节流式差压流量计的合理分类及其共性规律的探索

节流式差压流量计的合理分类及其共性规律的探索

孙延祚

北京化工大学，信息科学与技术学院，北京，100029

摘要

基于节流式差压流量计节流收缩的本质，本文提出了节流式差压流量计新的分类准则。按照新的分类准则对应用最普遍、最具代表性的四种典型的产生差压装置进行了分类。运用使用者普遍关心的计量性能作为评价的技术指标。基于事实（实验、测试结果）对四种典型产生差压装置进行分析与比较。基于分析与比较的结果，探索得出节流式差压流量计的六条共性规律。从而从理论上帮助人们认清节流式差压流量计发展的必然趋势。 关键词 节流式差压流量计 分类准则 产生差压装置 共性规律

Rational Classification of Differential Pressure Flow Meters And Exploration of Their Common Laws

Sun Yan zuo

Beijing University of Chemical Technology, Institute of Information Science and Technology, Beijing, 100029

Abstract Based on the essence of restriction and contraction for differential pressure flow meters, new criteria for classification of differential pressure flow meters are developed in this paper. According to these new criteria four typical differential pressure producers are classified. Metrological performances, which are concerned for users, are used as specifications for evaluation. Based on the experimental and test results these four typical differential pressure flow meters are analyzed and compared. Based on the results of analyses and comparison six common laws for the differential pressure flow meters are explored, which are helpful to clarify the inexorable trend of further development of differential pressure flow meters.

Key-words Restriction type differential pressure flow meter Classification criteria Differential pressure producers Common law 1. 前言

目前在各个工业部门中，差压式流量计仍然是一种应用量最大、应用面最广的流量计。差压式流量计的历史已逾百年，至今已开发出的差压式流量计超过30多种（文献1），其中，应用最普遍、最具代表性的差压式流量计有：（1）于19世纪末出现的经典文丘里管流量计；（2）于20世纪初出现的孔板流量计；(3) 于20世纪30年代出现的环形孔板流量计；和(4) 于20世纪80年代出现的V 锥流量计。随着流量测量技术的进步与发展，要求揭示各种差压式流量计性能的内在联系及其规律。这就要求对大量的事实材料（包括各种实验与测试结果）加以整理，使之系统化。要求在一定的分类准则指导下，对具有代表性的、典型的产生差压装置进行科学、合理地分类，并基于事实材料，运用使用者普遍关心的计量性能作为评价指标，对它们进行科学、合理地比较与分析。根据分析与比较的结果，运用逻辑推理，从理论上揭示各种差压式流量计性能的内在联系及其规律性。从而能帮助人们从理论高度上理解各种产生差压装置由其自身结构所决定的本质特性（共性规律），并明辩差压式流量计正确的发展方向。

2．在以往文献中对产生差压装置的分类

在以往文献（文献 1，2 ）中，对产生差压装置采用的分类原则大致上有以下三种：

2．1 按照产生差压的作用原理分类：包括分类的型式有：(1)节流式；(2)动压式；(3)水力阻力式；(4)离心式；(5)动压增压式；(6)射流式。其中节流式是产生差压装置的主要品种；

2．2 按照结构形式分类：包括分类的类型有:(1)标准孔板；(2)标准喷嘴；(3)经典文丘里管；(4)标准文丘利喷嘴；(5)圆缺孔板；(6)耐磨孔板; (7)环形孔板；(8)锥形入口孔板等约20多种。

2．3按照用途分类：可分为:：（1）标准产生差压装置；（2）脏污流产生差压装置；（3）低雷诺数产生差压装置; （4）低压损产生差压装置；（5）宽量程产生差压装置；（6）小管径产生差压装置；（7）临界流节流装置等。 3．新的分类准则

以往上述的这些分类原则，无论是按作用原理分类、按结构形式分类，还是按用途分类都是一些较为表面化的分类方法，它仅局限于大量材料的罗列，并未触及事物的本质、内在联系及其规律，因而不可能揭示各种产生差压装置的计量学本质，并找出其共性规律。

