煤氣流量計的原理與空（kōng）氣標定及蒸汽裝（zhuāng）置的數據對比
點（diǎn）擊次數：1746 發（fā）布時間：2021-01-08 06:03:01
摘 要: 有文獻指出，空氣與蒸汽流量在煤氣流量計上的對比誤差高達 7． 8% 。從動力學相似的角度（dù），澄清了用空氣代替水蒸氣進行標定的理論依據。煤氣流量計對不同被檢介（jiè）質有較廣泛的適應性，較大的誤差一方麵來源於介質、產品（pǐn）設（shè）計的魯棒（bàng）性（xìng）不夠、對關鍵參數的質量控製不到位等因素; 另一方麵源於過（guò）去的蒸（zhēng）汽（qì）應（yīng）用不（bú）豐（fēng）富（fù），經常依靠化工算（suàn）圖（tú）及模型的手段來估算蒸（zhēng）汽（qì）的黏度和密度。這種估算存在化工知識（shí）、物理模型以及複雜的單位製轉換這三大難點（diǎn），不易推廣。利用在線計算器，可（kě）以快速、準確地獲取蒸汽的狀態數（shù）據，並用算例加以說明。將空氣標定的煤氣流量計在蒸汽裝置上進行實流測試，得出流量對比誤差可以控製在（zài） 2． 5% 以內。
引言
蒸汽是現代生產中不（bú）可分割的一部分，食品工業、紡織、化工、醫藥、電力乃至運輸環節（jiē）都（dōu）有蒸汽參與。蒸汽提供了一種總（zǒng）量可控的二（èr）次能量輸送方式: 從自動化的中央鍋爐房到各類用（yòng）戶手中使用。基於眾多原因，使水蒸（zhēng）氣成為了應用廣泛的熱能形式: 水在自（zì）然界比較充足，且容（róng）易獲得; 對人體無毒害，對（duì）環境友好; 加熱到氣態（tài）時，它是一種安全，且高效的能源傳（chuán）輸方（fāng）式;在同等重量下，水蒸氣所能攜帶的能量( 2 675 kJ / kg)可達水( 420 kJ / kg) 的六倍以上等。不僅如此，水蒸氣還可以用來消毒，因此廣泛應用（yòng）於食品工業和醫藥（yào）行業。此外，蒸汽不會有火災危險。事實（shí）上，許多石化企業利用蒸汽來建設滅火係統，蒸汽同樣可用於危險（xiǎn）區域。
從流（liú）體形態來說，水蒸氣比空氣( 或水) 更加多樣（yàng）化。受溫度、壓力的影響，其形態有過熱蒸（zhēng）汽（qì）和飽和蒸汽; 在運輸過程中，由於熱（rè）能的損失，蒸汽（qì）形態（tài）可能會進一步演變為濕（shī）蒸汽，即氣液兩相流。在兩相流的狀（zhuàng）態下，通常會用濕度( 或幹度) 這一（yī）指標來表征蒸（zhēng）汽、水兩者間的比例。其形態多樣化帶來了計量上的困難。作為蒸汽提（tí）供方的電廠與需方用戶，統計（jì）得（dé）到的蒸汽計量數據（jù）往（wǎng）往差異比較大。舉例（lì）來說，按照年（nián）產量 800 kt 來計算，計量偏差可高達 20% 左右（yòu），損失可達 700 萬 元 以 上，有 的 甚 至 更 大，偏 差 能 達 到 40%左右。目前，絕大（dà）多數用於蒸汽計量的流量計采用（yòng）的檢定介質是空氣。這種標定裝置精度較高，但與實際生產情況相差甚遠。另一方麵（miàn），以蒸汽作為介質對蒸汽流量（liàng）計實測檢定，盡管更接近實際使（shǐ）用工況，但操（cāo）作難度大（dà）、費用高，致使一些使用蒸汽流量計的單位不願送檢。在 煙 台、廣 州、蘭 州，都曾建設過（guò）這（zhè）類標定裝置（zhì）。
鄭燦亭（tíng）提出，從流體（tǐ）的相似律出發，用空氣代替水蒸氣進行檢定。其理（lǐ）論依據是流體的相似率--對於兩種不同（tóng）的（de）流體，在（zài）其充（chōng）滿的管道中流動，受到慣性力和摩擦力這兩個力的直接影響。這兩個力的比值為雷諾數（shù）。也就是說，若要求兩種流場動（dòng）力學相似，兩者的雷諾數就必須相同。流場動力學相似（sì），意味著兩種流束在流（liú）體（tǐ）動力（lì）學上相似（sì），則通過（guò）流量檢定裝置時，流量係數也是相同的。這就能達到以壓縮空氣代替蒸汽的目的。
