雷諾數(shù)與測(cè)量誤差的關(guān)系及補(bǔ)償方法

各種流量計(jì)由于工作原理的原因、加工制造精密度的原因、被測(cè)介質(zhì)物性的原因、流體 流動(dòng)狀態(tài)的原因等，在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)都會(huì)產(chǎn)生不同程度的誤差。人們很早以前就開始尋找消除 或減小這些誤差的方法，尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)人流量?jī)x表后，為實(shí)現(xiàn)這一愿望增添了靈活而 方便的手段。其中有些誤差已在流量變送器或轉(zhuǎn)換器中得到校正，因而流量測(cè)量度得到 明顯提高，例如在科氏力質(zhì)量流量計(jì)中，由于流體溫度和壓力對(duì)流量測(cè)量的影響得到補(bǔ)償， 從而使其流量測(cè)量度有了顯著提高。但是在有些流量計(jì)中，流量傳感器或變送器自身不 具備這種.功能K因而流量測(cè)量度受到制約或因工況等條件變化，測(cè)量度難以保證。 對(duì)于后一種情況，有時(shí)候可在流量二次表中進(jìn)行補(bǔ)救，從而使流量測(cè)量系統(tǒng)的度得到

本章各節(jié)所介紹的方法，僅僅是將流量二次表與特定的流量傳感器、變送器配合，然后 設(shè)法提高測(cè)量度的應(yīng)用舉例。由于流量計(jì)的種類多，影響流量測(cè)量度的因素更多， 這里不可能一一列舉，但作為方法來說是有普遍意義的，只要搞清楚具體的影響因素同流量 示值之間的確切關(guān)系，并將這些因素用傳感器測(cè)量出來引入流量二次表，就可得到合適的校 正，提高流量測(cè)量度。

雷諾數(shù)與測(cè)量誤差的關(guān)系及補(bǔ)償方法

流體在封閉管道中流動(dòng)時(shí)，其速度分布會(huì)明顯影響差壓流量計(jì)、超聲流量計(jì)等。這種速 度分布同雷諾數(shù)之間有對(duì)應(yīng)的關(guān)系，因此研究者將這種影響轉(zhuǎn)化成同雷諾數(shù)之間的關(guān) 系，并用函數(shù)式或圖表予以描述。例如超聲流量計(jì)有自帶微處理器，能對(duì)雷諾數(shù)的影響作自 動(dòng)校正，以提高低流速時(shí)的測(cè)量度。本節(jié)主要對(duì)使用廣泛的孔板流量計(jì)和渦街流量計(jì)作 較深人的討論。

1.1孔板流量計(jì)流出系數(shù)同雷諾數(shù)的關(guān)系

在本書的3.1節(jié)中，式（3.1)給出孔板流量計(jì)流量值同各個(gè)自變量的關(guān)系，其中流出 系數(shù)C就同管道雷諾數(shù)有關(guān)。其實(shí)C并不是一個(gè)常數(shù)，而是隨雷諾數(shù)尺印變化的一個(gè)變量。 一副孔板制作完成并經(jīng)檢驗(yàn)合格后，其直徑比^即為常數(shù)，其流出系數(shù)同雷諾數(shù)的關(guān)系可用 一條C=/(iReD)關(guān)系曲線來表示，如圖8.1所示。

在傳統(tǒng)的孔板流量計(jì)中，由于數(shù)據(jù)處理功能不強(qiáng)，要將C當(dāng)作變量來處理，是極其困 難的，為了使實(shí)際使用流量范圍內(nèi)的流出系數(shù)變化盡可能小，在規(guī)定的范圍內(nèi)，常常采用下 面的措施。

a. 將差壓上限Apmax盡可能取大一些，從而使0小一些。

b. 縮小管徑，提高流速，從而使節(jié)流裝置在較高雷諾數(shù)條件下使用。

c. 限制流量計(jì)的使用下限（結(jié)合差壓計(jì)度的約束條件，傳統(tǒng)的共識(shí)是測(cè)量下限不 低于30%FS)，因?yàn)榱髁吭叫。珻與常用流出系數(shù)C、m的差異越大。在文獻(xiàn)[1]中，由于 C的在線計(jì)算或自動(dòng)修正難以實(shí)施，所以在設(shè)計(jì)節(jié)流裝置時(shí)設(shè)法將流量測(cè)量下限對(duì)應(yīng)的C和

