封闭管道中流体流量的测量 采用皮托静压管的速度面积法 征求意见稿

1封闭管道中流体流量的测量采用皮托静压管的速度面积法本文件规定了一种测量封闭管道中同时具有下列特性的流体体积流量GB/T27759流体流量测量不确定度inclosedconduits-Connectionsforpressuresignaltransmissionsbetween注：GB/T26801-2011封闭管道中流体流量的测量一次装置和二次装置之间压力信号传送的连接法（ISO——ISO在线浏览平台：/obp静压取压孔staticpressure2差压differentialpr道的中心）的流速，也可以是测量截面的流出3.2符号ALmDLmdLmd'LmdiLmHLmhLmkb——kg——kt LLmlLmMMkg/mol3m——Ma——pqVRgRLmrLmRe——STΘKUuvXLmyLmZ——α γ——ε ——λ——μPa·sξρkg/m3φ—a)进行测量截面尺寸的测量，测量截面应垂直于管道轴线，该测量是确定横截面面积所必需的），）；a)至f)中所述方法的误差会引入流量测量的不确定度分量；4本文件给出的测量方法和要求旨在95%置信水平下，流量测量的不确定度不大于2%。为达到这个在特殊情况下仍可采用，但流量的不确定度将这种方法是绘制速度剖面图形，并计算由最靠近管壁的测量点形成的曲线所围成的面积。在由此获得的数值上加上一个计算项，在假设周缘区（管壁与最接近管壁的测量的速度剖面满足幂律的前提下，该计算项需考虑周算术法假设速度分布遵循一个特定的规律，然后通过在该方法指定的位置上测量的单个速度的线4.2.2矩形截面续的测量线所对应的宽度（或高度）之差大于14.3局部速度的测量4.3.1横测截面的探测方法4.3.2参比测量5好是与固定点上速度测量平均值相对应的值）相关联。对于相对较小的参比速度变化，在vi,o=vi,t········································当参比读数是差压时（例如流量回路的某一固定特性4.3.3速度分布的检查对速度，见3.1.8），以检查它们之间的一致性，从而确保在特定的流量下没有异常现象（因此，当流量在很宽的雷诺数范围内变化时，剖面不应发生不规则变4,4横截面上测量点的位置和数量4.4.1一般要求无论采用何种方法，皮托管测量头轴线与管壁之间的距离不应小于测量头直径d。皮托管的位置应根据每条横测线上管道的实际尺寸（而不是平均尺寸）计算，且测a)±0.005X，其中X为平行于皮托管测量位置的管道尺寸；或b)±0.05y，其中y是皮托管到最近管壁的距离，4.4.2和4.4.3规定的最小测量点数量尤其适用于小尺寸管道。由于必须尽可能准确地确定速度分布，只要工作条件和流动稳定性允许，增加测量点的数量可能是有），每个半径至少应有3个测量点，以便在横截面上至少有12个测量点。适当情况下，可以在管道中心增设一个测量点，以检查流速剖面的形状，这也是计算支64.4.3矩形截面本文件所述的皮托静压管是由圆筒形测量头垂直连接到通常穿过管道壁的支杆组成的。测量头的宜注意，未对准和漩涡可能同时发生，应尽可能c)在液体中使用时，发生在鼻部的任何液体空化都不应导致皮托管静压读数出2)至少6个，且数量足够使静压回路中的阻尼尽可能地与总压回路e)如果支杆直径扩大到d'，则从测量f)测量头和支杆之间的连接处应该斜接或弯曲，其平均半径等于(3±0.5)d。1)附录A中所述的皮托管在均匀流中倾斜度7漩涡；因此，选择的测量截面应远离任何可能造成不对称a)测量横截面上速度分布的均匀性应维持在可接受的水平。特别是对于大尺寸的横截面和短直σv=√·······································vi——测量横截面上测点处的局部速度，m/s；b)除此之外，对速度分布的对称性进行描2)作为指南，通常假设，为了符合这些条件，从工作截面开始处到任何明显的非直管段（见3.1.10）之间8流动的情况，并且可以通过公式(3)进行计算:1/2·······································——每个单独点速度测量所计算出的平均轴向速度，m/s。Irr=····································································umin——测量横截面四分之一或某个半径处速——整个横截面上速度的算术平均值，m/s。根据第11.2节选择的测量点位置，可以通过使用公式（5）计算相对标准偏差σT来确定测量横截面σT=√···································T4)ui并不总是局部速度的算术平均值，而应根据积分算法进行9），a)通道的最大横向尺寸a应小于0.25D，其中D为管道内注：为了减小压力损失，管道入口可倾斜成45°布置。但是，需要注意的是，这种装置会带来相当大的压头损失。多孔板型，具有许多直径约为D/8的小孔。板的中心周围的孔比外围的孔更密集。