文獻指出，蒸汽密度公式不統（tǒng）一，尚沒有自洽的標準; 在蒸汽裝（zhuāng）置上的檢定（dìng）數據對比也還不夠豐富。針對以上兩點，本文提出利用在線計算器查找蒸（zhēng）汽數據，然後與（yǔ）專業書籍中的數據相互印（yìn）證，包括密度和黏（nián）度數據，大大提高了數據獲取的效率和準確性（xìng）; 把在空（kōng）氣檢定裝置上標定過的煤（méi）氣流量計，再用蒸汽作為檢定介質，並提供兩者的對比數據。
1 煤氣流（liú）量計的原（yuán）理及蒸汽（qì）數（shù）據準備
1． 1 渦接流量計工（gōng）作原理
把一個阻流（liú）體垂直插入管道（dào）中，流體會繞（rào）過阻流體流動，並（bìng）在阻流體兩側形成有規則的旋（xuán）渦列，左右兩側的旋渦旋轉方向相反。煤氣（qì）流量計原理如圖 1 所 示。這種旋渦列（liè）稱為卡門（mén）渦街。根據卡門（mén）的研究，隻有當渦列（liè）寬度 h 與同列相鄰兩旋（xuán）渦的間距 l 之比滿足（zú）某（mǒu）個比例時，旋渦列才可以穩定存在。比如（rú），對圓形阻流體，要求（qiú）兩（liǎng）者比值為 0． 281。
根據（jù）卡門渦街原理，旋渦頻率 f 與管內平均流速（sù） V
有如下關係:
式中: 珋v 為旋渦發生體兩側平均流（liú）速，m / s; d 為旋渦發生體特征寬度（dù），m; Sr 為斯特勞哈爾常數，無量綱常數; V 為管道流體平均流速（sù），m / s; m 為旋渦發生體兩側弓形麵積與管道截麵積之比。 如，對（duì）於寬度為 d 的三角柱，有:
式（shì）中: D 為管道內（nèi）徑，m; m 隨發生體形狀不（bú）同而不同。瞬時（shí）體積流（liú）量 qv 為:
式中: qv 為通過（guò）流量計的體積流（liú）量; f 為流量計輸出的信號頻率; K 為煤氣流量計的儀表係（xì）數。
雷諾數 Ｒe 一方麵與 Sr 有關，另一方麵與流體的黏度有（yǒu）關。*先，由（yóu）於煤（méi）氣流量計利用的是頻率與流（liú）速之間的正比關係，見式( 1) ，Sr 數值的穩（wěn）定性（xìng）會直接影響到產品的線性度。理想情況下，在相當寬的 Ｒe 範圍內（nèi）( 2×104 ～ 7 × 106 ) ，Sr 都是不變量。
斯特勞哈爾數 Sr 與雷諾數 Ｒe 之間（jiān）的關係曲線如（rú）圖 2 所示。當阻流體尺寸確定（dìng）後
就應該是常量。但在現實情形下，管道形狀、阻（zǔ）流體（tǐ）形狀、阻流體（tǐ）在管道中位置的一致性、傳感器的深度及其相對阻流體（tǐ）的前後（hòu）位置等幾何參數都會影（yǐng）響 Sr，導致 Sr 發生改變。
因（yīn）此（cǐ），各個（gè）廠家產品性能會（huì）有較（jiào）大差異。圖 2 中（zhōng），數據僅供參（cān）考。
在產品的批量生產（chǎn）中，對這些幾何量的把握會體現出不同廠家（jiā）的（de）產品設計和製造水平（píng）。在實際製造中，加工誤差客（kè）觀存在。這就考驗廠家的產品設計能力（lì）。一個魯（lǔ）棒性較高的設計，對關鍵（jiàn）參數的把（bǎ）握會（huì）比較到（dào）位。而對於非關鍵參數，加工（gōng）精度就無須過分嚴格。這對產品質量的穩定性和係統重複性非常有幫助。換句話說，一個好的設計，不應該使得流量計精度及重複性（xìng）這些產品性能指標對（duì）零件的加工誤差過於敏感。
由於設計和製造（zào）水平不同（tóng），導致各廠家產品的質量參差不齊。如有的產品在空氣和蒸（zhēng）汽兩種介質的對比試驗中，精度差別高達 7． 85%。在各國煤氣流量計（jì）的（de）工業標準中，日本的 JISZ 8766 提出將阻流體（tǐ）分（fèn）為 1 型 和 2 型。該標準可以用來作為參考，從而幫（bāng）助辨（biàn）別各廠家產品的質量。此（cǐ）標準中: 2 型 Sr 的平均值是 0. 250 33，標（biāo）準偏差是 0． 12% ，而 1 型標準偏差為 0． 3% 。
