1 问题的提出

    利用差压原理进行流量测量是当今世界上使用zui多，同时也是zui可靠的流量测量系统之一。以孔板、喷嘴和文丘里管为代表的差压式流量计成功地应用于工业领域已愈百年，尤其是标准孔板的应用更有悠久的历史，它占据了目前世界上大约50%~55%的工业流量测量市场。

    孔板流量计具有简单可靠、加工方便等优点，但也存在着如下局限性。
    a）孔板入口边缘易磨损，测量精度降低，性能不稳定，需定期进行更换；
    b）对于脏污流、含湿气体及蒸汽的介质较敏感，易积垢造成取压孔堵塞，从而引起测量误差；
    c）量程比比较小，差压信号中的信噪比低，不可恢复压损大，安装、调试不方便；
    d）大口径管道应用中，失去了价格优势，维护成本高。

    由于孔板流量计存在着上述问题，一种新型的差压式均速管流量计—T型阿牛巴流量计在实际的应用中逐渐显露出它的优越性。

    2 阿牛巴流量计的发展

    阿牛巴流量计是基于伯努利能量守恒原理和皮托管测量原理而发展起来的差压式均速管流量计。它共经历了图1所示的3个发展阶段。

    zui初的阿牛巴流量计的检测杆断面是圆形的，发现圆形阿牛巴流量计的流量系数K值在雷诺数Re<1O⁵时基本不变，而在10⁶~10⁸之间时，K值增大且分散，分散度约为±10%。进一步研究表明，上述现象是由流体流过圆管时，分离点位置不固定造成的；当Re<1O⁵时，分离点与管道中心的分离角为78゜，当Re＞10⁵时，分离角为130゜；当Re在10⁵~10⁸之间时，分离角处于78゜~130゜之间不确定的位置上，如图2所示。由于阿牛巴流量计计算公式中流量与K值成正比，因而K值±10%的分散性将造成流量测量±10%的误差，而阿牛巴流量计K值分散性较大的这段雷诺数范围对应的流体流速正是大多数气体在管道中的正常流速值。

    第二代宝石I型（菱形断面）阿牛巴流量计突出的优点是流体分离点的位置固定在菱形两侧尖锐的拐点上，从而解决了圆形阿牛巴流量计K值不稳定的问题，测量精度大大地提高了。

    当流体流经阿牛巴传感器边缘时会产生漩涡，这些漩涡导致了阿牛巴流量传感器的震动，产生脉动的噪声信号失真，从而影响测量的稳定性。第二代宝石Ⅱ型（改进型菱形断面）阿牛巴流量计解决了这个问题。

    无论是改进型菱形断面的阿牛巴流量计还是在圆形阿牛巴流量计基础上发展起来的椭圆形、扇形、子弹型、机翼型等多种均速管流量计虽然比圆形阿牛巴流量计有了很大的进步，但还存在着如下问题。
    a）K值还是不够恒定，特别是在小流量测量时，大大影响了阿牛巴流量计在低流速，低流量时测量的精度。
    b）产生的差压信号比较小，一般只有1~3kPa。在测量流速比较低的工况时，甚至只有20~50Pa，对这样低的差压，测量精度和稳定性是没有办法保证的。限制了阿牛巴流量计的使用范围，尤其是在气体流量测量的应用中。
    c）容易受到各种干扰，产生差压信号的信噪比比较低，影响了测量的稳定性。
    d）由于均速管流量计是流体速度取样式流量计，按照流体力学研究的要求要对管道内一定位置的流体速度取样，因此对安装有着较高的要求，在X，Y，Z三轴方向上一般要求不偏差大于±3゜，在一般现场要达到如此的安装精度是相当困难的。

    3 T型阿牛巴流量计的特点

    T型阿牛巴流量计和以往的均速管流量计相比，不仅保持了改进菱形阿牛巴流量计的各种优点，同时地解决了上述提到的存在的实际问题，它的改进是革命性的。

    3.1 良好的本质抗堵性能

    流体在管道各个截面上的速度分布是有差别的。一个的速度式流量计需要得到流体的平均速度，以往均速管流量计只开了几个取压孔，对流体的速度取样率仅为6.5%左右。T型阿牛巴流量计正面高压取压槽口跨越整个管道，获得比以往各种形状匀速管流量计12倍以上的流体速度取样面积，它对流体的速度取样率高达85%，因而得到的平均速度测量精度。

    T型阿牛巴流量计跨越整个管道的高压取压槽口的设计也使得它有了更好的抗堵性，一些杂质的吸附对测量精度不会造成在以往的均速管流量计上发生的灾难性的测量误差。T型阿牛巴在管道中流体的流线如图3所示，从图3中可以看到，流体在阿牛巴正面能形成一个大的高压区，流体中的微粒偏转绕过这个高压区，并流离T型阿牛巴背后低压取压口的滞留区，使得杂质不会进入阿牛巴的内部，获得了良好的抗堵性能。

    3.2 精度高稳定性好

    K值是差压流量计zui重要的表征系数，对于测量流量范围的稳定与否至关重要，并直接关系到流量计的测量精度。从图4中可以清楚地看到T型阿牛巴流量计的K值在各个雷诺数范围内能够保持恒定，*解决了以往所有各种均速管流量计K值在流量变化，特别是在小流量时不稳定的问题，使得测量精度保证在±0.75 %范围内。从根本上保证了阿牛巴流量计在各种流体状况中都能得到的测量。T型阿牛巴流量计的改进是非常显著的，同时其重复性同样非常出色，为±0.1%。

