过热蒸汽流量计-现场显示-ABG仪表集团

过热蒸汽流量计-现场显示
传统的孔板流量计大的不足是在被测流量相对于满量程流量较小时，差压信号很小，这一缺点大大影响其范围度和测量精确度。人们针对其不足在传统的孔板式差压流量计基础上开发了可变面积可变压头孔板流量计。因为其输出的差压信号与被测流量之间有线性关系，所以也称线性孔板差压流量计。
（1）线性孔板流量计工作原理线性孔板又称弹性加载可变面积可变压头孔板，其环隙面积随流量大小而自动变化，曲面圆锥形塞子在差压弹簧力的作用下来回移动，环隙变化使输出信号（差压）与流量成线性关系，并大大地扩大范围度，其结构如图3. 4所示。
在孔板流量计中，当流体流过开孔面积为A的孔板时，流量q与孔板前后产生的差压之间有如下关系，即

式中 q——流量；
     K1——常数；
     A——孔板开孔面积；
     △P——差压。

1-稳定装置;2-纺锤形活塞;3-固定孔板;4-排气孔;5-标定和锁定蜗杆装置;6-轴支撑;7-低压侧差压检出接头;8-高张力精密弹簧;9-排水孔;10-高压侧差压检出接头
在如图3.4所示的线性孔板中，于孔板处插入一个纺锤形活塞，由差压引起的活塞-弹簧组件的压缩量（活塞的移动距离）为X，则式（（3.5）成立，即：△P=K2X
式中K2——弹簧系数。
当活塞向前移动时，流通面积受活塞形状的影响而发生变化，其关系为：

式中 K3——常数。
由式（3.5）和式（3.6）得

将式（3.7）代入式（3.4）得

（2）特点
    ①范围度宽。在使用0.1%精确度的差压变送器时典型的线性孔板差压式流量计可测范围为1%~FS，保证精确度的范围为5%~FS（若使用更高精确度的差压变送器，如0.05%精确度，范围度可进一步提高），因此，对于流量变化大的测量对象，一台流量计就可解决。能适应蒸汽、燃油测量的夏季、冬季负荷变化。
    ②线性差压输出。差压信号与流量成线性关系，被测流量相对于满量程流量较小时，差压信号幅值也较大，有利于提高测量精确度。
    ③直管段要求低。由于孔板的变面积设计，使其成为在高雷诺数条件下工作的测量机构，可在紧靠弯管、三通下游的部位进行测量（为了保证测量精确度，制造厂还是要求上游直管段≥6倍管径，下游直管段≥3倍管径）。
    （3）保证测量精确度的措施典型的线性孔板流量计GILFLO承诺具有±1%精确度，为了达到这一指标，采取了几项重要措施，其中包括如下几项。
从式（3.5）和式（3.6）可知，只要线性孔板中的弹簧线性好，而且活塞被加工成理想形状，    使得流通面积A与位移X的1/2次方成线性关系，就能使差压与流量之间的线性关系成立，但是，活塞的曲面加工得很理想是困难的，终不得不用逐台标定的方法来弥补这一不足。
ABG公司对线性孔板进行逐台标定是以水为介质，不同口径的线性孔板均选择14个标定点，其中流量较小时，标定点排得较密，图3.5所示为一台DN200线性孔板的标定曲线.图中的差压单位为inH2O，（lin H20= 249.0889Pa），表3.1所列是一台DN200的线性孔板的实际标定数据，其中从体积流量换算到质量流量是建立在水的密度ρ= 998. 29 kg/m3基础上的。
    而利用标定数据对线性孔板的非线性误差进行校正还需借助于流量二次表。具体做法是将标定数据写人二次表中的折线表，然后二次表根据输入的差压信号（电流值）用查表和线性内插的方法求得水流量值qmw

式中 qm——被测流体质量流量，kg/h；
     qmw——标定流体（水）流量，kg/h；
     ρf——被测流体密度，kg/m3；
     ρw——标定流体（水）密度，kg/m3.
②雷诺数校正.孔板流量计的流量系数同雷诺数之间有确定的函数关系，当质量流量变化时，雷诺数成正比变化，因而引起流量系数的变化。在流量计中采用较简单的经验公式（3.10）进行雷诺数校正。

但若计算结果大于m值时，则取kre=m。n和m数值同孔板的口径DN有关，已经固化在制造商提供的流量二次表内。
③温度对线性孔板的影响及其校正。温度对线性孔板影响使之产生误差主要通过三条途径。
    a.流体温度变化引起流体密度变化，从而导致差压与流量之间的关系变化。
    b.流体温度变化引起管道内径、孔板开孔直径以及活塞几何尺寸的变化，温度升高，环隙面积增大，导致流量计示值有偏低趋势。
    c.流体温度变化，线性孔板中的承载弹簧温度相应变化，引起式（（3-5）中的弹簧常数K2发生变化.温度升高，K2减小，活塞位移X增大，用通俗的话来说就是温度升高，弹簧变软，在相同的差压条件下，活塞位移增大。因此，环隙面积相应增大，流量计示值也有偏低趋势。
上述三条途径对流量示值的影响都可以进行校正，其中途径a可由式（3.13）中的流体
密度进行补偿。在线性孔板用来测量蒸汽流量时，流体温度作为自变量，参与查蒸汽密度
表，从而可由二次表自动进行此项补偿。途径b和c流量示值的影响关系较复杂，在流量计中，采用式（3.11）-所示的经验公式进行校正。
k=1+B（t-tc）
式中kt——温度校正系数；
    B——系数，℃（取B=0.000189℃）；
    t——流体温度℃；
    tc——标定时流体温度，℃（tc常为20℃）
    此项校正也是在流量二次表中完成的，其中t为来自温度传感器（变送器）的流体温度信号。
④可膨胀性校正。节流式差压流量计用来测量蒸汽、气体流量时，必须进行流体的可膨胀性（expansibility）校正，线性孔板也不例外.传统孔板的可膨胀性系数修正请参阅本书第8章8.2节。在流量计中用式（3.12）进行校正。

式中 kε——可膨胀性系数；
     β——直径比（孔板开孔直径与管道内径之比）；
     △P——差压，Pa；
     k——等熵指数；
     P1——节流件正端取压口绝压，Pa。
可膨胀性校正液在流量二次仪表中完成，由二次表进行在线计算。
⑤蒸汽质量流量的计算。用流量计测量蒸汽流量时，蒸汽质量流量在二次表中由式（3. 13）计算得到。

式中qms——蒸汽质量流量，kg/h；
    kre——雷诺数校正系数；
    kε——可膨胀性系数；
    kt——温度校正系数；
    ρf——被测流体工作状态密度，kg/m3；
    ρw——标定流体（水）的密度，kg/m3；
    qmw——水的质量流量，kg/h。
在流量二次表中，先由差压输入信号查折线表得到qmw，再由蒸汽温度、压力值查蒸汽密度表得ρf,然后与校正系数kre、kε、kt一起（ρw为设置数据）计算得到蒸汽质量流量qms。