关键词 差压流量计 节流装置 内锥流量计 孔板 比对
1 内锥流量计及其工作原理
内锥流量计源于美国麦克罗米特（mccrometer）公司，因其节流部件呈圆锥形，英文名称为v－cone flowmeter；引入我国后被称为内锥流量计（见图1）。
图1 内锥节流装置原理示意图
内锥流量计与孔板流量计同属于差压式流量计。其主要的理论基础是密闭管道中能量守恒定律和流动连续性方程，即伯努力（bernoulli）定理。定理的内容是在流量恒定的管段中，其流体的压力与该管段中流体流速的平方成反比。
如图1所示，流体在接近内锥节流件时其压力为p1，取这一点压力作为参照流速下的基准静压；当流体流经内锥节流区时，由于管道截面积变小而流速增大以维持能量恒定，并且在锥体末端取压口处压力降到zui小，引出该处压力作为流速变化量p2。测取这两处的压力差 ；根据伯努力定理，由 即可计算出流速的大小。
2 内锥流量计的选型计算
节流装置的选型计算及所涉及到的单位换算十分繁琐，这里不再赘述。以下仅通过国标（gb/t2624－93）的方程式引述一下内锥流量计的选型计算。公式中的字母代号说明见表1。为便于比较，两者的公式都采用单位制并经过形式上的处理。
孔板流量公式：
标准内锥流量公式：
可以看出内锥公式中的y就是国标公式中的 ，cd就相当于c，可见它们是*一致的。
但是，首先这里要注意一个实质性的区别：同是节流装置，孔板是外测圆环节流，内锥是中心圆锥节流。因此引出“节流比系数”这个概念，用以描述一个节流装置的节流程度：它等于节流装置在节流处的zui小流通面积与节流装置内部截面积比值的平方根，同样计为 。这比把 称作直径比在物理意义上更准确。对于孔板节流装置，则有：
对于内锥节流装置，则有：
＝
式中：d’是内锥节流装置的等效开孔圆直径。
其次，可膨胀性系数的公式也有点不同。不论国标用 来表示也好，美国气体协会用y来表示也好，它们都是：
（或y）＝1－（0.41＋0.35
而标准内锥的可膨胀性系数计算公式为
y＝1－（0.649＋0.696 ）
zui后，也是zui重要的是流出系数的求值问题。对于标准孔板节流装置，国标给出：
c=0.5959+0.0312
对于内锥节流装置，mccrometer公司公开给出的是一个估算式：
cd=1－（1－
从式中可以明显看出此处的cd与雷诺数无关，仅仅是建立在节流装置的几何尺寸上；而且注明由该式求得的cd估算值与实际值的偏差为 ，适用条件是0.4< <0.85、0.025m
事实上，内锥节流装置和其它节流装置一样，都遵守相似定律，这就是说内锥流量计也可以象标准孔板一样进行参比计算。比如迭代法，按照mccrometer公司的企业标准是用上述流出系数估算公式先确定一个cd初值，然后通过流量公式和雷诺数公式求出雷诺数，再从red－cd表中查出对应的新cd值，如此反复迭代，直到zui后两次流量计算值的差的值小于0.01％为止。
然而，内锥流量计目前还存在着知识产权和市场利益的保护问题，生产商不提供red－cd表，这很不方便。经过对一些技术资料、实验数据的分析，本文建议在流出系数估算公式中加入雷诺数修正项，从而得出下式来顶替red－cd表作迭代计算用：
cd=1－ 象这样的选型计算*可以满足编制工程建议书、确定流量计通径和直管段长度的需要，所求得的计算cd值也可用于二级以下的计算应用，但这只是一种估算。
对于其余参数的计算，两者的公式*相同，包括气体体积的标准状态与工作状态的转换、雷诺数、材料热膨胀等。
公式中字母代号含意列于表1。
表1 字母代号含意
c流出系数（国标命名法）
工况下流体密度，kg/m3
cd流出系数（内锥命名法）
p流体静压，pa
d工况下节流件孔径或内锥外径，m
差压，pa
d工况下流量计内径，m
等熵指数
工况下节流比系数
y可膨胀性系数
可膨胀性系数
qm质量流量，kg/s
3 内锥流量计的特性
内锥流量计与标准孔板流量计相比有更多的优势、更广泛的适用领域。从美国mccrometer公司的技术资料中可以查阅到大量的实验、标准机构检定和工业应用的报告及记录。本文仅在表2中列出我国银河仪表有限公司在内锥流量计的研制过程中5台样表检定结果的部分数据。该项检定是由中国航天集团公司第十一研究所计量室完成的，这些数据资料都无疑是对以下各项指标、特性的说明。
3.1 测量精度
如果不考虑压力传感仪表和二次仪表的误差，内锥流量计和标准孔板流量计一样，装置本身的不确定度都可以达到±0.5％，符合国标对气体商用计量的要求。
3.2 重复性
内锥流量计的重复性小于±0.1％。即使在低雷诺数的非线性段，测量重复性也非常好。这意味着可以利用数据处理技术进一步扩展流量计的测量范围。标准孔板的复现性包括在不确定度里，不单列。
3.3 量程比
内锥流量计的典型单表量程比是10∶1。这项指标比标准孔板流量计的3∶1要宽得多。从表2可以看出它还能够达到更高的量程比。
表2 银河内锥流量计检定结果表
计算公式
q=a+b
d/mm
50.000
50.000
50.000
100.000
200.00
0.452
0.650
0.854
0.850
a
0.05994628
-0.01709265
-0.01640338
0.75247742
1.05969451
b
1.71625861
4.04465749
8.60156801
15.08579841
59.88791366
流量/差压
2.351
1.787
0.544
0.019
3.320
0.151
6.397