    3.3 突出的信噪比和量程比

    均速管流量计使用好坏的一个重要条件就是使得测量流体时产生的差压要足够大，以前的匀速管流量计抗*力差，在低流量时，输出信号的信噪比太低，失真度大，同时以前的差压变送器对微差压测量的精度和稳定性不能令人满意。在流体同样的工艺条件下，T型阿牛巴流量计产生的差压信号要比以往各种形状均速管流量计大80%以上。这样不但使得测量精度得到提高，而且能使其使用在其他低流速场合，这个特性使它具有了10:1到20:1的量程比。

    从图5可以看到，T型阿牛巴流量计输出的差压信号具有突出的信噪比，使得差压变送器能够获得良好的差压信号，从而得到流量的稳定测量。

    3.4 一体化安装实现温压补偿

    由于气体流量的复杂性，气体流量仪表在测量精度、可靠性等方面都明显劣于液体流量仪表。气体的流量测量受温度、压力变化而影响，这些因素对气体流量仪表的度、重复性造成严重影响，因此，通过增加压力、温度补偿来提高测量精度。

    常规的流体压力、温度补偿见式（1）
 
        （1）

    式中q_m— 流体的质量流量；
        K— 流量系数；
        Δp— 流量计产生的差压；
        p— 压力；
        T— 流体的温度。

    K基本上是随着流量、压力、温度的变化而变化的，不是一个常数，温度补偿公式中如果仅采用正常流量时的流量系数，当流体工况变化时，其测量精度会大大降低，这也是导致差压式流量计测量精度低的一个重要原因。

    为了解决这个根本问题，目前展现出了一种多参数流量变送器。这种变送器内置了高精度的差压变送器，绝压变送器、温度变送器、高速CPU和大容量数据存储器。该存储器存储了各种流体在不同压力、温度下在温度补偿公式中所需要使用的物性参数，包括密度、黏度、气体常数、压缩系数、等容比热等数据，根据流体实际变化的工作压力、温度进行实时、动态zui*的补偿计算，zui大程度地消除各个造成流量测量误差的因素。

    对于蒸汽流量测量会自动判断蒸汽处于饱和、不饱和还是过热的状态，并自动进行补偿计算。

    多参数流量变送器和T型阿牛巴流量计的结合使用非常好地解决了气体压力、温度对测量精度的干扰。温度传感器内置于T型阿牛巴流量计的腔体内，阿牛巴流量计就是它坚固的套管。这样在工艺管道上仅仅需要开一个孔，就同时解决了差压、压力、温度的测量，实现了一体化安装。提高了整个差压流量测量系统的测量精度，也大大节省了整个流量测量系统的投资成本，方便了施工。

    3.5 安装便利

    T型阿牛巴流量计的正面高压取压槽口跨越整个管道，在提高流体平均的测量精度的同时，也大大降低了T型阿牛巴流量计的安装要求。允许在X，Y，Z三轴方向上有±5゜的偏差，±5゜的偏差是人的眼睛能够明显判断的，安装人员能更容易地安装和调试。

    4 使用匀速管流量计需注意的问题

    阿牛巴流量计的机械尺寸是根据要安装的管道尺寸量身定制的，其流量测量范围也是根据用户提供的流量数据计算、标定的。因此提供的流量数据和管道数据一定要正确无误，否则会造成大的测量误差。

    差压式均速管流量计产生的差压一般都比较小，zui小可能只有20~30Pa，均速管流量计产生差压信号的大小和流体工况的雷诺数密切相关。对小于1kPa的差压测量，特别是小于0.5kPa的差压，需要特别关注。各种均速管流量计在这样低的流速条件下K的波动非常大，影响测量精度。小于0.5kPa的微差压测量，要求差压变送器的性能是非常高的。

    均速管流量计的性能是衡量整体仪表的一个重要参数，T型阿牛巴流量计虽然具有本质抗堵的特性，但下面的几种情况需要关注。
    a）流体中是否有黏沾性的杂质。如果流体中含有黏沾性的杂质，应用均速管流量计时需慎重考虑。黏沾性杂质黏在传感器上，将大大影响测量精度，很多流量仪表都不适合这种工况的应用。
    b）流体中杂质很多，并且装置间歇操作，有经常停车而且时间长的情况。在断流的时间里，杂质可能会干燥，并结垢在传感器的表面，长年累月将堵塞取压口。
    c）引压系统泄漏。没有使用直接安装形式，均速管流量计到变送器引压管路系统的泄漏，会造成在阿牛巴流量计的引压腔体内有流体流动。虽然此流量非常小，流速非常慢，但经过日积月累，杂质可能会进入其内部并结聚，从而造成堵塞。

    5 结束语

    随着均速管流量测量技术的日趋成熟完善，其应用的前景是广阔的。T型阿牛巴流量计不仅具有高稳定性和高测量精度，而且与高精度的差压变送器一体化安装，本质抗堵特性，宽量程比，运行能耗低等优点，这些都使得它有很高的应用价值。