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蒸汽對流量計計量特性的影響主要有如下3 個因素：首先從式(3)中可以看出，影響K 值大小的因素主要有機械結(jié)構尺寸D、m、d 和斯特勞哈爾數(shù)Sr 4 個變量．從蒸汽流量計基本原理上分析，在不同流體介質(zhì)條件下，機械結(jié)構尺寸的變化主要是由于溫度的變化帶來的熱脹冷縮引起，其次不同流體可壓縮性的差異也會導致儀表系數(shù)的偏差.此外Sr 受雷諾數(shù)的影響，而雷諾數(shù)又受黏度的影響，流體的不同帶來黏度的不同，根據(jù)相關的研究黏度對蒸汽流量計儀表系數(shù)的影響可以忽略[4-6]．下文主要分析前2 個因素對蒸汽流量計的影響。
2.1 溫度的影響
對圖1 所示發(fā)生體，得到m的計算公式為
對流體流通面積而言，可以把旋渦發(fā)生體看作為
矩形(寬為d，長為D，見圖1)，面積比為
將式(5)帶入式(3)中得
相關的研究表明，當蒸汽流量計發(fā)生體為圖1所示形狀時，在d/D＝0.28 時，產(chǎn)生的旋渦強度和旋渦的穩(wěn)定性，故取d/D＝0.28 代入式(6)中得
由金屬材料的線性膨脹公式得
Dt= D20[1+α(t-20)]
式中：Dt為殼體溫度為t 的直徑； D20為20,℃時殼體
的直徑；α 為材料線性膨脹系數(shù)。
將式(8)帶入式(7)中得到由于溫度變化而引起的儀表系數(shù)的變化為
Kt= K20+[1+α(t-20)]
發(fā)生體和殼體為不銹鋼材質(zhì)(1Crl8Ni9Ti)，在20～300,℃時線性膨脹系數(shù)α 為16.6×10，將α和不同溫度下的Kt帶入式(9)中得到數(shù)據(jù)如表1 所示。
在表1中，K K 表示溫度為t 和20,℃時儀表系數(shù)之比，×100表示溫度為t時儀表系數(shù)的相對變化量，即由于蒸汽溫度的不同所引入的計量偏差，由此計算分析可以看出溫度對機械結(jié)構尺寸的變化引起對儀表系數(shù)K 的影響，隨著溫度的升高，造成的計量偏差也越來越大。
2.2 介質(zhì)的可壓縮性引起的影響
本文是基于水、空氣、蒸汽3 種不同流體介質(zhì)下開展的實驗研究，由式(3)得
由式(10)中可以看出，發(fā)生體兩側(cè)的介質(zhì)流動速度U1與K值成正比，對于不可壓縮流體由連續(xù)性方程可推導得到u1與管道平均流速u的關系為
u1=u/m
但對于可壓縮流體式(11)不再成立，流動過程遵循可壓縮流體的伯努利方程為
流動連續(xù)性方程為ρ1A1u = ρ2A2u
等熵過程方程為ρ1ρ2κ = ρ2ρ1 κ
式中：κ 為可壓縮流體的等熵指數(shù)； p1和 p2為儀表上游和發(fā)生體兩側(cè)處的壓力，Pa； 1 ρ 和2 ρ 分別為儀表上游和發(fā)生體兩側(cè)處的介質(zhì)的密度，kg/m3.
由式(12)～式(14)整理得
式(15)描述了可壓縮流體u和1u 的關系，與描述不可壓縮流體的關系式(11)不同，三者的關系還和被測介質(zhì)的等熵指數(shù)κ 、壓力p1、密度 1 ρ 相關.被測介質(zhì)的流量是由管道平均流速u所反映出來，而蒸汽流量計所檢測到的旋渦所表示的流速是旋渦發(fā)生體兩側(cè)的平均流速1u ，以下分析給出了由于流體的壓縮性所引起的1u 的差異性，即采用不可壓縮流體水作為介質(zhì)對蒸汽流量計進行檢定，而實際應用于可壓縮流體所引起的計量偏差.
