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 工作原理流體中設(shè)置三角柱型旋渦發(fā)生體，則從旋渦發(fā)生體兩側(cè)交替地產(chǎn)生兩列有規(guī)則的旋渦，這種旋渦稱為卡門渦街，如圖（一）所示。

                  圖（一）旋渦列在旋渦發(fā)生體下游非對(duì)稱地排列。設(shè)旋渦的發(fā)生頻率為f，被測(cè)介質(zhì)來流的平均速度為V，旋渦發(fā)生體迎流面寬度為d，表體通徑為D，根據(jù)卡曼渦街原理，有如下關(guān)系式:

式中：f－發(fā)生體一側(cè)產(chǎn)生的卡門旋渦頻率

St－斯特羅哈爾數(shù)

V－流體的平均流速

d－柱體流面寬度

D-管道內(nèi)徑

式中：K＝儀表常數(shù)（1/m³）。

M=質(zhì)量流量

Q＝體積流量（m³/h）

ρ=介質(zhì)密度（kg/m³）

F=頻率Hz

渦街流量計(jì)特點(diǎn)：

脈沖式渦街流量計(jì)（脈沖信號(hào)輸出）

渦街流量計(jì)用途及說明：1 用節(jié)流式差壓流量計(jì)測(cè)量蒸汽質(zhì)量流量 節(jié)流式差壓流量計(jì)的一般表達(dá)式為

式中 qm——質(zhì)量流量， kg/s；C——流出系數(shù)；εl——節(jié)流件正端取壓口平面上的可膨脹性系數(shù)；d——工作條件下節(jié)流件的開孔直徑，m；Δρ——差壓， Pa；ρ1——節(jié)流件正端取壓口平面上的流體密度， kg/m3；β——直徑比，β=d/D；D——管道內(nèi)徑，m。在式(3.1)中，β和d為常數(shù)，C和εl在一定的流量范圍之內(nèi)也可看作常數(shù)，因此式(3.1)可簡(jiǎn)化為

從式(3.2)可清楚看出，儀表示值同ρ1密切相關(guān)。而蒸汽工況(溫度t，壓力ρ)的變化，必然使ρl產(chǎn)生相應(yīng)的變化。因此，差壓式流量計(jì)必須與用以求取蒸汽密度的工況測(cè)量?jī)x表配合，并同計(jì)算部分一起組成推導(dǎo)式質(zhì)量流量計(jì)，才能保證測(cè)量精確度。在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中，常用測(cè)量點(diǎn)附近的流體溫度、壓力，經(jīng)計(jì)算后求得相應(yīng)的密度，再經(jīng)演算求得瞬時(shí)質(zhì)量流量，通常稱作溫度、壓力補(bǔ)償。根據(jù)水蒸氣的性質(zhì)和特點(diǎn)，在過熱狀態(tài)和飽和狀態(tài)時(shí)可有不同的補(bǔ)償方法。(1)過熱蒸汽質(zhì)量流量測(cè)量 當(dāng)流體為過熱蒸汽時(shí)，ρl取決于流體壓力P1和流體溫度tl。圖3.1所示為測(cè)量系統(tǒng)。

(2)飽和蒸汽質(zhì)量流量測(cè)量 飽和蒸汽的壓力和溫度是密切相關(guān)的，臨界飽和狀態(tài)的蒸汽從其壓力查得的密度同從其溫度查得的密度是相等的，所以推導(dǎo)式質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量其流量時(shí)，既可采用壓力補(bǔ)償也可采用溫度補(bǔ)償。采用壓力補(bǔ)償時(shí)，是利用ρ1=f(P1)的關(guān)系獲得ρ1；采用溫度補(bǔ)償時(shí)，是利用P1= f(tl)的關(guān)系獲得ρ1。兩種方法中以壓力補(bǔ)償較宜，詳見3.1.5節(jié)分析。圖3.2(a)所示為壓力補(bǔ)償法，圖3.2(b)所示為溫度補(bǔ)償法。

 2 用雙量程差壓流量計(jì)測(cè)量蒸汽質(zhì)量流量 差壓式流量計(jì)有它固有的缺陷，即范圍度不理想，這主要是由其測(cè)量原理決定的。對(duì)流量不確寇度影響最大(也是流量測(cè)量范圍度影響最大)的因素是差壓測(cè)量不確定度：

