孔板流量计的测量精度分析

鸿昇提醒您，如果您想了解孔板流量计的测量精度，首先我们来看看孔板流量计的组成部分。希望下面的内容能帮到你。

一、孔板流量计的组成

孔板流量计是由标准孔板和差压变送器组成的差压流量装置。它可以测量气体、蒸汽、液体和天然气的流量，广泛应用于石油、化工、冶金、电力、供热、供水等领域的过程控制和测量。如图1所示。

图1孔板流量计的组成

1-标准孔板2-压力管道3-三个阀组4-差压计

二、孔板流量计的工作原理

1.测量原理

孔板流量计是一种基于相似原理和实验数据的瞬时流量计。天然气孔板流量计基于流体通过设置在循环管道上的流阻元件时确定的压差与流体流量之间的关系，通过测量压差值来获得流体流量。

2.流体运动方程

如图2所示，根据流量连续性方程(质量守恒定律)和伯努利方程(能量守恒定律)，天然气孔板流量计的流量方程为:

公式(1)

其中:q为体积流量；β是直径比，β= d/d；d为工作状态下节流元件的孔径；d为工作状态下上游管道的内径；Ao是孔口的横截面积；c是流出系数；δ为节流装置前后实测压差；p是节流装置上游的流体密度；ε是膨胀系数。

图2流体流经节流元件时压力和流量的变化

3.流动状态的要求

孔板流量计的流量系数C是在特定的实验室参考条件下，由大量实验数据推导出来的计算方法。因此，为了保证测量精度，气流状态应满足以下四个要求:

3.1流体必须是牛顿流体，在物理和热力学上是均匀单相的，或者可以认为是单相流体。

3.2流体流动是稳定流动或缓慢变化的流动，随时间变化很小。

3.3流体必须充满管道流动。在流过节流元件之前，流体应该是充分湍流的，流束平行于管轴不旋转，流过节流元件时不发生相变。

3.4流体通过孔板节流装置的流量，孔板下游静压与孔板上游静压之比必须不小于0.75，管道雷诺数Re≥5000(转角压力)，管道雷诺数Re≥1260β2D(法兰压力)。

三。孔板流量计的不确定度分析

由于受取压方式的影响(转角取压和法兰取压)；流量计算假设和其他因素的影响；孔板加工安装技术要求。孔板流量计的使用和流量计算必须严格遵守规范，否则无法计算流量测量的不确定度或误差较大。

根据天然气孔板流量计的流量方程(公式1)，流量测量的精度主要受流出系数C、膨胀系数、压差和天然气物性的影响。

1.流出系数的不确定性变化

流出系数C是为了补偿任意两点的摩擦效应而包含的经验系数。它与节流元件的几何形状、取压位置和雷诺数有关，通常由实验确定。当直管段长度满足SY/T6143-2004要求，节流前10天和节流后4天长度的测量管圆度满足不大于0.3%的标准要求时，流出系数的不确定度δc/c只随β值的不同而变化。此时，当β≤0.6时，δc/c = 0.6%；当β >: 0.60时，则δ c/c = β%。

2.天然气膨胀系数的不确定性变化

当被测天然气流经孔板时，由于流量和压力的变化，密度发生变化(气体压力从P1下降到p2，由于膨胀，密度减小)。为了适应这种变化，修正因假设密度等于常数而造成的偏差，必须增加一个系数，称为膨胀系数ε。

公式(2)

对于天然气，膨胀系数的不确定度为δ ε/ε = 4 (δ p/pi)%。

它与孔板流量计的实测压差δ p成正比，与静压p1成反比。目前在天然气测量中，差压一般在50000Pa以内，静压在1-10 MPa范围内，所以δ ε/ε为0.00002%和0.2%以上。

3.天然气密度测量的不确定度δρ/ρ

密度的值根据不同的测量方法而变化。一种是直接密度测量，由密度计直接测定。天然气密度测量的不确定度δρ/ρ从1.013%到1.571%或更高。

4.压差P的不确定度

标准SY/T6143—2004中的实用流量公式规定了能量方程推导过程中测量管(包括上下游侧的测量管)的液位。因此，上游和下游测压口之间的位置差为零，压差δ p为孔板上游和下游侧指定测压口处测得的静压之差。

公式(3)

式中:ξδp为差压计的精度等级；δ PK是差压计的量程；δpf是预定的压差测量值。

因此，当所用的差压计精度为0.5级，量程为0~600kpa，预设差压观测值为300kpa时，置信概率为95%的天然气孔板流量计的总测量不确定度为:

根据SY/T6143-2004，天然气流量测量的总不确定度实际上是测量系统的测量值与真值比较时95%的准确度，测量的总不确定度δqn/qn小于0.82%且大于4.52%或更大。

四。孔板流量计在使用中的测量误差分析

在实际应用中，孔板流量计使用不当会造成很大的测量误差，有时可达20%左右。在流量计的使用中，如何减小其测量误差，必须考虑流量的测量原理和结构形式，注意使用条件和被测对象的物性是否与所选流量计的性能相适应。测量误差分析如下:

1.流动计算方程描述了流体是充满圆管的充分发展的稳定流动。如果不能确定流动状态的真实性，如果仍按原始仪器常数计算流量，就会与实际流量产生误差。

2.天然气的真实相对密度小于或等于0.75，主要成分为甲烷加上乙烷和其他少量轻烃。流量测量的不确定度受被测介质实际特性的不确定因素的影响，以及影响仪表正常运行的实际物性的变化。

3.孔板的结构设计、加工、装配、安装、检验和使用必须满足本标准规定的所有技术要求。每个设备本身和环境条件造成的不确定性。

4.孔板安装不正确。

管道水平安装，如果孔板的孔中心与管道中心线不同心；如果安装时有压管堵塞、垫片等突出物，孔板前后压差测量会不准确，造成测量误差。

5.孔板入口边缘磨损。

在使用中，由于流体的磨损，孔板的总体边缘变钝并研磨成圆形入口边缘。结果，在相同的流量下，节流孔收缩系数变大，导致压差的变化和测量误差。

6.孔板表面结垢

长时间使用时，孔板表面会使孔板的流通面积减小，导致压差增大，使流量计的测量值大于实际值，影响测量精度。

7.差压变送器的零点漂移和量程设置不当

由于时间较长，变送器的零点会发生漂移，差压变送器的输入输出信号会发生变化。如果不及时调整，测得的流量值会偏低或偏高。

本文的内容是孔板流量计的测量精度分析。

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