一（yī）般（bān）來說，隻要流體雷諾數在儀表精度保（bǎo）證範（fàn）圍內，比如 2 × 104 ～ 7 × 106，檢定過程（chéng）中（zhōng）並不會由於介質的不同造（zào）成明（míng）顯的誤差（chà），故（gù）這個影響可不考慮。換言之，Sr 可看成定值，但前提是雷諾數不可超出保（bǎo）證（zhèng）精度（dù）的區間，否則（zé）會引發 Sr 的較大（dà）差異。具體判斷依據雷諾數（shù）的（de）計算來確定，可（kě）參考式（shì）( 5) 。
1． 2 蒸汽數據的準（zhǔn）備
Ｒe 數與流體的黏度直接（jiē）有關，見式（shì）( 5) 。從（cóng）流體力學出發的動力學相似要求雷（léi）諾數相等，也就是式( 5) 計算值要相等:
式中: V 與 D 與上文一致; ρ為（wéi）流體密度，kg /m3 ; μ為流體（tǐ）的動力黏度，Pa·s; v 為流體運動（dòng）黏度，m2 / s。
在參考文獻中，鄭燦亭結合化工工藝算圖中的低壓氣體黏度公式，估算出水蒸氣的（de）黏（nián）度公式。該（gāi）方法采用了近似模型（xíng），引（yǐn）用的參考文獻也非常專業。這種方法在 20 世紀 90 年（nián）代比較（jiào）常用。目前，隨著專業公司的出現，水蒸氣的數據逐步變得越來越豐富，估算公式的應用顯得沒那（nà）麽必要。這是因為參數得查閱和計算（suàn），對使用者的專業要求較高，模型以及複雜的單位轉換等都形成了大大小小的障礙; 同時，估算的精度也會隨著模型的準確度，以及溫度和壓力（lì）的變化而（ér）降低。
利用在線計算器，能快速、準確（què）地得到飽和蒸汽（qì）與過（guò）熱（rè）蒸汽的黏度值。以 160 ℃ 的飽和蒸汽為例，在工具書上查出其飽（bǎo）和蒸汽壓為 0． 618 MPa，密 度 為3． 258 kg /m3，黏度為 1． 432 × 10 － 5 Pa·s。作為驗證（zhèng），選擇米-千（qiān）克（kè）-秒( meter kilogram second，MKS) 單位（wèi）製，從參考文獻（xiàn）提供的在線計算器中，輸入以上溫度（dù）和壓力值，可以（yǐ）很方便地得到黏度值為1． 434 × 10 － 5 Pa·s，比 體積為0． 306 9 m3/ kg，即密度為3． 258 6 kg/m3。
再如 150 ℃的飽和（hé）蒸汽，在工具書上查出其飽和蒸（zhēng）汽壓為 0． 476 MPa，密度為 2． 547 kg /m3，黏度為1． 393 × 10 － 5 Pa·s。作為驗證，同樣（yàng）選擇 MKS 單位製，從在線計算器中，輸入溫度和壓力值，得到黏度值為 1． 399 × 10 － 5 Pa·s，比體積為 0． 392 6 m3 / kg，即密度為 2． 547 kg /m3
上述兩個算例，驗證了利用在線計算器可以快速得到（dào）準確的飽（bǎo）和蒸汽黏度和密度值。這（zhè）可以使得蒸汽方麵的計算變得更加高（gāo）效。對於過熱蒸汽，同樣可以得到黏度和密度（dù）值，方法類似，此處不再贅述。
2 空氣標定及蒸汽裝置（zhì）的數據對比
2． 1 以空氣為（wéi）試驗介質進行標定（dìng）
裝置流體溫度、壓力、流量穩定（dìng）後，進行示值誤差（chà）檢定。檢定對象（xiàng）為 FSV430 煤氣流量計，管段口徑DN80，流量點選用 0． 1Qmax、0． 25Qmax、0． 5Qmax、0． 75Qmax、Qmax這 5 個流量（liàng）點。該檢定裝置采用帶有標準表的音（yīn）速噴（pēn）嘴法，介質為空氣，流量範圍 3． 5 ～5 400 m3 / h，對應的擴展不確定度為 U = 0． 25%( k = 2) 。
檢定過程中，每個流量點（diǎn）實際檢定流量（liàng）與設定（dìng）流量偏差（chà）不超過設定流量點的±5% 。因為是出廠標定，每個流量點檢定 1 次（cì），每次 1 min。檢定溫度為 20°，壓力為 0． 1 MPa。
各檢（jiǎn）定流量點的儀表係數（shù） K 的計算方式為:
式中: Qref為（wéi）流量標準值; f 為煤氣流量計的頻率。