例如，對(duì)于0.075級(jí)精確度等級(jí)的變送器，在時(shí)在時(shí)由式(3.3)可知，在后一種情況下，對(duì)流量測(cè)量不確定度的影響為1%。即為了獲得±1%的流量測(cè)量精度，如果選用的是O.075精度等級(jí)的差壓變送器，只有在差壓大于3.75%FS，即流量大于19.36%FS時(shí)，才能保證精確度。為了提高流量量程低端的測(cè)量精確度，必須大大提高低差壓段的差壓測(cè)量精確度，其中最省力、最有效的方法是增設(shè)一個(gè)低量程差壓變送器，組成雙量程差壓流量計(jì)。(1)增設(shè)一個(gè)低量程差壓變送器 一臺(tái)差壓變送器，其差壓低端的示值誤差無法進(jìn)一步減小的原因是其精確度并非可以任意確定，而且受膜盒面積等因素制約，其實(shí)膜盒面積制約的不僅僅是精確度等級(jí)所對(duì)應(yīng)的差壓值，還有環(huán)境溫度影響以及長(zhǎng)期漂移影響所對(duì)應(yīng)的差壓值。提高相對(duì)流量較小時(shí)的差壓測(cè)量精確度，另外增設(shè)一臺(tái)低量程差壓變送器是一個(gè)行之有效的方法。例如有一蒸汽流量測(cè)量對(duì)象，最大流量100t/h，最小流量3t/h，常用壓力1.lMPa，常用溫度250℃，公稱通徑DN500，高量程差壓變送器選用O.075級(jí)中差壓變送器，測(cè)量范圍： O~ 100kPa，低量程差壓變送器選用O.075級(jí)低差壓變送器，測(cè)量范圍設(shè)定為O~3.75kPa，這樣，兩臺(tái)變送器在智能二次表的指揮下，自動(dòng)切換，相互配合，在流量量程3~100%范圍內(nèi)， 為1.25%。①其他因素的對(duì)策。節(jié)流式差壓流量計(jì)的測(cè)量不確定度不僅與差壓測(cè)量的不確定度有關(guān)，而且與流量密度ρ1、流出系數(shù)C的非線性以及可膨脹性系數(shù)ε1的不確定度有關(guān)，為了消除或基本消除這些因素對(duì)流量測(cè)量不確定度的影響，可在二次表內(nèi)按規(guī)定的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行密度補(bǔ)償、流出系數(shù)補(bǔ)償、可膨脹性系數(shù)校正等。具體方法將在本書的第8章討論。②防止差壓信號(hào)的傳遞失真。在式(3.3)所示的差壓測(cè)量不確定度同流量測(cè)量不確定度的關(guān)系中，是假定差壓變送器輸入的差壓值與節(jié)流裝置所產(chǎn)生的差壓值一致，但是，導(dǎo)壓管在將節(jié)流裝置所產(chǎn)生的差壓引到變送器的過程中，由于多種原因，很容易產(chǎn)生差壓信號(hào)傳遞失真。在這些原因中，有根部閥選型安裝不合理，導(dǎo)壓管坡度不符合要求，冷凝器安裝高度不相同，導(dǎo)壓管太長(zhǎng)而且管內(nèi)傳輸介質(zhì)(液體)溫度不相同等問。在被測(cè)介質(zhì)為干氣體時(shí)，這種傳遞失真一般可忽略，在被測(cè)介質(zhì)為溫氣體和蒸汽時(shí)，如果不注意就會(huì)引起傳遞失真。對(duì)于一個(gè)具體的流量測(cè)量裝置，相同的差壓信號(hào)傳遞失真，在流量為不同值時(shí)，其影響也不一定，其中相對(duì)流量較大時(shí)，影響較小，相對(duì)流量較小時(shí)，影響較大，這是因?yàn)橄鄬?duì)流量較小時(shí)，節(jié)流裝置送出的差壓信號(hào)較小的緣故。所以，在雙量程差壓式流量計(jì)的設(shè)計(jì)和安裝中，要特別注意差壓信號(hào)的傳遞失真，想方設(shè)法盡量避免這種失真。圖3. 3所示是采用一體化方法來避免差壓信號(hào)傳遞失真的一個(gè)實(shí)例。圖中用冷凝管將代替冷凝器，導(dǎo)壓管也很短，在節(jié)流裝置和差壓變送器之間沒有引起傳遞失真的零部件，只要工藝管道的水平度較好，差壓信號(hào)的傳遞失真就可忽略。

(2)高低量程的選定對(duì)于一套雙量程與差壓流量計(jì)，高低量程切換點(diǎn)的選定是設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，不僅受范圍度要求的制約、允許壓損的制約、系統(tǒng)不確定度的制約，而且受差壓變送器規(guī)格的制約。具體設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)需遵循下面的原則。①在壓損允許的前提下，將高量程的差壓上限盡量選得大一些。這樣，最小流量所對(duì)應(yīng)的差壓值可相應(yīng)大一些，以減小各種干擾因素對(duì)小流量測(cè)量精確度的影響。②系統(tǒng)不確定度能滿足用戶的要求。尤其要保證大流量時(shí)的系統(tǒng)不確定度。③不必強(qiáng)調(diào)節(jié)流裝置的不確定度，因此流量在很大的范圍內(nèi)變化，流出系數(shù)相應(yīng)的變化和可膨脹性系數(shù)相應(yīng)的變化都較大，但是，這些變化都可以在二次表內(nèi)得到補(bǔ)償和校正。最終對(duì)系統(tǒng)不確定度的影響仍可忽略。遵循這些原則，在上面的例子中，高量程差壓上限取100kPa，選用中差壓變送器。而低量程差壓上限選3kPa，選用低差壓變送器，相應(yīng)的流量切換點(diǎn)為17.326t/h。這樣，在切換點(diǎn)處，高量程變送器的差壓不確定度為2.5%，對(duì)流量測(cè)量系統(tǒng)不確定的影響為1.25%。而低量程時(shí)，差壓測(cè)量不確定度為2.5%所對(duì)應(yīng)的差壓值為0.09kPa，對(duì)應(yīng)的流量值為3t/h。(3)討論①過范圍運(yùn)行問題。在雙量程差壓流量計(jì)中，低量程差壓變送器很多時(shí)候是在過范圍的條件下工作的，過范圍的差壓值盡管不是很可觀，但畢竟已使變送器內(nèi)的膜盒進(jìn)入過載保護(hù)狀態(tài)。由于現(xiàn)代新型的差壓變送器內(nèi)的傳感器特殊設(shè)計(jì)的過載保護(hù)結(jié)構(gòu)，使得它具有優(yōu)秀的單向過壓性能，即使過壓16MPa，也能完全恢復(fù)而不留痕跡。②開平方運(yùn)算放在差壓變送器內(nèi)進(jìn)行較有利。在變送器和二次表中，開平方運(yùn)算都是由單片機(jī)完成的，開平方運(yùn)算本身都不增加誤差，因?yàn)槎际菙?shù)字量運(yùn)算。但是，差壓變送器測(cè)得的差壓值(數(shù)字量)經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換成4~20mA，送入流量二次表后再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的過程中，要損失二次精度。例如l%FS的流量值幅值放大了10倍，而較大幅值的模擬信號(hào)在轉(zhuǎn)換和傳送過程中，損失的精度相對(duì)要小些，因此，在用模擬信號(hào)傳送此信號(hào)時(shí)，開平方運(yùn)算放在差壓變送器中完成較合理。如果采用數(shù)字信號(hào)傳送此信號(hào)，則無上述差異。?用數(shù)字信號(hào)傳送差壓信號(hào)?，F(xiàn)在市場(chǎng)上銷售的差壓變送器，大多數(shù)己實(shí)現(xiàn)智能化。在差壓變送器中，膜盒感知的未經(jīng)處理的差壓信號(hào)，由數(shù)字運(yùn)算部分進(jìn)行溫度補(bǔ)償、靜壓補(bǔ)償、非線性補(bǔ)償?shù)忍幚碇?，可以?shù)字通信的方式輸出，也可經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換將此數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成4~20mA信號(hào)，然后輸出。后級(jí)儀表流量演算器如果以數(shù)字通信的方法接受差壓信號(hào)，則完全不損失精度。而如果以其模擬輸入口接受差壓信號(hào)，則由于D/A和A/D的兩次轉(zhuǎn)換，損失相應(yīng)的精度。這種精度的損失，在相對(duì)流量高的區(qū)間，影響約為0.3%，但在相對(duì)流量低的區(qū)間，影響顯著增大，相對(duì)流量越小，影響越小。所以推薦用數(shù)字量傳送差壓信號(hào)。 3 用線性孔板差壓流量計(jì)測(cè)量蒸汽質(zhì)量流量 傳統(tǒng)的孔板流量計(jì)最大的不足是在被測(cè)流量相對(duì)于滿量程流量較小時(shí)，差壓信號(hào)很小，這一缺點(diǎn)大大影響其范圍度和測(cè)量精確度。人們針對(duì)其不足在傳統(tǒng)的孔板式差壓流量計(jì)基礎(chǔ)上開發(fā)了可變面積可變壓頭孔板流量計(jì)。因?yàn)槠漭敵龅牟顗盒盘?hào)與被測(cè)流量之間有線性關(guān)系，所以也稱線性孔板差壓流量計(jì)。(1)線性孔板流量計(jì)工作原理線性孔板又稱彈性加載可變面積可變壓頭孔板，其環(huán)隙面積隨流量大小而自動(dòng)變化，曲面圓錐形塞子在差壓彈簧力的作用下來回移動(dòng)，環(huán)隙變化使輸出信號(hào)(差壓)與流量成線性關(guān)系，井大大地?cái)U(kuò)大范圍度，其結(jié)構(gòu)如圖3.4所示。在孔板流量計(jì)中，當(dāng)流體流過開孔面積為A的孔板時(shí)，流量q與孔板前后產(chǎn)生的差壓之間有如下關(guān)系，即