节流式差压流量计依据流体通过节流件时，部分静压能转变为动能，因而产生差压的原理工作。其一次检测件被称为产生差压装置。事物的本质是当流体流入产生差压装置后，节流件与流体之间将如何相互作用。 首先应关注的是：节流件对流入产生差压装置的流体是按照什么方向引导它？是往中心轴线方向引导它，实现节流收缩？还是往管道的内边壁方向引导它，实现节流收缩？按照流体被节流件节流收缩的方向划分：可将产生差压装置按“类型”划分为中心收缩型和边壁（环隙）收缩型，共2个大类型。

其次应关注的是：节流件对流入产生差压装置的流体是以何种方式引导它？是以何种方式实现流体的节流收缩和扩散？是使流体在无任何引导件引导的情况下突然收缩，然后又使流体在无任何引导件引导的情况下突然扩散？还是使流体有引导地逐渐收缩，然后又使流体有引导地逐渐扩散？按照流体被节流件节流收缩和扩散的方式划分：可将产生差压装置按“方式”划分为突然收缩、突然扩散式（简称：突缩、突扩式）和逐渐收缩、逐渐扩散式（简称：渐缩、渐扩式），共2种方式。

4．典型产生差压装置的合理分类

按照上述新的分类准则，对前述最具代表性的、典型的产生差压装置进行分类，自然可得出如下的分类结果：

4.1 孔板属于中心收缩型、突缩、突扩式产生差压装置； 4.2 经典文丘里管属于中心收缩型、渐缩、渐扩式产生差压装置； 4.3 环形孔板属于边壁（环隙）收缩型、突缩、突扩式产生差压装置； 4.4 V 锥属于边壁（环隙）收缩型、渐缩、渐扩式产生差压装置。

直观展示各种典型的产生差压装置之间的内在联系与规律性的最好方法就是采用分类表法进行科学的分类，按照排列、组合原则，在每个大类型下可分别再细分为2种方式。这样就可得出共有2个大类、4个小类的典型产生差压装置的分类表。在该表中，运用使用者普遍关心的计量性能作为评价指标以便进行分析、比较和找出规律性的东西。这样将有助于人们从本质上认识由各种典型产生差压装置自身结构所决定的本质优点和缺点、并进而从理论高度认清节流式差压流量计的必然发展方向。典型产生差压装置的分类表如下表1所示.

注+ ：NEL 的实验证明: 在严重旋转流作用下, 标准孔板的流出系数Cd 变化达25%,而环形孔板的流出系数Cd 变化小于1%。（文献2）

5． 对典型产生差压装置的分析与比较

5．1 V 锥与孔板信号噪声的分析与比较（文献3）

在相同的流动条件和相同的流动干扰下，对孔板和V 锥所输出的差压信号进行了实测。测试结果表明：与孔板相比较，V 锥的信号噪声明显减小。而V 锥发生低噪声信号的能力是它能在低差压下正常进行测量的关键和基础。在文献3中详细讨论和比较了V 锥流量计和孔板流量计的相对信号噪声。在该文中，首先将在一个恒定不变的流量下，差压信号中的波动（起伏）定义为信号噪声。V 锥流量计的用户经常反映，当用一个V 锥取代传统的孔板流量计后，信号噪声明显减小。在有干扰的流动条件下, 常常更能感受到这种最明显的差别。为了量化上述这一信息，McCrometer 公司开展了一系列的测试研究工作，对V 锥和孔板的信号进行了比较。这些测试是在McCrometer 公司进行的，采用空气作为被测介质。在同一管线中，在两个相同的扰流件的下游分别安装被测试的V 锥和孔板。这两个相同的扰流件是 ：一个90°弯头和一个开度为10%的闸阀。利用这两个扰流件造成干扰的流动条件。测试装置的管道配置图如以下图1所示。

