導致聚四氟乙烯流量計測量（liàng）結果產生誤差的因素有（yǒu）哪些
點擊次數：1978 發布時間：2020-11-06 08:51:42
一、聚四氟（fú）乙烯流量計組成部分
聚四氟乙烯流量計是將標準孔板與差壓變送器配（pèi）套組成的差壓式（shì）流量裝置，可測（cè）量氣體、蒸汽、液體及天然氣的流（liú）量，廣泛應用於石油、化工、冶金（jīn）、電（diàn）力、供熱、供水等領域的（de）過程控製和（hé）測量（liàng）。如圖1所示。
聚四（sì）氟乙烯流量計組成部分
圖（tú）1聚四氟乙烯流量計組成部分（fèn）
1-標準孔板 2-引壓管路 3-三閥組 4-差壓計（jì）
二、聚四氟乙烯（xī）流量計的工作原理（lǐ）
1、測量原理
聚四氟乙烯流量計是以（yǐ）相似原理為根（gēn）據，以（yǐ）實驗數據為基礎的瞬時流量計。天然氣聚四氟乙烯流量計基於流體在通過設置於流通管道上的流（liú）動阻力件時產生的壓力差（chà）與流體流量之間的確定關係，通過測量差壓值求得流體流量。
2、流量方程
如圖2所示，根據流動連續性（xìng）方程（質量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒定（dìng）律），天然氣聚四氟乙烯流量計的流量方程為：
聚四氟乙（yǐ）烯流量計的流量方程
公（gōng）式（1）
式中：Q為體積流量；β為直徑比，β=d/D；d為工作條件下節流件（jiàn）的孔（kǒng）徑（jìng）；D為工（gōng）作條件下上遊管道內徑；Ao為節流（liú）件的開孔截麵積； C 為（wéi）流出（chū）係數；ΔP為節流裝置（zhì）前後實際測得的差（chà）壓；p為節流裝置（zhì）上遊流體密度；ε為可膨脹（zhàng）係數。
流體流經節流件時壓力和流（liú）速變化情況
圖2 流體（tǐ）流經節流件時壓（yā）力和流速變化情況（kuàng）
3、流（liú）動狀態的要求（qiú）
聚四氟乙烯流量計（jì）的流出係數 C 是在（zài）特定的（de）實驗室（shì）參比（bǐ）條件下，通過大量（liàng）的（de）實驗數據推導（dǎo）得出的計算方法。因此，為了保證測量精度，對於氣流（liú）流動狀態應符（fú）合如下四條要求：
3.1 流體必須是（shì）牛頓流體，在物理學和熱力學上（shàng）是均勻的、單相的，或者可認（rèn）為（wéi）是（shì）單相的流體。
3.2 流體流動是穩（wěn）定流（liú）或**間變化不（bú）大的緩變（biàn）流（liú）。
3.3 流體必須（xū）滿管流，流經（jīng）節流件前流動應達到充分紊流，流束平行於管道軸線（xiàn）且無旋轉，流經（jīng）節流件時不發生相變。
3.4 流體（tǐ）通過孔板節流裝置的流動，必（bì）須保持孔板下遊靜壓與（yǔ）孔（kǒng）板上遊靜壓之比不小於0.75，管道（dào）雷諾數Re≥5000（角接取壓）和管道（dào）雷諾數Re≥1260β2D（法蘭取壓）。
三、聚（jù）四氟乙（yǐ）烯流量計不確定度分析
由於存在取壓方式（角接（jiē）取（qǔ）壓、法蘭取壓）的影響；流量計算假設條件等因素的影響；孔板加工、安裝等技術要求。聚（jù）四氟乙烯流量計的使用和流量計算必須嚴格遵（zūn）守規範規定，否則，其流量測量的不確（què）定度無法計算或誤差（chà）較（jiào）大。
