[导读] 文章对均速管流量计的校验方法及各种因素对校验精度的影响进行了分析探讨，并给出了流量计误差计算公式。
均速管流量计（阿纽巴）是一种速度式新颖流量计。它与各种差压计配套，可用于测量液体、气体和蒸汽的流量，尤其适用于大管道流量测量。并可作为流量信号的检测元件用于自动化控制系统中。准确的测量流量是任何生产部门都需要的，也是企业普遍关心的问题。为了使均速管流量计在能源、环保等计量测试中得到广泛的应用并确保其准确度。下面对均速管流量计的校验方法与误差进行分析探讨。
1 校验装置
1.1 采用称重法校验液体流量的方法
用泵将试验液送入恒压水塔（见图1），试验液自恒压水塔经导流器稳定地流向被校仪表。通过分流器的控制使流体在一定的时间内注入称重容器，注入的时间t由计时器测量，衡器计量注入称重容器内的液体质量m，因此可知流经被校流量计的质量流量qm（qm=m/t）。称重法的精度较高，可达±0.1%。
图1 称重法流量校验装置图
1.2 采用标准表比对法校验气体流量计的方法
将一只预先已确定误差的流量计（简称标准表），与被检流量计串联接在同一管道上进行比较，如果管道无旁路、无泄漏流经二个流量计的流量应相等。在稳定流量下同时记录标准表的读数IS及被检表的读数IT，被校表的误差E等于：
（1）
式中：ES为标准表的误差，%。
由（1）式可以看出被检表的误差一定大于标准表的误差，所以流量标准表要注意选择准确度高、示值稳定、重复性良好的流量表，如伺服式容积流量计、涡街流量计等。
2 校验程序
2.1 称重法校验程序
（1）准备
一般选用水作为试验液，如果试验液很纯净，则无需测密度。否则，应在实用温度范围内至少测三点密度值。检查管道及密封阀是否泄漏，各标准器及仪表的检定期是否已超过有效期限。并将分流器推向分流容器一侧，打开阀门V1、V2、V4，在校验最大流量状态下试运行5～10min。
（2）校验
（a）打开底阀V3，放空称重容器中残留的液体，然后关闭阀V3。
（b）用衡器称量容器的质量m1。
（c）调节阀门V2的开度以调节校验流量的大小。校验流量的大小取决于被检流量计的流量范围及试验要求。对生产校验来说，一般至应校验三点流量值， 即最大流量、最小流量及额定流量。
（d）按所确定的校验流量循环1min。
（e）启动分流器，将分流器位置推向称重一侧，同时记时器开始计时，计时时间一般不少于1min。
（f）读被测流量计的输出示值大小，均速管流量计的输出示值为差压h。
（g）试验液注入称重容器约1min后，将分流器位置推向分流容器一侧。与此同时，计时器停止计时。由计时器得知确切的注入时间t。
（h）用衡器称量注入试验液后的称量容器质量m2。
（i）打开阀门，放空称量容器中的液体，调节阀门V2至另一个校验流量值，然后重复下一个循环的校验程序。
（3）计算
（a）在时间t内流过被检流量计的液体应等于注入称量容器中的液体质量（即m2-m1）。因此被校流量计的瞬时质量流量qm为：
（2）
（b）求流量因数C
（3）
2.2 标准表比对校验程序
（1）准备
（a）选择标准表：标准表与被检表的试验液体应相同。标准表应选择示值稳定、精度较高的流量计。
（b）安装：一般情况下标准表都安装在被校表的下游。
（c）检查管路有无泄漏，旁路阀门密封是否可靠，标准表、二次仪表的检定是否在有效期以内。
（d）试运行：在试验的最大流量下，试运行5～10min，使其运行的温度、压力稳定。
（2）校验
（a）调节阀门的开度以改变流量大小。每次校验流量不得少于三点，即最大、最小及额定流量。
（b）流量确定后，运行1min再启动开关，同时记录标准表的瞬时流量值及被检均速管流量计的输出差压值。在同一流量值下记录的次数不少于5次，取其算术平均值。
（c）再次调节流量，重复（b）步骤校验。
（3）计算
（a）用校验2.2（2）中步骤（b）所确定的算术平均差压值，求质量流量qm为：
（4）
