面對(duì)工業(yè)現(xiàn)代化的飛速發(fā)展，提出了不少新的難題，經(jīng)典節(jié)流裝置已無(wú)能為力。鑒于此，本文介紹了一些新型節(jié)流流量?jī)x表，如：多孔孔板、V錐、環(huán)楔等流量?jī)x表，它們都具有一些特點(diǎn)，有別于經(jīng)典節(jié)流裝置。本文將介紹它們的運(yùn)行原理，準(zhǔn)確度及所必須的上游直管段長(zhǎng)度，智能化------等內(nèi)容，以幫助于用戶(hù)正確選用。當(dāng)前制約這類(lèi)儀表選用的最大障礙是尚未制定標(biāo)準(zhǔn)，本文對(duì)制定標(biāo)準(zhǔn)提出了一些建議，并強(qiáng)調(diào)制定標(biāo)準(zhǔn)必須建立在大量可靠的測(cè)試數(shù)據(jù)上，并應(yīng)認(rèn)真、科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)靥幚磉@些數(shù)據(jù)。
一、 緒論
節(jié)流型流量?jī)x表問(wèn)世已有100多年歷史，長(zhǎng)期以來(lái)，以孔板為代表的經(jīng)典節(jié)流裝置（孔板、噴嘴、文丘利），因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用率高，已積累大量的測(cè)試數(shù)據(jù)，且制定了標(biāo)準(zhǔn)，曾在流量?jī)x表中占有70%左右的市場(chǎng)。隨著工業(yè)的發(fā)展，對(duì)流量?jī)x表不斷提出了許多新的要求，如：直管段長(zhǎng)度不足又要求較高準(zhǔn)確度，經(jīng)典節(jié)流裝置已無(wú)法滿足。近一、二十年以來(lái)涌現(xiàn)出不少新型節(jié)流流量?jī)x表，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用條件下，其價(jià)格、安裝、準(zhǔn)確度、永久壓損、可靠性、維修等方面均優(yōu)于經(jīng)典節(jié)流儀表，日益為用戶(hù)所接受。
用戶(hù)在選用這些儀表要了解它已不僅是一個(gè)節(jié)流元件，而是組成了一個(gè)系統(tǒng)，所以，不僅要了解節(jié)流元件的基本原理，還需了解系統(tǒng)每一部分的作用以及它們對(duì)整個(gè)測(cè)量結(jié)果的影響。儀表準(zhǔn)確度是選用的重要因素，在試驗(yàn)室的標(biāo)定僅僅只是決定儀表性能的必要條件，而非充分條件；也就是說(shuō)，儀表在使用中性能是否好還要取決選型、安裝、以及儀表適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)的能力。
二、 差壓流量?jī)x表的原理
所有差壓流量?jī)x表的原理都是基于柏努利的流體能量轉(zhuǎn)換公式，流動(dòng)的流體其能量主要表現(xiàn)為位能與動(dòng)能二種形式。當(dāng)然還應(yīng)考慮流體流動(dòng)過(guò)程的損失及可壓縮性，如果忽略這二個(gè)因素，轉(zhuǎn)換公式將變得十分簡(jiǎn)單，即可通過(guò)測(cè)差壓來(lái)推算流量，其方法主要有以下二種：
其一是節(jié)流法，通過(guò)節(jié)流增加流速，降低壓力（位能）；
管道中的流體因節(jié)流而加速，因能量守恒促使壓力降低，通過(guò)測(cè)差壓可知流速來(lái)推算流量大小。當(dāng)流體通過(guò)節(jié)流件又回滿管時(shí)，截面增大流速下降，動(dòng)能轉(zhuǎn)換為位能，壓力將上升。但任何節(jié)流件都會(huì)造成壓力損失，壓力不可能恢復(fù)到節(jié)流前的數(shù)值，這個(gè)差值就是我們通常所說(shuō)的永久壓損。當(dāng)然，不同結(jié)構(gòu)的節(jié)流件所引起的壓力損失是不相同的。
這類(lèi)儀表大致有以下三種：
① 孔板（同心單孔，偏心、圓缺、多孔---等）
② 環(huán)形通道（V錐、環(huán)形孔板、槽道、內(nèi)文丘利、梭式----等）
③ 文丘利（文丘里管、道爾管、羅洛斯管、環(huán)楔----等）
其二是動(dòng)壓法