根據（jù）天然（rán）氣聚四氟乙烯流量計的（de）流量方程（公式1）可知（zhī），影響流（liú）量（liàng）測量的精度主要由流出係數C、可膨脹係數、差壓和天然氣的物性。
1、流出係數不確定度變化
流出係數C是為了補償任意兩點的（de）摩擦影響所列入的一個經（jīng）驗係數，它與節流件的幾何形狀、取（qǔ）壓位置及雷諾數等有關，通常由試驗確（què）定（dìng）。當直管段長度符合SY/T6143-2004的規定的節流前10D和節流後4D長的測量管，圓度滿足不大於±0.3%的（de）標準規定，則流出係數不（bú）確定度δc/c隻隨β值的不同而不同。此時，當β≤0.6時，則δc/c=±0.6%；當β<0.60時，則δc/c=±β%。
2、天然（rán）氣可膨脹係數不確定度變（biàn）化
當所測天然氣流（liú）經孔板時，由於流速和壓（yā）力（lì）的改變而伴隨著密度的改變（氣體壓力從P1降為p2，因（yīn）膨（péng）脹而使（shǐ）密度減小），為適應此種變化以修正因（yīn）假（jiǎ）設密度等於常量（liàng）而對流（liú）量引起（qǐ）的偏差，因此必須加人一個係數，這個係數被稱為可膨脹係數（shù）ε。
聚四氟乙烯流量計公（gōng）式（shì）
公式（2）
對於天然（rán）氣而言，可膨脹性係數的不確定度為：δε/ε=±4（Δp/pi）%
它與聚四氟乙烯流量計實測差壓Δp成正比，與靜壓p1成反比。目前在（zài）天（tiān）然氣計量中差壓（yā）值（zhí）一般在50000Pa之內，靜壓在1-1OMPa範圍內（nèi），因此 δε/ε*小為（wéi）±0.00002%，*大為±0.2%或更大（dà）。
3、天然氣密度測量不確定度δρ/ρ
密度取值按測量方法的不同而異，其一為直接密度測量，由密度（dù）計直接決定其值；天然氣密度測量的不確定度δρ/ρ*小為±1.013%，*大為±1.571%或更大。
4、差壓P的不確定度
標準SY/T6143—2004中的流量實用公式在（zài）應用能量方程導出過程中，規定測量管道水平（包括上、下遊側的測量管）。因此，其上、下遊取壓口的位置差為零，差壓Δp則（zé）是在孔板上、下遊側所規定的取壓口位置上量得的靜（jìng）壓之差。
流量計差（chà）壓（yā）公式
公式（3）
式（shì）中：ζΔp為差壓計的精度等級；Δpk為差壓計的量程；Δpf為預定差壓測量值。
由此（cǐ）可見，當所用差壓計（jì）的（de）精度為0.5級，量程（chéng）為0~600kpa，預設差壓（yā）測景值（zhí）為（wéi）300kpa時（shí），對於（yú）天然氣孔板流景計，置信概率為95%的測量總不（bú）確定度為（wéi）：
天然氣流量測量的總不確定度，據SY/T6143-2004規定，實際上就是測量係（xì）統的測量（liàng）值（zhí）與（yǔ）真值比較，置信概率為95%的準確度，其測量的總不確（què）定度δQn/Qn*小為±0.82%，*大為±4.52%或更大。
四、聚四氟乙烯流量（liàng）計使（shǐ）用中的測量誤差分析
在實際應用時，對於聚四氟乙烯流量（liàng）計如果使用不當，會造成很大的測（cè）量誤（wù）差，有時可達到20%左右。在流量計的使用中，如何減少其測（cè）量誤差，必須考慮流量的（de）測量原理和結（jié）構形式，注意使用條件和測量對象的物理性質是（shì）否與所選用的流（liú）量計性能相適應。下麵就其測量誤差進行（háng）分析：
