在介紹德爾塔巴流量計工作原理的基礎(chǔ)上，分析其流量計算方法，針對計算參數(shù)在不同狀態(tài)下的選擇和計算進行了詳細闡述，最后結(jié)合實踐經(jīng)驗指出在計算過程中容易引入的誤差及其補償方法。

多相流系統(tǒng)遍布于化工、冶金、能源、環(huán)保、輕工及軍工等領(lǐng)域 采用流量測量儀表對流體流量進行準確測量與調(diào)節(jié)是保證生產(chǎn)過程安全經(jīng)濟運行、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低物耗、提高經(jīng)濟效益和實現(xiàn)科學(xué)管理的基礎(chǔ)。特別是在工廠能源計量領(lǐng)域，蒸汽、壓縮空氣、水及天然氣等的計量中，大多用于貿(mào)易結(jié)算，計量結(jié)果與企業(yè)效益息息相關(guān)，這對流量測量的精確度提出了很高的要求。要保證流量測量系統(tǒng)的精確度，除了儀表的合理選型、正確安裝與調(diào)試、及時的維護和保養(yǎng)之外，應(yīng)用智能技術(shù)并采用正確的計算方法對測量部分可能引入的誤差進行補償和校正也是一項行之有效的方法。付衛(wèi)東和黃本誠根據(jù)調(diào)節(jié)閥的流量特性，采用數(shù)學(xué)方法，推導(dǎo)出能方便地計算流過調(diào)節(jié)閥流體流量的計算公式，并通過實驗對公式進行了驗證 。

筆者結(jié)合實際工作經(jīng)驗，對德爾塔巴流量計的計算方法進行分析，對計算參數(shù)在不同狀態(tài)下的選擇和計算進行詳細說明，并指出在計算過程中容易引入的誤差及其補償方法。

1.德爾塔巴流量計簡介

德爾塔巴流量計是一種均速管流量計，壓差式工作原理、插入式工作方式，廣泛用于氣體、液體和蒸汽的流量測量，是一種高精度流量傳感器 。具有結(jié)構(gòu)簡單、壓損小、安裝維護方便及使用壽命長等突出優(yōu)點，可以在相當惡劣的環(huán)境下 ( 直管段短，高溫、高壓及強腐蝕等) 使用并保持良好的測量性能。它可以在一個探頭上同時在線提供壓差、溫度和壓力信號。

德爾塔巴流量計基于皮托管原理設(shè)計，如圖1 所示，將一根中空金屬桿沿直徑插入管道，采用等面積法，在桿的迎流面和背流面設(shè)置有成對的取壓孔( 兩對或多對) ，由伯努利定理可知，在封閉管道中，流速與壓差的開方成正比( V∝ 槡 p) ，流速 × 截面積 = 體積流量，體積流量 × 密度 = 質(zhì)量流量; 迎流面的多點測壓孔測量的是總壓，背流面測量的是靜壓，利用測量流體的總壓與靜壓之差( dp) 即可獲得流量值。測量探頭將壓差引到閥組和差壓變送器，并輸出 4 ～ 20mA 信號至PLC / DCS 計算，同時進行溫度和壓力補償后轉(zhuǎn)換成質(zhì)量流量。

2.流量計算和參數(shù)選擇

2． 1  計算公式

德爾塔巴流量計計算流量的方法與 EN ISO5167-1 中的方法很相似，其計算公式如下:

在式( 1) 中，ζ 和 d 為常數(shù)，ε 的值在大多數(shù)情況下接近于 1，可近似假定為常數(shù)。因此，儀表示值同 ρB 密切相關(guān)，而對于蒸汽工況( 溫度和壓力) 的變化，必然使 ρB 產(chǎn)生相應(yīng)的變化，因此壓差流量計必須與用以求取蒸汽密度的工況測量儀表相配合，并同計算部分一起組成推導(dǎo)式質(zhì)量流量計，才能保證測量精確度。在實際應(yīng)用系統(tǒng)中，常用測量點附近的流體溫度和壓力，經(jīng)計算后求得相應(yīng)的密度，再經(jīng)演算求得瞬時質(zhì)量流量，通常稱作溫度和壓力補償。

2.2參數(shù)選擇

2.2.1阻斷系數(shù) ζ

2.2.2膨脹系數(shù) ε

在流量測量過程中，膨脹系數(shù) ε 用來定義壓力損失對介質(zhì)密度的影響程度，其值為 1 時，表示沒有影響。對于不可壓縮性介質(zhì)( 如液體) ，由于壓力損失不會引起介質(zhì)密度的變化，所以液體的膨脹系數(shù) ε 為 1; 對于可壓縮介質(zhì)，如氣體和蒸汽，隨著管道內(nèi)壓力損失的增加和管道內(nèi)靜壓力的減小，膨脹系數(shù) ε 將從 1 開始按比例下降。

因為德爾塔巴流量計只會引起極小的壓力損失，所以膨脹系數(shù) ε 在大多數(shù)情況下非常接近于1，可以參見計算書上設(shè)計時的膨脹系數(shù) εD 。在計算過程中，膨脹系數(shù) ε 經(jīng)常被假定為一個常數(shù)，這個常數(shù)通常選取最大流量的 2 /3 時的 ε 值。對于德爾塔巴流量計，其計算式如下:

dpD ———設(shè)計的壓差;