令管道中某點(diǎn)的流動(dòng)流體完全滯止轉(zhuǎn)換為位能（壓力），這個(gè)壓力包含了流體所有的能量故稱(chēng)為總壓（或全壓）；另外測(cè)量不含流體動(dòng)能與流速無(wú)關(guān)的靜壓，通過(guò)總靜壓差推算流速大小。較為典型的儀器是1732年由法國(guó)人皮托發(fā)明的皮托管。用這種儀器所測(cè)的只是流速，須知流量還需了解管道截面面積及管內(nèi)流速分布，遺憾的是至今還有不少人忽視這二個(gè)重要因素。限于篇幅，本文略去討論這類(lèi)儀表。
三、主要技術(shù)參數(shù)
1、流出系數(shù)C，定義為實(shí)際流量與理論計(jì)算值的差別。C＝實(shí)際流量/理論流量。
由于流體都具有黏性，在流動(dòng)過(guò)程中會(huì)有摩擦造成損失，這種影響十分復(fù)雜。當(dāng)前人們還無(wú)法通過(guò)理論方法來(lái)估計(jì)它的大小，只能假設(shè)流體流動(dòng)過(guò)程中沒(méi)有損失，以簡(jiǎn)化計(jì)算公式。所以，理論計(jì)算與實(shí)際流量會(huì)有差別，可用流出系數(shù)C修正，流出系數(shù)C只能通過(guò)實(shí)流標(biāo)定才可以得到。即或是通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，也必須建立在大量的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上。
○1標(biāo)準(zhǔn)化節(jié)流件 通過(guò)大量的實(shí)流校驗(yàn)，可以得到流出系數(shù)規(guī)律，在一定雷諾數(shù)Re范圍內(nèi)，無(wú)需標(biāo)定而可得到流出系數(shù)。當(dāng)前只有經(jīng)典節(jié)流裝置可以做到（孔板、噴嘴、文丘里管）。
○2流出系數(shù)C與Re存在一定的函數(shù)關(guān)系，這對(duì)于應(yīng)用帶來(lái)了很大的方便。
○3流出系數(shù)C與節(jié)流件的結(jié)構(gòu)密切有關(guān)，結(jié)構(gòu)的壓損越大，C值趨于減小。
如：在相同的β值下，孔板的壓損最大，文丘利管壓損最小。
其流出系數(shù)C大致為：孔板；V錐；文丘利。
2、膨脹系數(shù)Y
為簡(jiǎn)化計(jì)算，理論計(jì)算式假定流體流動(dòng)時(shí)其密度等于常數(shù)，對(duì)液體可以認(rèn)同，而氣體則會(huì)有很大的差別，必須進(jìn)行修正。最正確的方法還是通過(guò)實(shí)流標(biāo)定。在確定的流量下，改變壓力來(lái)確定Y的大小。它與輸出差壓DP及壓力P有關(guān)，當(dāng)DP/P小于時(shí)，Y值約為以上，可以忽略不計(jì)。在高壓、高速時(shí)，因膨脹系數(shù)的影響可使流量誤差達(dá)30%以上，則必須用Y值修正。
3、直徑比β
對(duì)于不同結(jié)構(gòu)的節(jié)流件β值有不同的計(jì)算方法，但從本質(zhì)上講，應(yīng)是流動(dòng)截面的當(dāng)量直徑與管徑之比，β值大則節(jié)流小，流動(dòng)順暢，以下將介紹不同節(jié)流件的計(jì)算方法。
4、計(jì)算公式
○1節(jié)流原理的差壓流量?jī)x表為：Qm=NCYd2[DPρf ]1/2/[1-β4]1/2
○2動(dòng)壓原理差壓流量?jī)x表為：Qm=NkYFaD2[Dpρf ]1/2
上式中: Qm 質(zhì)量流量（Kg/h） N 常數(shù)（取決于各參數(shù)所用單位）
C 流出系數(shù) Y 膨脹系數(shù) d 通道面積當(dāng)量直徑
DP 輸出差壓 β直徑比 k 流量系數(shù) Fa 管材熱膨脹系數(shù)
ρf 流體密度（Kg/m3） D 管道內(nèi)徑
5、差壓流量系統(tǒng)由以下三部分組成：
①一次元件 是儀表與流體相接觸的部分，為系統(tǒng)的信息源頭，儀表通過(guò)節(jié)流件進(jìn)行動(dòng)能與位能的能量轉(zhuǎn)換，或?qū)?dòng)能全部滯止測(cè)其總、靜壓，主要包含以下幾部分：
?按節(jié)流原理包括節(jié)流件（孔板、內(nèi)錐、楔形、噴嘴等）；上下游直管段及安裝法蘭；取壓孔的位置與形狀；流動(dòng)調(diào)整器。
?按動(dòng)壓原理包括皮托管式均速管；安裝接頭，用于在線拆卸的提升機(jī)構(gòu)及截止閥門(mén)改善流體流動(dòng)調(diào)整器。