图1 测试装置的管道配置图

在以上图1中，Flow control Gate valve—用于调节流量的闸阀；

Orifice —孔板；V-cone —V 锥；

Gate valve 10% open—开度为10% 的闸阀； Air Source—空气气源

在60秒内，对测试点的数据进行采集。采用这个时间长度，是为了使信号波动（起伏）的若干个周期都能被检测出来。每秒取100个数据点。对于每一个被测试的流量，总共能取得6000个测试点的数据。在进行所有的测试时，管道中空气的压力一直保持为50 psia[磅力/（英寸）绝压][约352 KPa绝压]。管道中空气的温度接近70°F （约21℃）。

为比较这两种流量计的信号噪声，采用两种比较法：即方法1：在相同的雷诺数和相同的线速度下，比较相对信

2

号噪声和方法2：在相同的差压值下，比较相对信号噪声。两种流量计的β值分别为0.45、0.60、0.75。为了展示采用两种比较法进行测试的结果，作为示例，本文选用了原文中的两个图，如以下图2和图3所示：

图2. 在同一雷诺数（46000）和相同流速（9.45米/秒）下的信号噪声测试

在以上图2中，纵坐标—被平均至零（英寸水柱）的信号；横坐标—时间（秒×100）；

Signal Noise Tests—信号噪声测试；Beta-β值；Re-雷诺数；Vel —流速， ft/sec—英尺/秒； V-cone--V锥 ；DP —差压值 ； Orifice plate—孔板；1英尺=0.3048米。 Sigma-即希腊字母“σ”，在本文中用希腊字母“σ”表示信号噪声的标准偏差。25‖WC —25英寸水柱。

图3. 按照方法2, 在相同差压（DP=25‖WC ）下，所进行的信号噪声测试（β=0.45）

在以上图3中，英文注译与图2相同。

以下表2归纳总结了采用方法1和方法2进行测试的全部结果。

表2采用方法1和方法2进行测试的全部结果

以上表2中的“噪声比率”（σ/Dp）是在每一个测试点上，标准偏差对差压信号平均值的比率。利用这个比率可以直接比较在不同条件下的这两种流量计的噪声水平。以上表2中的“相对于V 锥的噪声比率比”则直接表示出了噪声比率的比值。这就是相对于V 锥的，孔板的相对噪声量。例如表2中最后一行的数值“2.9”，它的意义是：说明孔板差压信号的噪声是V 锥差压信号噪声的2. 9倍。

结论：根据对V 锥和孔板的测试结果进行比较，表明V 锥的信号噪声要小得多。无论是在选配的相同流量下，还是在选配的相同差压下，V 锥的信号噪声都是明显地较小。这一点确认并证实了许多V 锥流量计用户所觉察到的现象。

V 锥信号的稳定性是由于V 锥流量计内V 锥体的几何形状及取压位置所造成的。它的下游取压孔位于管道中心轴线上，该取压孔朝向流体的下游。这个中心取压孔测量的是在V 锥体尾部周围流过来的“被合成的”流动。这种流动的被合成，是因为流体沿着V 锥体的整个360°流过来，在取压孔所在的中心轴线处汇合。这样，就在V 锥体的尾部朝向下游的低压取压孔处，各种干扰将被混合而互相抵消。孔板的取压孔则是开在管壁上。孔板的下游取压孔将受到孔板下游处循环大漩涡的影响。这些大漩涡并不会合成流动中的各种干扰，而只能会进一步

放大它们。V 锥发生低噪声信号的能力是它能在低差压下正常进行测量的关键和基础，这也是其永久压力损失较小、量程比较大的根本原因。

5．2 V锥与孔板永久压力损失的分析与比较（文献4 ）

表征差压式流量计永久压力损失的普通方法是按在一定流量下所产生的差压值的百分数来说明它。例如，可以说明一个差压式流量计具有其差压值50%的永久压力损失。如果流量计的最大差压值是10 Kpa，那么它的永久压损值就是5 Kpa 。如果流量减小，则差压值会减小，永久压力损失值也将随着变小。按照差压值的百分数所表示的永久压力损失值与β值的关系如图4所示。（各种差压式流量计都各有其永久压力损失值的计算公式）。

