流量计

术语

讨论流量计时，通常使用许多包括可重复性，不确定性，准确度和倾斜的术语。

重复性
这描述了流量计在多个场合对相同流量指示相同值的能力。它不应该与准确性相混淆，即它的重复性可能很好，因为它在几个场合对相同的流量显示相同的值，但读数可能始终是错误的(或不准确的)。良好的重复性是很重要的，因为蒸汽流量测量需要监测趋势，而不是准确性。然而，在任何情况下，这都不会冲淡准确性的重要性。

不确定性
术语“不确定性”现在越来越常见于准确性。这是因为无法建立精度，因为真正的值永远无法恰恰是所知的。然而，可以估计“不确定性”，并存在ISO标准在此事件上提供指导（EN ISO / IEC 17025）。

重要的是要认识到这是一个统计概念，而不是保证。例如，可以表明，随着大量流量计，95％将至少与计算的不确定性一样好。大多数人会更好，但几个，5％可能会更糟。

准确性
这是一个流量计的性能衡量标准表示反对通过广泛的校准程序获得了“真实”价值正确的流量值时。准确的主题是在ISO 5725处理。

以下两种表达准确性的方法含义非常不同:

•测量值或实际阅读的百分比

例如，流量计的准确性为实际流量的±3％。

在1 000 kg / h的指示流量下，实际流动的“不确定性”是：

1 000 - 3％= 970千克/小时

和

1 000 + 3% = 1 030 kg/h

类似地，在指定的500kg / h流量下，误差仍然是±3％，“不确定性”介于：

500kg /h - 3% = 485 kg/h

和

500 kg / h + 3％= 515 kg / h

•满刻度偏转的百分比（FSD）

流量计的准确性也可以作为满量程偏转FSD的百分比，这意味着测量误差表示为流量计可以处理的最大流量的百分比。百分比FSD中所述的错误往往比误差小于实际读数的百分比。对于此示例，将使用±0.3％FSD的值。

如在前一个情况下，最大流量= 1 000 kg / h。

在1 000 kg / h的指示流量下，实际流动的“不确定性”是：

1 000 kg / h - 0.3％= 997 kg / h

和

1 000 kg / h + 0.3％= 1 003 kg / h

50 kg / h + 3 kg / h = 53 kg / h误差+ 6％

随着流量的减小，误差百分比增加。

这些测量术语的比较如图4.2.1所示

图4.2.1演示了为什么流量计制造商陈述其准确性，作为FSD百分比和实际读数的组合。在这个例子中读数的±3％的是然而100kg / h的，流速下面更精确，因为超过100kg / h的流量增加时，FSD的然后±0.3％给出了更准确的结果在实际流量的条款。

翻领的

在指定流量计时，精度是必要的要求，但选择具有足够应用范围的流量计也是必要的。
“倾斜”或“伐木率”，“有效范围”或“不合理性”是用于描述流量计在公差的准确性和可重复性范围内工作的流量范围。倾斜在等式4.2.1中有资格。

4.2.1例子

一个特定的蒸汽系统的需求模式如图4.2.2所示。流量计的尺寸已满足1 000 kg/h的最大预期流量。

流量计的选择的调节比给定为4：1。即流量计的权利精度在1 000÷4 = 250公斤/小时的最小流速来满足。
当蒸汽流量低于此时，流量计不能满足其规范，因此发生了大的流量误差。最多，低于250 kg / h以下的录制流量是不准确的 - 在最坏的情况下，它们根本没有记录，并“丢失”。

在图4.2.2所示的示例中，在8小时内显示出“丢失的流量”将超过700千克的蒸汽量。在此期间使用的蒸汽总量约为2 700千克，因此“丢失”量表示总蒸汽使用的额外30％。如果蒸汽流量计进行了适当的调节能力，则可以更准确地测量和成本更准确地流出该过程的蒸汽流。

• 如果要准确地测量蒸汽流量，用户必须尽一切努力建立一个真实和完整的需求评估，然后指定一个流量计:满足最大需求的能力。
• 倾向于足够大的倾向于涵盖所有预期的流动变化。