2． 2 以蒸汽為試驗介質的對比
為了進（jìn）行比對，下（xià）文再以蒸汽為檢（jiǎn）定介質（zhì），重複以上流（liú）量點的測試（shì）。每個（gè）流量點的檢測（cè）次數增加為 3 次，每次持續（xù）時間為 1 min。該檢定裝置采用冷凝稱重法（fǎ），介質為（wéi）過熱空氣（qì），流量範圍（wéi） 0． 01 ～ 30 t / h，對 應 的 擴 展（zhǎn） 不確定度為 U =0. 1% ( k = 2) 。
試驗開始前，可以用在線計算器（qì）根據操作溫度( 157． 38 ℃ ) 和（hé）壓力( 0． 444 MPa) ，判斷實際管道（dào）中（zhōng）的蒸汽狀態是（shì）過熱還是飽和。輸入操作壓（yā）力，得到飽和（hé）蒸汽對應的溫（wēn）度為 147． 41 ℃，實際操作溫度為157. 38 ℃，高於飽和溫（wēn）度。因此，可判斷管道中的蒸汽處（chù）於過熱狀態。
測試對象為同（tóng）一台表，DN80 口徑，帶有在空氣標定裝置上的 5 點標（biāo）定係數。將管道介質設定為過熱蒸汽，並（bìng）預設溫度為 160 ℃ 和壓（yā）力（lì） 0． 4 MPa，以便儀表計（jì）算過熱蒸汽的密度。試驗數據對（duì）照如表 3 所示。
2． 3 試驗數據對比分析
根據空氣（qì）檢定裝置的溫度 20 ℃ 和壓力 0． 1 MPa，可以查到空氣運動黏度為 1． 506 × 10 － 5 m2 / s。一方 麵（miàn），根（gēn）據在（zài）線（xiàn）計算（suàn）器，可以得到蒸汽黏度為1． 431 ×10 － 6 Pa·s，以及密度為2． 32 kg /m3。由公式 v = μρ，可 以得到蒸汽的運動黏度為（wéi） 6． 17 × 10 － 6 m2 / s。對比可知，當前測試中（zhōng）的蒸（zhēng）汽黏度（dù）大約（yuē）是（shì）空氣（qì）的 40% ，根據公式( 5) ，蒸汽的雷諾數更高（gāo）。空氣的雷諾數區間為［1． 3 × 104，44 × 104 ］，相 應 的 蒸 汽 雷 諾 數（shù） 區 間 為［3． 17 × 104，107． 36 × 104］。盡管蒸汽的雷諾數（shù）更高，但仍處於 Sr-Ｒe 曲線上線性度較好的區間。如* 2 節對雷（léi）諾數討論部分所述，Sr 受雷諾數的影響可以不考慮。
另一方麵，就流體形態而言，因為有更低的運動黏（nián）度，蒸汽比空氣更容易進（jìn）入紊流區域( Ｒe ＞ 4 000) 。所 以，對於水蒸氣（qì）這樣的應用，煤氣流量計的起步（bù）雷諾（nuò）數，即小流量（liàng）的流量下（xià）限，可以（yǐ）下降更（gèng）低的（de）區域。這一特點使得煤（méi）氣流量計在蒸汽應用上更有優勢。
從表 3 的數據來看，小流（liú）量下重複性誤差較大。這一方麵與小流量的信噪比有關，另一方麵也與試驗過程中采用的檢定輸出方式( 當前試驗選用保留兩位小數的 4 ～ 20 mA 輸出方式) 有（yǒu）關。如（rú）果選用（yòng）精度更高的檢定方式（shì），比如頻率較高的脈衝，就可以明顯降低由於輸出方式導致（zhì）的檢定誤差。比如，實際數據點在小（xiǎo）流量點( 10% ) 上為 5． 72 mA、5． 7 mA 和 5． 73 mA，而 在（zài） 75% 流 量（liàng） 點 上 為 15． 52 mA、15． 56 mA 和15． 53 mA。同樣是（shì）0． 03 mA的波動，帶來的重複性就從 0． 09 變到（dào）了 0． 34。
3 結（jié）束語（yǔ）
從（cóng）兩次檢定（dìng）的試驗數據可以看出，用空氣進行出廠標定為 0． 5% 的係數，用到蒸汽上，誤差會略有放大，但仍在 2． 5% 範圍內。兩種流體的雷（léi）諾數相差約2. 4 倍。由於儀（yí）表阻流體的幾何參數及傳感器的相對位置控製，會有 Sr 數的波動。對於這一點，在進一步的試（shì）驗中，可以通過改變操作溫度和壓力等讓（ràng）兩種流體的（de）雷諾數盡量位於線性度較（jiào）好的區域。在滿足 Sr-Ｒe 關係較為平（píng）緩的情況下，該誤差完全（quán）有希望進一步縮小。另一方麵，由於蒸（zhēng）汽溫度和壓力的範圍較大，即便是在（zài）標準裝置（zhì）上校準得到的實流標定係數，與用戶具體使用的蒸汽狀態也未必一（yī）樣。蒸汽與蒸（zhēng）汽之間也可以探索用流體的相似率來標定，得（dé）到符合用戶精度（dù）需求的（de）校準係數。
