差压式流量计示值修正公式具体修改建议

权正锐

（太原钢铁（集团）有限公司自动化公司，山西 太原 030003）

差压式流量计示值修正公式具体修改建议

权正锐

（太原钢铁（集团）有限公司自动化公司，山西 太原 030003）

阐述了国家规范的“差压式流量计示值修正公式”是上世纪60年代引自前苏联1958年编写的“27—54规程”，近50年来已广泛地引用在我国自动化仪表专业教学用书、工程技术手册、以及GB2624—1981以后历年国家标准中。实践证明其立论基础是错误的，因而在推导出的表1修正公式中，仅修正1这1条公式问题较小还算可用外，其余所有公式修正方向都是相反的，越修正示值误差越大。结合52 a现场工作实践，用质量守恒定理论证了修正公式立论基础错在哪里，并明确提出了具体的公式修改建议。

差压式流量计；示值修正；立论基础；修改建议

0 引言

国家规范的“差压式流量计示值修正公式”立论基础为：“为了求得示值修正公式只需在流量基本方程中设定某差压值，使密度、压力、温度等改变即可求得表1中的所有公式（以下简称“国家规范立论基础”）[1]。

上述立论基础，在脱离实际流量检测仪表使用生产线（以下简称“离线”），可以预先设定某差压值，书面上推导出表1修正公式，但是，用来推导现场实际流量示值修正公式则是基础概念错误，因为在现场实际流量检测仪表使用生产线（以下简称“在线”），节流装置工作状态差压是随着被测气体各种工艺参数变化自动生成的，是随机实时变化的，是不可能预先设定某差压值的。所以，立论基础讨论清楚了，公式修改就水到渠成了。

1 国家规范的差压式流量计示值修正公式

表1[1]所示为近50 a来广泛地被引用在我国自动化仪表专业教学用书、工程技术手册，以及GB2624—1981以后历年国家标准的修正公式。

严格地讲：表1中没有一条公式是完整无错的，其中仅修正1这1条常用公式问题较小（可膨胀性系数ε及表1中注2流出系数C分子、分母颠倒了，由于ε与C在工作中变化较小，一般不修正）还算可用外，其余所有公式根号内外修正参数分子分母都是颠倒的，因而修正方向都是相反的，越修正示值误差越大。上述所有问题都是因为表1中修正公式是建立在离线立论基础上导出的。如果将修正公式立论基础由离线改为在线，表1中所有问题就都迎刃而解了。

2 以干气体示值修正为例分析立论基础问题

2.1 离线流量基本方程与在线流量基本方程

图1所示为流量检测示值未修正框图[2]。图中qvw为检测出未修正的工作状态体积流量，m3/s；qmw为检测出未修正的工作状态质量流量，kg/s；ρd为设计状态气体密度，kg/m3；ρw为工作状态气体密度，kg/m3；Δpw为工作状态差压，Pa；qvwo为流过节流装置的工作状态体积流量，m3/s；qmwo为流过节流装置的工作状态质量流量（等于qm），kg/s。

表1中应注意，第一，被测气体的状态和参数改变时，其各量的符号与改变前相同，只是在符号的右上角加“，”。第二，以上所列各式仅适用于不至于引起流出系数C改变的情况下，如果由于有关参数变化较大而引起流出系数C改变时，相应地乘以C′/C数值。第三，由于版面所限，表1中省略了气体压力改变时的一列修正公式。

式中：Cw——工作状态流出系数；

εw——工作状态气体可膨胀性系数；

Δpd——用于在线时为设计状态差压，用于离线时为设定某差压值，Pa。

式（4）、式（5）是以式（1）、式（2）为基础导出的修正公式[2]，它相当于表1中的修正1与修正2，其修正部分互为倒数关系。

图1 流量检测示值未修正框图

如图1所示，qvw与qmw是检测出未经修正的工作状态体积流量与质量流量。这两个流量怎么表达是问题的关键。为了简便，以下公式中省略

2.1.1 离线流量基本方程

脱离实际的流量检测仪表使用生产线,可以按照国家规范立论基础，书面上在流量基本方程式中设定某差压值（设Δpw=Δpd，即所谓差压相同对应流量不同），然后使压力、温度等参数改变。离线流量最基础的表达式为