伯努利的定理

许多流量计基于1700年代Daniel Bernoulli的工作。Bernoulli的定理涉及稳定流量方程（SFEE），并指出：

• 压力，
• 动能
• 潜在的能量

将在配管系统（忽略摩擦的整体效果）内的任何点是恒定的。这如下所示，数学公式4.2.2一个单位质量流量：

在公式4.2.2和4.2.3中忽略了摩擦，因为摩擦在整个区域可以忽略不计。管道长度越长，摩擦就越明显。在参考高度(h)没有变化的情况下，将任意边的第二项去掉，可以进一步推导出式4.2.3，如式4.2.4所示:

4.2.2例子

确定图4.2.4所示系统的P2，其中水在10℃下以0.1m3 / s的体积速率流过管道的发散部分。
在10°C和2 bar g时，水的密度为998.84 kg/m3。

例如4.2.2亮点伯努利定律的影响。结果表明，在分支管，下游压力会比上游压力更高。这可能看起来乍一看奇数;它通常会被预期在一个管下游压力小于以发生在该方向上流动的上游压力。这是值得记住的是伯努利指出，能量沿着管道长度的任何点的总和是恒定的。
在实施例4.2.2中，增加的管孔导致速度下降并因此增加的压力。实际上，除非存在压力下降以克服通过流体本身的运动产生的摩擦，否则任何流体都不可能忽略摩擦。在较长的管道中，摩擦的效果通常是重要的，因为它可能相对较大。可以将术语HF添加到等式4.2.4以解释由于摩擦引起的压降，并且在等式4.2.5中示出。

当不可压缩流体如水流经相同尺寸的管道时，可将流体的密度和速度视为常数，由式4.25 P推导出式4.2.6₁= P.₂+ h_F.

等式4.2.6示出（对于恒定的流体密度），沿着相同尺寸管的长度的压降是由静态头部损耗（HF）引起的，这是由于来自流体和管道之间的相对运动的摩擦而引起的。在短的管道中，或同样地，流量计装置，摩擦力非常小，并且在实践中可以被忽略。对于像蒸汽这样的可压缩流体，密度沿着相对长的管道改变。对于相对短的等效管道（或使用相对较小的压差）的管道（或流量计），密度和摩擦力的变化将可以忽略不计，并且可以忽略实际目的。这意味着通过流量计的压降可以归因于流量计的已知电阻而不是摩擦的影响。

一些流量计利用伯努利效应来测量流体流量，简单的孔板流量计就是一个例子。这种流量计对流动的流体提供阻力，因此在流量计上出现压降。如果流量和这个设计的压力降之间存在关系，如果压力降可以测量，那么就有可能测量流量。

量化流量和压降之间的关系考虑填充到某种水平的坦克的简单类比，以及底部靠近底部的坦克侧的孔，最初，堵塞停止水流（见图4.2.5）。可以考虑罐（分子1）顶部的单个水分子和下面与孔（分子2）相同水平的单分子。

通过插入孔，孔上方的水（或头部）的高度产生了在分子1通过孔中直接施力分子的潜力。相对于分子2的分子1的潜在能量将取决于分子2的分子1的高度，分子1的质量，以及重力对分子1质量的影响。通过等式4.2.7表示直接在分子1和分子2之间的所有水分子的势能。

