雷諾數(shù)與測量誤差的關(guān)系及補償方法

各種流量計由于工作原理的原因、加工制造精密度的原因、被測介質(zhì)物性的原因、流體 流動狀態(tài)的原因等，在現(xiàn)場使用時都會產(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，尤其是計算機(jī)技術(shù)進(jìn)人流量儀表后，為實現(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，因而流量測量度得到 明顯提高，例如在科氏力質(zhì)量流量計中，由于流體溫度和壓力對流量測量的影響得到補償， 從而使其流量測量度有了顯著提高。但是在有些流量計中，流量傳感器或變送器自身不 具備這種.功能K因而流量測量度受到制約或因工況等條件變化，測量度難以保證。 對于后一種情況，有時候可在流量二次表中進(jìn)行補救，從而使流量測量系統(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)法提高測量度的應(yīng)用舉例。由于流量計的種類多，影響流量測量度的因素更多， 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量出來引入流量二次表，就可得到合適的校 正，提高流量測量度。

雷諾數(shù)與測量誤差的關(guān)系及補償方法

流體在封閉管道中流動時，其速度分布會明顯影響差壓流量計、超聲流量計等。這種速 度分布同雷諾數(shù)之間有對應(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。例如超聲流量計有自帶微處理器，能對雷諾數(shù)的影響作自 動校正，以提高低流速時的測量度。本節(jié)主要對使用廣泛的孔板流量計和渦街流量計作 較深人的討論。

1.1孔板流量計流出系數(shù)同雷諾數(shù)的關(guān)系

在本書的3.1節(jié)中，式（3.1)給出孔板流量計流量值同各個自變量的關(guān)系，其中流出 系數(shù)C就同管道雷諾數(shù)有關(guān)。其實C并不是一個常數(shù)，而是隨雷諾數(shù)尺印變化的一個變量。 一副孔板制作完成并經(jīng)檢驗合格后，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)的孔板流量計中，由于數(shù)據(jù)處理功能不強，要將C當(dāng)作變量來處理，是極其困 難的，為了使實際使用流量范圍內(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. 限制流量計的使用下限（結(jié)合差壓計度的約束條件，傳統(tǒng)的共識是測量下限不 低于30%FS)，因為流量越小，C與常用流出系數(shù)C、m的差異越大。在文獻(xiàn)[1]中，由于 C的在線計算或自動修正難以實施，所以在設(shè)計節(jié)流裝置時設(shè)法將流量測量下限對應(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)計手冊中的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)展以及計算機(jī)技術(shù)對儀表的滲透，差壓式流量測量技 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級提高到現(xiàn) 在的0.1級甚至0.075級；其次是流量二次表實現(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的測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)用這一公式實現(xiàn)雷諾數(shù)變化對流量測量影響的修正 常用兩種方法，一種是C的在線計算法，另—種是c的離 線計算法。

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

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

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

式中G——各典型測量點流出系數(shù)；

Cd——孔板計算書中的流量系數(shù)。

(3) C的離線計算修正法舉例[3]

①已知條件

被測流體名稱：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)下被測流體相對濕度：Φ=0;

工作狀態(tài)下被測流體密度：p1=4. 123kg/m3;

工作狀態(tài)下被測流體黏度：a=14.97X10_6Pa* s；

工作狀態(tài)下被測流體等熵指數(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)