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流量計(jì)量的基本原理
術(shù)語(yǔ)
在討論流量計(jì)量時(shí)，會(huì)經(jīng)常提到一些常用的術(shù)語(yǔ)，包括重復(fù)性、不確定度、精度和量程比。
重復(fù)性
重復(fù)性是指在同一條件下對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行多次測(cè)量所得結(jié)果之間的一致程度。重復(fù)性不應(yīng)和精度混淆，比如對(duì)同一流量多次測(cè)量的結(jié)果重復(fù)性很好，但有可能該測(cè)量結(jié)果是錯(cuò)誤的(或不精確)。良好的重復(fù)性非常重要，如蒸汽計(jì)量往往注重監(jiān)測(cè)蒸汽耗量趨勢(shì)而不是精度。但是，強(qiáng)調(diào)重復(fù)性的重要性并不減低精度的重要性。
不確定度
現(xiàn)在通常都使用“不確定度”來(lái)代替精度。這是因?yàn)檎嬷涤肋h(yuǎn)是未知的，精度也就無(wú)從談起。但是“不確定度”卻可以估計(jì)，且可以根據(jù)Iso標(biāo)準(zhǔn)來(lái)計(jì)算(EN ISO/IEC 17025)。需要指出的是不確定度是一個(gè)統(tǒng)計(jì)概念而不是保證。例如，有一批流量計(jì)，其中95%的“不確定度”至少等于計(jì)算值，大部分要優(yōu)于計(jì)算值，但是一小部分，如5%，可能“不確定度”較差。
精度
精度是指流量計(jì)正確顯示的流量與真值之間的差值。精度的定義可參考ISO 5725。精度通常有兩種表示方法:
口測(cè)量值或讀數(shù)的百分比例如，一臺(tái)流量計(jì)的精度是士3%讀數(shù)當(dāng)實(shí)際流量為1 OOOkg/h，實(shí)際流量的“不確定度”范圍為:1000一3%=970 kg / h和1000+3%=1030 kg / h相應(yīng)地，在指示流量為500 kg/h，誤差仍為士3%，實(shí)際“不確定度”范圍為:500 kg / h一3%=485 kg / h和500 kg/h+3%=515 kg/h
口滿量程的百分比(FSD)一臺(tái)流量計(jì)的精度也可以表示為士3% FSD。這意味著流量計(jì)的誤差可用該流量計(jì)的*大量程來(lái)表不0在上例中，流量計(jì)的*大量程=1 000 kg/h.當(dāng)讀數(shù)流量為1000 kg/h，實(shí)際流量的“不確定度”為:1000 kg / h一3%=970 kg / h和1000 kg/h+3%=1030 kg / h當(dāng)讀數(shù)流量為500kg/h，誤差仍為士30 kg/h，實(shí)際流量范圍為:500 kg / h一30 kg/h=470 kg / h誤差一6%和500 kg/h+30 kg / h=530 kg / h誤差+6%在流量減小時(shí)，誤差的比例也在增加。
4.2.1是上述兩種方法的比較。
量程比
在選擇流量計(jì)的時(shí)候，精度是必要的，但是選擇一臺(tái)有足夠量程比的流量計(jì)也非常重要。
“量程”或“量程比”，“有效范圍”或“范圍度”都是指一臺(tái)流量計(jì)在保證精度和重復(fù)性的前提下，所能計(jì)量的流量范圍。量程比可用公式4.2.1表示。
所選擇的流量計(jì)的量程比為4:1。那么該流量計(jì)所能精確計(jì)量的*小流量為100。一4 = 250 kg/h。當(dāng)蒸汽流量低于250kg/h時(shí)，上述流量計(jì)便不能滿足要求，即出現(xiàn)大的流量誤差。*好的情況是250 kg/h以下的流量計(jì)量不準(zhǔn)，*差的情況是250kg/h以下的流量都沒(méi)有計(jì)量，全部丟失了。
在圖4.2.2的例中，8h內(nèi)丟失的累積流量約為700kg。在這一段時(shí)間內(nèi)所用的全部蒸汽量約為2700kg,因此丟失的蒸汽量約有30%。如果所選擇的流量計(jì)具有合適的量程比，那么該制程的蒸汽流量會(huì)被更準(zhǔn)確地計(jì)量和計(jì)算。
