0  引言
    蒸汽是工業(yè)生產(chǎn)過程中重要的二次能源，許多科技工作者對蒸汽流量的準確計量進行了研究，并積累了一些經(jīng)驗[1-3]。目前最常用的是差壓式流量計和渦街流量計，并配以蒸汽密度補償。而蒸汽密度補償一般采用蒸汽壓力、溫度補償?shù)姆椒ǎ謩e由安裝在管道上的壓力變送器和溫度變送器(pt鉑電阻)來實現(xiàn)。流量計及其用于密度補償?shù)膲毫?、溫度變送器的正確安裝和設(shè)定將對蒸汽流量計量的準確度帶來直接的影響叫，從差壓式流量計的不確定度合成中我們也可以清楚地看到這一點[5]。不同狀態(tài)的蒸汽，其蒸汽密度與壓力、溫度的關(guān)系模型是有根本區(qū)別的。在應(yīng)用中，由于忽略了蒸汽狀態(tài)對流量計配套選型的要求，因而帶來很大的計量誤差，也因此引起了許多計量糾紛。
1  蒸汽流量測量原理
    在蒸汽流量計量中，最常用的流量計是差壓式流量計和渦街流量計[6]。
    差壓式流量計的理論依據(jù)是伯努利方程和流動連續(xù)性方程。當流體流經(jīng)節(jié)流裝置，使部分壓力能轉(zhuǎn)換為動能，產(chǎn)生差壓信號，而這一差壓與流量的平方成正比，其數(shù)學(xué)模型為：
          
式中：q_m為蒸汽質(zhì)量流量，T/h;C為流出系數(shù)；ε為可膨脹性系數(shù)；d為節(jié)流件孔徑，m;ρ為節(jié)流件蒸汽密度，kg/m³; △P為節(jié)流件上下游差壓，Pa;E為漸近速度系數(shù)。
    渦街流量計的理論依據(jù)是流體振蕩原理。流體在管道中經(jīng)過渦街流量變送器時，在三角柱的旋渦發(fā)生體后上下交替，產(chǎn)生正比于流速的兩列旋渦，旋渦的釋放頻率與流過旋渦發(fā)生體的流體平均速度及旋渦發(fā)生體特征寬度有關(guān)，可用以下公式表示：
         
    式中：f為旋渦的釋放頻率，Hz;k為流量系數(shù)，1/L;ρ為蒸汽密度，kg/m³；υ為流過旋渦發(fā)生體的流體平均速度，m/s;d為旋渦發(fā)生體特征寬度，m;S_t為斯特羅哈數(shù)，無量綱，當雷諾數(shù) Re在l02~105范圍內(nèi)，S_t值約為0.2。
    從式(2)和式(4)可以看出，蒸汽質(zhì)量流量與蒸汽密度直接相關(guān)。因此，常用Pt100鉑電阻測量得到的介質(zhì)溫度信號和壓力變送器測量得到的介質(zhì)壓力信號作為密度補償信號，渦街流量計對蒸汽流量進行密度修正。對飽和蒸汽，蒸汽密度ρ只與壓力P有關(guān)，即ρ=ρ（P）；而對于過熱蒸汽，蒸汽密度ρ與壓力P的關(guān)系和溫度T有關(guān)，即ρ＝ρ（P，T）。
2  蒸汽狀態(tài)對蒸汽流量計量的影響
    根據(jù)蒸汽密度表[7]，我們可以方便地得到飽和蒸汽密度與蒸汽壓力的關(guān)系、過熱蒸汽密度與蒸汽壓力以及溫度的關(guān)系。不同蒸汽壓力下，飽和蒸汽密度與壓力關(guān)系如圖l(a）所示；同樣在蒸汽壓力為0.8MPa、0.9MPa及1.0MPa時，對于過熱蒸汽在不同溫度下，過熱蒸汽密度、壓力與溫度之間的關(guān)系如圖1(b)所示。
            
    為了直觀地說明蒸汽狀態(tài)對蒸汽流量計量的影響，我們結(jié)合差壓式流量計的數(shù)學(xué)模型式（2）和渦街流量計的數(shù)學(xué)模型式（4) ，就蒸汽狀態(tài)為過熱蒸汽在壓力為0.9 MPa、溫度為190 ℃ 時進行討論。
    從圖1(b）可以得到，在壓力為0.9MPa、溫度為190℃時，過熱蒸汽密度為ρ₀＝4.459 kg/m³；但如果在流量計安裝中錯誤地把蒸汽狀態(tài)判定成飽和蒸汽，則由圖1(a)得到蒸汽壓力為0.9MPa時，飽和蒸汽密度為ρ=4.645 kg/m³。
    對于差壓式流量計，把ρ₀、p₁，代人式（2）得：
              
    引起的流量計量誤差為：
             
    對于渦街流量計，把ρ₀、ρ₁代入式（4）得：
    
    引起的流量計量誤差為：
                          
    該流量計量誤差是由于蒸汽流量計安裝時對蒸汽狀態(tài)選擇不當帶來的。不同蒸汽壓力、溫度帶來的相對誤差如圖2 所示。
           
3  結(jié)束語
    蒸汽流量計可以通過溫度、壓力信號補償蒸汽密度實現(xiàn)對蒸汽流量的準確計量。蒸汽密度補償模式直接與蒸汽狀態(tài)有關(guān)，即蒸汽狀態(tài)的錯誤判定會給蒸汽計量帶來很大的誤差。蒸汽狀態(tài)給差壓式流量計帶來的計量誤差大于給渦街流量計帶來的計量誤差。蒸汽壓力越低，蒸汽狀態(tài)影響越大。因此，蒸汽流量計安裝中必須正確判定蒸汽狀態(tài)。