式中 q——流量；Kl——常數(shù)；A——孔板開孔面積；Δρ——差壓。

在如圖3.4所示的線性孔板中，于孔板處插入一個(gè)紡錘形活塞，由差壓引起的活塞彈簧組件的壓縮量(活塞的移動(dòng)距離)為x，則式(3.5)成立，即

式中 K2——彈簧系數(shù)。當(dāng)活塞向前移動(dòng)時(shí)，流通面積受活塞形狀的影響而發(fā)生變化，其關(guān)系為

式中 K3——常數(shù)。由式(3.5)和式(3.6)得

將式(3.7)代入式(3.4)得

式中 K——常數(shù)由式(3.8)可知，流量與差壓成線性關(guān)系，所以取出差壓信號(hào)即可得到流量。(2)特點(diǎn)①范圍度寬。在使用0.1%精確度的差壓變送器時(shí)典型的線性孔板差壓式流量計(jì)可測(cè)范圍為1%~100%FS，保證精確度的范圍為5% ~100%FS(若使用更高精確度的差壓變送器，如0.05%精確度，范圍度可進(jìn)一步提高)，困此，對(duì)于流量變化大的測(cè)量對(duì)象，一臺(tái)流量計(jì)就可解決。能適應(yīng)蒸汽、燃油測(cè)量的夏季、冬季負(fù)荷變化。②線性差壓輸出。差壓信號(hào)與流量成線性關(guān)系，被測(cè)流量相對(duì)于滿量程流量較小時(shí)，差壓信號(hào)幅值也較大，有利于提高測(cè)量精確度。③直管段要求低。由于孔板的變面積設(shè)計(jì)，使其成為在高雷諾數(shù)條件下工作的測(cè)量機(jī)構(gòu)，可在緊靠彎管、三通下游的部位進(jìn)行測(cè)量(為了保證測(cè)量精確度，制造廠還是要求上游直管段≥6倍管徑，下游直管段≥3倍管徑)。(3)保證測(cè)量精確度的措施典型的線性孔板流量計(jì)GILFLO承諾具有±1%精確度， 為了達(dá)到這一指標(biāo)，采取了幾項(xiàng)重要措施，其中包括如下幾項(xiàng)。①對(duì)線性孔板逐臺(tái)用水標(biāo)定。從式(3.5)和式(3.6)可知，只要線性孔板中的彈簧線性好，而且活塞被加工成理想形狀，使得流通面積A與位移X的1/2次方成線性關(guān)系，就能使差壓與流量之間的線性關(guān)系成立，但是，活塞的曲面加工得很理想是困難的，最終不得不用逐臺(tái)標(biāo)定的方法來彌補(bǔ)這一不足。Spirax-sarco公司對(duì)線性孔板進(jìn)行逐臺(tái)標(biāo)定是以水為介質(zhì)，不同口徑的線性孔板均選擇14個(gè)標(biāo)定點(diǎn)，其中流量較小時(shí)，標(biāo)定點(diǎn)排得較密，圖3.5所示為一臺(tái)DN200線性孔板的標(biāo)定曲線。圖中的差壓?jiǎn)挝粸閕nH20，(lin H20= 249.0889Pa)，表3.1所列是一臺(tái)DN200的線性孔板的實(shí)際標(biāo)定數(shù)據(jù)，其中從體積流量換算到質(zhì)量流量是建立在水的密度ρ=998.29 kg/m3基礎(chǔ)上的。而利用標(biāo)定數(shù)據(jù)對(duì)線性孔板的非線性誤差進(jìn)行校正還需借助于流量二次表。具體做法是將標(biāo)定數(shù)據(jù)寫入二次表中的折線表，然后二次表根據(jù)輸入的差壓信號(hào)(電流值)用查表和線性內(nèi)插的方法求得水流量值qmw。