压力损多孔板的厚度tc满足0.12D≤tc≤0.15D。压Akashi型流量调节器和Zanker流量调节器的更多细节分别在ISO5167-3:2022和ISO5供。ISO5167-2:2022中还提供了更多类型，例如Gallagher流量调节器和NO如果在测量横截面附近存在弯头或扩口件，可以使用导流叶片来平滑流向并改善速度分布的均匀a)在弯头处，SP1<SP2<...<b)在扩口段处，SPa1=SPa2=...=SPan=SPan+作为参考，可以按照以下方式确定转向叶片的数量n:√(b12+b22)或挡板（见图6）。多个流体混合过程中，通常会在具有不同温度的流体汇合点附近安装静态混合器。6.3使用限制皮托管的使用流速不应小于雷诺数下限对应的速度(本文给出的表达式（见8.1和8.2）仅适用于无横向速度梯度为了使速度梯度和支杆堵塞效应造成的流量误差可以忽略不计（），在使用皮托管进行探测的情况下，紊流具有双重影响，a)对总压读数的影响；b)对静压读数的影响。6.4测量的性能用于测量差压的装置应能够测量相当于横测过程中记录的最大值的稳定差压，不确定度不超过1%a)在测量仪器上施加最小阻尼来抑制差压波动，以便能在不掩盖长期波动的情况下方便b)每个测量点的读数应重复一定次数，最好以不相等的时间间隔重复—当清除其中任一个读最小值），差压的瞬时读数波动幅度不会超过平均差压的±注：由于读数的随机波动，适用于流量的最终允差将是探测期间读数总次数的函6.5皮托管的检查和维护a)取压孔及其连接管是否堵塞；b)皮托管内接收总压和静压的腔室之间是否存在泄漏；e)皮托管的测量头是否确实垂直于支f)与压力表的连接管是否尽可能短；就可以在满足以下条件的情况下计算局部速度。但是，附录2················································ρ——流体密度；μ——流体的动力粘度；di——皮托管总压孔内径；过一个限值，根据表1所示，该限值随γ（气体比热γ8.2流速计算公式·····································ρ——流体局部密度；p——局部静压（或绝对静压）。···············································p——局部静压；Rg——摩尔气体常数，8.314462618J/（mol·KM——流体的摩尔质量，单位为千克每摩尔，空气的摩尔质量为0.02896546kg/mol；································To为用理想总温度探针在管道轴线上测量的总温度。使用任何非理想温度探针的影响在附录E中讨选定的γ值和(1–ε)的Δp/p值以及T/To如表2所示。γT/ToT/ToT/ToT/ToT/ToT/ToT/To 至1100hPa，详见参考文献[9]。CIPM-2007公··························Mv——水的摩尔质量，kg/mol，其数值为0.018015kg/mol；xv——水蒸气的摩尔分数，%。xv可以从相对湿度或者露点温度确定：xv=ℎrf·································································hr——相对湿度，%； psv(td)=1pa×exp(A(td+273.15)2+B(td+273.15)+C+D/(td+273.15)) 9通过速度面积的图形积分法确定流出速度d)在此值上加上一个与周缘区对应的计算项，并等于：·································un——位于半径为rn（即离管壁最近）的圆上的测量点上速度的算术平均值；在由卡门定律导出的（周缘区内）的积分结果中：此后一项仅代乘以周缘区的流量。···························L——测量横截面中的管道宽度（在每条水平测量线上测量的宽度的算术平均值H——测量横截面中的管道高度（在每条垂直测量线上测量的高度的算术平均值l——从特定点到作为原点的内侧壁的距离；vaLma6)在本条款中，“垂直线“指与管道高度平行的直线，“水va——所述极限测量点处的速度（到最近的管）；m——取决于壁面粗糙度和流动条件的系数，其值可根据附录F中给出的说明确定，d)绘制极限水平测量线之间ui随对应于每条水平线的相对高度h/H的变化曲线（见图8）7))；ua'是最接近管壁（距离管壁a'）的水平测量线上的平均速度。下面给出的公式是沿三次曲线依次在各对测量点之间进行插值导出的，圆形截面管道为(r/R)2，矩形截面管道则为l/L或h/H。这些分开的单个弧组合在一起，形成具有连续导数测量点的数量和位置应参照第9章和4.4的规定。当认为有必要对局部速度测量值或测量点的位置10.1圆形截面而变化的各圆周上的平均速度[按9.1a]10.2矩形截面——或者测量截面上的流出速度，在这种情况下v1,v2, 注：当n=5时，求和项只对i=3求值。每种方法都将测量截面划分成若干个截面单元。