1、流量計算（suàn）方程描述流體是充滿圓管的、充（chōng）分發展的定常流。若流動狀態真實性無法確定，如果仍按照原有的儀表（biǎo）常數推算流量，將與（yǔ）實際（jì）流量存在誤差。
2、天然氣以甲（jiǎ）烷為（wéi）主（zhǔ）加上（shàng）乙烷和其他少量的輕烴，真（zhēn）實相（xiàng）對密度小於或（huò）等於0.75。由於被測介質實際（jì）特性的不確定（dìng）因素，以及（jí）實際物性變化影響儀表正常工作（zuò）等對流量測量的不確定度產生影響。
3、孔（kǒng）板的結構設計、 加工、 裝配、安裝、檢驗和使（shǐ）用必須符合標準（zhǔn）規定的全部技術（shù）要求。由於各個（gè）裝置自身及環（huán）境條件（jiàn）因素（sù）引起的（de）不確定因素。
4、孔（kǒng）板安裝不正確（què）
管道水（shuǐ）平安裝，如果孔板開孔中心與管道中心線不（bú）同心；如果在（zài）安裝過程中存在引壓管堵塞及墊片等凸出物，則（zé）會造成孔（kǒng）板前後壓差測量（liàng）不準確，從而造成測量誤差。
5、孔板入口邊緣被（bèi）磨（mó）損
在使用中，由於（yú）流體的磨蝕作用，使孔板的人口邊（biān）緣變鈍，被磨成圓形入（rù）口邊緣。結果是在相同的流量下，孔口收縮係數變大，造成差壓發生變化，造成測（cè）量誤差。
6、孔板表（biǎo）麵的結垢
長期使用時，孔板（bǎn）表麵結據，使孔板的流（liú）通麵積變小，從而造（zào）成差壓增大，使流量計（jì）測量值大（dà）於實際（jì）值，影響計量精度。
7、差壓變送器零點漂移和量程設置不當（dāng）
由於時間較長，變送器的零點會發生漂移，這時差壓變送器的輸人和輸出（chū）信號（hào）發生變化。若不及時調整，會造成（chéng）實測流量值偏低或偏高。
聚四氟乙烯流量計是將標準孔板與差壓變送器配（pèi）套組成的差壓式（shì）流量裝置，可測（cè）量氣體、蒸汽、液體及天然氣的流（liú）量，廣泛應用於石油、化工、冶金（jīn）、電（diàn）力、供熱、供水等領域的（de）過程控製和（hé）測量（liàng）。如圖1所示。
聚四（sì）氟乙烯流量計組成部分
圖（tú）1聚四氟乙烯流量計組成部分（fèn）
1-標準孔板 2-引壓管路 3-三閥組 4-差壓計（jì）
二、聚四氟乙烯（xī）流量計的工作原理（lǐ）
1、測量原理
聚四氟乙烯流量計是以（yǐ）相似原理為根（gēn）據，以（yǐ）實驗數據為基礎的瞬時流量計。天然氣聚四氟乙烯流量計基於流體在通過設置於流通管道上的流（liú）動阻力件時產生的壓力差（chà）與流體流量之間的確定關係，通過測量差壓值求得流體流量。
2、流量方程
如圖2所示，根據流動連續性（xìng）方程（質量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒定（dìng）律），天然氣聚四氟乙烯流量計的流量方程為：
聚四氟乙（yǐ）烯流量計的流量方程
公（gōng）式（1）
式中：Q為體積流量；β為直徑比，β=d/D；d為工作條件下節流件（jiàn）的孔（kǒng）徑（jìng）；D為工（gōng）作條件下上遊管道內徑；Ao為節流（liú）件的開孔截麵積； C 為（wéi）流出（chū）係數；ΔP為節流裝置（zhì）前後實際測得的差（chà）壓；p為節流裝置（zhì）上遊流體密度；ε為可膨脹（zhàng）係數。
流體流經節流件時壓力和流（liú）速變化情況