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引言
蒸汽是現代生產中不（bú）可分割的一部分，食品工業、紡織、化工、醫藥、電力乃至運輸環節（jiē）都（dōu）有蒸汽參與。蒸汽提供了一種總（zǒng）量可控的二（èr）次能量輸送方式: 從自動化的中央鍋爐房到各類用（yòng）戶手中使用。基於眾多原因，使水蒸（zhēng）氣成為了應用廣泛的熱能形式: 水在自（zì）然界比較充足，且容（róng）易獲得; 對人體無毒害，對（duì）環境友好; 加熱到氣態（tài）時，它是一種安全，且高效的能源傳（chuán）輸方（fāng）式;在同等重量下，水蒸氣所能攜帶的能量( 2 675 kJ / kg)可達水( 420 kJ / kg) 的六倍以上等。不僅如此，水蒸氣還可以用來消毒，因此廣泛應用（yòng）於食品工業和醫藥（yào）行業。此外，蒸汽不會有火災危險。事實（shí）上，許多石化企業利用蒸汽來建設滅火係統，蒸汽同樣可用於危險（xiǎn）區域。
從流（liú）體形態來說，水蒸氣比空氣( 或水) 更加多樣（yàng）化。受溫度、壓力的影響，其形態有過熱蒸（zhēng）汽（qì）和飽和蒸汽; 在運輸過程中，由於熱（rè）能的損失，蒸汽（qì）形態（tài）可能會進一步演變為濕（shī）蒸汽，即氣液兩相流。在兩相流的狀（zhuàng）態下，通常會用濕度( 或幹度) 這一（yī）指標來表征蒸（zhēng）汽、水兩者間的比例。其形態多樣化帶來了計量上的困難。作為蒸汽提（tí）供方的電廠與需方用戶，統計（jì）得（dé）到的蒸汽計量數據（jù）往（wǎng）往差異比較大。舉例（lì）來說，按照年（nián）產量 800 kt 來計算，計量偏差可高達 20% 左右（yòu），損失可達 700 萬 元 以 上，有 的 甚 至 更 大，偏 差 能 達 到 40%左右。目前，絕大（dà）多數用於蒸汽計量的流量計采用（yòng）的檢定介質是空氣。這種標定裝置精度較高，但與實際生產情況相差甚遠。另一方麵（miàn），以蒸汽作為介質對蒸汽流量（liàng）計實測檢定，盡管更接近實際使（shǐ）用工況，但操（cāo）作難度大（dà）、費用高，致使一些使用蒸汽流量計的單位不願送檢。在 煙 台、廣 州、蘭 州，都曾建設過（guò）這（zhè）類標定裝置（zhì）。
鄭燦亭（tíng）提出，從流體（tǐ）的相似律出發，用空氣代替水蒸氣進行檢定。其理（lǐ）論依據是流體的相似率--對於兩種不同（tóng）的（de）流體，在（zài）其充（chōng）滿的管道中流動，受到慣性力和摩擦力這兩個力的直接影響。這兩個力的比值為雷諾數（shù）。也就是說，若要求兩種流場動（dòng）力學相似，兩者的雷諾數就必須相同。流場動力學相似（sì），意味著兩種流束在流（liú）體（tǐ）動力（lì）學上相似（sì），則通過（guò）流量檢定裝置時，流量係數也是相同的。這就能達到以壓縮空氣代替蒸汽的目的。
文獻指出，蒸汽密度公式不統（tǒng）一，尚沒有自洽的標準; 在蒸汽裝（zhuāng）置上的檢定（dìng）數據對比也還不夠豐富。針對以上兩點，本文提出利用在線計算器查找蒸（zhēng）汽數據，然後與（yǔ）專業書籍中的數據相互印（yìn）證，包括密度和黏（nián）度數據，大大提高了數據獲取的效率和準確性（xìng）; 把在空（kōng）氣檢定裝置上標定過的煤（méi）氣流量計，再用蒸汽作為檢定介質，並提供兩者的對比數據。
1 煤氣流（liú）量計的原（yuán）理及蒸汽（qì）數（shù）據準備
1． 1 渦接流量計工（gōng）作原理