每一个截面单元的测量位置都是根据以下条件预a)有关截面单元中速度分布律的数学形式的假设；b)权重系数的选择。u=AlogY+BY+C········································y——到管壁的距离；A,B,C——任意三个常数（B为零的外环单元除外）。yi/D30.3586±0.01000.7302±0.01000.9358±0.00320.3207±0.00500.1349±0.00500.0321±0.001650.2776±0.01000.5658±0.01000.6950±0.01000.8470±0.00760.9622±0.00180.3612±0.00500.2171±0.00500.1525±0.00500.0765±0.00380.0189±0,0009每个半径上的平均速度等于在相关半径的测量点上确定的速度的算术平均值，而流出速度等于每个半径上的平均速度的算术平均值。因此，流出速度由局部速度的算术平均值给出。对于使用26个测量点的方法，Σki=表4矩形截面中的对数线性法—测量点位h/HⅠⅡⅢⅣ23322——25335 66 6——6—66—53352 22332yi/D30.3754±0.01000.7252±0.01000.9358±0.00320.3123±0.00500.1374±0.00500.0321±0.001640.3314±0.01000.6124±0.01000.8000±0.01000.9524±0.00240.3343±0.00500.1938±0.00500.1000±0.00500.0238±0.001250.2866±0.01000.5700±0.01000.6892±0.01000.8472±0.00760.9622±0.00180.3567±0.00500.2150±0.00500.1554±0.00500.0764±0.00380.0189±0.0009e或fXi567但修正的量无法准确知道。实际上，只有在需要非常精确在无限流体中使用皮托静压管时，校准系数要考虑δ(Δp)=−0.7kb(s/A)Δpmax····················································A——管道的横截面积；0.7的值是管道横截面上速度平方的平均值与A——管道的横截面积kb——圆筒形支杆的堵塞系数x——静压孔平面到皮托管支杆轴线的距离对于v/vmax=(y/R)1/m形状的速度剖面，忽略距管壁y处测量点的局部速度2/mkb··············································12.2横向速度梯度的修正用使附近的流线产生微小位移，从而使测量平面上游较高流速区域的流线静止。附录B对如何评价下列这种影响可以通过两种方式加以考虑，一种是根据测量点的修正位置对速度面积进行积分（见），在距管壁实际距离y处记录的差压Δp的测量值，在计算时被视为在（y+Δy）处的差压，其对于特定的鼻部形状，如果不能一次性确定kg的值，则对于所有符合5.2要求的皮托管，kg可以取（0.10±0.02）。表7可用于评估kg=0.10且距管壁一定距离范围内的皮托管的流线位移。y/d234∞∆y/d根据表3、表4、表5、表6计算测量位置时，相应的y距离应当按上述计算减少图13给出了使用kg=0.10的皮托管进行测量时，对圆形管不同的测量值，允许以kg/0.10的比例对数a)3个测量点/每半径，对数-线性，对b)5个测量点/每半径，对数-线性，注：上述两图曲线中的数值应为管内流体的雷诺数。12.3紊流的修正修正量约为-0.5%至-2%（见附录C）。12.4压头损失的修正此修正通常可以忽略不计，但如果认为有必要考虑，则每个测量点的差压应减去压头损失ξ。····································nd——静压取压孔所在平面到支杆轴线的距离。本章定义了本文件中使用的一些与不确定度有关的基本术语，介绍了评定体积流量测量不确定度信息，如权威机构发布的量值、校准证书、测量仪器的准确度等级以及根据经验推断的极限值等。13.2体积流量测量的不确定度来源分析13.3体积流量的测量模型根据速度面积法测量原理，测量截面上体积流量的计算公式为:qv=Au·················································urel(A)——测量截面面积的相对13.4体积流量的相对标准不确定度评定13.4.1确定测量截面面积引入的相对标准不确定度urel(A)无论是圆形截面还是矩形截面，都是用具有一定准确度等级的尺子，按照4.2的规定进行多次测量13.4.2流出速度引入的相对标准不确定度urel(U)皮托管校准系数引入的相对标准不确定度urel(α)差压测量引入的相对标准不确定度urel(Δp)6.4.1是对差压测量仪表的最低要求。