CN1309283A - 提高孔板流量计测量范围和精度的方法 - Google Patents

Abstract

一种提高孔板流量计测量范围和精度的方法,其步骤为:a.设定在整个测量流量范围内的分段数n,n为大于1的整数;b.根据测量流量范围和分段数n,确定公比q;c.根据测量流量范围和公比q,按等比级数关系确定流体流量曲线上各分段的段点值;d.对流体流量曲线上的每一区间,进行流量计算。与公知方法相比,在同等精度下,本发明的范围度得到了扩大,或在同样范围度下,本发明的精度得到了提高。

Description

提高孔板流量计测量范围和精度的方法

本发明涉及孔板流量计的测量方法。

孔板流量计是用于测量管路中流体的流量的装置，其依据下面的计算式确定流量： $W=0.01252\·D^2\·\mathrm{\α}\·{\mathrm{\β}}^2\·\mathrm{\ϵ}\·\sqrt{\mathrm{\γ}\·\mathrm{\ΔP}}$ 式中：W：流体流量(kg/h)

D：流量计内径(mm)

^*α：流量系数

β：孔径比(d/D)

^*ε：可膨胀系数

γ：流体比重(kg/m³)

^*ΔP：压差(Pa)

有关流量测量的计算，可参见国标GB/T2624-93。

以往在孔板流量计测量中，在整个测量流量范围(压差范围)内，只用一个计算式。由于α和ε都是关于ΔP的函数，在整个压差范围内对应一个ΔP便用相应的α和ε代入，因此，仅仅由于计算误差，就影响到整个测量范围。按此种方法测量，在流量65％附近误差接近零，离开此处后误差逐渐增大，如图1。其测量范围度(即最大可测量与最小可测量的比值)仅为1∶4，精度仅能达到±4％，再提高测量精度至±3％时，范围度缩小为1∶2附近，超过这个界限测量时，会造成压力表内水银飞溅，产生大的测量误差。

到了1984年，由于IC技术和计算机技术的应用，人们开始研究孔板误差曲线，技术人员在曲线上精度±0％处(流量65％附近)分割出一个流量区域，在此区域组成计算误差最小的数学模型，其它区域仍用以往的计算式。这种方法在所确定的区域内误差变小，区域外则产生很大的误差，流量范围增大，误差也随着越大，故不能取得大的测量范围度，如图2。

由此可见，只用一个公式包容流量计的整个流量范围是不合适的，有违于测量原理。那么，在整个测量范围内减少测量误差的方法是什么呢？答案很简单，即增加计算式的数量。

第一阶段是首先将误差限定在±1％时，分析用一个计算式计算误差有多少，发现流量范围以30％的比例平分后，其误差平均了，如图3。接着又将误差由±1％一下缩小为±0.5％，分割流量范围为20％，如图4，可见其误差平均化了。

将此理论进一步发展，可将分割区间细分，使误差无限接近零。然而问题并不那么简单，细分区间必然使孔板的计算复杂化，因为上述计算式中含有三个带有^*的变量，在每个分段区域的计算中，不仅该区域的压差ΔP不同于其它区域，而且还必须考虑其它两个变量α和ε的变化，要计算这两个变量需要反复进行严密繁琐的数学公式运算，即使使用家用电脑，其运算时间也要超过1秒，根本跟不上管路中流体的变化。因此，细分区间的方法没有实用性。而适当地分段便可缩短运算时间和压缩记忆存储量。

在分段的运算过程中，如何分段是一个重要问题。目前的分段方法中有平均分段法、近似标分法等。

如美国采用的平均分段法就是将流量曲线采用均等的原则划分为等线段，其优点是利用划分计算，每段点之间相对流量曲线是一样的，如图5。但由于流量的绝对值不同，每段的比例是不一样的，均分段的段点不能以相对变化的段点来保证整个分段点上相等，即是从实际变化中的比例相同。

由此可见虽然上述的分段点是一样的，并对总的流量曲线区域是一样的，但对于每个段点则变化不同。如：

100％/80％=1.25

80％/60％=1.333

60％/40％=1.5

40％/20％=2

20％/7.7％=2.59

即每段的测量范围度在变化区域不同，在20％～7.7％间可以认为是2.59间变化。将如此之大的范围度包容在一个区间内，就不能很好体现分段运算的特点。

日本采用了根据流量曲线的特点或流量曲线的斜率变化分为不同段落点的方法，如图6。其分段方法和原理基本采用均分法，但在个别段落上考虑到流量曲线变化斜率较为平缓，故在此处适当放宽，即在25％～60％段间，从而使得流量仪表在较低成本下可达到较高要求。其分段点对于每个段点变化如下：