圖2 流體（tǐ）流經節流件時壓（yā）力和流速變化情況（kuàng）
3、流（liú）動狀態的要求（qiú）
聚四氟乙烯流量計（jì）的流出係數 C 是在（zài）特定的（de）實驗室（shì）參比（bǐ）條件下，通過大量（liàng）的（de）實驗數據推導（dǎo）得出的計算方法。因此，為了保證測量精度，對於氣流（liú）流動狀態應符（fú）合如下四條要求：
3.1 流體必須是（shì）牛頓流體，在物理學和熱力學上（shàng）是均勻的、單相的，或者可認（rèn）為（wéi）是（shì）單相的流體。
3.2 流體流動是穩（wěn）定流（liú）或**間變化不（bú）大的緩變（biàn）流（liú）。
3.3 流體必須（xū）滿管流，流經（jīng）節流件前流動應達到充分紊流，流束平行於管道軸線（xiàn）且無旋轉，流經（jīng）節流件時不發生相變。
3.4 流體（tǐ）通過孔板節流裝置的流動，必（bì）須保持孔板下遊靜壓與（yǔ）孔（kǒng）板上遊靜壓之比不小於0.75，管道（dào）雷諾數Re≥5000（角接取壓）和管道（dào）雷諾數Re≥1260β2D（法蘭取壓）。
三、聚（jù）四氟乙（yǐ）烯流量計不確定度分析
由於存在取壓方式（角接（jiē）取（qǔ）壓、法蘭取壓）的影響；流量計算假設條件等因素的影響；孔板加工、安裝等技術要求。聚（jù）四氟乙烯流量計的使用和流量計算必須嚴格遵（zūn）守規範規定，否則，其流量測量的不確（què）定度無法計算或誤差（chà）較（jiào）大。
根據（jù）天然（rán）氣聚四氟乙烯流量計的（de）流量方程（公式1）可知（zhī），影響流（liú）量（liàng）測量的精度主要由流出係數C、可膨脹係數、差壓和天然氣的物性。
1、流出係數不確定度變化
流出係數C是為了補償任意兩點的（de）摩擦影響所列入的一個經（jīng）驗係數，它與節流件的幾何形狀、取（qǔ）壓位置及雷諾數等有關，通常由試驗確（què）定（dìng）。當直管段長度符合SY/T6143-2004的規定的節流前10D和節流後4D長的測量管，圓度滿足不大於±0.3%的（de）標準規定，則流出係數不（bú）確定度δc/c隻隨β值的不同而不同。此時，當β≤0.6時，則δc/c=±0.6%；當β<0.60時，則δc/c=±β%。
2、天然（rán）氣可膨脹係數不確定度變（biàn）化
當所測天然氣流（liú）經孔板時，由於流速和壓（yā）力（lì）的改變而伴隨著密度的改變（氣體壓力從P1降為p2，因（yīn）膨（péng）脹而使（shǐ）密度減小），為適應此種變化以修正因（yīn）假（jiǎ）設密度等於常量（liàng）而對流（liú）量引起（qǐ）的偏差，因此必須加人一個係數，這個係數被稱為可膨脹係數（shù）ε。
聚四氟乙烯流量計公（gōng）式（shì）
公式（2）
對於天然（rán）氣而言，可膨脹性係數的不確定度為：δε/ε=±4（Δp/pi）%
它與聚四氟乙烯流量計實測差壓Δp成正比，與靜壓p1成反比。目前在（zài）天（tiān）然氣計量中差壓（yā）值（zhí）一般在50000Pa之內，靜壓在1-1OMPa範圍內（nèi），因此 δε/ε*小為（wéi）±0.00002%，*大為±0.2%或更大（dà）。
3、天然氣密度測量不確定度δρ/ρ
密度取值按測量方法的不同而異，其一為直接密度測量，由密度（dù）計直接決定其值；天然氣密度測量的不確定度δρ/ρ*小為±1.013%，*大為±1.571%或更大。