式中：qmd——设计状态质量流量，kg/s。

因为式（1）、式（2）是离线流量基础表达式，在线实际流量检测系统中根本就不存在，所以国家规范的修正公式立论基础就不能成立。

2.1.2 在线流量基本方程

在线实际流量检测最基础的表达式为

式中：Cd——设计状态流出系数；

εd——设计状态气体可膨胀性系数。

式（6）、式（7）中的Δpw是在线节流装置自动生成的工作状态差压，Cd、εd、ρd是在设计节流装置时计算出来的。

式（9）、式（10）是以式（6）、式（7）为基础导出的修正公式[3]。它相当于表2中的修正1g与修正2g，其修正部分是相同的，不存在互为倒数关系。

图2 干气体流量检测示值修正框图与等效框图

2.2 以等效框图为例证明公式立论基础错误

2.2.1 干气体流量检测示值修正框图与等效框图

图2所示为干气体流量检测示值修正框图与等效框图。

图2a为以干气体流量检测为例，按表1右上三条示值修正公式绘出的框图。图中修正1与修正2、3互为倒数关系。

图2b为按质量守恒qmd=qmwo绘出的。右图说明：当被测气体工作压力、温度偏离设计条件时，只要将检测出的工作状态差压换算到相当于工作在设计条件下，则气体体积流量和质量流量示值修正全都准确。图2b可以理解为干气体示值修正的等效框图，说明表1中修正1～3应该是相同的，而不存在修正1与修正2、3互为倒数关系。所以，以等效框图为例，可以证明国家规范立论基础是错误的。

2.2.2 图2中差压换算公式的导出

根据在线流量基本方程列表达式

根据质量守恒定理，修正公式应建立在示值修正结果与流过节流装置的气体质量流量相等的立论基础上，即：qmd=qmwo，可得

3 差压式流量计示值修正公式具体修改建议

立论基础讨论清楚了，示值修正公式修改就水到渠成了。表2所示为针对表1而提出的具体的公式修改建议。以下几部分为表2使用说明。

表2右上部分修正公式1g—3g为气体温度、压力偏离设计条件时的示值修正公式，具体推导参见参考文献[3]。由于修正部分都是乘以所以三条公式修正部分完全相同。右上公式适用气体范围有以下几方面。

表2 差压式流量计示值修正公式具体修改建议

a）纯干气体，如空气经过高压、低温分离出的氧、氮、氩气。

b）被测气体水蒸气含量与干气体含量之比符合设计节流装置时的含量比，在工作温度、压力变化时没有产生凝结水的气体（仪表仅显示气体干部分流量示值，水蒸气含量不显示，这是在设计节流装置时就已经考虑好的）。

c）低压空气也含有水蒸气，而且含量比是变化的。但在检测精度要求不太严格时，如冶金工厂里大量使用的低压、高温预热助燃空气，也常使用修正3g（同b，仪表仅显示气体干部分流量示值）。

表2右下部分为湿气体干部分示值修正公式，具体推导参见参考文献[4]。式中φw为工作状态相对湿度，%；φd为设计状态相对湿度，%；pSWmax为工作状态饱和水蒸气分压力，Pa；pSdmax为设计状态饱和水蒸气分压力，Pa；ρSWmax为工作状态饱和水蒸气分密度，kg/m3；ρSdmax为设计状态饱和水蒸气分密度，kg/m3。

湿气体干部分修正公式，是一条综合性公式。它可以演变出表2中所有其他修正公式，如果公式中φ=0，化简后就是表2右上修正3g；如果将根号内分母中原设计ρN用组份改变后ρNg置换，就是表2左下湿气体干部分温度、压力、湿度、组分偏离设计条件时的体积流量示值修正公式。