之間的偏差規(guī)定為<0. 5%[2]，這樣就產(chǎn)生了老版本節(jié)流裝置設(shè)計(jì)手冊(cè)中的m = f(ReD) 界限雷諾數(shù)圖[1]。

隨著微電子技術(shù)和傳感器技術(shù)的發(fā)展以及計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)儀表的滲透，差壓式流量測(cè)量技 術(shù)獲得了一次飛躍，其顯著的標(biāo)志是差壓變送器度大大提高，從以前的1.5級(jí)提高到現(xiàn) 在的0.1級(jí)甚至0.075級(jí)；其次是流量二次表實(shí)現(xiàn)智能化，數(shù)據(jù)處理能力和度獲得了極 大的提高，這些都為孔板流量計(jì)的測(cè)量低端的度的提高創(chuàng)造了充分的條件，在GB/T 2624—1993中給出了孔板流出系數(shù)隨雷諾數(shù)變化的關(guān)系式（以角接取壓為例）[2]，如式 (7.27)所示。

應(yīng)用這一公式實(shí)現(xiàn)雷諾數(shù)變化對(duì)流量測(cè)量影響的修正 常用兩種方法，一種是C的在線計(jì)算法，另—種是c的離 線計(jì)算法。

(1) c的在線計(jì)算法這一方法是利用流量二次表內(nèi)單片 機(jī)的高速計(jì)算能力，用迭代法計(jì)算當(dāng)前的流出系數(shù)并進(jìn)一 步計(jì)算流量值。采用迭代法是因?yàn)閏是Reo的函數(shù)，而尺印是 質(zhì)量流量qm的函數(shù)，而qm又是C的函數(shù)。其計(jì)算程序框圖如 圖8. 2所示。其中Cd為孔板計(jì)算書中的C值。

此圖中突出了計(jì)算C的部分，其實(shí)，ei、pi甚至d都是變 量，都由相應(yīng)的計(jì)算子程序計(jì)算得到。

(2) C的離線計(jì)算修正法[3] C的離線計(jì)算通常是在 整個(gè)流量測(cè)量范圍內(nèi)選10個(gè)或16個(gè)（由流量二次表中折 線校正坐標(biāo)系取的點(diǎn)數(shù)定）典型測(cè)量點(diǎn)A，并計(jì)算出各點(diǎn) 的雷諾數(shù)，然后按式（7.27)計(jì)算各點(diǎn)的流出系數(shù)，zui后 按下式計(jì)算出各點(diǎn)的C修正系數(shù)

式中G——各典型測(cè)量點(diǎn)流出系數(shù)；

Cd——孔板計(jì)算書中的流量系數(shù)。

(3) C的離線計(jì)算修正法舉例[3]

①已知條件

被測(cè)流體名稱：飽和水蒸氣；

zui大質(zhì)量流量：g_ax = l. 7500kg/s;

zui小質(zhì)量流量：gmmin=0. 1750kg/s；

工作壓力：和g = 6. 9066X105Pa (表面值）；

工作溫度：t1=170°(3;

工作狀態(tài)下被測(cè)流體相對(duì)濕度：Φ=0;

工作狀態(tài)下被測(cè)流體密度：p1=4. 123kg/m3;

工作狀態(tài)下被測(cè)流體黏度：a=14.97X10_6Pa* s；

工作狀態(tài)下被測(cè)流體等熵指數(shù)：c=1.30;

當(dāng)?shù)厝昶骄髿鈮海簆a = 101. 33kPa;

20°C情況下管道內(nèi)徑：D20 =150mm;

管道材質(zhì)：20鋼；

差壓計(jì)差壓上限：Apmax = 40kPa;

節(jié)流裝置的取壓方式：角接取壓；

管道材質(zhì)的線膨脹系數(shù)：AdzUJXIO-pC-1;

<孔板材質(zhì)的線膨脹系數(shù)：Ad = 16X10_6°C-、

②求孔板開孔直徑d (見圖8. 3)