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0 概述
差压式流量计是历史悠久、用量最大的流量计。以标准节流装置作为检测件的差压式流量计则是其中最广泛应用的一类流量计。美国和欧洲的十多个实验室，近二十年进行了大量的标准节流装置试验，积累了几万个试验数据。因此由标准节流装置组成的流量计，只要按照标准文件ISO 5167或GB/T2624）设计、制造、安装，经检验合格后就可以在一定准确度范围内进行流量测量，而不需用实液标定。正是由于差压式流量计这一不需用实流标定的特性，使它广泛应用于蒸汽流量计量中。但是，在现场实际应用时由于安装、使用不合理，特别是作为蒸汽密度补偿的压力变送器安装不合理会对蒸汽流量的计量带来很大的误差。
1 测量原理
1.1 测量原理
差压式流量计的理论依据是伯努利方程和流动连续性方程。当流体流经节流装置，使部分压力能转换为动能产生差压信号，而这一差压与流量的平方成正比。当用来测量蒸汽流量时，由于蒸汽介质的密度与蒸汽介质的温度和压力直接有关，因此常用PT1O0铂电阻测量得到的介质温度信号和压力变送器测量得到的介质压力信号作为密度补偿信号对蒸汽流量进行密度修正。测量原理示意图如图1所示。
1.2 数学模型
 （1）
式（1）中，qm为质量流量（T/h）；C为流出系数；ε为可膨胀性系数；d为节流件孔径（m）；ρ1为节流件上游流体密度（kg/m3）；ΔP为节流件上、下游差压（Pa）； 为渐近速度系数，（β为直径比， ；D为管道内径（m））。
2 压力变送器安装位差对流量计量的影响
当现场使用的蒸汽流量计的流量传感器（标准节流装置）安装在离地面（仪表房）上方约H1=10m处，仪表房内压力变送器离地面为H2=1m。且蒸汽流量计的工作压力显示为P1=0.8MPa、工作温度显示为T=240℃时，由于压力变送器安装有位差H=H1-H2=9m，导致流量计检测到的蒸汽压力比管道内实际蒸汽压力高ΔP=0.09MPa，则实际蒸汽压力为：
P=P1-ΔP=0.71MPa
从而使流量计算时采用的蒸汽补偿密度偏高，因此流量示值偏大。
具体计算如下：
由式（1）经简化后得：
式中，k为流量系数。
当温度为240℃时，压力变送器显示压力P1=0.8MPa（查蒸汽密度表得相应的ρ0=3.178kg/m3）时由于安装有位差9m，管道内实际的蒸汽压力P0=0.71MPa（查蒸汽密度表得相应的ρ0=2.848kg/m3）。引起的流量误差为：
该流量示值误差属于该蒸汽流量计安装处理不当带来的系统误差。
同样计算可以得到不同蒸汽温度、压力值时位差对流量的影响见表1、表2。
表1 蒸汽温度T=240℃、位差H=9m、不同压力值时位
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显示
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压力（MPa）
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0.9
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0.8
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0.7
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0.6
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0.5
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0.4
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密度（kg/m3）
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4.3946
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3.9381
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3.4858
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3.0374
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2.5928
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2.1520
|
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实际
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压力（MPa）
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0.81
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0.71
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0.61
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0.51
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0.41
|
0.31
|
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密度（kg/m3）
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3.9836
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3.5308
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3.0820
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2.6371
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2.1960
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1.7584
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流量计量误差（%）
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5.30
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5.6
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6.3
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7.3
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8.7
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10.6
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表2 蒸汽温度T=200℃、位差H=9m、不同压力值时位差对流量计量的影响
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显示
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压力（MPa
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0.9
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0.8
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0.7
|
0.6
|
0.5
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0.4
|
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密度（kg/m3）
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4.8563
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4.3417
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3.8345
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3.3342
|
2.8406
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2.3532
|
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实际
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压力（MPa）
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0.81
|
0.71
|
0.61
|
0.51
|
0.41
|
0.31
|
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密度（kg/m3）
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4.3929
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3.8849
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3.3840
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2.8897
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2.4016
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1.9196
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流量计量误差（%）
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5.1
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5.7
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6.4
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7.4
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8.8
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10.7
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3 结论
1）差压式蒸汽流量计可以通过温度、压力信号补偿蒸汽密度精确测量蒸汽流量。
2）用于压力补偿的压力变送器如与蒸汽管道高度不一致必须进行迁移，否则会对蒸汽计量带来很大的误差。
3）蒸汽压力越低、位差影响越大。
参考文献：
[1] 蔡武昌等.流量测量技术及仪表.北京：机械工业出版社，2002
[2] JJG 640-94《差压式流量计检定规程》.北京：中国计量出版社，2000
[3] 孙淮清等.流量测量节流装置设计手册.北京：化学工作出版社，2000
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