近年來，隨著電子技術和計算機技術的不斷進步，流量測量儀表也開始向一體化、智能化的方向發展。其中，智能流量計就是一種應用非常廣泛的智能流 量測量儀表，它通過對來自不同類型流量變送器流量信號的測量，輔以由溫度變送器和壓力變送器獲得的溫度、壓力等補償信號，對不同的流體依照不同的算法進行 實時的流量補償，從而實現了流體體積流量或質量流量的測量、累積、顯示以及輸出。除了這些基本功能外，目前的流量積算儀還具備了記錄、通信、打印等附加功 能，并有一定的故障診斷和自恢復能力。

    智能V錐流量計是在“V”型內錐節流裝置的基礎之上發展起來的。可同時檢測溫度、差壓、絕壓信號，可對流量進行實時的溫壓補償。在流量的算法中，運用浮點數進行運算，同時這里采用基于牛頓迭代法的快速開方算法進行浮點數的開方運算。

    1 V錐流量計工作原理及溫壓補償

    1.1 智能V錐流量計的工作原理

    智能V錐流量計主要由傳感器部分和轉化部分組成，其中傳感器部分包括“V”型節流裝置、溫度傳感器、壓力傳感器等，轉換部分包括采集電路、SD16_A、液晶顯示電路等。

    1.1.1 流量的測量

    V錐流量計是利用同軸安裝在管道中的V型尖圓錐將流體逐漸地節流收縮到管道的內邊壁，通過測量此V型內錐體前后的差壓來測量流量的。V錐節 流裝置包括一個在測量管中同軸安裝的尖圓錐體和相應的取壓口。該測量管是預先精密加工好的，在尖圓錐體的兩端產生差壓。此差壓的高壓（正壓）是在上游流體 收縮前的管壁取壓口處測得的靜壓力p₁，而低壓力（負壓）則是在圓錐體朝向下游端面，在錐中心軸處所開取壓孔處的壓力p₂，如圖所示。該圓錐體的*朝向來流，圓錐體與其尾隨面之間是一個尖銳的銳角。此交合面的邊緣使得流體在進入下游的低壓區之前有一個平滑的過渡區，zui后使流體流過錐體和管道之間的環形間隙。

圖1 V錐流量計工作原理圖

    流量的計算是根據伯努利方程推導得到的。其結論是流管中的流量與“V”型節流元件前后的差壓的開方成正比，其體積流量計算公式如下：

        （1）

    式中：q_m為體積流量值，kg/s；c為流出系數；ε為可膨脹系數；β為等效直徑比；d為等效開孔直徑；ρ為流體的密度，g/m³；Δp為差壓值，ΔP=P₁－P₂Pa。

    1.1.2 流出系數C

    根據ISO4006中對節流式流量計的流出系數的定義為對不可壓縮流體流量，實際流量和理論流量的比值（可壓縮流體的話，其比值等于流出系 數乘以可膨脹系數）；對于V錐流量計，因為沒有標準的文件可依，所以必須用不可壓縮流體進行實測。下面是在實驗中標定流出系數所設計的標定裝置，如圖2所 示。

圖2 流出系數標定裝置

    量筒測的是實際體積流量，V錐流量計檢測的是理論流量值。對于每一個V錐流量計，在流量公式中所采用的流出系數C是通過流量標定而獲得的。C的典型數值范圍是0.75～0.85。

    1.1.3 V錐流量計的氣體可膨脹系數

    如果被測介質是氣體或蒸氣，則必須使用氣體可膨脹性系數ε來修正柏努利方程。這是因為在節流件兩端由于壓力變化所造成的氣體密度ρ的變化并不適用于液體。對于液體來說可膨脹系數ε為1，對于氣體、蒸汽來說ε＜1。根據ISO4006中定義的氣體的可膨脹系數：

        （2）

        （3）

    其中C就是前面標定的流出系數。

    雖然沒有現在還沒有標準的文件可用，但是由于現有的條件有限，不能用跟流出系數那樣的裝置去標定可膨脹系數。所以這里我采用的是NEL實驗 室和McCrometer公司的三位博士在2001年的一次流量會議的論文中給出的結論，其基本思想是：根據ISO5167，把C·ε和 Δp/（k·p₁）看作是線性關系，用氣體作介質試驗，把C和ε的乘積求出，再去除以流出系數即可得到可膨脹系數。本課題中并沒有直接引用他們的擬合公式，而是采用天津大學徐英教授所擬合出來的公式，其擬合公式如下：

        （4）

    式中：β為等效直徑比；ΔP為差壓值，Pa；k為等熵指數，空氣的等熵指數為1；P₁為靜壓值，Pa。

    1.2 溫壓補償

    在工況下測量氣體質量流量時，由于易受溫度、壓力的影響導致其偏離理想的工作狀態，zui終導致測量結果產生較大偏差。所以，在測量蒸汽質量流量時必須輔以溫、壓補償。

    1.2.1 過熱蒸汽質量流量的溫、壓補償

    在智能V錐流量中對于過熱蒸汽來說，其補償有兩種方案。一種方案是查表差值法。由于過熱蒸汽的密度是壓力P和溫度T的二元函數，因此其密度 表很大，存放這個密度表需要占用很大的存儲空間。另外，二元函數的插值也不簡單。所以，雖然查表法能夠做到很高的補償精度，卻不受人們的喜歡。另一種方案 是公式補償法。

    可采用如下密度補償公式：

        （5）

    式中：T為過熱蒸汽的溫度，℃；p為過熱蒸汽的絕壓，MPa；a=0.00471；b=10.197；c=1.0336；d=1.32×10^-5；e=0.0097。

圖3 過熱蒸汽質量流量的溫壓補償