4.2.7.equation 4.2.7。

分子1没有压力能量（空气压力的Nett效应为零，因为罐的底部的塞也经受相同的压力）或动能（作为其放置的流体没有移动）。它具有相对于罐中孔的唯一能量是潜在的能量。
同时，在该孔相对的位置，分子2具有零的势能，因为它没有相对于孔的高度。然而，在流体的任何点处的压力必须平衡所有上面的流体的重量，加上考虑起作用的点以上的任何额外的垂直力。在这种情况下，附加的力是由于大气压力的水面上方，其可以被认为是零表压。因此，其分子2所承受的压力与纯粹到它上面的分子的重量。
重量实际上是由于重力的影响而施加到质量的力，并且被定义为质量X加速度。分子2支撑的重量是直接上方的分子中的水（m）的质量，其乘以重力加速度的常数（g）。因此，分子2对压力M g进行压力。
但分子2中含有的能量是什么？如上所述，它没有潜在的能量;它也没有动能，因为像分子1一样，它没有移动。因此，它只能具有压力能量。
机械能明显被定义为力x距离，
因此，在分子中保持的压力2 =力（m g）x距离（h）= m g h，其中：
m =分子1和分子2之间的所有分子的质量
G =引力加速9.81 m / s2
H =孔上方分子的累积高度
因此可以看出：
分子中的潜在能量1 = m g H =分子2中的压力。
这符合能量守恒原理（这是关系到热力学第一定律），其中指出，能量不能被创造或毁灭，但它可以改变从一种形式到另一个。这基本上意味着，在势能丢失意味着在压力能量相等的增益。
现在考虑，即插即用插头从孔中移除，如图4.2.6所示。由于坦克中的水头，水似乎直观地倾倒出洞。
事实上，水将流过孔的速率与孔内部和坦克外部的水分子之间的压力能量之间的差异有关。由于罐外的压力是大气的，因此孔外部的任何点处的压力可以作为零（以与施加到分子1的压力相同的方式）。因此，孔两端的压力能量的差异可以作为分子2所含的压力，因此，水将流过孔的速率与分子2的压力有关。
在图4.2.6中，考虑具有M g H的压力的分子2，并且考虑刚刚通过罐中的孔的分子3，并包含在水的发布射流中。

由于上述原因，或潜在的能量（作为其放置的流体处于与孔的高度相同），分子3没有压力能量。它只能是动能的唯一能量。
在穿过孔后，立即在水射流的某一点，分子3是在射流被发现并且将具有一定的流速，因此在一定的动能。作为能量不能被创建，它遵循在分子3的动能从在分子中含有2之前从孔中除去插头认为压力能形成。
因此可以得出，分子3的动能等于分子2所受的压力能，而压力能又等于分子1的势能。
动能的基本方程如公式4.2.8所示：

如果所有初始潜在能量发生变为动能，则必须确实，该过程开始时的势能等于过程结束时的动能。为此，它可以推断出：

等式4.2.10表明，通过孔的水速度与在参考点（孔）上方的水或压头（H）高度的平方根成比例。头部'H'可以被认为是压力的差异，也称为压降或“差压”。
同样，同样的概念也适用于流体通过管道上的孔。测量流体流量的一种简单方法是将孔板流量计引入管道，从而产生相对于流动流体的压降。测量压差并应用必要的平方根因子可以确定流体通过孔板的速度。
的曲线图（图4.2.7）所示的流速如何变化相对于整个孔板流量计的压降。可以看出的是，用25千帕的压力下降，流量是25的平方根，其是5个单位。同样，用16千帕的压力下降的流速是4个单位，在9千帕是3个单位等。

通过孔口知道速度本身很少使用。任何流量计的主要目标是在体积或质量方面测量流量。然而，如果孔的尺寸已知，则可以通过将速度乘以孔的区域来确定体积流量。然而，这并不像它首先看起来那么简单。
它是安装在管道的任何口的现象，流体，穿过小孔后，会继续收缩，这主要是由于流体本身的势头。这实际上意味着，通过一个窄的孔径比孔口的流体通过。该孔被称为“缩”和表示在最大收缩，最小压力，以及用于流体的最大速度的系统，该系统的一部分。缩流的面积取决于孔的物理形状，但可以预测用于这种目的的标准锐缘孔的板。所述缩到该孔的区域的面积的比通常在0.65至0.7的区域;因此，如果小孔的面积是已知的，缩的面积可以成立。受试者中更详细地将在下节讨论。
部分。下一节。

孔板流量计和伯努利的定理

当伯努利的定理应用于孔板流量计时，孔板上的压力的差异提供了通过孔口排出的流体的动能。

如前所述，通过孔板的速度可由式4.2.10计算:

但是，已经陈述，体积流量比速度更有用（方程4.1.4）：

在实践中，由于摩擦损失，通过孔口的实际速度将小于速度的理论值。这些理论和实际数字之间的这种差异被称为速度系数（C_V.）

但是，已经陈述，体积流量比速度更有用（方程4.1.4）：

可以组合速度系数和收缩系数以提供用于安装的放电系数（C）。如等式4.2.11所示，容积流量需要考虑放电系数（c）。

方程4.2.12清楚地表明，体积流量成比例的压降的平方根。
注意：
C的定义可以在ISO 5167-2003中找到，“用压差装置插入满流量的圆形截面管道中测量流体流量”。
ISO 5167提供了以下信息：
ISO 5167(所有部分)中给出的C值的方程是基于实验确定的数据。
通过合适的实验室中的流动校准可以减少C值的不确定性。
实验室。适用的实验室。

