在20世纪初，孔板流量计应用于天然气流量测量，经过一个世纪的发展，它已成为全世界最主要的天然气流量计[1]。近年来，尽管出现了许多新型天然气测量流量计，如：超声流量计、气体涡轮流量计等。但由于孔板流量计测量技术历史悠久、应用范围广、结构简单、使用寿命长及价格低等特点，且标准型孔板流量计可以无须校准而确定信号（差压）与流量的关系，并估算其测量误差等特点，在流量计中是惟一的。正是由于上述原因，在今后相当长一个时期内，由于种种因素的制约，特别是标定不能获得妥善解决之前，孔板流量计仍是天然气计量的主要仪表。

      1 孔板流量计的测量原理

      孔板流量计是根据安装在管道中孔板产生的差压、已知流体条件和孔板与管道的几何尺寸来测量流量。它由孔板、差压变送器和流量显示仪组成。如图1，当流体流经设置在管道中的节流件（孔板）时，流束将在节流件处形成局部收缩。此时流速增大，静差压降低，在孔板前后产生差压，流量愈大，差压愈大，因而可根据差压来衡量流量的大小。这种测量方法是以流动连续性方程（质量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒定律）为基础，流量为[2]

      qm=C（1-β4）-1/2 επ/[4d2（2△pρ1）1/2]

式中，qm为质量流量，kg/s；C为流出系数m3/s；ε为可膨胀形系数；β为直径比，β=d/D；d为工作条件下节流件孔径，m；D为工作条件下上游管道内径，m；△p为差压，Pa，△p=P1- P2；P为上游流体密度，kg/m 。

      2 新型孔板流量计的特点

      由孔板流量计的测量原理可知，流量与差压为平方根关系，如果压差降低到原差压的1/9，则流量将减小到原流量的1/3，这样，对于一个差压上限固定的差压变送器来说，其测量精度是下降了，这就是传统孔板流量计的量程比最大为4：1的原因。在石油天然气钻采工程领域，天然气的流量，物性参数等会随年份不同，工况条件不同有很大差异，采用传统孔板流量计测量存在测量范围窄，测量精度低，需在工况变化时，更换不同的孔板元件等缺点。近年来，随着微电子技术，计算机技术，新材料，新工艺的迅速发展，差压变送器和流量计已大大提高其性能及可靠性，仪表厂家相继开发了一些宽幅一体化智能孔板流量计，对原有的孔板流量计做了很大改进。

      a）流量测量范围扩展方式改进在石油天然气测量中，对流量变化大的场合，传统做法是同时配备多块β值不同的孔板或并列几台流量计。新型智能孔板流量计，如：日本S0NIC公司开发的孔板流量计，其流量比的范围可在流量计算机上进行选择。流量计算机上除设有正常流量比外，还设有2个扩展功能（如图2），一是为了计量小流量，可将计量范围扩大到最大可测流量的1/40，这种功能是在流量计算机上采用扩展差压分解功能系统，不用更换孔板和差压变送器就可完成；另一个扩展功能就是大流量侧计量范围的扩张，这是将差压扩大，从而使大流量侧的计量范围加以扩大的一种系统。另外还有超宽幅范围方式，量程比最大可达1：180，采用2台差压变送器，各自负担着小流量范围和大流量范围的测量，各自独立发信号，流量计算机则把这些信号分成不同领域进行变换选择，并在各领域进行演算，从而使超宽幅范围在测量上也能保证较高的精度。虽然多投入了1台差压变送器，但是与并列2台流量计的设备费用相比，既提高了经济效益，又节省了来回切换的麻烦；与采用多块孔板的方法相比，避免了孔板更换，降低了生产操作难度。

      b）孔板元件与二次仪表（差压变送器及流量计算机）一体化传统孔板流量计在应用中，孔板与二次仪f表分开，把差压信号送到中控进行流量计算，在流量变化较大的场合，还需配备多块孔板，一体化流量计完全解决了这一不便，使孔板和二次仪表成为一体，省去了引压管线，减少了故障率，改善了动态特性，方便了安装使用[2]，且体积小，节约成本，无需现场更换孔板，只需设定量程比即可，操作方便，受到用户的欢迎。

      c）自动温压补偿功能   孔板流量计的总精度为±0.8～5.0%[4]，对孔板流量计来说，密度是影响流量计特性的最主要参数，而密度又是温度、压力的函数，现场压力温度波动是不可避免的，由此引起的物性参数的变动是使用时产生附加误差的主要原因之一，在高精度测量时应特别注意。由于天然气是可压缩流体，受温度、压力的影响较大，为了保证精确度，常常采用温压补偿。新型孔板流量计可将压力和温度信号直接送入现场流量计算机，对流量进行压力和温度变化时的自动补偿运算，并将精确的流量值送到中控。但须注意的是，零误差的仪表是没有的，若补偿方法不当，有累积这些仪表误差的可能，增加了故障因素，所以，进行补偿时须慎重考虑。另外，在某些场合，当流体组分发生变化时，就不能采用压力、温度补偿，而应采用密度补偿[2]。

      3 发展前景

      随着科学技术的不断发展，与传统孔板流量计相比，当今孔板流量计发展趋势是一体化、高精度、宽量比的新型流量计，并拥有补偿功能完善的流量计算机，具有强大的功能软件，同时设有RS485标准计算机通信接口，可与DCS连接通信，对维护检修提供了方便，在工业生产过程中方便实用。同时，由于新颖的差压变送器可同时测量差压、静压和温度，并经计算单元作气体压力、温度修正或测气体质量流量，减少了独立的传感器数量，简化管线工程，降低安装费用；减少管线开孔，降低潜在泄露点[4]，提高整体可靠性，这些都为孔板流量计更好地应用提供了可靠的技术保证。

      参考文献：

      [1] 孙淮清．天然气的流量计量[c]．http//www．china—flow．coFn．cn/hot/document/trql一3—1．
      [2] 陆德民，张振基，黄步余．石油化工自动控制设计手册[M]．北京：化学工业出版社，2000．
      [3] 曲波，肖圣兵，吕建平．工业常用传感器选型指南[M]．北京：清华大学出版社，2002．
      [4] 蔡武昌．流量测量应用技术的进展[C]．http//www．eleccn．corn/Article—show．asp?Artie ID=15，更新日期2003～11．22．

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