②二次元件（變送器），將一次元件輸出的差壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)，傳至流量計(jì)算機(jī)讀取流量，它包含：差壓變送器，壓力變送器，溫度變送器。
③流量計(jì)算機(jī) 將從一次元件所接受的電信號(hào)，通過(guò)相關(guān)的公式自動(dòng)計(jì)算為流量值，顯示其大小并傳至調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以控制工況。
流量值的確定由以上三部分組成，每一部分的誤差將合成為整個(gè)系統(tǒng)的誤差，一般來(lái)說(shuō)，一次元件受現(xiàn)場(chǎng)條件的影響，誤差相對(duì)較大。
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二、 差壓流量?jī)x表的類(lèi)型
1、孔板 使用最為普通的一種經(jīng)典節(jié)流裝置，標(biāo)準(zhǔn)孔板并有國(guó)際、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，撰寫(xiě)這些標(biāo)準(zhǔn)耗費(fèi)了巨大的資金與人力，收集了數(shù)以萬(wàn)計(jì)可信賴(lài)的測(cè)試數(shù)據(jù)，確定了流出系數(shù)C及膨脹系數(shù)Y。原則上無(wú)需標(biāo)定且具有較高的準(zhǔn)確度，可用于貿(mào)易結(jié)算的流量計(jì)量中。
2、多孔孔板 多孔孔板與經(jīng)典孔板相比較最大的優(yōu)點(diǎn)是考慮到了當(dāng)前工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的直管段長(zhǎng)度不足，無(wú)法滿足2003年公布實(shí)施的ISO5167的要求，達(dá)不到必要的準(zhǔn)確度。而多孔孔板的節(jié)流件除了節(jié)流外，還有整流的效果，在直管段長(zhǎng)度較短（5~10D）的情況下，仍可達(dá)到士1%的準(zhǔn)確度。
圖1 孔板系列節(jié)流裝置
圖2 內(nèi)錐（V-cone）流量計(jì)原理圖
多孔孔板的計(jì)算與孔板類(lèi)似，區(qū)別主要是如何計(jì)算β值，首先算出其流通面積Aef ：
Aef=∑nidi2/4 式中n為單元孔的數(shù)量； di為單元孔直徑
當(dāng)量直徑def =[4 Aef /π]1/2 多孔孔板βD=def /D
需要強(qiáng)調(diào)的是：○1多孔孔板的βD即或與孔板的β值相等，因其節(jié)流過(guò)程不同，不可直接引用孔板流出系數(shù)C,膨脹系數(shù)Y,仍需通過(guò)校驗(yàn)確定。○2多孔孔板的各組單元孔的圓心應(yīng)處在與管道軸線的同心圓上，并確保有較高的同心度，以免引人較大誤差。○3廠家應(yīng)對(duì)多孔孔板進(jìn)行實(shí)流標(biāo)定，并明確告訴用戶(hù)準(zhǔn)確度的大小，適用的Re范圍，必需的直管段長(zhǎng)度。
3.內(nèi)錐流量計(jì)（圖2）。它與經(jīng)典節(jié)流裝置不同在于流體是通過(guò)錐體與管壁形成的環(huán)形通道，而不是中心孔進(jìn)行節(jié)流的。這種環(huán)形通道節(jié)流方式可在確保較高準(zhǔn)確度的前提下，對(duì)前直管段長(zhǎng)度的要求較孔板低得多。美國(guó)科羅拉多工程實(shí)驗(yàn)室（CEES1），對(duì)其多種型式進(jìn)行了測(cè)試，公布在APIMPMS22.2中，測(cè)試報(bào)告宣稱(chēng)不僅直管段要求短，而且壓損也較孔板低一些。
內(nèi)錐流量計(jì)βV的計(jì)算與上述多孔孔板有類(lèi)似之處，仍需通過(guò)流通面積A時(shí)來(lái)計(jì)算當(dāng)量直徑dV 。
流通面積A=π/4(D2- DC2) 式中DC為內(nèi)錐的最大橫截面直徑。
當(dāng)量直徑dV=( D2- DC2)1/2
βV=dV /D= (D2- DC2) 1/2 /D
4.文丘里管。文丘里管與孔板一樣，也進(jìn)行過(guò)大量測(cè)試，建立了標(biāo)準(zhǔn)，同屬經(jīng)典節(jié)流裝置。它與孔板不同在于由于它有較長(zhǎng)的擴(kuò)張段，因此是節(jié)流裝置中壓損最小的一類(lèi)儀表。但體積十分笨重，當(dāng)口徑較大時(shí)尤為突出。