皮特管和伯努利的定理

皮特管以其法国人的亨利皮（1695 - 1771）命名。该装置通过将流体的动能转换为潜在的能量来测量流体速度在被描述为“停滞点”的潜在能量。停滞点位于管的开口处，如图4.2.9所示。液体静静地撞击管的末端，并且在此点的速度为零。将潜在的能量产生在管中传输到测量装置。
管子的管入口和管子的内部承受相同的动力压力;因此，在管道中的动态压力之外，因此通过皮管测量的静压。这两个压力之间的差异与流体速度成比例，并且可以简单地通过差分压力计测量。

Bernoulli的等式可以应用于皮托管，以便从观察到的微分压力（ΔP）和已知的流体密度来确定流体速度。皮托管可用于测量不可压缩和可压缩的流体，而是将差压转化为速度，不同的方程适用于液体和气体。这些细节在这个模块的范围之外，但能量和伯努利定理的保护的概念适用于所有;为例，下文是指压力和速度之间的压力和速度之间的关系，该不可压缩流体流动的流速小于声速。（通常，当其流量小于0.3马赫或其声速的30％时，可以将流量视为不可压缩）。

从等式4.2.4，可以开发一个等式来计算速度（等式4.2.13）：

流体体积流量可由管道面积与由式4.2.13计算出的流速的乘积得到。

在不确定性的差动单元的精度的效果

4.2.3例子

在特定孔板流量计系统中，100 000kg / h的最大流量等于25kPa的差压，如图4.2.10所示。
压差元件在特定安装的操作范围内具有±0.1 kPa的保证精度。
展示差分电池精度对安装精度的影响。

图4.2.11显示了流量范围内的效果:

审查结果：
结果：

在最大流量下，差压细胞读数中的0.1kPa不确定度仅少比例的总差压，效果很小。
随着流量的降低，差压也降低，并且0.1kPa不确定度代表逐渐较大的差分压差百分比，导致斜率缓慢增加，如图4.2.12所示。
在流量很低，不确定性的值加速。在20至25％的最大流量之间，斜坡的变化率快速加速，最大流量的10％，不确定度的范围在+ 18.3％和-22.5％之间。

结论

为了对孔板流量计系统的读数有信心，调节率不得超过4或5：1。
注意：
•实施例4.2.3检只有一个蒸汽流量计量装置的元件。
•在由蒸汽流量计量系统在给定测量值的总置信度将包括孔的安装，孔尺寸的精确度，和放电（C）的断言系数的精度。

使用超声波测量流量
flowratemeasure流量

使用超声波测量管道中的流量越来越受欢迎，因为它不需要切割或插入被监测的流体的管道。这还意味着流量计可以是便携式的，并用于系统的不同部分，以分析流量以最小的费用。
有两种类型的超声波流量计的 - 的渡越时间或多普勒频移类型。最常见的超声波流量计倾向于使用操作，这将在下面描述的传输变动原则：
如图4.2.13所示，两个传感器绑在被测流体的管道上，每个传感器交替地相互发射超声脉冲。流体流经管道的速度会影响超声脉冲的速度，超声脉冲的速度是通过测量脉冲到达每个换能器所需的时间来计算的。

当流速为零时，脉冲从一个发射器到另一个发射机所需的时间是：

通过了解管道和流体速度的横截面积，可以使用以下方程式容易地与质量流量容易地计算体积流量：
qv = vf x a
M = QV X读
在哪里：
QV =体积流量（M3）
a =管道的横截面积（m2）
vf =液体的速度（m / s）
r =流体密度(kg/m2)
虽然超声波对其他流量计量原理具有一些非常显着的好处，但它只能准确地用于单相流体。因此，在冷凝水返回管线中，闪蒸蒸汽或空气的存在将显着影响读数的准确性。