雷诺数与测量误差的关系及补偿方法

各种流量计由于工作原理的原因、加工制造精密度的原因、被测介质物性的原因、流体 流动状态的原因等，在现场使用时都会产生不同程度的误差。人们很早以前就开始寻找消除 或减小这些误差的方法，尤其是计算机技术进人流量仪表后，为实现这一愿望增添了灵活而 方便的手段。其中有些误差已在流量变送器或转换器中得到校正，因而流量测量度得到 明显提高，例如在科氏力质量流量计中，由于流体温度和压力对流量测量的影响得到补偿， 从而使其流量测量度有了显著提高。但是在有些流量计中，流量传感器或变送器自身不 具备这种.功能K因而流量测量度受到制约或因工况等条件变化，测量度难以保证。 对于后一种情况，有时候可在流量二次表中进行补救，从而使流量测量系统的度得到

本章各节所介绍的方法，仅仅是将流量二次表与特定的流量传感器、变送器配合，然后 设法提高测量度的应用举例。由于流量计的种类多，影响流量测量度的因素更多， 这里不可能一一列举，但作为方法来说是有普遍意义的，只要搞清楚具体的影响因素同流量 示值之间的确切关系，并将这些因素用传感器测量出来引入流量二次表，就可得到合适的校 正，提高流量测量度。

雷诺数与测量误差的关系及补偿方法

流体在封闭管道中流动时，其速度分布会明显影响差压流量计、超声流量计等。这种速 度分布同雷诺数之间有对应的关系，因此研究者将这种影响转化成同雷诺数之间的关 系，并用函数式或图表予以描述。例如超声流量计有自带微处理器，能对雷诺数的影响作自 动校正，以提高低流速时的测量度。本节主要对使用广泛的孔板流量计和涡街流量计作 较深人的讨论。

1.1孔板流量计流出系数同雷诺数的关系

在本书的3.1节中，式（3.1)给出孔板流量计流量值同各个自变量的关系，其中流出 系数C就同管道雷诺数有关。其实C并不是一个常数，而是随雷诺数尺印变化的一个变量。 一副孔板制作完成并经检验合格后，其直径比^即为常数，其流出系数同雷诺数的关系可用 一条C=/(iReD)关系曲线来表示，如图8.1所示。

在传统的孔板流量计中，由于数据处理功能不强，要将C当作变量来处理，是极其困 难的，为了使实际使用流量范围内的流出系数变化尽可能小，在规定的范围内，常常采用下 面的措施。

a. 将差压上限Apmax尽可能取大一些，从而使0小一些。

b. 缩小管径，提高流速，从而使节流装置在较高雷诺数条件下使用。

c. 限制流量计的使用下限（结合差压计度的约束条件，传统的共识是测量下限不 低于30%FS)，因为流量越小，C与常用流出系数C、m的差异越大。在文献[1]中，由于 C的在线计算或自动修正难以实施，所以在设计节流装置时设法将流量测量下限对应的C和

之间的偏差规定为<0. 5%[2]，这样就产生了老版本节流装置设计手册中的m = f(ReD) 界限雷诺数图[1]。

随着微电子技术和传感器技术的发展以及计算机技术对仪表的渗透，差压式流量测量技 术获得了一次飞跃，其显著的标志是差压变送器度大大提高，从以前的1.5级提高到现 在的0.1级甚至0.075级；其次是流量二次表实现智能化，数据处理能力和度获得了极 大的提高，这些都为孔板流量计的测量低端的度的提高创造了充分的条件，在GB/T 2624—1993中给出了孔板流出系数随雷诺数变化的关系式（以角接取压为例）[2]，如式 (7.27)所示。

应用这一公式实现雷诺数变化对流量测量影响的修正 常用两种方法，一种是C的在线计算法，另—种是c的离 线计算法。

(1) c的在线计算法这一方法是利用流量二次表内单片 机的高速计算能力，用迭代法计算当前的流出系数并进一 步计算流量值。采用迭代法是因为c是Reo的函数，而尺印是 质量流量qm的函数，而qm又是C的函数。其计算程序框图如 图8. 2所示。其中Cd为孔板计算书中的C值。

此图中突出了计算C的部分，其实，ei、pi甚至d都是变 量，都由相应的计算子程序计算得到。

(2) C的离线计算修正法[3] C的离线计算通常是在 整个流量测量范围内选10个或16个（由流量二次表中折 线校正坐标系取的点数定）典型测量点A，并计算出各点 的雷诺数，然后按式（7.27)计算各点的流出系数，zui后 按下式计算出各点的C修正系数

式中G——各典型测量点流出系数；

Cd——孔板计算书中的流量系数。

(3) C的离线计算修正法举例[3]

①已知条件

被测流体名称：饱和水蒸气；

zui大质量流量：g_ax = l. 7500kg/s;

zui小质量流量：gmmin=0. 1750kg/s；

工作压力：和g = 6. 9066X105Pa (表面值）；

工作温度：t1=170°(3;

工作状态下被测流体相对湿度：Φ=0;

工作状态下被测流体密度：p1=4. 123kg/m3;

工作状态下被测流体黏度：a=14.97X10_6Pa* s；

工作状态下被测流体等熵指数：c=1.30;

当地全年平均大气压：pa = 101. 33kPa;

20°C情况下管道内径：D20 =150mm;

管道材质：20钢；

差压计差压上限：Apmax = 40kPa;

节流装置的取压方式：角接取压；

管道材质的线膨胀系数：AdzUJXIO-pC-1;

<孔板材质的线膨胀系数：Ad = 16X10_6°C-、

②求孔板开孔直径d (见图8. 3)