把一個阻流（liú）體垂直插入管道（dào）中，流體會繞（rào）過阻流體流動，並（bìng）在阻流體兩側形成有規則的旋（xuán）渦列，左右兩側的旋渦旋轉方向相反。煤氣（qì）流量計原理如圖 1 所 示。這種旋渦列（liè）稱為卡門（mén）渦街。根據卡門（mén）的研究，隻有當渦列（liè）寬度 h 與同列相鄰兩旋（xuán）渦的間距 l 之比滿足（zú）某（mǒu）個比例時，旋渦列才可以穩定存在。比如（rú），對圓形阻流體，要求（qiú）兩（liǎng）者比值為 0． 281。
根據（jù）卡門渦街原理，旋渦頻率 f 與管內平均流速（sù） V
有如下關係:
式中: 珋v 為旋渦發生體兩側平均流（liú）速，m / s; d 為旋渦發生體特征寬度（dù），m; Sr 為斯特勞哈爾常數，無量綱常數; V 為管道流體平均流速（sù），m / s; m 為旋渦發生體兩側弓形麵積與管道截麵積之比。 如，對（duì）於寬度為 d 的三角柱，有:
式（shì）中: D 為管道內（nèi）徑，m; m 隨發生體形狀不（bú）同而不同。瞬時（shí）體積流（liú）量 qv 為:
式中: qv 為通過（guò）流量計的體積流（liú）量; f 為流量計輸出的信號頻率; K 為煤氣流量計的儀表係（xì）數。
雷諾數 Ｒe 一方麵與 Sr 有關，另一方麵與流體的黏度有（yǒu）關。*先，由（yóu）於煤（méi）氣流量計利用的是頻率與流（liú）速之間的正比關係，見式( 1) ，Sr 數值的穩（wěn）定性（xìng）會直接影響到產品的線性度。理想情況下，在相當寬的 Ｒe 範圍內（nèi）( 2×104 ～ 7 × 106 ) ，Sr 都是不變量。
斯特勞哈爾數 Sr 與雷諾數 Ｒe 之間（jiān）的關係曲線如（rú）圖 2 所示。當阻流體尺寸確定（dìng）後
就應該是常量。但在現實情形下，管道形狀、阻（zǔ）流體（tǐ）形狀、阻流體（tǐ）在管道中位置的一致性、傳感器的深度及其相對阻流體（tǐ）的前後（hòu）位置等幾何參數都會影（yǐng）響 Sr，導致 Sr 發生改變。
因（yīn）此（cǐ），各個（gè）廠家產品性能會（huì）有較（jiào）大差異。圖 2 中（zhōng），數據僅供參（cān）考。
在產品的批量生產（chǎn）中，對這些幾何量的把握會體現出不同廠家（jiā）的（de）產品設計和製造水平（píng）。在實際製造中，加工誤差客（kè）觀存在。這就考驗廠家的產品設計能力（lì）。一個魯（lǔ）棒性較高的設計，對關鍵（jiàn）參數的把（bǎ）握會（huì）比較到（dào）位。而對於非關鍵參數，加工（gōng）精度就無須過分嚴格。這對產品質量的穩定性和係統重複性非常有幫助。換句話說，一個好的設計，不應該使得流量計精度及重複性（xìng）這些產品性能指標對（duì）零件的加工誤差過於敏感。
由於設計和製造（zào）水平不同（tóng），導致各廠家產品的質量參差不齊。如有的產品在空氣和蒸（zhēng）汽兩種介質的對比試驗中，精度差別高達 7． 85%。在各國煤氣流量計（jì）的（de）工業標準中，日本的 JISZ 8766 提出將阻流體（tǐ）分（fèn）為 1 型 和 2 型。該標準可以用來作為參考，從而幫（bāng）助辨（biàn）別各廠家產品的質量。此（cǐ）標準中: 2 型 Sr 的平均值是 0. 250 33，標（biāo）準偏差是 0． 12% ，而 1 型標準偏差為 0． 3% 。
一（yī）般（bān）來說，隻要流體雷諾數在儀表精度保（bǎo）證範（fàn）圍內，比如 2 × 104 ～ 7 × 106，檢定過程（chéng）中（zhōng）並不會由於介質的不同造（zào）成明（míng）顯的誤差（chà），故（gù）這個影響可不考慮。換言之，Sr 可看成定值，但前提是雷諾數不可超出保（bǎo）證（zhèng）精度（dù）的區間，否則（zé）會引發 Sr 的較大（dà）差異。具體判斷依據雷諾數（shù）的（de）計算來確定，可（kě）參考式（shì）( 5) 。
1． 2 蒸汽數據的準（zhǔn）備