4、差壓P的不確定度
標準SY/T6143—2004中的流量實用公式在（zài）應用能量方程導出過程中，規定測量管道水平（包括上、下遊側的測量管）。因此，其上、下遊取壓口的位置差為零，差壓Δp則（zé）是在孔板上、下遊側所規定的取壓口位置上量得的靜（jìng）壓之差。
流量計差（chà）壓（yā）公式
公式（3）
式（shì）中：ζΔp為差壓計的精度等級；Δpk為差壓計的量程；Δpf為預定差壓測量值。
由此（cǐ）可見，當所用差壓計（jì）的（de）精度為0.5級，量程（chéng）為0~600kpa，預設差壓（yā）測景值（zhí）為（wéi）300kpa時（shí），對於（yú）天然氣孔板流景計，置信概率為95%的測量總不（bú）確定度為（wéi）：
天然氣流量測量的總不確定度，據SY/T6143-2004規定，實際上就是測量係（xì）統的測量（liàng）值（zhí）與（yǔ）真值比較，置信概率為95%的準確度，其測量的總不確（què）定度δQn/Qn*小為±0.82%，*大為±4.52%或更大。
四、聚四氟乙烯流量（liàng）計使（shǐ）用中的測量誤差分析
在實際應用時，對於聚四氟乙烯流量（liàng）計如果使用不當，會造成很大的測（cè）量誤（wù）差，有時可達到20%左右。在流量計的使用中，如何減少其測（cè）量誤差，必須考慮流量的（de）測量原理和結（jié）構形式，注意使用條件和測量對象的物理性質是（shì）否與所選用的流（liú）量計性能相適應。下麵就其測量誤差進行（háng）分析：
1、流量計算（suàn）方程描述流體是充滿圓管的、充（chōng）分發展的定常流。若流動狀態真實性無法確定，如果仍按照原有的儀表（biǎo）常數推算流量，將與（yǔ）實際（jì）流量存在誤差。
2、天然氣以甲（jiǎ）烷為（wéi）主（zhǔ）加上（shàng）乙烷和其他少量的輕烴，真（zhēn）實相（xiàng）對密度小於或（huò）等於0.75。由於被測介質實際（jì）特性的不確定（dìng）因素，以及（jí）實際物性變化影響儀表正常工作（zuò）等對流量測量的不確定度產生影響。
3、孔（kǒng）板的結構設計、 加工、 裝配、安裝、檢驗和使（shǐ）用必須符合標準（zhǔn）規定的全部技術（shù）要求。由於各個（gè）裝置自身及環（huán）境條件（jiàn）因素（sù）引起的（de）不確定因素。
4、孔（kǒng）板安裝不正確（què）
管道水（shuǐ）平安裝，如果孔板開孔中心與管道中心線不（bú）同心；如果在（zài）安裝過程中存在引壓管堵塞及墊片等凸出物，則（zé）會造成孔（kǒng）板前後壓差測量（liàng）不準確，從而造成測量誤差。
5、孔板入口邊緣被（bèi）磨（mó）損
在使用中，由於（yú）流體的磨蝕作用，使孔板的人口邊（biān）緣變鈍，被磨成圓形入（rù）口邊緣。結果是在相同的流量下，孔口收縮係數變大，造成差壓發生變化，造成測（cè）量誤差。
6、孔板表（biǎo）麵的結垢
長期使用時，孔板（bǎn）表麵結據，使孔板的流（liú）通麵積變小，從而造（zào）成差壓增大，使流量計（jì）測量值大（dà）於實際（jì）值，影響計量精度。
7、差壓變送器零點漂移和量程設置不當（dāng）
由於時間較長，變送器的零點會發生漂移，這時差壓變送器的輸人和輸出（chū）信號（hào）發生變化。若不及時調整，會造成（chéng）實測流量值偏低或偏高。