5.皮托管。1932年至今，用皮托管測(cè)單點(diǎn)流速仍是一種行之有效的經(jīng)典方法。
但測(cè)流量則應(yīng)注意以下問(wèn)題：
○1.如圖3所示，即使直管段長(zhǎng)度足夠，管內(nèi)流速為充分發(fā)展紊流，流速分布也非常數(shù)，流速大小與皮托管在管道中的位置有關(guān)。
圖3 皮托管原理圖
圖4 均速管測(cè)量原理圖
○2目前工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的管道的直管段長(zhǎng)度都較短，管內(nèi)流速分布不僅沒(méi)有規(guī)律，流向也未必平行于軸線，流速測(cè)量準(zhǔn)確度較低。
因此，用皮托管（或類(lèi)似的雙文丘里管，測(cè)管，背靠背皮托管以及熱式單點(diǎn)……）來(lái)測(cè)管道的流量很難達(dá)到如廠商所宣傳的士1%準(zhǔn)確度。
6.均速管。(亦稱(chēng)多點(diǎn)平均皮托管Multi-Ported Averaging Pitot Tubes) 由于認(rèn)識(shí)到管道中流速分布不是常數(shù)，因而采用在管道中測(cè)多點(diǎn)的流速值，取其平均值，這種方法看來(lái)既簡(jiǎn)便又“準(zhǔn)確”，近40年多用于大管徑流量測(cè)量。為了取得較大的差壓值，避開(kāi)“阻力危機(jī)”等問(wèn)題，又推出了菱形、彈頭形、T形、橢圓形等十余種橫截面形狀，各抒所長(zhǎng)，莫衷一是，此處必須強(qiáng)調(diào)的是：
○1.均速管必需與管道結(jié)合成一體才能成為流量計(jì)，影響流量測(cè)量準(zhǔn)確度并非是廠商千方百計(jì)推出的截面形狀，而是管道的直管段長(zhǎng)度（流速分布）及內(nèi)徑D的大小。它們對(duì)流量準(zhǔn)確度的影響會(huì)遠(yuǎn)大于均速管的截面形狀。遺憾的這個(gè)問(wèn)題往往為廠商回避，為用戶(hù)所忽視。
○2.均速管所測(cè)的差壓并不能完全反映流體流動(dòng)的總、靜壓，其低壓往往低于管道中流體的靜壓。因此，均速管的流量系數(shù)必需通過(guò)標(biāo)定來(lái)確定，而標(biāo)定試驗(yàn)室的管徑及流場(chǎng)與使用現(xiàn)場(chǎng)有較大差異，因此也不可能達(dá)到廠商所說(shuō)的準(zhǔn)確度。
○3均速管可以有較好的重復(fù)性，但很難保證較高的準(zhǔn)確度，僅適用于工控系統(tǒng)而不適用于貿(mào)易計(jì)量。
7.環(huán)楔流量計(jì)（Torus –Wedge Meter）。
近幾年推出的一種新型差壓流量計(jì)（圖5）。可理解為楔形流量計(jì)概念的延伸與發(fā)展，楔形流量計(jì)的節(jié)流件---楔只是管道中的一小段，處于水平管道上方；而環(huán)楔流量計(jì)將楔發(fā)展為環(huán)狀，充滿整個(gè)管道（也類(lèi)似文丘里管增加了后擴(kuò)張角）。據(jù)研發(fā)廠商宣稱(chēng)，增加了量程比，減小了壓損，增加了耐磨性。美國(guó)科羅拉多工程試驗(yàn)室對(duì)其進(jìn)行了大量測(cè)試。根據(jù)API22.2有關(guān)系數(shù)，確定了流出系數(shù)，膨脹系數(shù)，目前仍需逐臺(tái)標(biāo)定。
圖5 環(huán)楔流量計(jì)
對(duì)以上所述的優(yōu)點(diǎn)，譯者有所質(zhì)疑，它仍是差壓流量計(jì)，差壓的平方根與流量成正比，如何擴(kuò)大量程比？它的結(jié)構(gòu)與文丘里管有相似之處，只不過(guò)增大了擴(kuò)張角如何保證流體不分離而減小壓損？這些問(wèn)題都有待試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，而不能輕信一面之詞！
8.智能差壓流量計(jì)。近年來(lái)發(fā)展較快的流量計(jì)都具有智能功能，如電磁、超聲、科氏，均可進(jìn)行自診斷，且擴(kuò)大了測(cè)試功能。差壓流量計(jì)的創(chuàng)新不能僅局限于一次元件上，還應(yīng)擴(kuò)展到二次表及積算儀。如擴(kuò)大量程，差壓變送器可以根據(jù)一次元件的輸出自行遷移，流量積算儀可以根據(jù)流出系數(shù)C及膨脹系數(shù)Y的校準(zhǔn)曲線進(jìn)行補(bǔ)償，自行診斷儀表的故障，并指出故障發(fā)生的地點(diǎn)，以幫助維修人員及時(shí)排除故障……等等。