得到水流量值還不是最終目的，因?yàn)楸粶y(cè)流體不一定是水，當(dāng)被測(cè)流體為其他流體時(shí)，用式(3.9)進(jìn)行密度校正。

式中 qm——被測(cè)流體質(zhì)量流量， kg/h；qmw——標(biāo)定流體(水)流量， kg/h；ρf——被測(cè)流體密度， kg/m3；ρw——標(biāo)定流體(水)密度， kg/m3。②雷諾數(shù)校正?？装辶髁坑?jì)的流量系數(shù)同雷諾數(shù)之間有確定的函數(shù)關(guān)系，當(dāng)質(zhì)量流量變化時(shí)，雷諾數(shù)成正比變化，因而引起流量系數(shù)的變化。在GILFLO型流量計(jì)中，采用較簡(jiǎn)單的經(jīng)驗(yàn)公式(3.10)進(jìn)行雷諾數(shù)校正。

式中 kre ——雷諾數(shù)校正系數(shù)；n——常數(shù)， kg/h。但若計(jì)算結(jié)果大于m值時(shí)，則取kre=m。n和m數(shù)值同孔板的口徑DN有關(guān)，已經(jīng)固化在制造商提供的流量二次表內(nèi)。③溫度對(duì)線性孔板的影響及其校正。溫度對(duì)線性孔板影響使之產(chǎn)生誤差主要通過三條途徑。a.流體溫度變化引起流體密度變化，從而導(dǎo)致差壓與流量之間的關(guān)系變化。b.流體溫度變化引起管道內(nèi)徑、孔板開孔直徑以及活塞幾何尺寸的變化，溫度升高， 環(huán)隙面積增大，導(dǎo)致流量計(jì)示值有偏低趨勢(shì)。c.流體溫度變化，線性孔板中的承載彈簧溫度相應(yīng)變化，引起式(3.5)中的彈簧常數(shù) K2發(fā)生變化。溫度升高，K2減小，活塞位移X增大，用通俗的話來說就是溫度升高，彈簧變軟，在相同的差壓條件下，活塞位移增大。因此，環(huán)隙面積相應(yīng)增大，流量計(jì)示值也有偏低趨勢(shì)。上述三條途徑對(duì)流量示值的影響都可以進(jìn)行校正，其中途徑a可由式(3.13)中的流體密度進(jìn)行補(bǔ)償。在線性孔板用來測(cè)量蒸汽流量時(shí)，流體溫度作為自變量，參與查蒸汽密度表，從而可由二次表自動(dòng)進(jìn)行此項(xiàng)補(bǔ)償。途徑b和C流量示值的影響關(guān)系較復(fù)雜，在GIL-FLO型流量計(jì)中。采用式(3.11)所示的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行校正。

式中 kt——溫度校正系數(shù)；B——系數(shù)， ℃-1(取B=0.000189℃-1) ；t——流體溫度，℃；tc——標(biāo)定時(shí)流體溫度，℃ (tc常為20℃)。此項(xiàng)校正也是在流量二次表中完成的，其中t為來自溫度傳感器(變送器)的流體溫度信號(hào)。④可膨脹性校正。節(jié)流式差壓流量計(jì)用來測(cè)量蒸汽、氣體流量時(shí)，必須進(jìn)行流體的可膨脹性(expansibility)校正，線性孔板也不例外。傳統(tǒng)孔板的可膨脹性系數(shù)修正請(qǐng)參閱本書第8章8.2節(jié)。在GILFLO型流量計(jì)中用式(3.12)進(jìn)行校正。

式中是ε——可膨脹性系數(shù)；β——直徑比(孔板開孔直徑與管道內(nèi)徑之比）；Δp——差壓， Pa；κ——等熵指數(shù)；ρ1——節(jié)流件正端取壓口絕壓， Pa?？膳蛎浶孕Ｕ苍诹髁慷伪碇型瓿桑啥伪磉M(jìn)行在線計(jì)算。⑤蒸汽質(zhì)量流量的計(jì)算。用GILFLO型流量計(jì)測(cè)量蒸汽流量時(shí)，蒸汽質(zhì)量流量在二次表中由式(3.13)計(jì)算得到。

式中 qms——蒸汽質(zhì)量流量， kg/h；Kre——雷諾數(shù)校正系數(shù)；Kε——可膨脹性系數(shù)；Kt——溫度校正系數(shù)；ρf——被測(cè)流體工作狀態(tài)密度， kg/m3；ρw——標(biāo)定流體(水)的密度， kg/m3；qmw——水的質(zhì)量流量， kg/h。在流量二次表中，先由差壓輸入信號(hào)查折線表得到qmw，再由蒸汽溫度、壓力值查蒸汽密度表得ρf，然后與校正系數(shù)kre、kε、kt一起(ρw為設(shè)置數(shù)據(jù))計(jì)算得到蒸汽質(zhì)量流量qms。GILFLO型流量計(jì)的安裝如圖3.6所示。

