一、差压式流量计工作原理

    差压式流量计是根据GB/T2624-1993《流量测量节流装置用孔板、喷嘴和文丘里管测量充满圆管的流体流量》生产和使用的，其原理公式为：

    式中：

    q_m——质量流量，kg/s；
    C ——流出系数；
    β ——直径比，β=d/D；
    ε ——可膨胀性系数；
    d ——节流件开孔直径，mm；
    ρ ——节流件上游流体密度，kg/m3；
    ΔP——流体流经节流件产生的差压，kPa。

    二、蒸汽计量中存在的问题

    流量计量仪表品种很多，虽然技术上较为成熟，但在蒸汽测量尤其是贸易结算蒸汽计量中常发生争端。差压式流量计在使用中常见以下问题：

    1.量程

    差压节流式流量计有一个测量范围，超出测量范围仪表就无法正常工作，或者准确度严重超差，尤其是传统的差压式流量计量程比只有3∶1。

    2.脉动流和小流量问题

    许多用户使用蒸汽时是间断使用的，用汽时阀门全开，不用时阀门全关或保留不能使仪表计量的小流量，导致流量计不能正常工作。

    3.防盗问题

    个别用户对蒸汽计量仪表进行恶意改动，造成计量数据严重失准。

    三、解决方案分析

    解决蒸汽计量中存在的问题，不仅应从技术上，更重要的是应从管理上进行完善，两者有效结合，才能达到理想效果。

    1.宽量程问题的解决

    在流量仪表的设计制造中，由于技术条件的限制无法*实现式（1）中的全部计算，式（1）中C和ε是一个非线性的变量，而接取压孔板的C值计算如下：

    这里，R_eD为管道雷诺数，其计算公式为：

    式中：

    μ——流体动力黏度，Pa·s；
    D——管道内径，mm。

    当介质为可压缩流体时，计算可膨胀性系数的公式为：

    式中：

    k——流体的等熵指数；
    P——节流件上游的静压，Pa。

    式中：

    d20、D20——20℃时的节流件开孔直径和管道内径，mm；λd、λD——节流件和管道材质的线膨胀系数。

    C和ε随ΔP（ReD）变化的曲线分别如图1、图2所示。

图1 C随ΔP（R_eD）变化的曲线

图2 ε 随ΔP（R_eD）变化的曲线

    传统仪表难以实现多变量非线性的在线补偿计算，所以将式（1）简化为：

    将简化为常数K后，为确保仪表计量准确度，所以差压式流量计限定流量比为3∶1。

    随着智能技术的发展这种限定已经没有必要了，可通过单片机固化程序解决C和ε的变化问题，下面介绍三种解决方法：

    （1）分割法

    C和ε的计算过程十分复杂，考虑到仪表的成本，所以常用的计算方法为“分割法”，即将C和ε曲线分割成数段，不同的差压段取不同的值，这种方法实现了量程的扩展并保证了计量仪表的基本准确度，但在两段间却有一个跳变。

    （2）分段插值法

    为解决跳变问题，我们采用10段“分段插值法”，即将C和ε曲线取10个点，采用插值法逼近。下面以5段为例（分段越多越）说明分割法和分段插值法的准确度区别：

    查表得：

    ΔP=101200Pa时，C1=0.60286、ε1=0.95129；

    ΔP=82944Pa时，C2=0.60289、ε2=0.96054；

    ΔP=65535Pa时，C3=0.60293、ε3=0.96883。

    采用分割法的误差为：

    采用分段插值法（5段）的误差为：

    可见，分割法不仅有跳变问题，准确度也不乐观，而5段“分段插值法”已经达到了准确度要求，10段“分段插值法”误差则小于0.01%。

    （3）逐点计算法

    逐点计算法就是随着ΔP的变化逐点计算C和ε，这种方法准确度高，理论计算误差接近于零，但运算过程复杂，仪表设计成本高，一般用于大宗、高价值贸易结算。

    2.脉动流和小流量问题

    “点滴使用”的情况普遍存在于水计量和蒸汽计量，部分用户有意将流量控制在仪表不能启动的小流量段，并长期使用；“超流速使用”是瞬间将流量开至zui大，超出了流量计的正常工作范围，导致流量计对超出部分无法正常计量，给供热方造成经济损失。以上两种现象可采用相关技术在流量积算仪上增加上下限替代值或记录超*解决，但需要供需双方共同认可，签订相应的合同或协议。

    3.防盗问题

    差压、压力的信号为（4~20）mA，温度的对应阻值为（80~200）Ω，这就为线路的监控提供了依据，一旦不符合上述指示就证明变送器电路出现故障，并报警和记录时间，防止人为破坏，但是需要安装实时监控系统，同时对所有阀门采用防盗设计，开关必须用钥匙，接线端子须上锁并铅封。

    4.停电问题

    传统管理方式是使用停电计时器，记录停电时间，事后结算。这种处理方式存在许多弊端，比如在高、低峰期停电，容易产生纠纷并增大工作量。采用电源管理器形式既能保障提供至少7天的后备电源，又克服了UPS逆变耗能和干扰问题，实际效果较为理想。

    四、小结

    对于蒸汽计量，有了完善的计量产品仅仅是具备了一个流量测量手段，要得到相对准确的数据，还需要根据具体的情况进行单独设计和调整，同时相应的管理体系也是保证流量计量准确的基础。