摘要(yào)：伴随(suí)着(zhe)工業技(jì)術的不斷發展(zhǎn)，濕氣流量的(de)測(cè)量日益增多，濕(shī)氣流量計(jì)的校準工作日益迫(pò)切，亟(jí)待解決。本(běn)文介紹了在濕(shī)氣流量計量領域中(zhōng)廣泛(fàn)應用(yòng)的差(chà)壓式濕氣兩相流流量計(jì) 的原理，并(bìng)自動化工程學院的中壓(yā)閉環(huán)濕氣标定(dìng)裝置中對其進行了(le)校準(zhǔn)，對該流量計的(de)氣相和液(yè)相的(de)不确定(dìng)度進行(háng)了評定，爲今後開展(zhǎn)相關流量(liàng)計的校(xiào)準工(gōng)作提供(gòng)了參考和(hé)數據(jù)支持(chí)。
0引言
　　近年來，伴(bàn)随着工(gōng)業技術的不(bú)斷發(fā)展，濕氣流(liú)量的測量(liàng)日益增多地(dì)出現在(zài)許多工(gōng)業領域(yù)中(zhōng)，如：天然氣、石(shí)油開采過(guò)程中(zhōng)産生的天然氣和水混合的濕(shī)氣；沸(fèi)點(diǎn)較低的(de)液體(tǐ)輸(shū)送中産生的(de)濕氣(qì)；核電(diàn)廠、熱(rè)電(diàn)廠(chǎng)中氣(qì)化單元(yuán)産生的(de)濕氣(qì)等。所謂濕(shī)氣，是(shì)指在總流(liú)體混合(hé)物中，氣(qì)體體(tǐ)積在95%以上(shàng)的氣液兩相流。液體(tǐ)是存在于(yú)濕氣中的(de)一種(zhǒng)介質，或者是(shì)多種介質，其以遊離狀(zhuàng)态存在。例如，水(shuǐ)以(yǐ)及液态(tài)的其它化合物(wù)等。它是普遍存(cún)在于工業應用(yòng)中以及自然界(jiè)中的(de)流(liú)動現象(xiàng)[1,2]。尤(yóu)其(qí)在氣田開(kāi)采過程中，天然(rán)氣總(zǒng)是伴(bàn)随着(zhe)液态烴(tīng)、水(shuǐ)蒸氣等一(yī)起産出，濕(shī)氣計(jì)量的精度(dù)與開(kāi)采方的(de)經(jīng)濟效(xiào)益和對氣(qì)井的産(chǎn)出能力(lì)的了(le)解程度息(xī)息相關。因(yīn)此，越(yuè)來越多的公(gōng)司(sī)和研究機(jī)構開(kāi)始重視(shì)濕氣的(de)計量精度。
1差壓(yā)式濕(shī)氣兩相流(liú)流量計
　　基(jī)于(yú)差壓原理的(de)濕氣(qì)流量測(cè)量(liàng)最早(zǎo)始于20世紀中期(qī)，在20世紀90年(nián)代初，伴随着歐(ōu)洲的北海區域(yù)油氣田的(de)開發，大型(xíng)天然氣跨(kuà)國公(gōng)司資助相關國(guó)家的實驗(yàn)室開展針(zhēn)對(duì)油氣田(tián)中濕氣(qì)計量技(jì)術的(de)研究[3]。其中(zhōng)，在濕氣(qì)流(liú)量的計量領域(yù)取得(dé)重大(dà)突破，其研(yán)究的相關(guān)設備(bèi)在濕氣流量的(de)計量(liàng)過程中具(jù)有精度(dù)高、穩定性好等特點。從(cóng)而系(xì)統(tǒng)地(dì)開展(zhǎn)了對如噴(pēn)嘴、 孔(kǒng)闆流量計 和錐(zhuī)形流(liú)量計爲代(dài)表的(de)典型差壓(yā)原理流量計的濕氣計量(liàng)特性(xìng)研(yán)究，爲進一步(bù)研究濕氣(qì)中(zhōng)包(bāo)含的(de)氣體和液(yè)體體積奠(diàn)定了(le)基礎。
　　以(yǐ)差(chà)壓式(shì)的節流(liú)裝(zhuāng)置爲(wèi)測量流量的基(jī)本單元的(de)差壓(yā)式濕(shī)氣(qì)流量計，廣泛(fàn)應用于濕(shī)氣的(de)計量，可實(shí)現氣相、液(yè)相流體的(de)計量。氣相(xiàng)部分的測量是(shì)基于差壓原理的節流裝置，以其簡(jiǎn)單的(de)結(jié)構(gòu)、較高的(de)可靠性、低廉的成本、便(biàn)捷的(de)維護且具有較高的精度(dù)等優(yōu)勢(shì)，被廣泛(fàn)應用(yòng)于兩相流的工作(zuò)環境中(zhōng)，并能(néng)滿(mǎn)足其他較多測(cè)量環境(jìng)的需要，工(gōng)作狀(zhuàng)态穩定(dìng)且可靠(kào)。液相部分采用(yòng)射線(xiàn)、微(wēi)波、電容(róng)、差壓、電(diàn)導等方(fāng)法，實現(xiàn)體(tǐ)積含液率的測量，同(tóng)時結合(hé)液體密(mì)度和(hé)氣體組分(fèn)等(děng)參數，可以實現氣相流量的(de)測量，以及(jí)氣液(yè)兩相流量(liàng)的計量。