式中： （5）
（b）误差计算见式（1），叙述从略。
3 误差分析
3.1 误差公式
匀速管流量计的流量是多种参数的函数。
液体质量流量qm1：
（6）
气体质量流量qm2：
（7）
按间接误差传递理论，相对流量标准误差可表示为：
3.2 各单项相对误差分析
（a）流量单位换算因数FNa 根据差压计量单位kPa还是毫米水柱，查取相应的系数。它是一个常数，不是变量，因此相对值δFNa/FNa没有意义。
（b）流量因数C 取决于匀速管流量计的型式及管径，应由试验确定，其相对误差大致为±0.25%。
（c）管道直径D 均速管流量计安装截面的管径由于材料的热膨胀特性，受温度的影响。如果将温度为20℃时的管径定为标准直径D20，则当温度等于t时的管径应为：
（8）
式中：ΛD为热膨胀系数，1/℃；D为管径，mm。
（d）温度膨胀因数Faa 当管道内径在20℃时测量时（Faa=1.000），如果实际温度不是20℃，则要根据管材及温度对该系数进行修正。
（e）雷诺数Re 应根据管径、管型查取相应的FRa。流量因数C是在标准雷诺数下标定的。实际工作时的雷诺数往往不可能等于标准雷诺数，当流速分布的情况有了变化，它将影响准确度，应当修正。雷诺数相对误差约为±0.25%。
（f）气体膨胀因数Ya 气体速度变化时将引起密度的变化，这种变化应在计算时给予修正。最大相对误差一般取±0.13%。
（g）压力计位置因数F1 液压式压力计安装地点应在纬度45°的海平面（F1=1.000），否则该系数应按所处位置进行修正，最大相对误差不超过±0.02%。
（h）压力计因数Fm 仅用于充汞式压力计，修正汞柱上不平衡液柱，如压力计的敏感元件采用膜盒、 波纹管时，Fm=1.00。最大相对误差不超过±0.04%。
（i）输出差压h 为了读数准确，测量可靠，要求二次仪表如采用液柱式充水差压计，其绝对读数误差不低于4.9Pa（0.5mmH2O），相对误差不大于±0.5%。
（j）流体密度ρ 流体的密度取决于流体的温度T及压力p
（9）
式中：g为重力加速度，m/s2；R为气体常数，T为温度，K。
根据当前测试水平估计，压力的相对误差不大于±0.2%，温度的相对误差不大于±0.2%，则密度ρ 的相对误差为±0.3%。
3.3 误差计算
将上面所估计的各单项相对误差值代入公式，求液体质量流量的相对误差：
在95%置信度条件下，流量的相对误差可定为
液体质量流量的相对误差为±1%。
求气体质量流体的相对误差：
在95%置信度条件下，流量的相对误差可定为：
气体质量流量的相对误差为±1.04%，略大于±1%。
3.4 误差计算结果分析
从以上计算结果可以看出，均速管流量计流量的测量精度要达到±1%还是可能的。目前，经过国内一些大流量仪表测试站的多次检定试验，其测量精度均≤1.0%。这里影响因素较多，下面分析一下几个主要影响因素。
（a）雷诺数Re 由于管道中流速分布取决于雷诺数的大小，因而实质上反映了流速分布对均速管流量计的流量测量的影响。这里估计的雷诺数相对误差约为±0.25%。当雷诺数较大时，相对误差则会低于±0.25%，这说明均速管流量计不适用于低雷诺数的情况，如流速太低管径太小，或流体粘性太大等。
（b）流量因数C 这是一个影响较大的系数，这里估计为0.25%。在管径小于300mm时，流量因数C变化较大，测量易受管壁的影响，误差较大，当管径大于300mm时，流量因数C的变化较小，估计误差仅±0.1%，说明均速管流量计特别适宜于大管径
的流量计量。当管径大到一定程度后，流量因数K将趋于常数。
（c）液柱式压力计的液柱高度h 在单项的误差分析中，液柱高度h的相对高度估计为0.5%。虽然可以将均速管流量计的最低输出差压再提高一些，以提高差压h的测量精度。但对工业现场而言，不适宜用液柱式压力计，而只能采用二次差压仪表，因此，要提高均速管流量计的精度，十分关键的因素是提高二次仪表的测量精度。