 4 用渦街流量計(jì)測(cè)量蒸汽質(zhì)量流量 渦街流量計(jì)是體積流量計(jì)，即流體雷諾數(shù)在一定范圍內(nèi)，其輸出只與體積流量成正比。渦街流量計(jì)的輸出有頻率信號(hào)和模擬信號(hào)兩種，模擬輸出是在頻率輸出的基礎(chǔ)上經(jīng)f/I轉(zhuǎn)換得到的。這一轉(zhuǎn)換大約要損失0.1%精確度。所以用來測(cè)量蒸汽流量時(shí)，用戶更愛選用頻率輸出。頻率輸出渦街流量計(jì)更受熱力公司等用戶歡迎的另外幾個(gè)原因如下。a.頻率輸出渦街流量計(jì)價(jià)格略低(非智能型)。b.頻率輸出渦街流量計(jì)滿量程修改更方便，只需對(duì)可編程流量演算器面板上的按鍵按規(guī)定的方法進(jìn)行簡(jiǎn)單的操作就可實(shí)現(xiàn)。c.由頻率輸出渦街流量計(jì)輸出的頻率信號(hào)計(jì)算蒸汽質(zhì)量流量，只需知道流體當(dāng)前工況， 而模擬輸出渦街流量計(jì)的溫壓補(bǔ)償只是對(duì)當(dāng)前工況偏離設(shè)計(jì)工況而引起的誤差進(jìn)行補(bǔ)償，因此，不僅需知道當(dāng)前工況，還需知道設(shè)計(jì)工況。后一種工況數(shù)據(jù)常常因?yàn)闀r(shí)間推移或人事變遷導(dǎo)致資料遺失而引起差錯(cuò)，相比之下，頻率輸出渦街流量計(jì)卻不會(huì)有此問題。詳見本書第8章8.6節(jié)分析。頻率輸出渦街流量計(jì)測(cè)量質(zhì)量流量的表達(dá)式為

式中 qm——質(zhì)量流量， kg/h；f——渦街流量計(jì)輸出頻率， P/s；Kt——工作狀態(tài)下的流量系數(shù)， P/L；ρf——流體密度， kg/m3。當(dāng)被測(cè)流體為過熱蒸汽時(shí)，可從

查表求得工作狀態(tài)下的流體密度。測(cè)量系統(tǒng)見圖3.7。當(dāng)被測(cè)流體為飽和蒸汽時(shí)，可從

查表求得工作狀態(tài)下的流體密度，其原理同前節(jié)所述。其測(cè)量系統(tǒng)見圖3.8。

在式(3.14)中，ρf應(yīng)是渦街流量計(jì)出口的流體密度，因此，ρf的測(cè)壓點(diǎn)應(yīng)取在渦街流量計(jì)出口的規(guī)定管段上。有些研究成果表明，臨界飽和狀態(tài)蒸汽經(jīng)減壓后會(huì)發(fā)生相變，即從飽和狀態(tài)變?yōu)檫^熱狀態(tài)，這時(shí)，將其仍作為飽和蒸汽從式(3.16)或式(3.17)的關(guān)系求取ρf，必將引入較大誤差。如果出現(xiàn)這種情況，應(yīng)進(jìn)行溫度壓力補(bǔ)償。 5 蒸汽密度求取方法比較 從上面的分析可知，工程上普遍使用的推導(dǎo)式蒸汽質(zhì)量流量測(cè)量系統(tǒng)，關(guān)鍵是求取蒸汽密度。歸納起來主要是采用數(shù)學(xué)模擬法和查表法兩類方法。（1）用數(shù)學(xué)模型求取蒸汽密度在工程設(shè)計(jì)和計(jì)算中，工程師們經(jīng)常需要求取蒸汽密度數(shù)據(jù)，采用的傳統(tǒng)方法是由蒸汽的狀態(tài)數(shù)據(jù)查蒸汽密度表。但是未采用微處理器前，這種人工查表的方法還無法移植進(jìn)儀表，而仍采用數(shù)學(xué)模型的方法。人們建立了多種的數(shù)學(xué)模型以滿足不同的需要，下面列舉使用最廣泛的幾種。①一次函數(shù)法。這種方法的顯著特點(diǎn)是簡(jiǎn)單，適用于飽和蒸汽，其表達(dá)式為

式中 ρ——蒸汽密度， kg/m3P——流體絕對(duì)壓力， MPa；A、B——系數(shù)和常數(shù)。式(3.18)不足之處是僅在較小的壓力范圍內(nèi)變化適用，壓力變化范圍較大時(shí)，由于誤差太大，就不適用了。因?yàn)閷?duì)于飽和蒸汽來說，ρ=f(ρ)是一條曲線，用一條直線擬合它，范圍越大，當(dāng)然誤差越大。解決這個(gè)矛盾的方法是分段擬合，即在不同的壓力段采用不同的系數(shù)和常數(shù)。表3.2所示為不同壓力段對(duì)應(yīng)的不同密度計(jì)算式。

②用指數(shù)函數(shù)擬合密度曲線。使用較多的是 （3.19）式(3.19)描述的是一條曲線，用它來擬合飽和蒸汽的ρ=f(P)曲線能得到更高的精確度，但是在壓力變化范圍較大的情況下，仍有千分之幾的誤差。③狀態(tài)方程法。狀態(tài)方程法用于計(jì)算過熱蒸汽密度，其中著名的有烏卡諾維奇狀態(tài)方程：