图4 差压式流量计的永久压力损失

在图4中，横座标—β值；纵座标—差压的百分数；V-Cone —V 锥；Orifice —孔板；Nozzle —喷嘴 Venturi 15—出口锥角为15°的文丘里管； Venturi 7---出口锥角为7°的文丘里管

从图4可以看出：V 锥的压损曲线在孔板和喷嘴的曲线之间。由于V 锥为保持准确度高的和重复性好的测量所需要的差压值要小的多，因此在图4中的这种比较并不能真实地反映实际的永久压损值。正如本文5.1节所述，由于V 锥所产生的差压信号是一种低噪声的, 稳定和可控的差压信号, 因此有可能让V 锥所产生的差压值相当小。一种真实的比较应是在一个给定的流量下，在相同管径、相同被测介质条件下，实际比较各种流量计的实际永久压力损失值。这个相同使用场合的工艺条件如以下表3所示。 表3 实际比较各种流量计时，相同的工艺条件

按照表3的工艺条件，根据McCrometer 公司的标准和技术规范、国际标准ISO 5167以及米勒的“流量测量工程手册”确定了每一个差压式流量计的β值、最大差压值和流出系数值，如以下 表4所示：

表4 四种节流式差压流量计的β值、最大差压值和流出系数值

V 锥流量计的推荐差压值为12.3 KPa,这个差压值是噴嘴和文丘里管的推荐差压值(24.6 kPa)的一半。为了使孔板的差压值尽可能地低下来，设计时是采用国际标准（ISO 5167）所容许的最大的β值（β＝0.75）来确定孔板的孔口直径。在这个最大β值下，孔板所产生的差压值（45.8 kPa）是喷嘴和文丘里管推荐差压值的近2倍，是V 锥推荐差压值的3.72倍。按照孔板的永久压损公式计算孔板的永久压损值ω1 =（1-β45.8 =19.29kpa;

按照V 锥的永久压损公式计算V 锥的永久压损值ω2=（1.3–1.25β）ΔP =(1.3-1.25×0.85)12.3=2.92kpa。 ω1/ω2 =2.92 kpa/19.29kpa = 15.14%。根据以上永久压损比的计算结果可以证明V 锥的永久压损值小于孔板永久压损值的1/4。

5．3 关于环形孔板与标准孔板流动调整能力的分析与比较

环形孔板是边壁（环隙）收缩型、突缩--突扩式产生差压装置的典型代表。虽然至今它还是一种非标准的产生差压装置，但它却点燃了人类逆向思维的思想火花，是对传统思想禁锢的一种突破。它的翻转式的设计理念充分体现了学术思想的解放与创新。历史的经验值得注意，早在20世纪30年代英国学者豪厄尔（Howell ）在他的1934号报告（文献5 ）中就曾指出：当上游的叶片使管道中产生围绕管道中心轴线约40°的空气旋转流条件下，对环形孔板流出系数的影响小于±0.5%。20世纪60年代英国NEL 学者对它进行一些改型试验. NEL 试验数据（文献 2 ）如以下表5所示。

1。9

）ΔP =（1-0.75）

1.9

对以上表5中的原始数据进行处理，可分别计算出标准孔板和环形孔板在3种节流件截面比值m 下，由于旋转流所造成的平均流出系数C 的相对变化率δC （%），如以下表6所示：

