(zhì)量流量與體積流量的計算關(guān)系式：

        （3）

    式中：q_m：流體質(zhì)量流量ρ：流體密度q_v：流體體積流量

    假如飽和蒸汽的溫度為180℃，壓力為1.0197MPa，密度為5.160kg/m³，動力粘度為0.0156MPa·s，在流速是7m/s時對應(yīng)的質(zhì)量流量是：

    對DN100的管徑

    q_m=198×5.160=1021.68kg/h=1.02t/h

    對DN200的管徑

    q_m=791×5.160=4081.1kg/h=4.08t/h

    經(jīng)計算7m/s的流速限制對蒸汽流量影響如下：

    DN100的管徑當流量低于1.02t/h，彎管的誤差增大甚至不能測量。

    DN200的管徑當流量低于4.08t/h，彎管的誤差增大甚至不能測量。    

    3 雷諾系數(shù)與彎管流量計的關(guān)系

    計算一下對應(yīng)的下限雷諾數(shù)Re是多少先給出2個計算雷諾數(shù)的常用公式

        （4）

        （5）    

    式中μ：為流體動力粘度，其余同上。    

    大家都知道雷諾數(shù)R_eD在流量儀表中是一個很重要參數(shù)，它是衡量很多流量儀表測量范圍性能的一個尺度。

    例如：渦街流量計用下限雷諾數(shù)來說明其測量zui小流量的能力：    

    雷諾數(shù)R_eD≥2×10⁴范圍為線性測量區(qū)（精度保證區(qū)）；

    雷諾數(shù)R_eD在5000～2×10⁴范圍為可測區(qū)（精度低于技術(shù)指標）；

    雷諾數(shù)R_eD＜5000為不可測量區(qū)（死區(qū)）。

    渦街流量計雷諾數(shù)與測量范圍關(guān)系如圖1所示。

圖1 渦街流量計測量范圍與雷諾數(shù)關(guān)系

    其它流量計也都有不同的下限雷諾數(shù)要求（限制），這里就不一一列舉了。

圖2 差壓儀表流出系數(shù)C與雷諾數(shù)R_eD關(guān)系的曲線    

    由于彎管流量計屬于差壓式儀表，所以這里把差壓式儀表雷諾數(shù)與流出系數(shù)C的關(guān)系圖列出進行分析，見圖（2）。從相關(guān)資料中可以查到：

    孔板的下限雷諾數(shù)指標為10000；見圖示，

    V錐的下限雷諾數(shù)指標為8000；見圖示。

    下面我將按照彎管的下限流速推得的流量反推彎管的下限雷諾數(shù)（仍以上述參數(shù)為例）：

    依據(jù)（4）式計算DN100彎管的下限雷諾數(shù)為：    

    （23萬）

    依據(jù)（4）式計算DN200彎管的下限雷諾數(shù)為；

    （46萬）     

    彎管流量計下限雷諾數(shù)與其它流量計的比較見圖2所示。      

    DN100、DN200的彎管下限雷諾數(shù)高達2.3×10⁵和4.6×10⁵，這表明彎管只能工作在高雷諾數(shù)區(qū)域內(nèi)。

    而差壓式流量儀表的上限雷諾數(shù)因受亞音速的限制，一般不超過10⁷。這就充分說明彎管流量計在同樣的上限雷諾數(shù)的條件下，其較高的下限雷諾數(shù)而限制了其測量范圍，這說明了彎管流量計測量的范圍較窄，測量小流量的能力差。

    在、國內(nèi)所有的著書立學(xué)中（除了彎管的生產(chǎn)廠外），凡是提到彎管流量計時都一致指出它的測量精度低，如《流量測量節(jié)流裝置設(shè)計 手冊》中明確指出：在R/D≥1.25，Re＞10⁴時彎管流量計的流出系數(shù)相對不確定度為±4%。對此我們也查了大量的資料，得到的結(jié)果是：幾乎所有國內(nèi)、國外的專家、學(xué)者在所推薦的彎管流量計在其可以保證測量精度上，都不能為使用者所接受。面對流量界關(guān)于彎管流量計測量精度上的技術(shù)分歧，還有待于廣大用戶和實踐來檢驗和判斷。

    4 改進方法

    彎管處于管道的拐彎處，等同于一個脹力彎，管道冬、夏的熱脹冷縮對彎管的彎徑比R/D肯定有影響，而R/D又是決定測量精度極為重要的參數(shù)，因此對R/D應(yīng)當嚴格控制，若不能嚴格對應(yīng)，則會產(chǎn)生大于5%的誤差。