来源：武汉恒之晟机械设备有限公司        时间：2011-04-09

    用节流装置并配以差压测量仪表是工业上习惯采用来测量大流量的气体流量计量的方法。关于流量测量节流装置，我国制定和通过了节流装置国家标准(GB-2624-81)。1994年又在GB-2624-81的基础上，进一规范了标准节流装置的设计、安装和使用条件，及其在改条件下的流量测量总不确定度的估算方法，制定和通过了GB/T2624-93国家标准。标准节流装置是根据被测检介质的特定温度、压力、流量参数为设计参数而设计的。但在标准节流装置的应用中，经常会发生被测检介质的有关参数偏离其设计值，它将严重影响计量精度，工况现状无法满足要求而带来较大的计量误差。如何评定其误差本文结合多年的流量计量工作实践，做了如下节流装置应用中的误差分析。
 1标准规范下的误差分析
    应用流体力学的连续方程和伯努利方程，依据标准节流装置的工作原理，可导出流量基本形式的实用公式：

       Q＝0．01252α·ε·d₂ΔP/ρ₁m³/h
       式中系数0.01252＝3600×10^－6×π/4×2g

       g=9.80665m/s²
    α——工作状态下的流量系数；
    ε——流体流过节流装置的膨胀系数；
    d——节流件开口直径；
    ΔP——为孔板上、下游侧差压(ΔP=P₁-P₂)Pa；
    ρ₁——流体的密度。
    应用函数误差传递原理，计算工业流量测量用节流装置的偏差时，为了便于估算误差，在理论上并不互相独立，自变量(ε·ρ₁·ΔP)都是互相独立的自变量。式中C为常数，β＝d/D孔板开孔直径与管路内径之比。从各误差分量符合正态分布格律的随机误差考虑，可导出工业流量测量节流装置并配以差压测量仪表。节流装置在标准规范的条件下使用，其流量测量的总误差可从前面的偏差相对值关系式计算得出。
  在上面的参数中，D、d、ΔP、ρ₁为直接测量值。而α和ε是间接测量值。α值不但与雷诺数Re_D有关，而且还与节流装置的形式、几何形状、管道条件有密切的关系。角接取压标准孔板的流量系数α，可用近似值的α＝0.596＋1/2β₄式取得。流体膨胀系数ε值不但与节流件形式、压力比、标准孔板与管道内径的直径比β有关，还与被测气体的等墒指数相关。采用角接取压标准孔板的流束膨胀系数ε值可参考有关经验方式取得。为了保证流量测量的度，对影响α、ε值的所有有关因素都须给予考虑，为消除和减少其影响。法兰取压标准孔板的流量系数α的基本相对误差，依据0.2≤β≤0.7时，相对标准误差σ_α/α（％）取±0.30。σ_D/D的估算，D是节流件上游侧在工作温度下的管道内径。只能得到20℃下直接测量的管道内径D₂₀，在理论上D＝D₂₀［1＋A_D(t₁－20）］，A_D为管道材质的热膨胀系数，t₁为节流件上游侧取压孔处流体的温度值。由于A_D为10^－5的数量级，t₁为10²～10³的数量级。在计算误差是可以被忽略。因此D₂₀为实测值时，可把σ_D/D≈±0．1％作为估算值；D₂₀为管径的公称值时，令σ_D/D≈±0．5～1．5％。σ_α/α的估算，D₂₀必须实测，取σ_α/α≈±0．05％。σΔP/ΔP的估算，σΔP/ΔP的估算应包括与节流装置有关的变送器、差压信号管路、显示仪表和变送器到显示仪表之间连接部件的均方根误差。一般情况下，仅考虑差压仪表误差。 ，式中，ε为差压仪表的精度等级；ΔP_i为预定的差压被测值。 的确定，当被测介质为液体时，测温条件±1～5℃ 。当被测介质为气体时，测压条件和测温条件为±1.5。
2工艺参数偏离设计条件时误差分析
      节流装置在标准规范的工艺条件下使用，其流量测量的总偏差可以从前面相对值关系式计算得出。但在标准节流装置在实际应用中还存在较多误差因素对流量测量产生影响。这些因素有：
    (1)节流装置的应用选择不合适；
    (2)节流装置的加工尺寸不符合标准及设计要求；
    (3)节流装置的安装条件不符合设计要求；
    (4)工艺介质参数变化与设计值不相符；
    (5)由于工况流体在气源、输配、应用方面的特殊性存在：
    ①气量波动较大，高峰与低峰之比相差数倍，显然在超负荷和小流量时是无法使测量值准确。
    ②被测介质含有超量固相，液相杂质集结节流装置处，将严重影响节流精度。
    在以上五种因素中，节流装置的应用选择，节流装置的几何尺寸，节流装置的安装条件等影响较少。在实际应用过程中，工艺介质参数变化及工况流体的特殊性，将对流量测量结果产生较大的影响。有的测量误差往往超过2%，有时甚至达到5～10%。因此，不仅需要合理的造型，准确的设计计算和加工制造，更需要注意正确的选择工艺参数使其符合使用条件，才能保证节流装置有足够的实际测量精度。实际工艺参数偏离设计值时误差处理。
    如实际流体介质参数温度、压力、相对湿度发生变化，与设计时采用的流体参数不一致，将导致α、ε、d、ρ₁值都会改变，应对节流装置重新计算流量和差压之间的数值关系。当温度t₁和压力P₁与设计时采用的值相差不大，对α、ε、d的影响较小时，可只考虑P₁的变化。在相同的ΔP₁下，ρ₁的变化将使Q值改变，因此应对Q值乘以修正系数b_ρ,b_ρ＝ρ_S/ρ_J，式中ρ_S为实际工作状态下，节流件上游侧取压孔处的流体密度。ρ_J为计算节流件时，采用的节流件上游侧取压孔处的流体密度。ρ_S值可根据实际的温度、压力由参数表中查得，也可根据ρ₁与温度、压力、相对温度等参数的函数关系，直接用各参数的变化来表示。当气体温度和压力改变时，工作状态下被测流体的流量示值，可按下式：Q’＝Qε’/εPT’Z’/P’TZ进行修正，式中符号右上角加“ ’ ”表示改变了的被测流体的状态和参数。在已知介质成分的前提下，需实测其温度T和压力P后予以修正。
3结束语
    用节流装置配以差压测量仪表测量流量时，特别是测量气体流量时，在测量过程中，系统误差与随机误差通常是同时发生的。分析各种系统误差，设法消除其影响和估计出来能消除的系统误差值。对于节流装置的安装，应确保流体流经节流装置时的流动状态能够和设计计算中所用数据的实验条件相符。只有当α、ε、ρ和节流件的开孔直径不变时，流量和压差的平方根才成正比。但α是一个影响因素复杂，变化范围大的重要系数，它影响这流量测量误差的大小。因此，在工业测量条件下必须保证流量系数α的相对稳定，才能保证测量精度。