表6 标准孔板和环形孔板，在理想条件(长的直管段) 和旋转流条件下试验时，平均流出系数C 的相对变化率δC （%）

由以上表6可见，在严重的旋转流作用下，标准孔板的流出系数的变化率很大（为14.6%至86.29%），而环形孔板的流出系数的变化率较小（仅为-1.03%至1%）。这一事实说明：环形孔板本身具有一定的流动调整能力，在它的上游无需太长的直管段，它可以在恶劣的安装条件下，正常地进行测量。这是它的一大优点。在文献1中，也特别指出：与标准孔板和标准喷嘴相比较，环形孔板对于由上游阻流件所引发的流体速度分布的畸变较为不敏感。环形孔板的另一优点是：含有固体微粒的液体或含有液滴的气体容易从节流件与管道之间的环隙通过，不会发生积聚。这说明：环形孔板本身还具有一定的自清扫能力。环形孔板的不足之处是：（1）关于此种类型的产生差压装置，尚缺少大量的试验数据，环形孔板的结构形式亦尚未标准化，各生产厂需自行设计确定结构参数，每台仪表均需个别校准，以确定其流出系数后才可投入使用。（2）环形孔板朝向上游来流的取压孔仍有被堵塞的危险。（3）就象标准孔板一样，环形孔板的入口边缘也有被磨损的危险，因而会造成测量准确度逐渐下降和性能不稳定。

由于环形孔板属于边壁（环隙）收缩型产生差压装置，所以它具有一定的流动调整能力。 5．4 关于经典文丘里管和V 锥的分析与比较

由于在经典文丘里管内流体的收缩方式是渐缩—渐扩式，因此它有压损小的优点。由于在经典文丘里管内流体的流动接近理想，所以它的流出系数接近于1，但由于使用中的磨损，它的流出系数可能会有变化。它的主要缺点有：（1）安装费用高；（2）要求的上游直管段太长；（3）不适合于测量湿气体；（4）测量含固体颗粒的流体时，易于被堵塞；（5）大口径文丘里管体积庞大，非常笨重，价格昂贵；（6）量程比小（仅5：1）；（7）下限雷诺数太高（要求ReD ≥2×105）。

在美国“流量控制”杂志，1999年7月/8月一期的11页上，曾以“为什么用V 锥流量计？”为题发表文章（文献 6 ），该文如实地记述了在美国国家航空和航天管理局（NASA ）的X-34型高超音速航天飞机的燃料管道中安装V 锥流量计的前前后后。原设计拟在燃料管道上安装文丘里管流量计，当有人提出用V 锥流量计取代文丘里管流量计时，曾有人提出以下质疑：“担心V 锥会突然中断燃料管道，并使燃料泵停止工作，而用文丘里管流量计则不会有上述问题”。

以后实际的事实证明：这种担心是不必要的。事实还证明；由于采用了V 锥流量计，可在文丘里管流量计原来所保证的功能以外，还具有如下的一系列优点：

首先，也是最重要的一条：V 锥流量计可节省X-34型高超音速航天飞机内的宝贵空间和重量，同时又具有优良的计量精度；

V 锥体的形状和它在管道中心的位置，再结合其取压孔的位置，使得燃料在测量前被充分的整流和混合；

V 锥产生差压装置的前后都不必特别安排直管段，因此，可极大地减轻重量和节省空间；

V 锥流量计为X-34型航天飞机的燃料系统提供了足够宽的流量测量范围，而文丘里管流量计则需要更多的宝贵空间和重量，却提供不了那样宽的流量测量范围；

根据NASA X-34航天飞机中的受力、温度和压力极限条件重新设计了V 锥流量计，而同时又保持其优良的计量性能；

在NASA X-34航天飞机的燃料系统中，共使用了三个V 锥流量计，它们都经受了X-34航天飞机中的振动、冲击和电磁干扰的实际考验。

5．5 关于标准孔板与V 锥流动调整能力的分析与比较

我国重新修订的国家标准GB/T 2624 –2006就是等同采用了最新的国际标准ISO 5167：2003《用安装在圆形管道中的差压装置测量满管流体的流量》。在贯澈、执行新国标GB/T2624 –2006时，用户最感困难的是孔板上、下游所要求的最小直管段长度在现场经常无法满足。例如，长庆气田在用标准孔板流量计上游直管段最长的只有45.9D ，而按照石油系统新标准SY/T6143—2004, 则要求145D 的直管段. 现场实际条件与标准规定要求相差甚远。现场很难执行这个新标准。（文献 7 ）。出现以上难题的根本原因是由于孔板属于中心收缩型的产生差压装置，它没有流动调整能力。与新国标GB/T2624 –2006对孔板上下游所要求的最小直管段长度提出全新及更长的要求形成显明对照的是V 锥所要求的直管段长度很短。