　　流(liú)量計常見(jiàn)的兩(liǎng)種工(gōng)作原(yuán)理示意圖(tú)如圖1和圖(tú)2所示。
　　其中(zhōng)，體積(jī)含氣(qì)率和體積含液(yè)率是(shì)兩個濕氣(qì)計量(liàng)中的(de)兩個(gè)重要(yào)參數(shù)。體積(jī)含液率（lvf）：工(gōng)況條(tiáo)件下(xià)，液(yè)體(tǐ)體積(jī)流量(liàng)與總體積(jī)流(liú)量之比(bǐ)；體積含(hán)氣(qì)率（gvf）：工(gōng)況條件下，氣體(tǐ)體積(jī)流量與總(zǒng)體積(jī)流量(liàng)之比(bǐ)。

2差壓式濕氣兩相流(liú)流量(liàng)計的(de)校準
2.1實驗裝置(zhì)
　　該裝置(zhì)基于标(biāo)準表法，由介質(zhì)源、混合器(qì)、計量(liàng)管道、水平環管(guǎn)實(shí)驗(yàn)管段、垂直(zhí)井筒實驗(yàn)管段(duàn)、分離裝(zhuāng)置和計(jì)算機(jī)控(kòng)制系統等部分組(zǔ)成。差壓式濕氣(qì)兩相(xiàng)流實驗是(shì)在水平環管實驗管(guǎn)段上進(jìn)行(háng)的，實驗系(xì)統如圖3所(suǒ)示(shì)。該裝置(zhì)的測(cè)量範圍爲：水，（0～16）m3/h；氣,(0~1000)m3/h;測量不确定度(dù)爲:水介質0.22%(k=2);空氣(qì)介質(zhì)0.36%(k=2)。

　　實(shí)驗(yàn)中所(suǒ)使用的兩相介(jiè)質分别爲水和壓縮(suō)空氣。水是(shì)由一台離(lí)心泵(bèng)輸入(rù)至穩壓水(shuǐ)塔中，采用水塔(tǎ)的自行溢流的(de)方式(shì)爲實(shí)驗系統提供穩定的(de)液相工作壓力(lì)；空氣(qì)由兩台空(kōng)氣壓縮機(jī)産生(shēng)，經冷幹機脫水(shuǐ)降溫後(hòu)，輸入至兩個(gè)儲(chǔ)氣罐中(zhōng)，儲(chǔ)氣(qì)罐的(de)容積均爲6m3。在計量管(guǎn)段和儲(chǔ)氣罐之(zhī)間配備有穩壓(yā)閥，以(yǐ)保證(zhèng)實驗(yàn)期間(jiān)氣(qì)流的工(gōng)作壓力相(xiàng)對穩定。水(shuǐ)和空氣經(jīng)引射器混合後(hòu)，通入(rù)實驗管段(duàn)。實驗過程中，濕(shī)氣經氣液(yè)分離(lí)罐分離(lí)，空氣經(jīng)放氣(qì)閥門排放(fàng)，水則繼續流入(rù)儲水罐實現循(xún)環使(shǐ)用。整(zhěng)個實(shí)驗過(guò)程中的數(shù)據采集(jí)和控制(zhì)在工(gōng)控機(jī)中完(wán)成。
2.2 校準實(shí)驗及(jí)其不确定度(dù)評(píng)定
　　 被校(xiào)準流量(liàng)計選(xuǎn)用的(de)差壓(yā)式濕氣流量計(jì)，型号(hào)爲dn80(a)-0.55，流量範(fàn)圍（0～200）；m3/h，其原理圖如圖4所示。

　　選(xuǎn)取0.5qmax、gvf爲97.5%流(liú)量測試點(diǎn)作爲(wèi)不确定度(dù)評定的案例進行分(fèn)析，在(zài)該點下将(jiāng)濕氣(qì)流(liú)量計測量3次，其校(xiào)準結(jié)果見表1。

2.2.1氣相不确定度評(píng)定
　　濕(shī)氣流量(liàng)計的氣相瞬(shùn)時流量相(xiàng)對誤(wù)差可由下(xià)式計算：

相對不(bú)确定度公式如下：

1）由(yóu)重複多次(cì)測量引入的a類(lèi)不确(què)定(dìng)度分量(liàng)由重複多(duō)次(cì)測(cè)量引入(rù)的不确(què)定度(dù)爲：