为了得到满意的测量结果，建议使用准确度等级更高的差压由于差压变送器的最大允许误差是以其输出量程的百分比表示的，为了减小差压测量引入的不确重复性（包括速度波动、紊流、测量仪器分辨力等）引入的相对标准不确定度urel(Δpr) n密度计算引入的相对标准不确定度urel(p)密度计算公式（9）中，摩尔气体常数和流体摩尔质量的不确定度可以忽略；但局部静压、局部静压缩系数修正因子引入的相对标准不确定度urel(1−ε)压缩系数修正因子用公式（8）计算得到，比热容比、差压、局部静压的不确定度决定压缩系数修阻塞效应引入的相对标准不确定度urel(S)皮托管倾斜（包括位置偏离、横向速度梯度等）引入的相对标准不确定度urel(φ)压头损失引入的相对标准不确定度urel(ξ)定度urel(w)。使用图形积分法，绘制速度剖面和计算图形中心部分下的面积，以及幂指数m的取值都会引入不确上述各不确定度分量间均不相关。将所有相对标准不确定度分量urel(xi)及其相对灵敏系数crel(xi)按公式（31）计算，得到流出速度的相对标准不确定度urel(U)：urel·················13.5体积流量的相对合成标准不确定度评定将13.4得到的urel(A)和urel(U)代入到用公式（30）计算体积流量的相对合成标准不确定度，其中相对灵敏系数crel=1，crel13.6体积流量的相对扩展不确定度13.7报告体积流量测量结果a)体积流量qV=xxx.xm3/h，其相对扩展不确定度Urel(qV)=x.x%，k=2b)体积流量qV[1±Urel(qV)]m3/h，其中qV和Urel(qV)为具体值，即qV=xxx.x(1±x.x%)m3/h。A.1不同的类型3——8个直径0.13d的孔，直径不超过1mm，均匀分布，无毛刺注：AMCA(AirMovementandControlAssociationa——总压取压孔注：NPL(NationalPhysicalLaboratory英国国家物理实验室)提出的改良椭圆形鼻部皮托管直径d：直径ds不应超过1mm；孔深不小于0.5ds；孔的数量不少于6个；孔的平面距离鼻部顶端8d。直径恒定并等于d；曲率半径3d±0.5d，与测量头平滑连接或斜接；静压取压孔所在平面到支杆轴表A.1中给出的值误差在±0.0002以内。n8∞8)小直径的皮托管采用较大的孔径，以扩展注：CETIAT(CentreTechniquedesIndustriesAérauliquesetThermiques法国空气和热力工业技术中心)提出的皮托A.2皮托管对倾斜的敏感度当所使用皮托管测量头的轴线与平均流动方向不一致并与之形成一个角度φ时，所记录的差压Δpφ然而，有些形状的皮托管顶端（上述三种类型就是这种情况）可以在相当宽注：下面曲线给出的(Δpφ–Δpo)/Δpo3——CETIAT型皮托管，Red=8600种完全不同的情形。这种近壁位移可以计算，也与皮托管(Δy1)/d=kg·····································································(B.1)·····················对于平头端皮托管，实验表明a/kg=0.19由于这两种效应都取决于鼻部的有效阻力系数，并且由于a远小于kg，因此其他皮托和近壁位移的综合位移也可以用下式表示，并且具有足够的···························································································································如果将一个对方向不敏感的压力探头置于紊流中，则该探头将随时接收总压力pti(见yzypt=ptidt····································································(C.2)pidt·····································································a)每个测量点的平均压力p； +kSp································pm——平均被测压力；p——平均实际压力；然而，现已证明，在大多数情况下，存在下列形式).························································(C.6)pv2=pt−p(v′+v′+v′)−pm−ktp(v′+v′)·················(C.7)这种评估错误地认为存在+ksPks=0.25的关系，最大限度地减小了测定平均局ReD==40000··································∆qV/qV=0.54%(由于上述原因，这个正误差似乎被低估了)。