Ｒe 數與流體的黏度直接（jiē）有關，見式（shì）( 5) 。從（cóng）流體力學出發的動力學相似要求雷（léi）諾數相等，也就是式( 5) 計算值要相等:
式中: V 與 D 與上文一致; ρ為（wéi）流體密度，kg /m3 ; μ為流體（tǐ）的動力黏度，Pa·s; v 為流體運動（dòng）黏度，m2 / s。
在參考文獻中，鄭燦亭結合化工工藝算圖中的低壓氣體黏度公式，估算出水蒸氣的（de）黏（nián）度公式。該（gāi）方法采用了近似模型（xíng），引（yǐn）用的參考文獻也非常專業。這種方法在 20 世紀 90 年（nián）代比較（jiào）常用。目前，隨著專業公司的出現，水蒸氣的數據逐步變得越來越豐富，估算公式的應用顯得沒那（nà）麽必要。這是因為參數得查閱和計算（suàn），對使用者的專業要求較高，模型以及複雜的單位轉換等都形成了大大小小的障礙; 同時，估算的精度也會隨著模型的準確度，以及溫度和壓力（lì）的變化而（ér）降低。
利用在線計算器，能快速、準確（què）地得到飽和蒸汽（qì）與過（guò）熱（rè）蒸汽的黏度值。以 160 ℃ 的飽和蒸汽為例，在工具書上查出其飽（bǎo）和蒸汽壓為 0． 618 MPa，密 度 為3． 258 kg /m3，黏度為 1． 432 × 10 － 5 Pa·s。作為驗證（zhèng），選擇米-千（qiān）克（kè）-秒( meter kilogram second，MKS) 單位（wèi）製，從參考文獻（xiàn）提供的在線計算器中，輸入以上溫度（dù）和壓力值，可以（yǐ）很方便地得到黏度值為1． 434 × 10 － 5 Pa·s，比 體積為0． 306 9 m3/ kg，即密度為3． 258 6 kg/m3。
再如 150 ℃的飽和（hé）蒸汽，在工具書上查出其飽和蒸（zhēng）汽壓為 0． 476 MPa，密度為 2． 547 kg /m3，黏度為1． 393 × 10 － 5 Pa·s。作為驗證，同樣（yàng）選擇 MKS 單位製，從在線計算器中，輸入溫度和壓力值，得到黏度值為 1． 399 × 10 － 5 Pa·s，比體積為 0． 392 6 m3 / kg，即密度為 2． 547 kg /m3
上述兩個算例，驗證了利用在線計算器可以快速得到（dào）準確的飽（bǎo）和蒸汽黏度和密度值。這（zhè）可以使得蒸汽方麵的計算變得更加高（gāo）效。對於過熱蒸汽，同樣可以得到黏度和密度（dù）值，方法類似，此處不再贅述。
2 空氣標定及蒸汽裝置（zhì）的數據對比
2． 1 以空氣為（wéi）試驗介質進行標定（dìng）
裝置流體溫度、壓力、流量穩定（dìng）後，進行示值誤差（chà）檢定。檢定對象（xiàng）為 FSV430 煤氣流量計，管段口徑DN80，流量點選用 0． 1Qmax、0． 25Qmax、0． 5Qmax、0． 75Qmax、Qmax這 5 個流量（liàng）點。該檢定裝置采用帶有標準表的音（yīn）速噴（pēn）嘴法，介質為空氣，流量範圍 3． 5 ～5 400 m3 / h，對應的擴展不確定度為 U = 0． 25%( k = 2) 。
檢定過程中，每個流量點（diǎn）實際檢定流量（liàng）與設定（dìng）流量偏差（chà）不超過設定流量點的±5% 。因為是出廠標定，每個流量點檢定 1 次（cì），每次 1 min。檢定溫度為 20°，壓力為 0． 1 MPa。
各檢（jiǎn）定流量點的儀表係數（shù） K 的計算方式為:
式中: Qref為（wéi）流量標準值; f 為煤氣流量計的頻率。
2． 2 以蒸汽為試驗介質的對比
為了進（jìn）行比對，下（xià）文再以蒸汽為檢（jiǎn）定介質（zhì），重複以上流（liú）量點的測試（shì）。每個（gè）流量點的檢測（cè）次數增加為 3 次，每次持續（xù）時間為 1 min。該檢定裝置采用冷凝稱重法（fǎ），介質為（wéi）過熱空氣（qì），流量範圍（wéi） 0． 01 ～ 30 t / h，對 應 的 擴 展（zhǎn） 不確定度為 U =0. 1% ( k = 2) 。