 B ———工況壓力;

 D ———設(shè)計壓力;

εD ———設(shè)計的膨脹系數(shù)。

2． 2． 3 管道內(nèi)徑 d

管道內(nèi)徑 d 對于流量計算精度的影響很大，原因是它在公式中要進行開方運算。為此，需要有精確的管道內(nèi)徑值。對于非圓形管道，可以多次測量取平均值。

由于在高溫下管道材料會熱膨脹，使得內(nèi)徑尺寸發(fā)生變化。在計算書中，除通常的內(nèi)徑外，有一個熱內(nèi)徑( hot inline diameter) 參數(shù)，這意味著在運行過程中，如果溫度急劇變化，需要在線計算新的工況下的內(nèi)徑 dB ，其計算式為:

其中 α 是管道材料的縱向( 長度方向) 膨脹系數(shù)，TB 是工作溫度，TD 是設(shè)計溫度。對于大多數(shù)鋼材，α 值在( 10 ～ 16) × 10 － 6 。如: 針對某種材料，溫度每上升 100K，內(nèi)徑將增加 0． 13% ，同時流量將增加約 0． 26% 。

2． 2． 4 壓差 dp 的測量

在式( 1) 中，壓差需要開平方運算。許多差壓變送器可以選擇進行壓差信號的開方根處理。此時，其輸出不再與壓差呈線性關(guān)系，而是與其平方根呈線性關(guān)系。

所以在實際應(yīng)用中要特別注意所用的差壓變送器輸出的信號是否進行開方處理。

 2． 2． 5 工況密度 ρB

介質(zhì)的密度取決于它的組分及其溫度和壓力。對于液體，壓力對其密度幾乎沒有影響，因而可以認為液體是不可壓縮介質(zhì)。同樣，溫度對液體密度的影響也比對氣體和蒸汽密度的影響要小得多。

有兩種方法可以獲得介質(zhì)密度: 查表法和數(shù)學(xué)模擬法。

查表法比較簡單、精確，有現(xiàn)成的可用密度表 ( 相應(yīng)的介質(zhì)) ，如國際上通用的蒸汽密度表是根據(jù)“工業(yè)用 1967 年 IFC 公式”計算出來的 內(nèi)置于計算機內(nèi)存中，在 CPU 的控制下，采用計算機查表與線性內(nèi)插相結(jié)合的技術(shù)，若表格中相臨的兩點之間沒有物相( 如冰點、沸點) 的變化時，就可以用線性插值法獲取兩點間的密度值。

數(shù)學(xué)模擬法就是通過建立的數(shù)學(xué)模型來擬合介質(zhì)密度，有很多基于某種方程的計算式，隨著使用的方式和精度要求而變化。若介質(zhì)的實際工作狀態(tài)與設(shè)計狀態(tài)相接近，如過熱蒸汽，使用理想氣體方程即可得到足夠精度的結(jié)果( 密度) :

式中 pB ———實際工作壓力; pD ———設(shè)計壓力;

B ———實際工作溫度;

D ———設(shè)計溫度;

B ———介質(zhì)實際工作狀態(tài)下的密度;

D ———介質(zhì)的設(shè)計密度。

若相差較遠，計算結(jié)果就不可靠，特別是接近沸點時壓力增加和溫度降低工況。當工作狀態(tài)離沸點愈遠，式( 6) 的計算結(jié)果就會有相當高的精度( 密度) 。

2． 3 簡化的計算公式

當精度要求不高時，可以按下面的簡化公式計算流量，如生產(chǎn)控制調(diào)節(jié)。

液體的流量測量。應(yīng)用的前提是密度為常數(shù)，介質(zhì)為不可壓縮的液體，管道內(nèi)徑為常數(shù)，計算式為:

3.計算中易產(chǎn)生的引入誤差

從表壓到絕壓的換算處理不當引入的誤差。

在流量計算過程中，不管是采用查表法還是數(shù)學(xué)模型法，使用的壓力均以絕壓表示; 而在實際工作中，現(xiàn)場壓力表、壓力變送器所測量的值都是以表壓顯示，很容易將表壓當作絕壓處理，導(dǎo)致計算結(jié)果出現(xiàn)很大誤差。因此在實際工作中一定要注意將表壓值換算成絕壓值來處理。

將攝氏溫度值作為熱力學(xué)溫度引入方程式中計算。根據(jù)國際溫標規(guī)定，熱力學(xué)溫度 T 的單位為 K，它與攝氏溫度的關(guān)系是 t = T － 273． 15，在德爾塔巴流量計算公式中對于溫壓補償計算，需在攝氏溫度值加上 273． 15K，轉(zhuǎn)換成熱力學(xué)溫度引入到公式中參與計算，否則也會造成很大誤差。

4.結(jié)束語

流量測量的對象復(fù)雜多樣，決定了流量測量儀表在應(yīng)用技術(shù)上的復(fù)雜性，通過對德爾塔巴的壓差( 溫度 / 壓力) 信號進行流量轉(zhuǎn)換的基本理論和方法的分析，可知是要保證測量系統(tǒng)的精確度，除了合理選型、正確安裝與調(diào)試、及時維護保養(yǎng)外，采用正確的運算方法也有著至關(guān)重要的作用。