流量系数标定直接关系到锥式流量计应用的准确度,因此,正确理解流量系数、准确标定,是该类型流量计检测与应用中的重中之重。
一、V形锥流量计流量计算公式
V形锥流量计的工作原理:流体流经一个节流件时将被加速。这种流体的加速将使它的动能增加,而同时按照能量守恒定律,在流体被加速处,它的静压力一定会降低一个相对应的值。根据能量守恒定律可知,在一个封闭的系统中,流体的总能量是一个常数。按照这个原理可推算出流量和差压的关系式:
(1)
式中:qv——测量流量值,m3/h;Δp——差压,kPa;ρ1——t1℃时水的密度,kg/m3;D——产品管道内径,mm;d——V形锥节流体外径,mm;C——流出系数,无量纲;ε——被测介质的可膨胀性系数,对于液体ε=1,对气体、蒸气等可压缩流体ε<1;β——直径比,无量纲。
当要求有高精度(约±0.5%)的流量测量结果时,需要在规定的流量范围和相对应的雷诺数范围内进行校准,即标定出C值。对每一个V形锥流量计都需进行单独校准。通常是在制造厂的标准装置上或在可溯源至国家基准的独立实验室中进行校准C系数的工作。标定时雷诺数Red若等于或大于8000,V形锥流量计的重复性为0.1%。
二、流量系数α的影响因素理论分析

代入式(1),得出流量系数计算公式为
(2)
试验中,使用水作为检测介质。
流量系数的影响因素主要有以下几点:
1.流体的流动状态
流体的流动状态是变化的,雷诺数就是表征流体流动特性的一个重要参数,用符号Red表示,它是流体流动时的惯性力和黏性力(内摩擦力)之比。
即Red=Lup/μ
式中:L——流场的几何特征尺寸(如管道的直径);u——流体流动速度;p——流体的密度;μ——流体的黏度。
可见,雷诺数是流体流动中惯性力与黏性力比值的量度,Red是一个无因次量。
流态转变时的Red值称为临界雷诺数。实验表明:对于圆管内的流动,当Red<2300时,流动总是层流;Red>4000时,流动一般为湍流,其间为过渡区。
由雷诺数的公式可见,流体的流速越大,流体黏度对流体状态的影响越小,流体越接近于理想状态,如果达到一定程度,黏度的影响可以忽略,这时,流体状态对流量系数的影响也是常数。
试验证明,流量计检测时雷诺数Red要等于或大于8000。
2.V形锥流量计的设计尺寸
V形锥流量计的管道口径和锥体的尺寸,在一定的安装条件下,对于一定的截流件,尺寸是固定的、不变化,因此,尺寸影响是个常数;可以由标准测量仪器直接测得。
3.检测介质
检测介质密度,可按照检测介质检测时的温度,查表获得。
4.检测时的流量参数
这部分主要有流量信号和差压信号,两个参数在过程中可获得。经理论分析可知,流速(即雷诺数)达到足够大时,流量系数应该是一个常数,而流量系数在保持常数的情况下,差压和流量之间才有确定的对应关系。
按照这一理论,只要流体状态满足要求,流量系数应该是个常数,通过各个流量点进行试验标定出来的流量系数也应该是个常数。
三、试验过程
由上述分析可知,流量系数与截流件的型式、被测流体的性质、流动状态均有关系,对于这样一个与诸多因素有关的参量,无法用理论公式计算,只能通过试验求得,试验采用流量反推法,即用密度为ρ的不可压缩流体(水)流过截流件,实测流量qm和差压Δp后,用公式反推求得。
1.流量系数计算公式
参照式(2)。
2.流量系数检定方法
按照JJG640-1994《差压式流量计》检定规程的要求,检定点取0.3qvmax、0.4qvmax、0.7qvmax、qvmax(对规格大的产品,qvmax检定点允许设在上限值的80%左右)。
在各个流量下重复测量3次,流量系数α的平均值按式(3)计算:
(3)
式中:αi——第i次测量的α值。
最后,流量系数α的平均值,按照各个检定点分别给出。
3.重复性计算
流量系数α的重复性Erc按式(4)计算:
(4)
式中:tα——置信概率为95%的t分布系数(取tα=1);n——测量次数,大于等于3。
4.试验过程
水温:14.0℃;水密度ρ:999.2427kg/m3;20℃时水的黏度:0.00000137。
管道内径为20mm,截流件外径为17.66mm。按照JJG640-1994要求对流量点进行检测,测量结果如表1所示。

四、试验总结
1.由表1可知,试验过程中,进行多点多次标定,流体状态满足试验要求,在0.3qmax~qmax流量范围内,流量系数变化量不大,试验表明,流量系数在流体状态满足要求的情况下为常数。
2.随着雷诺数的降低,黏度对流体的影响逐渐增大,导致流量系数不稳定。
3.JJG640-1994要求多点多次检定,有如下原因:依据各点流量系数的变化量可以判定检测时流体的流动状态是否满足要求。如果流体流动状态完全接近于理想状态,得出的流量系数可以作为真值,而无需定点给出。
4.进行检测时,标准器的准确度控制在0.5级以上,V形锥流量计的基本误差由重复性决定,流体流动状态变化不但影响流量系数的标定,从流量计的基本误差上也可以判断检测数据的不可靠性。




