近年來，隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的不斷進步，流量測量儀表也開始向一體化、智能化的方向發(fā)展。其中，智能流量計就是一種應(yīng)用非常廣泛的智能流 量測量儀表，它通過對來自不同類型流量變送器流量信號的測量，輔以由溫度變送器和壓力變送器獲得的溫度、壓力等補償信號，對不同的流體依照不同的算法進行 實時的流量補償，從而實現(xiàn)了流體體積流量或質(zhì)量流量的測量、累積、顯示以及輸出。除了這些基本功能外，目前的流量積算儀還具備了記錄、通信、打印等附加功 能，并有一定的故障診斷和自恢復能力。

    智能V錐流量計是在“V”型內(nèi)錐節(jié)流裝置的基礎(chǔ)之上發(fā)展起來的。可同時檢測溫度、差壓、絕壓信號，可對流量進行實時的溫壓補償。在流量的算法中，運用浮點數(shù)進行運算，同時這里采用基于牛頓迭代法的快速開方算法進行浮點數(shù)的開方運算。

    1 V錐流量計工作原理及溫壓補償

    1.1 智能V錐流量計的工作原理

    智能V錐流量計主要由傳感器部分和轉(zhuǎn)化部分組成，其中傳感器部分包括“V”型節(jié)流裝置、溫度傳感器、壓力傳感器等，轉(zhuǎn)換部分包括采集電路、SD16_A、液晶顯示電路等。

    1.1.1 流量的測量

    V錐流量計是利用同軸安裝在管道中的V型尖圓錐將流體逐漸地節(jié)流收縮到管道的內(nèi)邊壁，通過測量此V型內(nèi)錐體前后的差壓來測量流量的。V錐節(jié) 流裝置包括一個在測量管中同軸安裝的尖圓錐體和相應(yīng)的取壓口。該測量管是預先精密加工好的，在尖圓錐體的兩端產(chǎn)生差壓。此差壓的高壓（正壓）是在上游流體 收縮前的管壁取壓口處測得的靜壓力p₁，而低壓力（負壓）則是在圓錐體朝向下游端面，在錐中心軸處所開取壓孔處的壓力p₂，如圖所示。該圓錐體的*朝向來流，圓錐體與其尾隨面之間是一個尖銳的銳角。此交合面的邊緣使得流體在進入下游的低壓區(qū)之前有一個平滑的過渡區(qū)，zui后使流體流過錐體和管道之間的環(huán)形間隙。

圖1 V錐流量計工作原理圖

    流量的計算是根據(jù)伯努利方程推導得到的。其結(jié)論是流管中的流量與“V”型節(jié)流元件前后的差壓的開方成正比，其體積流量計算公式如下：

        （1）

    式中：q_m為體積流量值，kg/s；c為流出系數(shù)；ε為可膨脹系數(shù)；β為等效直徑比；d為等效開孔直徑；ρ為流體的密度，g/m³；Δp為差壓值，ΔP=P₁－P₂Pa。

    1.1.2 流出系數(shù)C

    根據(jù)ISO4006中對節(jié)流式流量計的流出系數(shù)的定義為對不可壓縮流體流量，實際流量和理論流量的比值（可壓縮流體的話，其比值等于流出系 數(shù)乘以可膨脹系數(shù)）；對于V錐流量計，因為沒有標準的文件可依，所以必須用不可壓縮流體進行實測。下面是在實驗中標定流出系數(shù)所設(shè)計的標定裝置，如圖2所 示。

圖2 流出系數(shù)標定裝置

    量筒測的是實際體積流量，V錐流量計檢測的是理論流量值。對于每一個V錐流量計，在流量公式中所采用的流出系數(shù)C是通過流量標定而獲得的。C的典型數(shù)值范圍是0.75～0.85。

    1.1.3 V錐流量計的氣體可膨脹系數(shù)

    如果被測介質(zhì)是氣體或蒸氣，則必須使用氣體可膨脹性系數(shù)ε來修正柏努利方程。這是因為在節(jié)流件兩端由于壓力變化所造成的氣體密度ρ的變化并不適用于液體。對于液體來說可膨脹系數(shù)ε為1，對于氣體、蒸汽來說ε＜1。根據(jù)ISO4006中定義的氣體的可膨脹系數(shù)：

        （2）

        （3）

    其中C就是前面標定的流出系數(shù)。

    雖然沒有現(xiàn)在還沒有標準的文件可用，但是由于現(xiàn)有的條件有限，不能用跟流出系數(shù)那樣的裝置去標定可膨脹系數(shù)。所以這里我采用的是NEL實驗 室和McCrometer公司的三位博士在2001年的一次流量會議的論文中給出的結(jié)論，其基本思想是：根據(jù)ISO5167，把C·ε和 Δp/（k·p₁）看作是線性關(guān)系，用氣體作介質(zhì)試驗，把C和ε的乘積求出，再去除以流出系數(shù)即可得到可膨脹系數(shù)。本課題中并沒有直接引用他們的擬合公式，而是采用天津大學徐英教授所擬合出來的公式，其擬合公式如下：

        （4）

    式中：β為等效直徑比；ΔP為差壓值，Pa；k為等熵指數(shù)，空氣的等熵指數(shù)為1；P₁為靜壓值，Pa。

    1.2 溫壓補償

    在工況下測量氣體質(zhì)量流量時，由于易受溫度、壓力的影響導致其偏離理想的工作狀態(tài)，zui終導致測量結(jié)果產(chǎn)生較大偏差。所以，在測量蒸汽質(zhì)量流量時必須輔以溫、壓補償。

    1.2.1 過熱蒸汽質(zhì)量流量的溫、壓補償

    在智能V錐流量中對于過熱蒸汽來說，其補償有兩種方案。一種方案是查表差值法。由于過熱蒸汽的密度是壓力P和溫度T的二元函數(shù)，因此其密度 表很大，存放這個密度表需要占用很大的存儲空間。另外，二元函數(shù)的插值也不簡單。所以，雖然查表法能夠做到很高的補償精度，卻不受人們的喜歡。另一種方案 是公式補償法。

    可采用如下密度補償公式：

        （5）

    式中：T為過熱蒸汽的溫度，℃；p為過熱蒸汽的絕壓，MPa；a=0.00471；b=10.197；c=1.0336；d=1.32×10^-5；e=0.0097。

圖3 過熱蒸汽質(zhì)量流量的溫壓補償