对于相同的雷诺数，这些资料计算了使用距离管壁(yn)Re=40000=0.235(D/2)的皮托管所产生的误），=0.50%················································由于这个结果非常接近之前更完整的计算结果，这些资料认为这样计算出的误差是所考虑的整个Re4×104m)Re≈ΔqV/qV平均值。因此压力表的阻尼应对称和线性。当施加压力突变时，压力指示器应在不超过60s的时间内记录99%的变化。不能用阻尼来掩盖压力的正常脉动，这会使测量超出本文件的范弯曲或挤压橡胶连接管。皮托管和压力表之间不应插入不对称的喷嘴、的时间常数数量级相同时，有必要平衡这两个管路的阻尼，因于正弦脉冲）所对应的最大虚拟雷诺数是否远低于2000。这Re’=····················································d——毛细管的直径；Re’——虚拟雷诺数所述的皮托静压管一般不能在马赫数大于0.8的情况下使用，为了获得最佳准确度，应该在其使用条件下进行校准。马赫数在0.9到1.0之间时，这一类皮托管大多表现异常，因此无法进行测量。此外，这类皮托管对偏离流动方向更加敏感，因此减小漩涡流和保持横向静压分布均匀以确保轴向流动就显得尤传感器来测量压力，而总压力的测定需要使用正激波关系来评估皮托管的测量结果。w——在管壁处1/2······························1/2····························································1/2···························式中，1–ε为压缩系数修正因子，可采用若干等效表达式计算1/2····················式(E.9)计算局部静态温度T。Ma2····························································线和管壁处的温度测量值来近似估算温度剖面。然后应用式(E.10)和(E····························································b)在每个测量点测量p。检查这些测量是否有异常。给定横截面上的压力应该是明显恒定的；任c)测量或确定管道中心线上的滞止温度。4)测量或使用式(E.10)和式(E.16)用式(E.4)计算每个测量点的γMaT/T0MaT/T0MaT/T0MaT/T0MaT/T0MaT/T0MaT/T0————————————————————————Ma=+1−1]}1/2−1]}1/2——第一个测量点应尽可能靠近管壁，且在任何情况下距离不得大于0.03l（l是横截面的横向尺寸但应考虑到皮托管轴线与管壁之间的最小距离等于支杆的直径；——第二个测量点与管壁的距离应大于前一个测量点，但该距离应等于或小于0.08l。在任何情况错误估计系数m导致最后一个测量点处的切线反转，从而导致该测量点两侧流量误差的部分补偿。），在靠近管壁的两个测量点允许确定m的情况下，选择系数m造成的误差大大减小，可以忽2··································1234用最大允许误差为±0.1mm的超声波测厚仪测量壁厚，为4.5mm，其相对不确定度为×100%=2.222%，按矩形分布考虑，则其相对标准不确定度urel=1.283%，相对灵敏系数测量截面的直径D=599.88mm；面积A=282629.37mm2G.2流出速度引入的相对标准不确定度urel(u)G.2.1皮托管校准系数引入的相对标P13P12P11rr2r1Rr3OP23P22P21P31P33P41P42P43iij测量点处Δpij（Pa）1234123G.2.3重复性（包括速度波动、紊流、测量仪器分辨力等）引入的相对标准不确定度urel在每个位置重复测量3次差压，取3次测量的平均值作为测量结果。由差压测量数据表G.2知，重复性的最大值是0.384%，则重复性引入的相对标准不确定度urel=0.222%，相对灵敏系数由公式（9）知，密度计算引入的相对标准不确定 小于0.14%。综上，局部静温的相对不确定度不大于0.17%+0.14%=0.31%，按矩形分布考虑，则其相对G.2.4.3气体定律偏差系数引入的相对标准不确定度urel(z)假设气体定律偏差系数按1计算引入的相对不确定度urel(z)=0.1%，按矩形分布考虑，则其相对标空气的比热容比y=1.4，表G.3是用公式（4）计算得到测量位置处的压缩系数修正因子的平均值。j1234123G.2.6阻塞效应引入的相对标准不确定度urel根据图12，假设阻塞效应引入的相对不确定度是0.3%，按矩形分布考虑，则其相对标准不确定度G.2.7皮托管倾斜（包括位置偏离、G.2.8压头损失引入的相对标准不确定度urel使用的皮托管总压取压孔到静压取压孔之间的距离是42mm，测量时雷诺数大于1×106，取通用压考虑，则其相对标准不确定度urel=0.121%j1234123流出速度等于所有局部速度的算术平均值，计算得到U=24.66m/s。假设计算方法引入的