由于m 為旋渦發(fā)生體兩側(cè)弓形面積與管道橫截面面積之比，按照渦街流量的通用設計，對三角柱形發(fā)生體，在d D ＝0.28 時漩渦發(fā)生的頻率信號zui強，取d D＝0.28，根據(jù)m 的計算式(4)得
水為不可壓縮流體，可按照式(11)計算得到1wu.空氣和蒸汽為可壓縮流體，由式(15)可得到工況下的1au、1eu ，與按照不可壓縮流體式(11)得到的1u 比較，可計算分析得到由于介質(zhì)的可壓縮性帶來的計量偏差.實驗條件下空氣、蒸汽、水為測試流體介質(zhì)時，各測試條件參數(shù)如表2 所示.
將上述參數(shù)帶入式(15)中，采用matlab 對公式進行分析計算，得到1au 、1eu 隨u變化的數(shù)值，并通過式(11)得到1
u 隨u 變化的數(shù)值，設定管道平均速度u，得到的數(shù)值如表3所示.
表3 的后2 列分別表示了空氣、蒸汽由于可壓縮性而引入的計量偏差，由計算數(shù)據(jù)可以得出，相同管道平均流速u的條件下，可壓縮介質(zhì)發(fā)生體兩側(cè)的流速均比不可壓縮流體的流速1u 大，并且隨u 的增大，引起的差值增大，1u 的相對偏差也越來越大，在流速為50,m/s 時空氣由于可壓縮性可引起1.54%的偏差，蒸汽由于可壓縮性可引起0.68%的偏差，因此在蒸汽流量計的使用中需要考慮可壓縮介質(zhì)引起的影響．上述的分析中，只能體現(xiàn)出特定工況條件下，氣體的可壓縮性對儀表系數(shù)的影響，雖然式全面描述了所有工況的壓縮性影響，但該式無法直觀、簡化顯示，為了直觀地體現(xiàn)式(15)中各變量帶來對可壓縮性的影響程度，基于不同條件下的計算數(shù)據(jù)對式(15)進行簡化擬合，根據(jù)表2 中空氣工況下計算得到的u和1u 的數(shù)據(jù)，擬合曲線，對比各種擬合方法，指數(shù)擬合的擬合度zui高．擬合曲線的形式為y = Aexp(x /b) + y0式中A、b、y0分別為與工況條件 p、ρ 、κ 相關的系數(shù)．對于其他工況下也用同樣的方法擬合，擬合度均不低于0.998．在擬合過程中得到不同工況下的系數(shù)A、b、y0，分別擬合這 3 個系數(shù)與不同工況條件 p、ρ 、κ 的多元函數(shù)得
由擬合公式及各因子系數(shù)可以看出，κ 的增大會引起b 和A的增大，但b 增大會引起1u/u變小，A的增大會引起1u / u 的變大，因此氣體等熵指數(shù)κ 不會引起儀表系數(shù)單方向的變化.
p /ρ 的增大會引起b 的增大和 A的減小，b 增大會引起1u/u變小，A的減小會引起1u / u的減小，因此11p/ρ 與引起儀表系數(shù)的變化成反比．在空氣及蒸汽2 種介質(zhì)條件下，空氣11p/ρ 要小于蒸汽，因此空氣介質(zhì)受氣體可壓縮性的影響比蒸汽大.
2.3 各因素綜合影響
設溫度、可壓縮性兩因素對蒸汽流量計儀表系數(shù)K 的影響因子分別為tF、Fκ ，以水為介質(zhì)的儀表系數(shù)wK 為基準，由式(9)和式(16)得空氣和蒸汽為介質(zhì)的儀表系數(shù)分別為
在表2 所列的測試條件下，水中的儀表系數(shù)不受3 個因素的影響可認為是定值，黏度的影響可忽略，計算在不同流速下，綜合因素影響，引起的儀表系數(shù)偏差eE和aE 及空氣和蒸汽之間的偏差如表所示.
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