至今，国际上至少已进行过3次标准化公开测试（文献8，9，10），这些标准化公开测试的结论是：（1）V 锥流量计的准确度在一个相当大的雷诺数范围内符合厂家所宣称 的±0.5%。专门用于V 锥流量计的介质可膨胀性系数的公式在整个测试压力、测试差压和所测试的流量计口径范围内都是有效的。（2）非标准测试表明：可将不在同一平面的90°的双弯头直接装在V 锥流量计的入口。在此种安装条件下，流出系数的最大偏差不大于±0.15%。在V 锥流量计的入口处流体流动如带有高达30°的漩涡角，将产生类似的结果，即所标定的流出系数的变化也在±0.15%以内。如将半月形孔板安装在V 锥流量计的上游5D 处，流出系数的偏差将不大于±0.5%，这也是在厂家所宣称的容差范围以内。这说明V 锥流量计具有相当强的流动调整能力。印度德里理工学院应用力学系Singh 等人通过实验进一步证明：如在V 锥流量计的上游装有25%开度闸阀时，则V 锥上游仅需10D 的最小直管段长度，就能在现场准确地复现在理想条件下标定得出的V 锥流量计的流出系数（文献 11）。反之，如在孔板的上游装有25%开度的闸阀时，按相关标准规定，就要求有145D 的直管段。通过这10D 与145D 巨大反差的对比，再一次用事实证实了V 锥具有相当强的流动调整能力。这也是现代的超声、涡轮或涡街等流量计所不具备的能力。

6．差压式流量计共性规律的探索

从科学，技术本身发展规律来说，每一项发现或发明升华到理论的过程基本上都是由量变到质变的过程。大量、反复的检测、实验和数据处理都是必不可少的积累和量变的过程，是基础阶段。从实验、观测结果出发进行主动的科学抽象、逻辑推理，加上必要的想象，才能从繁杂的表面现象中找出规律，得出结论。上述的分类将有助于人们，以事实为依据，对实验、观测的结果主动进行必要的科学抽象和逻辑推理，经过作者的初步探索，可总结出如下的6条规律： 6．1 收缩方向律之一

流动自调整能力是流量计自身克服各种安装影响的一种极其可贵的一种能力。

所有中心收缩型产生差压装置（分类表中左侧的产生差压装置）都没有流动自调整能力；

所有边壁（环隙）收缩型产生差压装置（分类表中右侧的产生差压装置）都具有流动自调整能力。

这是流量计最宝贵的性能之一。通过多次标准化公开测试已证实：V 锥具有相当强的流动自调整能力，它所要求的上、下游直管段都很短，而且在流量计的上游也无需再安装流动调整器，因而可节约资源，减少占地面积和节省工程总投资。

6．2 收缩方向律之二

自清扫能力是流量计自身在连续测量过程中将流体中的夹带物自动吹扫到下游的一种能力。

所有中心收缩型产生差压装置（分类表中左侧的产生差压装置）都没有自清扫能力；

所有边壁（环隙）收缩型产生差压装置（分类表中右侧的产生差压装置）都具有自清扫能力。

这也是流量计最宝贵的性能之一。由于有了自清扫能力，在流量计的上游无需再安装过滤器。只要流量计是在连续地进行测量，可始终确保无污物在流量计中堆积或沉积。

6．3 基于收缩方向律的结论一

因为只有边壁（环隙）收缩型产生差压装置才具有流动自调整和自清扫两种宝贵能力，边壁（环隙）收缩型产生差压装置明显优于中心收缩型产生差压装置。

6．4 收缩方式律

所有突缩—突扩式产生差压装置都具有流出系数较小（约为0.6左右），压损较大的缺点。在相同的流量下，由于流出系数较小，产生差压装置所产生的差压值必然较大，所以压损自然较大。非流线形的节流件是其压损大的根本原因。