式中 ρ——壓力， Pa；v——比體積， m3/kg；R——氣體常數(shù)， R=461J/(kg· K)；T——溫度， K；

         (2)計(jì)算機(jī)查表法 上面所說的通過數(shù)學(xué)模型求取蒸汽密度的誤差都是同人工查密度表方法相比較而言?，F(xiàn)在智能化儀表將蒸汽密度表裝入其內(nèi)存中，在CPU的控制下，模仿人工查表的方法，采用計(jì)算機(jī)查表與線性內(nèi)插相結(jié)合的技術(shù)，能得到與人工查表相同的精確度?，F(xiàn)在國(guó)際上通用的蒸汽密度表是根據(jù)"工業(yè)用1967年IFC公式"計(jì)算出來的。1963年于紐約舉行的第八屆國(guó)際水蒸氣性質(zhì)會(huì)議上，成立了國(guó)際公式委員會(huì)(IFC)。若干年后，該委員會(huì)提出了國(guó)際公認(rèn)的"工業(yè)用1967年IFC公式"及"通用和科研用1968年IFC公式"。 21年后在1984年于莫斯科舉行的第十屆國(guó)際蒸汽性質(zhì)會(huì)議上，又廢除了"通用和科研用1968年IFC公式"。因此，"工業(yè)用1967年IFC公式"仍是當(dāng)前廣泛使用的權(quán)威公式。由于這個(gè)公式十分復(fù)雜，一般使用者很難直接使用它，研究者根據(jù)這個(gè)公式編制了蒸汽性質(zhì)表格，供人們查閱。本書的附錄C摘錄了其中部分?jǐn)?shù)據(jù)。(3)關(guān)于IAPWS-IF97公式 IAPWS-IF97公式有很多對(duì)實(shí)際工程設(shè)計(jì)和研究很有意義的優(yōu)點(diǎn)。它的適用范圍更為廣泛，在IFC67公式適用范圍基礎(chǔ)上，增加了在研究和生產(chǎn)中漸漸用到的低壓高溫區(qū)。IAPWS-IF97公式適用范圍： 273.15K≤T≤2273.15K，ρ≤100MPa，而且在原有的水和水蒸氣參數(shù)V， S，h，Cp， Cv基礎(chǔ)上又增加了一個(gè)重要參數(shù)：聲速W。在水和水蒸氣的性質(zhì)計(jì)算中有個(gè)很重要的狀態(tài)判斷，即臨界狀態(tài)的判斷。在IAPWS-IF97公式中，對(duì)于臨界點(diǎn)性質(zhì)有具體的規(guī)定：

但在工業(yè)蒸汽流量測(cè)量常用范圍內(nèi)(溫度0~600℃，壓力O.1~5MPa)。兩個(gè)公式計(jì)算結(jié)果偏差卻極小，如表3-3所示。

由于這個(gè)原因，在蒸汽流量測(cè)量方面，人們?nèi)匀黄毡槭褂么蠹冶容^熟悉的已使用多年的根據(jù)IFC67公式編制的蒸汽密度表(比容表)。下面以典型智能流量演算器為例說明自動(dòng)查表的實(shí)施方法。在智能流量演算器的EPROM中寫入3個(gè)蒸汽密度表，1號(hào)表是過熱蒸汽密度表，另外兩個(gè)是飽和蒸汽密度表(見附錄C，采用的都是國(guó)際蒸汽密度表1967 IFC公式計(jì)算出來的。其中，過熱蒸汽密度表有蒸汽溫度和蒸汽壓力兩個(gè)自變量。2號(hào)表是蒸汽壓力為自變量。3號(hào)表是蒸汽溫度為自變量。這樣，測(cè)得蒸汽溫度或測(cè)得蒸汽壓力都能通過查表求得蒸汽密度。究竟是選查ρ= f(P)表格還是ρ= f(t)表格，則在填寫組態(tài)菜單時(shí)由用戶自己選定。①查表的優(yōu)先權(quán)問題。過熱蒸汽的密度隨蒸汽溫度、壓力變化的關(guān)系是三維空間中的一個(gè)曲面，有兩個(gè)自變量，因此在查密度表時(shí)就存在一個(gè)優(yōu)先權(quán)的問題。若先從壓力查起，就稱壓力優(yōu)先；若先從溫度查起，就稱溫度優(yōu)先。而對(duì)于飽和蒸汽，若選壓力補(bǔ)償，則為壓力優(yōu)先；若選溫度補(bǔ)償，則為溫度優(yōu)先。上述三種情況優(yōu)先關(guān)系由用戶在填寫菜單時(shí)指定，如表3.4所列。

②蒸汽狀態(tài)判別問題。典型流量演算器具有蒸汽狀態(tài)判別功能。根據(jù)判別結(jié)果，查不同的密度表。以過熱蒸汽為例，在圖3.9所示的查表示意圖中，從壓力測(cè)定值ρ0出發(fā)去查溫度，如果溫度測(cè)定值大于飽和溫度t1，則判別蒸汽為"過熱蒸汽"，查1號(hào)密度表，例如，t=t2，則ρ=ρf2。如果溫度測(cè)定值小于t1，則判別蒸汽狀態(tài)為"過飽和蒸汽"，查2號(hào)密度 表，ρ=Pfl，此時(shí)，溫度信號(hào)與壓力信號(hào)不平衡，所以，儀表自診斷顯示"000800"代碼，表示蒸汽狀態(tài)已進(jìn)入飽和區(qū)。      ③飽和蒸汽密度求取方法。如果優(yōu)先指定欄內(nèi)填入2(壓力優(yōu)先)，則手動(dòng)設(shè)定溫度置100℃，從壓力測(cè)定值出發(fā)查出飽和溫度。因?yàn)榇藭r(shí)溫度信號(hào)取手動(dòng)設(shè)定值，所以判別蒸汽狀態(tài)為"過飽和蒸汽"(如圖3.10所示)，查2號(hào)表。如果優(yōu)先指定欄內(nèi)填入1(溫度優(yōu)先)，則于動(dòng)設(shè)定壓力一般置22MPa(密度表中壓力上限)，從溫度測(cè)定值出發(fā)查飽和壓力。因?yàn)榇藭r(shí)壓力信號(hào)取于動(dòng)設(shè)定值，所以判別蒸汽狀態(tài)為"過飽和蒸汽"(如圖3.11所示)，查3號(hào)表。上面所談的蒸汽密度求取方法，用戶不一定都要搞清楚，其原因在于用戶只須根據(jù)自己所用的流體參數(shù)選擇合適的補(bǔ)償方法，并在菜單中填入有關(guān)數(shù)據(jù)即可。但是對(duì)于飽和蒸汽究竟是采用壓力補(bǔ)償還是溫度補(bǔ)償?shù)故呛苤匾?。④直接查表法。有的儀表制造商采用的是直接查表法，即儀表內(nèi)存放的三張蒸汽密度表由編碼開關(guān)指定其選用：采用壓力補(bǔ)償?shù)娘柡驼羝?，?jīng)編碼開關(guān)選擇直接查以壓力為自變量的飽和蒸汽密度表；采用溫度補(bǔ)償?shù)娘柡驼羝?jīng)編碼開關(guān)選擇直接查以溫度為自變量的飽和蒸汽密度表；對(duì)于過熱蒸汽，經(jīng)編碼開關(guān)選擇直接查以溫度和壓力為自變量的過熱蒸汽密度表。編碼開關(guān)設(shè)置完畢，長(zhǎng)期使用。 6 溫度壓力測(cè)口位置的合理選擇 實(shí)施流體溫度、壓力補(bǔ)償時(shí)，應(yīng)合理選擇溫度、壓力測(cè)口的位置，因?yàn)檎羝砸欢魉倭鬟^流量測(cè)量?jī)x表時(shí)，測(cè)壓口選在不同的位置得到的測(cè)量值是不同的。測(cè)溫口也有類似的情況。從流量計(jì)使用現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況來看，用于溫壓補(bǔ)償?shù)臏y(cè)溫口、測(cè)壓口位置雖然多種多樣，但大多數(shù)是測(cè)壓口在前，測(cè)溫口居后。即測(cè)壓口開在流量計(jì)上游的管道上，測(cè)溫口開在流量計(jì)下游的管道上。(1)孔板流量計(jì)的測(cè)溫測(cè)壓口位置①質(zhì)量流量與各自變量的關(guān)系，除了前面所述的式(3.1)之外，也可用式(3.21)表達(dá)。