表2左上为气体温度、压力、组分偏离设计条件时的修正公式（同 b，仪表仅显示气体干部分流量示值），式中省略了C、ε、Z修正。应当注意：当气体工作温度、压力改变时，体积流量与质量流量修正部分是相同的，不存在互为倒数关系；当气体组份（密度）改变时，体积流量与质量流量修正部分确实存在互为倒数关系。

关于C、ε、Z修正：由于气体粘度μ、等熵指数κ及压缩系数Z需要根据气体温度、压力、组分变化用插入法随机实时查图表曲线，Cw、εw还要结合质量流量变化随机实时计算，基层仪表使用人员很难做到在线自动修正。工厂里一般不修正。用于重要的贸易流量结算时，可以选择流量常用值代表点，由人工计算，供需双方协商确定修正系数。

[5]中例举了干气体、湿气体干部分，以及气体组分改变时的3个经典示值修正例证。由于篇幅所限，这里不再重复。

4 结束语

由于在推导国家规范修正公式时，误把在线的流量检测建立在离线的基础之上，基础概念的一念之差导致表1中所有修正公式都存在问题。

修正公式不应建立在流量基本方程中预先设定某差压值的立论基础上，而应建立在将检测出的代表流量示值的工作状态差压换算到相当于工作在设计条件下，即将Δpw换算到Δpd的立论基础上。也可以说差压换算就是示值修正定理，因为在设计条件下，不论是体积流量还是质量流量仪表显示都是准确的。

流量检测与控制广泛地应用于石油、化工、电力、冶金等工业领域中。准确地进行流量检测与控制，对提高产品质量、节约能源、减少环境污染有着重要意义。

关于修正公式的问题，现进一步明确提出具体的公式修改建议，期望流量学术界，特别是公式引进和历年国标第一编写单位给予重视，并组织召开专题讨论，以求得共识。

参考文献：

［1］ 权正锐.论差压式流量计示值修正公式立论基础［J］.山西电力，2013，（1）：62-65.

［2］ 权正锐.差压式流量计示值修正公式问题出在哪里［J］.力学与实践，2011，33（2）：96-99.

［3］ 权正锐.差压式流量计干气体流量检测示值修正关系图［J］.自动化仪表，2007，28（4）：19-21.

［4］ 权正锐.差压式流量计湿气体干部分示值修正公式的推导与应用［J］.流体力学实验与测量，2002，21（4）：87-91.

［5］ 权正锐.差压式流量计示值修正公式讨论［J］.力学与实践，2009，31（5）：81-84.

Amendment Proposal about Indication Correction Formula for Differential Pressure Flowmeter

QUAN Zheng-rui
（Autom ation Branch Com pany of Taiyuan Iron and Steel(Group)Co.，Ltd.，Taiyuan，Shanxi 030003，China）

The NationalCodeof“Indication Correction Formula for Differential Pressure Flowmeter”was introduced in 1960s from 27~54Regulation of1958 issued by former SovietUnion.Itiswidely used in college textbooks，engineeringmanualsand nationalstandard over the years in the field ofautomation instrumentation.Practice has proven that it is based on an incorrectargumentbasis.Thus，except thatone formula thathas been appliedmostoften（See Correction 1）is notsomuch wrong and could be deemed usable，all the restwith the reversed correction in the formulas stray further in their indication correction process.In addition to reviewing the argumentbasis of indication correction formula，theauthoradvisesclearlyabouthisspecific amendmentproposal.

differentialpressure flowmeter；indication correction；argumentbasis；amendmentproposal

TH814+.5

A

1671-0320（2014）03-0049-05

2014-02-21，

2014-03-13

权正锐（1937-），男，北京人，1955年毕业于鞍山钢铁工业学校化工系，高级工程师，获国务院特殊津贴，从事冶金热工检测与控制现场工作。