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五、系統(tǒng)準(zhǔn)確度。
1.確定差壓流量計(jì)的準(zhǔn)確度應(yīng)包括整個(gè)系統(tǒng)。即一、二次元件及流量積算儀，而不僅限于一次元件。準(zhǔn)確度應(yīng)由這三個(gè)部分的誤差組成總誤差Δm。在選用每部分時(shí)，應(yīng)令其誤差等級(jí)處于同一水平才合理。如一次元件誤差為1.5~2%，選用0.2%級(jí)的二次表就毫無(wú)必要。積算儀一般準(zhǔn)確度均較高。系統(tǒng)誤差的組成如下：
Δm=[Δ12＋Δ22＋Δ32]1/2
上式Δm是差壓流量計(jì)總的誤差，Δ1、Δ2、Δ3分別為一次元件、二次元件、積算儀的誤差。
2.流出系數(shù)C的確定。
標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置如孔板，其流出系數(shù)C已由標(biāo)準(zhǔn)（ISO5167等）中的公式（或表格）給出。當(dāng)使用情況不同于校驗(yàn)或制定的條件時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)API22.2也給出了附加不確定度。由于標(biāo)準(zhǔn)未必能涵蓋所用的實(shí)際情況，給出的流出系數(shù)不確定度將大于逐臺(tái)實(shí)際標(biāo)定。作者建議為了提高儀表的準(zhǔn)確度，即使是有標(biāo)準(zhǔn)可依，最好仍進(jìn)行逐臺(tái)標(biāo)定。如是，必須強(qiáng)調(diào)二點(diǎn)：①被標(biāo)定的一次元件的誤差中，應(yīng)包含校驗(yàn)裝置的不確定度。
②用戶(hù)選擇校驗(yàn)裝置時(shí)應(yīng)考慮它的資質(zhì)及不確定度大小。
3.其他影響因素。系統(tǒng)的不確定度除了一次表的流出系數(shù)誤差外，還要考慮二次表及流體特性的影響。這些影響因素一般均有相關(guān)的國(guó)際（或國(guó)家、企業(yè)）標(biāo)準(zhǔn)給出，作者建議盡量引自國(guó)際、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，而不用企業(yè)或某些文獻(xiàn)的相關(guān)數(shù)據(jù)，后者往往不太可靠。
六、選用建議。
由于差壓流量計(jì)種類(lèi)十分多，本文只能提供一些選用建議供用戶(hù)參考，總的原則是按需選用。
1. 準(zhǔn)確度。首先應(yīng)根據(jù)用戶(hù)的要求，如果不是用于貿(mào)易計(jì)量，僅為一般監(jiān)控，則無(wú)需選用準(zhǔn)確度過(guò)高的儀表。其次，準(zhǔn)確度取決于系統(tǒng)中的三個(gè)部分，各部分的準(zhǔn)確度應(yīng)處于同一水平，相差太大,選用準(zhǔn)確度過(guò)高的部件純屬浪費(fèi)，毫無(wú)意義。
2. 量程。所選流量計(jì)的量程應(yīng)與其應(yīng)用情況相符合，否則會(huì)帶來(lái)較大誤差。差壓流量計(jì)的量程比只能為3:1。如果選用智能式自適應(yīng)差壓變送器，流量的量程比可擴(kuò)大至10:1以上。此外，如管內(nèi)流速過(guò)小，可采取縮頸方法提高流速，反之流速過(guò)大，也可采用擴(kuò)徑降低流速。
3. 永久壓損。差壓流量計(jì)因結(jié)構(gòu)不同永久壓損會(huì)有很大的差異。在歷行節(jié)能的今天，用戶(hù)都會(huì)盡量選用壓損較小的儀表。生產(chǎn)廠家應(yīng)提供可靠的壓損數(shù)據(jù)供用戶(hù)選用。
4. 安裝影響。一般來(lái)說(shuō)差壓流量計(jì)為維持必要的準(zhǔn)確度，都要求較長(zhǎng)的直管段長(zhǎng)度，如果達(dá)不到要求，生產(chǎn)廠家應(yīng)提供安裝對(duì)準(zhǔn)確度的影響數(shù)據(jù)，最好為應(yīng)用條件下的數(shù)據(jù)。
