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[摘 要] 节流装置在工业生产流量测量中占据主要的地位，但传统节流装置量程比较窄，一
般为3：1，在石化、石油、化工、冶金等行业的通用气体（如氧气、氮气、空气等）流量计
量中限制了其应用。本文分析了节流装置量程窄的原因，并提出了采用现代计算机软件技术，
实现节流装置测量气体流量量程比达到20：1 的实用方案。
[关键词] 节流装置 超宽量程 流出系数 流量计算机
1 前言
目前流量测量主要采用的还是标准节流装置这一传统的测量手段，但是常规的孔板流量
计在流量测量方面还有很多不足，主要体现在测量范围小、压损大，现场安装、维护复杂、检
定周期短等方面。尤其是测量范围小的缺点，在流量变化大的情况下计量误差大大增加，使供
气企业受到经济损失。目前，通过现代技术手段，可以很好地解决这些问题，下面分析节流装
置量程窄的原因，并提出了一套采用现代计算机软件技术，实现节流装置10：1 宽量程以及
20：1 以上的超宽量程流量测量的实用方案。
2 节流装置宽量程问题
我们都知道，虽然引起孔板流量计误差因素很多，诸如直管段条件、安装条件等都可通
过设计与施工予以保证。一般仪表的准确度都是用测量范围内相对误差表示。因此当测量值越
接近满度值，其准确度越高。但实际的流量范围往往无法准确确定，在流量变化大的情况下，
使流量计长时间工作在测量范围以外，这样就造成了很大的测量误差。对节流件流出系数C、
可膨胀性系数ε等中间参数的实时计算是解决宽量程的关键。
节流式流量计流量计算公式为：
1
2
4
2
1 4 ρ
π
ε
β
q C d p V
Δ
−
= 式（1）
式中：qv——体积流量m3/s
C——流出系数
ε——可膨胀性系数
d——节流件开孔直径，m
D——管道内径，m
β——直径比，(β=d/D)
1 ρ
——被测流体密度，kg/m3
Δp——差压，Pa
其中：按GB/T2624-2006 标准孔板流出系数C 的计算式为：
( )
( )( ) ( ) 3 . 1 1 . 1 /
2
/2
4
4
10 7
6 0.3
3.5
6 0.7
2 8
0.031 0.8
1
0.043 0.080 0.123 1 0.11
Re
0.0188 0.0063 10
Re
0.5961 0.0261 0.216 0.000521 10
1 1 β
β
β
β
β
β β
e e A M M
C A
L L
D D
− −
−
+ + − −
⎟ ⎟⎠
⎞
⎜ ⎜⎝
⎛
+ + ⎟
⎟⎠
⎞
⎜ ⎜⎝
⎛
= + − +
− −
式中：ReD——雷诺数
流束可膨胀系数ε 的计算式为：
式(2)
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⎥ ⎥
⎦
⎤
⎢ ⎢
⎣
⎡
⎟ ⎟⎠
⎞
⎜ ⎜⎝
⎛
= − + + −
κ
ε β β
1/
1
1 (0.351 0.256 4 0.93 8 ) 1 2
p
p
式（3）
式中：κ ：等熵指数
P1P2：分别节流件前后的压力，Pa
传统的节流式流量计是将流出系数C 和可膨胀性系数ε视为定值（C 和ε由专门的节流装
置设计计算软件计算得到），置入现场的流量积算仪。图1 是一台孔板流出系数曲线。
图1
图1 曲线表明：当eD R =3×104 ，C=0.6101； eD R =1×104 ，C=0.6176；平均值C =0.6139，
即eD R 在3×104 ～1×104 范围内（3：1）其不确定度为0.61%。
当eD R =5×104 ，C=0.6081； eD R =5×103 ，C=0.6264；平均值C =0.6173，即eD R 在5×104 ～
5×103 范围内（10：1）其不确定度为1.5%，远不能满足用于贸易结算的一级表对不确定度的
要求。同样，可膨胀性系数ε在超测量范围情况下，所引起的测量不确定度更不容忽视，例如，
一台角接取压孔板流量计（D=100mm，β=0.5）测量过热蒸汽（压力=4Mpa，温度=400℃）， eD R
在28×105 ～2.8×105（介质流速：52～5.2 米/秒）范围内，可膨胀系数ε的不确定度为3.0%！
因此要实现宽量程，就必须对流出系数C 和可膨胀性系数ε进行实时计算。
由式（2）可以看流出系数C 的计算很复杂。相关标准给出了计算流出系数C 的迭代方法，
所以流量积算仪表必须具有高速、高精度的运算功能和比较大的存贮空间，以完成这些复杂的
中间参数的补偿运算。
智能化宽量程的差压变送器和补偿功能更为完善的流量计算机的问世，使我们能拥有宽
量程的智能化节流式流量计成为可能。归纳起来它应具备这些条件：1.智能化的宽量程差压变
送器（差压范围为100：1）。2. 流量计算机不仅可根据温度、压力等工况参数对工况流量进
行修正，还可以实时计算流出系数C、可膨胀性系数ε等。3. 差压变送器与流量计算机之间
数字通讯（Hart 协议）除能满足全量程差压信号传递的准确性，而且能够自动迁移测量范围。
符合上述条件的宽量程智能化差压式流量计，在满足准确度同时，流量测量范围可真正达到
10：1(或更宽)，节流式流量计的这一飞跃是多项技术进步的成果，它改变着人们对节流式流
量计的传统认识。
3 配有双差变的超宽量程节流式流量计
采用智能化宽量程的差压变送器虽然可以大大提高节流式流量计的量程比，但是由于目前的差
压变送器的量程比只能达到100：1，与之成开方关系的流量就只能达到10：1 左右。因此，当流量
变化范围超出10：1 仅仅使用一台差压变送器就无法满足使用需要了。给同一节流装置配备两台差压
变送器可以使节流式流量计的量程比达到20：1 甚至更高