100％/80％=1.25

80％/60％=1.333

60％/25％=2.4

25％/7.7％=3.24

由此可见，其遵循的依然是一种均分法，其每段分点的比值虽然比前面的直接均分法有了一些改进，但并未能做到处处一样。

鉴于上述，本发明的目的是提出一种可提高孔板流量计测量范围度和精度的方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种提高孔板流量计测量范围和精度的方法，其步骤为：

a．设定在整个测量流量范围内的分段数n，n为大于1的整数；

b．根据测量流量范围和分段数n，确定公比q；

c．根据测量流量范围和公比q，按等比级数关系确定流体流量曲线上各分段的段点值：

d．对流体流量曲线上的每一区间，进行流量计算。

对流体流量曲线上的每一区间m，可进行如下流量计算： $W_m=0.01252\·D^2\·{\mathrm{\α}}_m\·{\mathrm{\β}}^2\·{\mathrm{\ϵ}}_m\·\sqrt{\mathrm{\γ}\·\mathrm{\ΔP}}$ 式中：W_m：流体流量(kg/h)

D：流量计内径(mm)

α_m：流量系数

β：孔径比(d/D)

ε_m：可膨胀系数

γ：流体比重(kg/m³)

ΔP：压差(Pa)

m：区间编号，分别为取1,2…,n

对于不同的区间m，采用该区间中对应压差ΔP的流量系数α_m和可膨胀系数ε_m。

本发明具有下列优点：

1．由于本发明采用等比级数分段法对整个测量流量范围进行分段，故其比值在保证同样分段数时得到最小的相对比值。

2．由于本发明采用等比级数分段法对整个测量流量范围进行分段，故可在大范围度及高精度测量时，达到较高的水平，也即本发明大大提高了孔板流量计的测量范围度和精度。

下面结合附图和实施例详细说明：

图1-图6为公知方法的流量曲线分段图；

图7为本发明与公知方法的相对误差曲线比较图。

本发明采用等比级数分段法对整个测量流量范围进行分段，它依据预先给定的一个固定比例来划分段落，即要求相对比例是一样的，以当量误差0.65％为准，即每处的相对误差为一常量，才能保证其每点的相对误差一样。

具体步骤是：

a．设定在整个测量流量范围内的分段数n，n为大于1的整数，此处选n=10；

b．根据测量流量范围和分段数n，确定公比q，对应n为10的情况，公比q=1.29；

c．根据测量流量范围和公比q，按等比级数关系确定流体流量曲线上各分段的段点值，从而将流量曲线按等比级数分为10分段。

d．对流体流量曲线上的每一区间，进行流量计算。

计算仍采用如下传统的计算式(下标m表示区间编号)： $W_m=0.01252\·D^2\·{\mathrm{\α}}_m\·{\mathrm{\β}}^2\·{\mathrm{\ϵ}}_m\·\sqrt{\mathrm{\γ}\·\mathrm{\ΔP}}$

对于不同的区间m，要采用该区间中对应压差ΔP的流量系数α_m和可膨胀系数ε_m，故每个区间采用的计算式是不相同的。

下面列表对比分析本发明与美国、日本的三种分段法的比值q。

分析不同范围度的比值关系时可以看见，平均法按等分原则，在开始时可做到较接近1的关系，但在大范围度处，则分别显示出其均分方法的不足，依次为3.33、4(美国的等分10分段)和7.575、10(日本的四分段)，不能很好的满足q值不变的原则。而本发明在等比级数的q值同样分为10段的情况下，分别为1.29、1.35、1.40、1.446，即相对变化的比例变化不是很大，却能很好的满足q值不变的要求。以范围度为1∶40的要求来看，在均等方法时美国的比值q为4、日本为10，但在本发明等比级数的方法中却为1.446，与美国相比相差两倍多，即在同样分段数的前提下，本发明的等比级数分段法的q值在保证同样分段数时得到最小的相对比值。图7表明了本发明的相对误差是最小的，且在整个测量流量范围内，相对误差处处相等。

本发明在范围度1∶13及精度±1％时，均达到了美、日等国水平，但在大范围度时却比美、日等国高出一个水平，故在同等精度下，本发明的范围度得到了扩大，或在同样范围度下，本发明的精度得到了提高。

Claims (2)

1．一种提高孔板流量计测量范围和精度的方法，其步骤为：

a．设定在整个测量流量范围内的分段数n，n为大于1的整数；

b．根据测量流量范围和分段数n，确定公比q；

c．根据测量流量范围和公比q，按等比级数关系确定流体流量曲线上各分段的段点值；

d．对流体流量曲线上的每一区间，进行流量计算。

2．如权利要求1所述的提高孔板流量计测量范围度和精度的方法，其特征在于：对流体流量曲线上的每一区间m，进行如下流量计算： $W_m=0.01252\·D^2\·{\mathrm{\α}}_m\·{\mathrm{\β}}^2\·{\mathrm{\ϵ}}_m\·\sqrt{\mathrm{\γ}\·\mathrm{\ΔP}}$ 式中：W_m：流体流量(kg/h)

D：流量计内径(mm)

α_m：流量系数

β：孔径比(d/D)

ε_m：可膨胀系数

γ：流体比重(kg/m³)

ΔP：压差(Pa)

m：区间编号，分别为取1,2…,n

对于不同的区间m，采用该区间中对应压差ΔP的流量系数α_m和可膨胀系数ε_m。

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