5. 二次表。根據(jù)需要合理選用二次表，如果所選用的一次表在應(yīng)用條件下準(zhǔn)確度較低，就沒(méi)有必要選用準(zhǔn)確度高且昂貴的二次表。
6. 耐用性。如用于粉塵含量高、腐蝕性強(qiáng)的流體，則應(yīng)選用耐腐蝕、耐磨損的儀表。
7. 維護(hù)。差壓流量計(jì)較其它流量計(jì)可耐惡劣工況，維護(hù)較少。近年來(lái)為簡(jiǎn)化系統(tǒng)，推出了一體化差壓流量計(jì)，其二次表以及顯示部分則應(yīng)定期拆裝，進(jìn)行檢修。
8. 價(jià)格。對(duì)任何用戶(hù)來(lái)說(shuō)，都希望選購(gòu)性?xún)r(jià)比高的產(chǎn)品。廠家過(guò)熱的炒作以獲取暴利，是一種缺乏誠(chéng)信的短期行為，終將失去市場(chǎng)。我國(guó)前幾年有關(guān)內(nèi)錐的炒作是一個(gè)典型的案例。
七、標(biāo)準(zhǔn)的制定
1.必要性。
近百年以來(lái)，經(jīng)典節(jié)流裝置由于制定了標(biāo)準(zhǔn)，在工業(yè)化的發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮了很大的作用。曾占到流量市場(chǎng)近70%的份額。但隨著工業(yè)的現(xiàn)代化（含自動(dòng)化、智能化、數(shù)字化、通訊化等），經(jīng)典節(jié)流裝置已無(wú)法滿足許多新的要求。新型流量?jī)x表不斷推出（如電磁、超聲、錐式、熱式----等）,差壓式流量計(jì)面對(duì)新的形勢(shì)，也涌現(xiàn)出不少的結(jié)構(gòu)。但要順利、大力推行這些儀表，首先必需要制定標(biāo)準(zhǔn)。電磁、超聲均已著手制定，而新型差壓儀表由于種類(lèi)較多，結(jié)構(gòu)五花八門(mén)，制定標(biāo)準(zhǔn)尚有一定難度。
2.制定標(biāo)準(zhǔn)的條件。
①結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化。要制定標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)構(gòu)必須標(biāo)準(zhǔn)化。如孔板，其結(jié)構(gòu)、取壓方式、安裝要求，都有嚴(yán)格、明確的規(guī)定。而新型差壓儀表，無(wú)論是內(nèi)錐還是多孔孔板，每一個(gè)制造商都有自己“獨(dú)特”的設(shè)計(jì)以區(qū)別于其它廠家，這樣就給制定標(biāo)準(zhǔn)帶來(lái)了困難。
②收集測(cè)試數(shù)據(jù)。經(jīng)典節(jié)流裝置為制定標(biāo)準(zhǔn)，收集了數(shù)以萬(wàn)計(jì)的測(cè)試數(shù)據(jù)，耗費(fèi)了大量的人力與資金，持續(xù)了幾十年的時(shí)間。這樣繁重的工作，一般制造廠家都難以承受。他們首先考慮的是利潤(rùn)，即使技術(shù)上有些創(chuàng)新也是為了追求更大的利潤(rùn)。
因此，寄希望于制造廠家來(lái)制定標(biāo)準(zhǔn)的前景就十分暗淡了，只能寄希望于國(guó)家工業(yè)部門(mén)、計(jì)量監(jiān)督部門(mén)、及行業(yè)協(xié)會(huì)。美國(guó)石油協(xié)會(huì)已提出了一個(gè)協(xié)議草案（APIMPMS22.2，差壓流量測(cè)量裝置實(shí)驗(yàn)協(xié)議），給制造廠家提供了一些試驗(yàn)方法，而無(wú)需進(jìn)行大量繁瑣的測(cè)試，即可了解儀表的主要特性。
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3.舉例說(shuō)明。以下是APIMPMS22.2制定標(biāo)準(zhǔn)所進(jìn)行的一些測(cè)試。
①基本測(cè)試。測(cè)試在實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)流場(chǎng)（充分發(fā)展紊流，一般到直管段長(zhǎng)度不小于30D）中進(jìn)行，以確定儀表流出系數(shù)C與雷諾數(shù)Re之間的關(guān)系（圖6），這是每一種流量?jī)x表需要進(jìn)行的最基本實(shí)驗(yàn)。還需說(shuō)明的是，這些測(cè)試數(shù)中的誤差應(yīng)包含標(biāo)定裝置的不確定度。所以，一個(gè)性能優(yōu)良儀表的基本實(shí)驗(yàn)應(yīng)選擇不確定度較低、資質(zhì)較高的實(shí)驗(yàn)室，其數(shù)據(jù)才有說(shuō)服力。