而所有渐缩—渐扩式产生差压装置都具有流出系数较大（约在0.8至0.995之间），压损较小的优点。在相同的流量下，由于流出系数较大，产生差压装置所产生的差压值必然较小，所以压损自然较小。其节流件更具流线形的特点，更符合“疏”、“导”、等天人合一的和谐理念，因而能较好地满足当代关于节能降耗的要求。

6．5基于收缩方式律的结论二

从节能降耗要求看：渐缩—渐扩式产生差压装置明显优于突缩—突扩式产生差压装置。

6．6 组合律

产生差压装置是一个由一定收缩方向与一定收缩方式互相组合的整体。通过不同收缩方向与收缩方式的排列与组合，人们不难进行优化组合，筛选出最佳的节流装置，它必然是具有最佳收缩方向和最佳收缩方式的产生差压装置，如以下表7所示：

（节流）收缩方向：Χ---中心收缩型（为较差者），∨---边壁（环隙）收缩型（为较优者） （节流）收缩方式：Χ---突缩--突扩式（为较差者），∨---渐缩--渐扩式（为较优者）

只有将较优的收缩方向与较优的收缩方式合理组合，才能获得较优的计量性能。从表7可以看出：V 锥装置是唯一的一组最佳组合—即优优组合的产生差压装置。它既有较优的节流收缩方向，同时又具有较优的节流收缩

方式。V 锥优良的计量性能正是这种优优组合的必然结果。尽管目前尚无V 锥流量计的ISO 标准和国家标准，但由于V 锥流量计具有:（1）相当强的流动调整能力，要求较短的直管段；(2)压损较小；(3)量程比较大(10:1)；

（4）重复性优于0.1%;（5）在现场的系统准确度为0.5%；（6）自清扫功能；（7）自保护功能；和(8)自混合功能等八大特点，能较好地、满足现代工业对流量计量的主要要求。

反之，将较差的收缩方向与较差的收缩方式进行组合，形成一个整体，所得出的产生差压装置正是孔板。孔板有如此众多的缺点和较差的计量性能正是这种差差组合的必然结果。尽管孔板有ISO 标准和国家标准，但孔板的节流收缩方向和节流收缩方式都是较差的，由于它没有自整流能力，所以它要求很长的直管段；由于孔板前、后都有大旋涡，所以信号噪声高，因而不仅压损大，而且量程比小（仅3：1）；由于孔板的入口边缘易磨损，所以孔板的稳定性及可靠性都较差，还有在孔板的流动死角处易积污等一系列缺点。孔板的这些缺点都是由它本身的结构形式所决定的。

7．结论

7．1国际标准ISO 5167 :2003和最新公布的国家标准GB/T2624--2006更加使孔板的主要缺点（直管段长度大大加长和压损大）突显化，其可行性和可操作性受到众多使用者的普遍质疑。对典型产生差压装置的合理分类和对共性规律的分析与总结，将帮助人们透过表面现象看清事物的本质。可喜的是：近年来，越来越多的使用者已开始认识到：V 锥流量计作为一种新型的差压式流量计，它确有要求直管段较短等优点。

7．2世界上的一切事物都有二重性，标准也具有其二重性。在当今大力推进理论创新、制度创新和科技创新的时代，人们要解放思想、实事求是，与时俱进，全面落实科学发展观，更要自觉地提高认识，一分为二地认识和对待标准。标准是在写该标准时，人们关于该课题所掌握的最好的知识。标准并不是当代人们关于该课题的最新的智慧。标准的正面效应是改善测量的质量；标准的负面效应是：（1）不鼓励研究、创造与开发，阻碍技术革新与创造；（2）使现有的技术僵化，而使现有的技术失去活力。（文献12）。