式中 ε2——節(jié)流件負(fù)端取壓口平面上的流體可膨脹性系數(shù)；ρ2——節(jié)流件負(fù)端取壓口平面上的流體密度， kg/m3；P2——節(jié)流件負(fù)端取壓口平面上的流體壓力， Pa。假定流體為可壓縮性流體，而且在Pl、P2差別不大的情況下，流體符合理想氣體定律，這時(shí)將式(3.22)代入式(3.21)，就可得到式(3.1)，因此，式(3.21)和式(3.1)是等價(jià)的。關(guān)于流體密度， GB/T 2624-2006在5.4.2條中規(guī)定，它可以直接測(cè)得，亦可根據(jù)差壓取壓口處的絕對(duì)靜壓、絕對(duì)(熱力學(xué))溫度和流體成分構(gòu)成相應(yīng)的狀態(tài)方程計(jì)算出來。5.4.3條中進(jìn)一步規(guī)定，允許一個(gè)取壓口同時(shí)連接差壓測(cè)量裝置和靜壓測(cè)量裝置，但要保證這種雙重連接不會(huì)導(dǎo)致差壓測(cè)量出現(xiàn)任何差錯(cuò)。該標(biāo)準(zhǔn)中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)如流出系數(shù)C和可膨脹性系數(shù)ε，都是根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)處理得到的，因此在采用這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行節(jié)流裝置的設(shè)計(jì)和由此設(shè)計(jì)的節(jié)流裝置測(cè)量流量時(shí)，實(shí)際上是實(shí)驗(yàn)方法的"逆過程"。至于將取壓口開在節(jié)流裝置前一定距離的管段上測(cè)得的壓力比標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法測(cè)得的壓力差多少，照理可以按伯努利方程、連續(xù)性方程和熱力學(xué)過程方程[4]計(jì)算出來，但具體計(jì)算時(shí)還有一些困難，而如果在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，卻是不困難的。②測(cè)溫問題 流體溫度最好在一次裝置下游測(cè)量。溫度計(jì)套管所占空間應(yīng)盡可能小。如果套管位于下游，其與一次裝置之間的距離應(yīng)至少為5D。一般可以假設(shè)差壓裝置上游和下游處的流體溫度是相同的。然而，如果流體是非理想氣體，而又需要最高的精確度，且上游取壓口和一次裝置下游測(cè)溫處又存在較大壓力損失，則假設(shè)兩點(diǎn)之間是等焓膨脹，必須根據(jù)下游溫度(距一次裝置5D~15D處測(cè)量)計(jì)算上游溫度。計(jì)算時(shí)，應(yīng)根據(jù)一次裝置相應(yīng)地按照GB/T 2624計(jì)算壓力損失Δω，然后采用焦耳-湯姆遜系數(shù)μJT計(jì)算上游取壓口到下游測(cè)溫處的相應(yīng)的溫度下降ΔT：

焦耳湯姆遜系數(shù)(Joule Thomson Coefficent)又稱等焓溫度-壓力系數(shù)( isenthalpictemperature-pressure coefficent)，等焓下相對(duì)于壓力的溫度變化速率：