②安裝影響測(cè)試1。 流量?jī)x表在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，必將面對(duì)一個(gè)問(wèn)題，即不可能提供實(shí)驗(yàn)室所具有的直管段長(zhǎng)度，這個(gè)影響究竟有多大？必須通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定。圖6是在被測(cè)儀表的上游約4D處安裝了一個(gè)圓缺孔板，人為地造成了流場(chǎng)的不均勻，測(cè)試結(jié)果如圖6下曲線所示。由圖可見(jiàn)，由于直管段長(zhǎng)度僅4D，測(cè)試數(shù)據(jù)較正常值（理想流場(chǎng)所得數(shù)據(jù)）偏離了約2.5%，即2.5%的誤差。如果這個(gè)結(jié)果用戶(hù)可以接受，則其他的一些測(cè)試可以進(jìn)行下去。
○3裝影響測(cè)試2. 如果不能接受2.5%的誤差，要求更高的準(zhǔn)確度，則將儀表安裝在圓缺孔板后8D的地方進(jìn)行，意味著上游應(yīng)有更長(zhǎng)的直管段，流場(chǎng)趨于理想，安裝影響將減小。數(shù)據(jù)說(shuō)明，當(dāng)前直管段長(zhǎng)度達(dá)到8D時(shí)，與理想流場(chǎng)的結(jié)果已沒(méi)有太大差別，對(duì)安裝影響較輕微。這里還需強(qiáng)調(diào)，這些測(cè)試數(shù)據(jù)包含了裝置的不確定度。
圖6 安裝影響測(cè)試圖
圖7 流出系數(shù)C的二種確定方法
④阻力件的種類(lèi)。由于當(dāng)前流量?jī)x表的準(zhǔn)確度要求較高，而現(xiàn)場(chǎng)又不能提供保證其準(zhǔn)確度所必需的直管段長(zhǎng)度，因此迫切需要提供一種對(duì)安裝不敏感的流量計(jì)，要說(shuō)明這種儀表的優(yōu)越，有必要進(jìn)行大量的測(cè)試研究，用測(cè)試數(shù)據(jù)科學(xué)、公正地說(shuō)明。圓缺孔板是一種較易于實(shí)現(xiàn)的阻力件。但要充分證明這個(gè)技術(shù)特點(diǎn)，仍需采用其他在現(xiàn)場(chǎng)常用的阻力件，如：彎頭、閥門(mén)、變徑管、歧管-----等等。
4.選用注意事項(xiàng)。APIMPMS22.2為用戶(hù)提供了多種差壓流量計(jì)，并進(jìn)行了上述安裝影響的多種測(cè)試，用戶(hù)可以根據(jù)不同需求選用。上述安裝影響的測(cè)試令用戶(hù)緩解了安裝的困惑，在選用時(shí)還要注意：
①是否逐臺(tái)標(biāo)定。需了解制造商是否逐臺(tái)進(jìn)行標(biāo)定，如果未進(jìn)行，則應(yīng)給出所有影響參數(shù)帶來(lái)的誤差。
②標(biāo)定范圍。差壓儀表的流出系數(shù)C是雷諾數(shù)Re的函數(shù)，如果廠家所提供的標(biāo)定雷諾數(shù)范圍太小，未覆蓋使用范圍，仍可能會(huì)帶來(lái)較大的誤差。
○3定數(shù)據(jù)的處理 可以采用二種方法來(lái)處理標(biāo)定的測(cè)試數(shù)據(jù)：
其一，視流出系數(shù)為常數(shù)，當(dāng)流出系數(shù)與Re的關(guān)系變化不大時(shí)，可以認(rèn)定流出系數(shù)C為常數(shù)。
其二，當(dāng)流出系數(shù)的變化較大時(shí)，可以用曲線來(lái)擬合，該曲線可以用一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)描述（見(jiàn)圖7），誤差僅為0.5%，而視為常數(shù)則誤差可達(dá)到4%。這種方法在熱電偶及孔板中都已得到應(yīng)用。需強(qiáng)調(diào)采用第二種方法時(shí)，處理數(shù)據(jù)應(yīng)十分謹(jǐn)慎，必需進(jìn)行大量測(cè)試，切勿急功近利，只進(jìn)行少數(shù)量的測(cè)試，就宣稱(chēng)取得了“經(jīng)驗(yàn)公式”。
八、小結(jié)
