差压式蒸汽流量计广泛应用于工业生产的流量计量中，在流量计量中发挥着重要作用。流量计在出厂前需要进行标定，以确定其测量精度是否符合标准。本文以长径喷嘴流量计为例，通过标定实验及实验数据分析，介绍了差压式蒸汽流量计标定流程及测量原理，并结合科学合理的误差分析方法，得出了可靠的流出系数，确定了该流量计在实际测量中的可靠性。
1、差压式蒸汽流量计标定流程
差压式蒸汽流量计标定流程如图1所示。启动离心泵之前，先打开放水阀Ⅰ和放水阀Ⅱ，将标准罐Ⅱ放空后闭合放水阀Ⅱ，并完全打开流量调节阀Ｉ和流量调节阀Ⅱ，将换向器开关转向标准罐Ｉ；启动离心泵，标定介质—水在密闭的管道内流经流量调节阀Ｉ、被标定的长径喷嘴流量计、流量调节阀Ⅱ，流向标准罐Ｉ进入地下水池循环；待水流速度稳定后，扳动换向器的控制开关，通过电动气阀迅速切换换向器，使水流向标准罐Ⅱ，水流向标准罐Ⅱ的同时实验开始；当水位达到标准容积的高度后，快速切换换向器，使水流经标准罐Ｉ进入地下水池，并打开放水阀Ⅱ，将标准罐Ⅱ内的水放空，一次标定实验结束。
重复数次以获得更多的实验数据。全部的标定实验结束后，打开放水阀Ⅱ，将标准罐Ⅱ内的水放空。
在进行标定实验的过程中，智能差压变送器所测得的压差信号被传送到控制柜内的PLC模块，转换为计算机程序自动控制的信号，从而获得标定实验数据。在进行标定实验时，循环使用地下水池内的水，水资源得到合理使用，不存在浪费问题。

2、标定系统的精度分析
本标定系统通过体积法对流量计进行标定。
影响标定精度的因素比较多，主要因素包括温度、标准罐体积的计量方法、换向器的切换速度、水流的稳定性、标定时计时和计数的精度等。
（1）对流量计进行标定的时间比较短，因此在室温条件下温度对标定系统和标定介质的影响很小，可以忽略。
（2）利用液位控制柜计量标准罐的体积。当标准罐的液位达到设定值时，液位控制柜会产生信号，使换向器迅速切换，可达到精确计量标准罐体积的目的。
（3）换向器在标准罐体积的计量中起很重要的作用，本标定系统的换向器采用电动气阀自动控制，换向时间小于200ｍｓ，正反行程差小于20ｍｓ，换向不影响对标准罐体积进行计量。
（4）为了防止标准罐口的水下流时产生过大的浪花，使罐内液面波动过大，影响标准罐内流体的液位，该标定系统在罐口处安装了高度为800ｍｍ的减波网，可保证水流的稳定性。
（5）在进行标定实验的过程中，采用计算机程序精确进行计时和计数，每隔0.1ｓ计算机自动计时一次，得出标准罐灌满水所用的时间，即可求出单位时间的体积流量。对影响流量计标定的因素采取上述措施，本标定系统可提高并确保该标定系统的精度。
3、流量计测量原理
差压式蒸汽流量计的工作原理是：当充满管道的液体流经管道内的节流件时，流束将在节流件处形成局部收缩，因而流速加快，静压力降低，在节流件前后便产生压差。流体流量愈大，所产生的压差就愈大，因此可依据压差来衡量流量的大小。这种测量方法以流动连续性方程（质量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒定律）为基础。
长径喷嘴流量计属于差压式蒸汽流量计，其工作原理如图2所示。喷嘴上游区域的流体压力为P1，流体流经喷嘴，喷嘴的节流作用使流体的流速加快并产生压差，喷嘴下游区域的流体压力为P2。使用智能差压变送器测出P1和P2的压差ΔP，并根据标准罐体积及其灌满水所用的时间求出单位时间的体积流量，再通过流量方程式求出流出系数。其计算公式［3］见式（1）。

式中，ｑｖ为工况下流体的体积流量，ｍ3／ｓ；Ｃ为流出系数，Ｃ＝实际流量／理论流量；ε为被测介质的可膨胀系数，若被测介质为液体，则ε＝1，若被测介质为气体、蒸汽等可压缩气体，则ε＜1；ｄ为喷嘴的最小内径，ｍ，ｄ＝0．037ｍ；Ｄ为长径喷嘴流量计的管道内径，ｍ，Ｄ＝0．065ｍ；β为直径比，β＝ｄ／Ｄ；ΔＰ为Ｐ1与Ｐ2之差，Ｐａ，ΔＰ通过精密的智能差压变送器测量，经控制柜中的ＰＬＣ模块把信号传到计算机处理系统；ρ为流体在工况下的密度，ｋｇ／ｍ3，水的密度ρ＝998．203ｋｇ／ｍ3，为20℃时水的密度。
4、实验结果及误差分析
实验在常温常压下进行。在相同条件下，对长径喷嘴流量计（管径65ｍｍ、壁厚13ｍｍ）在实验室进行数次标定实验，得到实验数据。
每次的标定实验结束后，计算机标定程序界面上将自动显示实际流体的容积（实验容积）、实验流出系数和实验误差。实验所测得的流出系数存在微小的误差，每次的标定实验结束后，点击修正系数按钮，可得到修正流出系数（测得的实验容积与理论容积的比值）。实验数据及误差分析处理结果见表1、表2。实验误差可由以下公式计算：

式中，δ为标定的实验误差，％；ｑ实验为罐的实验容积，ｍ3；ｑ理论为罐的设计容积，ｍ3。由（2）式可知，实验计量误差可以直接通过流量系数进行误差分析。现场计量流体的流量所使用的程序和此标定实验程序的计时设计相同。

假设标定实验测量不存在固定的系统误差，则可按下列步骤求得流出系数。
（1）判别粗大误差
本实验测量次数较少，所以按ｔ分布的实际误差分布范围来判别粗大误差较为合理。罗曼诺夫斯基准则又称ｔ检验准则，其特点是首先剔除一个可疑的测量值，然后按ｔ分布检验被剔除的测量值是否含有粗大误差。
根据罗曼诺夫斯基准则，首先怀疑第一测量值（实验编号为0）含有粗大误差，将其剔除。然后根据剩下的11个测量值计算平均值和标准差。
实验流出系数的算术平均值为：

并求得实验流出系数列的标准差（Ｖｉ＝Ｃｉ－Ｃ）。

选取显著度α＝0．05，已知ｎ＝12，查表［4］得，Ｋ（12，0．05）＝2．33，则Ｋσ＝2．33×0．00271＝0．00631因｜Ｃ1－Ｃ｜＝｜1．0732－0．98542｜＝0．08778＞0．00631故｜Ｃ1－Ｃ｜＞Ｋσ，第一测量值含有粗大误差，应予剔除（后面所有计算均将此数据剔除）。对剩下的11个测量值进行判别，可知这些测得值不含粗大误差。
在第一次测量出现粗大误差，原因很有可能是因离心泵刚启动，管道中水流并未达到稳定状态就开始了标定试验，而之后所得实验数据比较稳定。
因此，一定要耐心地等到水流稳定后才可开始进行标定实验。