試驗開始前，可以用在線計算器（qì）根據操作溫度( 157． 38 ℃ ) 和（hé）壓力( 0． 444 MPa) ，判斷實際管道（dào）中（zhōng）的蒸汽狀態是（shì）過熱還是飽和。輸入操作壓（yā）力，得到飽和（hé）蒸汽對應的溫（wēn）度為 147． 41 ℃，實際操作溫度為157. 38 ℃，高於飽和溫（wēn）度。因此，可判斷管道中的蒸汽處（chù）於過熱狀態。
測試對象為同（tóng）一台表，DN80 口徑，帶有在空氣標定裝置上的 5 點標（biāo）定係數。將管道介質設定為過熱蒸汽，並（bìng）預設溫度為 160 ℃ 和壓（yā）力（lì） 0． 4 MPa，以便儀表計（jì）算過熱蒸汽的密度。試驗數據對（duì）照如表 3 所示。
2． 3 試驗數據對比分析
根據空氣（qì）檢定裝置的溫度 20 ℃ 和壓力 0． 1 MPa，可以查到空氣運動黏度為 1． 506 × 10 － 5 m2 / s。一方 麵（miàn），根（gēn）據在（zài）線（xiàn）計算（suàn）器，可以得到蒸汽黏度為1． 431 ×10 － 6 Pa·s，以及密度為2． 32 kg /m3。由公式 v = μρ，可 以得到蒸汽的運動黏度為（wéi） 6． 17 × 10 － 6 m2 / s。對比可知，當前測試中（zhōng）的蒸（zhēng）汽黏度（dù）大約（yuē）是（shì）空氣（qì）的 40% ，根據公式( 5) ，蒸汽的雷諾數更高（gāo）。空氣的雷諾數區間為［1． 3 × 104，44 × 104 ］，相 應 的 蒸 汽 雷 諾 數（shù） 區 間 為［3． 17 × 104，107． 36 × 104］。盡管蒸汽的雷諾數（shù）更高，但仍處於 Sr-Ｒe 曲線上線性度較好的區間。如* 2 節對雷（léi）諾數討論部分所述，Sr 受雷諾數的影響可以不考慮。
另一方麵，就流體形態而言，因為有更低的運動黏（nián）度，蒸汽比空氣更容易進（jìn）入紊流區域( Ｒe ＞ 4 000) 。所 以，對於水蒸氣（qì）這樣的應用，煤氣流量計的起步（bù）雷諾（nuò）數，即小流量（liàng）的流量下（xià）限，可以（yǐ）下降更（gèng）低的（de）區域。這一特點使得煤（méi）氣流量計在蒸汽應用上更有優勢。
從表 3 的數據來看，小流（liú）量下重複性誤差較大。這一方麵與小流量的信噪比有關，另一方麵也與試驗過程中采用的檢定輸出方式( 當前試驗選用保留兩位小數的 4 ～ 20 mA 輸出方式) 有（yǒu）關。如（rú）果選用（yòng）精度更高的檢定方式（shì），比如頻率較高的脈衝，就可以明顯降低由於輸出方式導致（zhì）的檢定誤差。比如，實際數據點在小（xiǎo）流量點( 10% ) 上為 5． 72 mA、5． 7 mA 和 5． 73 mA，而 在（zài） 75% 流 量（liàng） 點 上 為 15． 52 mA、15． 56 mA 和15． 53 mA。同樣是（shì）0． 03 mA的波動，帶來的重複性就從 0． 09 變到（dào）了 0． 34。
3 結（jié）束語（yǔ）
從（cóng）兩次檢定（dìng）的試驗數據可以看出，用空氣進行出廠標定為 0． 5% 的係數，用到蒸汽上，誤差會略有放大，但仍在 2． 5% 範圍內。兩種流體的雷（léi）諾數相差約2. 4 倍。由於儀（yí）表阻流體的幾何參數及傳感器的相對位置控製，會有 Sr 數的波動。對於這一點，在進一步的試（shì）驗中，可以通過改變操作溫度和壓力等讓（ràng）兩種流體的（de）雷諾數盡量位於線性度較（jiào）好的區域。在滿足 Sr-Ｒe 關係較為平（píng）緩的情況下，該誤差完全（quán）有希望進一步縮小。另一方麵，由於蒸（zhēng）汽溫度和壓力的範圍較大，即便是在（zài）標準裝置（zhì）上校準得到的實流標定係數，與用戶具體使用的蒸汽狀態也未必一（yī）樣。蒸汽與蒸（zhēng）汽之間也可以探索用流體的相似率來標定，得（dé）到符合用戶精度（dù）需求的（de）校準係數。
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