7．3 能源计量是企业节能工作的基础。流量仪表是能源计量器具的重要组成部分，也是监测工业污染源的重要器具。工欲善其事，必先利其器。V 锥的八大特点证明V 锥的技术优势是显而易见的。为提高我国的能源计量水平，实现节能、降耗与减排，V 锥流量计是值得推广应用的节能流量仪表之一。

7．4本文基于事实，通过共性规律的探索、分析与比较，从理论上证明了：V 锥必将是节流式差压流量计的必然发展方向。本文所依据的事实材料都是国际上公开发表的实验结果和已为多次标准化公开测试所证实的事实。

7．5 根据表1 （典型产生差压装置分类表）和表7（典型产生差压装置共性规律总结分析、比较表），运用科学的逻辑推理，可以断言：在人类科学技术发展史的长河中，V 锥流量计是或迟或早都必然出现的一种先进的流量计。如果在新理论指导下所形成的表1和表7能出现得更早些，则V 锥流量计必然也会出现得更早些。

7．6 V 锥流量计本身尚有许多值得开发、改进与继续发展应用的领域和空间。比如：V 锥流量计本身的标准化；它的流出系数目前尚小于0.9；在湿气体（两相流）和煤层气流量测量中如何更好发挥V 锥流量计的潜在的技术优势；微机电系统（MEMS ）化V 锥的研发；临界流V 锥流量计的研发等。（文献13）

8．参考文献

1. П. П. Кремлевский, РАСХОДОМЕРЫ И СЧЁТЧИКИ КОЛИЧЕСТВА ВЕЩЕСТВ, [M], 5-изд. Политехника, Санкт-Петербург, 2002, Стр.11—14， 126 --127

2．孙淮清, 王建中，流量测量节流装置设计手册，[M]，北京，化学工业出版社，2000，2，151，167

3．Stephen A.Ifft ，孙延祚编译，V 锥与孔板信号噪声的比较[J]，中国仪器仪表，2008，（5）：44 -46

4．Stephen A.Ifft ，孙延祚编译，各种流量计永久压力损失的比较[J]，电气时代，2007，（9）：70—72

5．L ．K ．Spink, Principles and Practice of Flow Meter Engineering [M],8 Edition, The Foxboro Company, Foxboro,Mass.,1958

6. Stephen A.Ifft, Why the V-Cone ? [J],Flow Control,1999,July/August,FC 11

7. 李宏伟，张晓春，长庆气田执行计量新标准后的改进措施[J]，天然气工业，2006，（2）：135—137

8．R.J.W.Peters and others, Testing the Wafer V-Cone Flowmeters in accordance with API 5.7 ―Testing Protocol for Differential Pressure Flow Measurement Devices‖ in the CEESI Colorado Test Facility, [A],FLOMEKO 2004 论文集，2004，桂林

9．Bob Peters and others, Tests on the V-Cone Meter at Southwest Research Institute and at Utah State University In Accordance with the New API Chapter 5.7 Test Protocol, [A],NSFMW 2004论文集,Paper 2.1

10．Bob Peters and others, Testing The Wafer Flowmeters in Accordance With API 22 ― Testing Protocol‖ Section 2---―Differential Pressure Flow Measurement Devices‖ in the CEESI Colorado Test Facility, [A],6th ISFFM论文集,Paper A7.2, 2006, May 16—18, Mexico

11. S.N.Singh，V .Seshadri, R.K.Singh 等著，孙延祚译，上游流动干扰对V 锥流量计性能的影响[J]，工业计量，

2008（3）：24 -29

12．Ali Quraishi (阿里 奎雷希) 于2004年9月16日，在第12届流量测量国际学术会议，FLOMEKO 2004, [A],

专题研讨会上的主题发言

13．Philip A. Lawrence, Cone meters for Liquid and Gas Measurement, [A], Class 8210 , International School of

Hydrocarbon Measurement, Oklahoma University, 2007 , April .

本文作者简介：孙延祚，1936年生，男，汉族，山东，教授，长期从事流量测量技术与仪表的教学与研究工作。 E-mail:

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