2）由(yóu)标準表處(chù)壓力測量(liàng)ps所(suǒ)引入的b類不(bú)确定度分量
　　标準表處壓(yā)力由絕壓(yā)變(biàn)送器測(cè)量，該絕壓變送(sòng)器測量範圍爲(wèi)(0~2)mpa，對應的輸(shū)出電(diàn)流範(fàn)圍是(4~20)ma。該流(liú)量點(diǎn)的(de)壓力爲(wèi)1.3mpa，對應輸出電流值爲(wèi)14.4ma。絕壓(yā)變送(sòng)器的校準證書(shū)中，其擴展(zhǎn)不确定度(dù)爲(wèi)u(ps)=0.004(ma)（k=2），則


3）由标(biāo)準裝(zhuāng)置引入的b類不(bú)确定度分(fèn)量
　　标(biāo)準裝置(zhì)的氣相流量(liàng)測量相對擴展不确定度(dù)爲(wèi)urel(qs)=0.36%(k=2)，則

4）壓縮因子z的不(bú)确定(dìng)度
　　壓縮因子的(de)允許(xǔ)誤差(chà)是0.01%，按矩形(xíng)分布計算(suàn)，則标準表處空氣壓(yā)縮(suō)因子和(hé)标準狀(zhuàng)态下空氣壓縮因(yīn)子的不确定(dìng)度爲：

5）标準表(biǎo)處溫(wēn)度測(cè)量所引入的b類(lèi)不确定度分(fèn)量(liàng)
　　标準(zhǔn)表(biǎo)處溫度(dù)由 一體化(huà)溫度(dù)變送器 測量。由(yóu)該一(yī)體化溫度(dù)變送器的(de)校準證書可得，其擴展不确(què)定(dìng)度爲：u(ts)=0.1(℃)(k=2)，則

　　綜(zōng)上(shàng)所(suǒ)述，在(zài)gvf爲97.5%、0.5qmax的流量點下(xià)，該濕氣流量(liàng)計(jì)的氣相誤(wù)差爲(wèi)-2.93%，測量結(jié)果擴展(zhǎn)不确(què)定(dìng)度(dù)爲：up(g)=0.38%（k=2）。
2.2.2液相流量(liàng)的測量(liàng)不确(què)定度評定
　　濕氣(qì)流量(liàng)計的液相瞬(shùn)時流量(liàng)測量，其相(xiàng)對誤(wù)差由下式(shì)計算(suàn)：

相對(duì)不(bú)确(què)定度(dù)公式爲(wèi)：

1）重複多次測量(liàng)所(suǒ)引入(rù)的a類不(bú)确(què)定度(dù)分量由重複多(duō)次測量(liàng)引入的不确定度爲：

2）标(biāo)準裝置所引入(rù)的b類不确定度(dù)分量
　　查濕氣兩(liǎng)相流(liú)量标準裝(zhuāng)置的校準(zhǔn)證書可知，液相測量(liàng)相對擴展(zhǎn)不确定(dìng)度爲urel(qs)=0.22%（k=2），則

　　因此(cǐ)，在gvf爲97.5%，0.5qmax流量點下(xià)，該濕氣(qì)流量計(jì)液相(xiàng)誤差爲1.47%，液(yè)相測量結果擴(kuò)展不确定(dìng)度爲up(l)=0.454%（k=2）。


3總結(jié)
　　本文(wén)介紹(shào)了廣泛應用于(yú)濕氣流量計量(liàng)領域的差(chà)壓式濕氣(qì)兩(liǎng)相流流(liú)量計的原理，并(bìng)在電(diàn)氣與(yǔ)自動(dòng)化工程(chéng)學院的中壓(yā)閉(bì)環濕氣(qì)标(biāo)定裝置(zhì)中對(duì)其校準(zhǔn)，對該流(liú)量計的(de)氣相和(hé)液相的不(bú)确定(dìng)度進行了評定(dìng)。伴随(suí)着工業技(jì)術的不斷(duàn)發展(zhǎn)及其(qí)對能源日(rì)益增(zēng)加的(de)需求(qiú)，濕氣(qì)流量的測(cè)量将會越(yuè)來越(yuè)多地出(chū)現在諸多的工業(yè)領域(yù)中。濕氣(qì)流量的(de)計量踐行了國(guó)家質(zhì)檢總局“計(jì)量支(zhī)撐産業發(fā)展”的理念，爲今(jīn)後開展(zhǎn)相關差(chà)壓式(shì)濕氣流量(liàng)計(jì)的(de)校準(zhǔn)工作(zuò)提供(gòng)了(le)參考和(hé)數據支持(chí)，并爲(wèi)支撐(chēng)國家(jiā)以及(jí)區域經濟發展(zhǎn)轉(zhuǎn)型(xíng)貢(gòng)獻一份(fèn)力量。

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