或

式中 T——熱力學(xué)瘟度；P——流經(jīng)管線的流體靜壓；H——焓；R——通用氣體常數(shù)；Cm·p ——定壓摩爾熱容；Z——壓縮系數(shù)。(2)渦街流量計(jì)測(cè)植測(cè)壓口位置 渦街流量計(jì)是利用流體流過旋渦發(fā)生體時(shí)產(chǎn)生的穩(wěn)定旋渦，通過測(cè)量其旋渦產(chǎn)生頻率，得到體積流量。實(shí)驗(yàn)指出，流過旋渦發(fā)生體的流體不論是液體、氣體還是蒸氣，只要雷諾數(shù)ReD在2×104~7×106范圍內(nèi)，就能得到穩(wěn)定的流量系數(shù)。實(shí)驗(yàn)同時(shí)指出，旋渦產(chǎn)生的頻率反映了旋渦發(fā)生體處的流體平均流速，此流速與流通截面積的乘積即為體積流量。要將蒸汽的這種體積流量換算成質(zhì)量流量，必不可少的是測(cè)量出旋渦發(fā)生體處的流體靜壓力。此處靜壓力由于流體流速較高，比渦街流量計(jì)上游管道內(nèi)的流體壓力低一些。若在此處準(zhǔn)確地測(cè)量靜壓力，由于多種原因有一定困難，但在流量計(jì)下游一定距離的管道上，測(cè)量到能與發(fā)生體后面?zhèn)鞲衅魈幍撵o壓相等或接近的靜壓，則是一個(gè)可行的方法。橫河公司要求，這個(gè)合適的距離為3.5~ 7.5倍管道內(nèi)徑。E+H公司要求，這個(gè)合適的距離為從流量傳感器下游法蘭算起3.5倍管道內(nèi)徑。若用上游壓力代替下游壓力會(huì)引入誤差，其估算方法如下例所述。例如有一臺(tái)DY型旋渦流量計(jì)，用來測(cè)量過熱蒸汽流量，從流量二次表可讀出上游流體壓力 P1 =0.9MPa(表面值)流體溫度 tf=250℃瞬時(shí)流量顯示值 qm=3.0t/h從溫度、壓力數(shù)據(jù)查表得到流體密度為p1=4.3060kg/m3(當(dāng)?shù)卮髿鈮阂設(shè).101325MPa計(jì))，進(jìn)一步計(jì)算得到此時(shí)體積流量為696. 7m3/h，從橫河公司說明書中數(shù)據(jù)可計(jì)算得到管道中流體流速約為48.8m/s，按說明書中提供儀表的壓力損失公式計(jì)算可得

令流量計(jì)上游管道內(nèi)的壓力與儀表下游3.5D~7.5D處的壓力相差即為儀表的壓力損失，則下游壓力為P1- ΔP，據(jù)此查得下游流體密度ρ2 =4.2554kg/m3，根據(jù)質(zhì)量流量與流體密度的關(guān)系，可計(jì)算由于壓力測(cè)點(diǎn)位置選擇不當(dāng)引入的誤差為

從上面的分析可清楚地看出，流速越高，由此引入的誤差越大。 

 渦街流量計(jì)與節(jié)流式差壓流量計(jì)性能比較 (1)渦街流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)與節(jié)流式差壓流量計(jì)相比，渦街流量計(jì)有如下優(yōu)點(diǎn)。①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、牢固、安裝維護(hù)方便。無需導(dǎo)壓管和三閥組等，減少泄漏、堵塞和凍結(jié)等。②精確度較高，一般為±(1~1.5)%R。③測(cè)量范圍寬，合理確定口徑，范圍度可達(dá)20：1。④壓損小，約為節(jié)流式差壓流量計(jì)的1/4~1/2。⑤輸出與流量成正比的脈沖信號(hào)，無零點(diǎn)漂移。⑥在一定雷諾數(shù)范圍內(nèi)，輸出頻率不受流體物性(密度、黏度)和組成的影響，即儀表系數(shù)僅與旋渦發(fā)生體及管道的形狀、尺寸有關(guān)。(2)渦街流量計(jì)的局限性①對(duì)管道機(jī)械振動(dòng)較敏感，不宜用于強(qiáng)振動(dòng)場(chǎng)所o②口徑越大，分辨率越低，一般滿管式流量計(jì)用于DN400以下。③流體溫度太高時(shí)，傳感器還有困難，一般流體溫度運(yùn)420℃。④當(dāng)流體有壓力脈動(dòng)或流量脈動(dòng)時(shí)，示值大幅度偏高，影響較大，因此不適用于脈動(dòng)流。(3)節(jié)流式差壓流量計(jì)優(yōu)點(diǎn)①節(jié)流式差壓流量計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)孔板結(jié)構(gòu)易于復(fù)制，簡(jiǎn)單牢固，性能穩(wěn)定可靠，價(jià)格低廉。無需實(shí)流校準(zhǔn)就可使用，這在流量計(jì)中是少有的。②適用范圍廣泛。既適用于全部單相流體，也可測(cè)量部分混相流，如氣固、氣液、固液等。③高溫高壓大口徑和小流量均適用。④對(duì)振動(dòng)不敏感，抗干擾能力特別優(yōu)越。(4)節(jié)流式差壓流量計(jì)局限性①測(cè)量精確度在流量計(jì)中屬中等水平。由于眾多因素的影響錯(cuò)綜復(fù)雜，精確度難以提高。②范圍度窄，由于儀表信號(hào)(差壓)與流量為平方關(guān)系，一般范圍度僅3：1~4：1。③現(xiàn)場(chǎng)安裝條件要求較高，如需較長(zhǎng)的直管段(指孔板、噴嘴)，一般難以滿足。④節(jié)流裝置與差壓顯示儀表之間引壓管線為薄弱環(huán)節(jié)，易產(chǎn)生泄漏、堵塞及凍結(jié)、信號(hào)失真等故障。新發(fā)展起來的一體型節(jié)流式差壓流量計(jì)，雖然仍有引壓管線，但長(zhǎng)度不足1m，因而減小了這方面的缺陷。⑤壓損大(指孔板、噴嘴)。 

訂貨須知：

用戶在定購(gòu)流量?jī)x表時(shí)要注意根據(jù)流體的公稱口徑、工作壓力、工作溫度、流量范圍、流體種類和環(huán)境條件選擇合適的規(guī)格。

需要我公司的顯示儀表配套時(shí)，請(qǐng)參閱相應(yīng)的說明書，選用合適的型號(hào)，或由我公司技術(shù)人員根據(jù)您提供的資料替您設(shè)計(jì)選型。需要傳輸信號(hào)用的電纜時(shí)注明規(guī)格長(zhǎng)度。