1、新型差壓流量?jī)x表問(wèn)世是大勢(shì)所趨 經(jīng)典差壓流量?jī)x表（孔板、噴嘴、文丘里、皮托管……）問(wèn)世百余年，由于不能解決工業(yè)現(xiàn)代化所帶來(lái)的問(wèn)題，特別是安裝直管段長(zhǎng)度不足，又要確保準(zhǔn)確度的矛盾，將逐步被新型儀表所取代，當(dāng)然，這個(gè)過(guò)程會(huì)較長(zhǎng)，不太可能“一呼百諾”。這是不以個(gè)人主觀愿望為轉(zhuǎn)移的客觀發(fā)展規(guī)律。
2、標(biāo)準(zhǔn)的重要性 經(jīng)典差壓流量?jī)x表之所以長(zhǎng)期占據(jù)流量?jī)x表市場(chǎng)魁首之位，關(guān)鍵在于人們?yōu)樗贫藰?biāo)準(zhǔn)，節(jié)流裝置有：ISO5167，皮托管有：ISO3966、ISO7145、BS1042等，應(yīng)用時(shí)有法可依，有據(jù)可查。
3、制定標(biāo)準(zhǔn)的步驟
○1一次元件結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化，只有統(tǒng)一了結(jié)構(gòu)，才有可能簡(jiǎn)化測(cè)試項(xiàng)目，測(cè)試的數(shù)據(jù)才有針對(duì)性、有說(shuō)服力。
○2在理想流場(chǎng)中進(jìn)行測(cè)試，在一定資質(zhì)的實(shí)驗(yàn)室的充分發(fā)展紊流中進(jìn)行測(cè)試，即上游直管段長(zhǎng)度達(dá)到30D（D為內(nèi)徑）以上，流場(chǎng)理想，排除了安裝帶來(lái)的影響。
○3阻力件的影響。新型節(jié)流裝置的優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)阻力件不敏感，即在上游直管段不足情況下且可以維持較高準(zhǔn)確度。這個(gè)特點(diǎn)必需通過(guò)有資質(zhì)的第三方實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)給予驗(yàn)證，而不是什么“理念”炒作。
4、阻力件影響測(cè)試。測(cè)試應(yīng)在多種阻力件及其組合形式下進(jìn)行，本文提出了一種簡(jiǎn)易可行的阻力件-圓缺孔板（Half-moon orifice）作為擾流件，將它按不同的角度安裝可以產(chǎn)生多種不同的流場(chǎng)形式，以得到新型節(jié)流裝置對(duì)流場(chǎng)變化的敏感的初步結(jié)果，如有必要再進(jìn)行其它阻力件（彎頭、閥門(mén)、變徑管、歧管……）的影響測(cè)試。
5、采用動(dòng)壓原理的均速管。近40年以來(lái)多用于大管徑流量測(cè)量，因其成本低，安裝維護(hù)簡(jiǎn)便也曾風(fēng)行一時(shí)，制造商多在均速管的橫截面上大做文章，推出了十余種結(jié)構(gòu)形式，而忽視了它的應(yīng)用條件，均速管不插入管道就不可能成為流量計(jì)，而管道對(duì)于流量準(zhǔn)確度的影響是主要因素，數(shù)倍于截面形狀數(shù)據(jù)。甚至當(dāng)使用的Re數(shù)大于1.1×106后已不存在“阻力危機(jī)”，完全可以不用“精雕細(xì)琢”加工復(fù)雜的特殊型面，而直接可用圓管，這已為國(guó)外某些公司成功地用于現(xiàn)場(chǎng)了。
九、致謝
本文定稿前，曾請(qǐng)蔡武昌先生校閱，提出了一些寶貴意見(jiàn)，特此致謝。
編者語(yǔ)：美國(guó)科羅拉多試驗(yàn)站(CESSI)成員Casey Hodges先生于2010年10月臺(tái)北舉行的15屆FLOMEKO學(xué)術(shù)會(huì)議中發(fā)表了“新型差壓流量?jī)x表的理念、應(yīng)用與建議”（New differential Producing meters---ideas, implementation, and issues。）一文，本人閱后認(rèn)為不少觀點(diǎn)值得推薦，但也不認(rèn)同全部論述，因而未一字不差地翻譯。此外還補(bǔ)充了一些個(gè)人的看法（用楷體區(qū)別），僅作為讀書(shū)筆記供讀者參考，但愿不是畫(huà)蛇添足、狗尾續(xù)貂。好在如有疑惑可直接閱讀原文，并歡迎交流、批評(píng)、指正。
（特約編輯 毛新業(yè)）