如果需要準(zhǔn)確計(jì)量蒸汽流量，用戶必須盡一切力量確定全部實(shí)際負(fù)荷，然后根據(jù)以下規(guī)則選擇流量計(jì):
口流量計(jì)量程可以滿足*大負(fù)荷。
口流量計(jì)應(yīng)有足夠的量程比以滿足所有可能的流量變化。
伯努利原理
許多流量計(jì)都是根據(jù)丹尼爾·伯努利在18世紀(jì)的工作而研發(fā)的。伯努利原理是指流體的能量守恒，可以總結(jié)為以下幾方面:
壓能
口動(dòng)能
口勢(shì)能
口這三都勺和在管道里的任何一點(diǎn)都相等(忽略管道的摩擦)。單位質(zhì)量流體的能量公式可以見(jiàn)公式
公式4.2.6表明(對(duì)于不可壓縮流體)，在同一口徑內(nèi)流體的壓降是由于流體運(yùn)動(dòng)時(shí)流體與管壁摩擦引起的壓力損失(hr)。在短管內(nèi)，或在流量計(jì)內(nèi)，摩擦力非常小，可以忽略不計(jì)。對(duì)于可壓縮流體如蒸汽，在相對(duì)較長(zhǎng)的一段管道內(nèi)，流體的密度會(huì)變化。在相對(duì)較短的管道內(nèi)(或差壓式流量計(jì))，流體密度的變化和摩擦力的影響在實(shí)際應(yīng)用時(shí)可忽略不計(jì)。這意味著經(jīng)過(guò)流量計(jì)的壓降可以當(dāng)作流量計(jì)自身的阻力而不是摩擦阻力。
有些流量計(jì)利用了伯努利的原理來(lái)計(jì)量流量，如孔板流量計(jì)。此類(lèi)流量計(jì)限制了流體的流動(dòng)進(jìn)而在流量計(jì)前后形成壓降。如果流體的流量和壓力降存在某種關(guān)系，且流體的壓降可以計(jì)量，那么就可以測(cè)量流體的流量。
流量和壓降的定量關(guān)系
在一個(gè)裝有水的開(kāi)式水箱內(nèi)，在靠近底部的位置開(kāi)有一個(gè)小孔，*初小孔是堵住的，沒(méi)有水流出(見(jiàn)圖4.2.5 )。現(xiàn)在來(lái)分析水箱頂部的一個(gè)水分子(分子1)和與底部開(kāi)孔位置平行的另一個(gè)水分子(分子2)。在小孔堵住的情況下，小孔上面水的高度產(chǎn)生了一種使位于分子1下方的分子流出小孔的力。分子1相對(duì)于分子2的勢(shì)能取決于分子1和分子2之間的高度差，分子1的質(zhì)量，以及由于質(zhì)量引起的重力。分子1和分子2之間所有水分子的勢(shì)能可由公式4.2.7表示。
僅知道流經(jīng)小孔的流體速度意義并不大。任何一種流量計(jì)的主要目的都是計(jì)量流體的質(zhì)量或體積流量。但是，如果小孔的尺寸是已知的，可以通過(guò)將速度乘以面積來(lái)計(jì)算流體的體積流量。當(dāng)然，實(shí)際情況并沒(méi)有那么簡(jiǎn)單。
流體流經(jīng)孔板時(shí)，由于自身的動(dòng)量，流體會(huì)發(fā)生收縮現(xiàn)象。這意味著流體流過(guò)的實(shí)際面積要比孔板的面積要小。這個(gè)實(shí)際的孔穴叫做“收縮斷面”代表了系統(tǒng)里流體收縮*大，壓力*低，流速*大的點(diǎn)。收縮斷面的面積由小孔的物理外形決定，但是可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)直角邊緣孔板來(lái)推導(dǎo)。收縮斷面與實(shí)際小孔的面積比一般在0.65~ 0.7之間。因此，如果知道小孔的面積，就可以計(jì)算出收縮斷面的面積。在下一節(jié)中再詳細(xì)介紹具體內(nèi)容。
孔板流量計(jì)和伯努利原理
孔板流量計(jì)基于伯努利原理，流體流經(jīng)孔板的差壓轉(zhuǎn)化為流體流經(jīng)小孔的動(dòng)能。
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