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標準孔板安裝條件和直管段長度要求的最新變化和要求
眾所周知，正是由于歷史的原因，美國和歐洲各國標準規定的安裝條件有較大差別，導致80年代美國對ISO 5167持否定態度。由于安裝條件是保證節流式差壓流量計現場丈量精度的關鍵因素，如何科學地規定此條件必須進行大量的試驗才能確定，正是API和EEC近十幾年的試驗才使這個題目獲得解決，目前就大量的試驗結果表明，它將導致標準孔板安裝要求的徹底修改。
該項研究固然涉及到標準孔板本身的技術及各種類型活動調整器（整流器）的整流效果內容，但是這些試驗成果體現在AGA No.3和ISO/CD 5167標準中主要是沒有整流器的安裝要求（見表1與表3）和帶19管管束式整流器的安裝要求（見表2與表4）是很不同的。ISO/CD 5167的安裝要求（表3及表4）與表1、表2基本相同，但對于帶19管管束式整流器的安裝規定由17D≤A≤29D變為18D≤A≤30D時的數值。另外ISO/CD 5167有較具體的阻力件型式，而且對應的最短直管段長度要求略有不同。
表1：AGA No.3標準孔板（不配整流器）上下游直管段長度（以管徑D的倍數表示）
| β值 | 上游直管段 | 下游直管段 | |||||||||
| A | B | C | E | F | G | H | L | M | N | ||
| ≤0.20 | 6 | 10 | 10 | 50 | 19 | 9 | 30 | 17 | 6 | 70 | 2.8 |
| 0.30 | 11 | 10 | 12 | 50 | 32 | 9 | 30 | 19 | 6 | 108 | 3.0 |
| 0.40 | 16 | 10 | 13 | 50 | 44 | 9 | 30 | 21 | 6 | 145 | 3.2 |
| 0.50 | 30 | 30 | 18 | 95 | 44 | 19 | 30 | 25 | 7 | 145 | 3.5 |
| 0.60 | 44 | 44 | 30 | 95 | 44 | 29 | 30 | 30 | 9 | 145 | 3.9 |
| 0.67 | 44 | 44 | 44 | 95 | 44 | 36 | 44 | 35 | 11 | 145 | 4.2 |
| 0.75 | 44 | 44 | 44 | 95 | 44 | 44 | 44 | 44 | 13 | 145 | 4.5 |
| 注；表中A表示：1、單個90°彎頭；2、在同一平面上兩個間距S大于30D的90°彎頭；3、 在不同平面上的兩個間距S大于15D的90°彎頭。
B 表示：在同一平面上兩間距S不大于10D的90°彎頭。 C 表示：在同一平面上的兩個間距為10D≤S≤30D的彎頭。 E 表示：再不同平面上的兩間距為S≤5D的90°彎頭。 F 表示：再不同平面上的兩間距為5D≤S≤15D的90°彎頭。 G 表示：作為彎頭使用的單個90°三通。 H 表示：1單個45°彎頭、2、在同一平面上的兩間距S大于22D的45°彎頭。 L 表示：開度至少為50%的閘閥。 M 表示：漸縮管或漸擴管。 N 表示：任何形式管件及管路布置。 |
|||||||||||
表2 AGA No3 標準孔板（配管束型整流器）上下游直管段長度（以管徑D倍數表示）
| β值 |
單個90°彎頭 R/D=1.5
|
在不同平面上的兩個90°彎頭
S ≤ 2D. R/D=1..5 |
單個90°三通 | 開度至少為50%的閥門 | 三通與90°彎頭的組合 | 任何其他形式的管件及管路分布 | ||||||
| A 1 | A2 | A1 | A2 | A1 | A2 | A1 | A2 | A1 | A2 | A1 | A2 | |
| ≤0.20 | 5-
14.5 |
5-
14.5 |
5-25 | 5-
14.5 |
5-25 | 5-11 | 5-13 | 5-13 | 5-23 | 5-
11.5 |
5-13 | |
| 0.30 | 5-14
5 |
5-25 | 5-
14.5 |
5-25 | 5-
14.5 |
5-25 | 5-11 | 5-13 | 5-13 | 5-23 | 5-
11.5 |
5-13 |
| 0.40 | 5-
14.5 |
5-25 | 5-
14.5 |
5-25 | 5-
14.5 |
5-25 | 5-11 | 5-13 | 5-13 | 5-23 | 5-
11.5 |
5-13 |
| 0.50 | 11.5-
14.5 |
11.5-
25 |
9.5-
14.5 |
9-25 | 11-
13 |
9-23 | 9.35 | 7.5-
15 |
11-13 | 9-
19.5 |
9.5 | 11.5-
14.5 |
| 0.06 | 12-13 | 12-25 | 13.5-
14.5 |
9-25 | - | 11-16 | - | 10-17 | 13 | 11-16 | - | 12-16 |
| 0.67 | 13 | 13-16
.5 |
13-
14.5- |
10-16 | - | 11-13 | - | 10-13 | - | 11-13 | - | 13 |
| 0.75 | 14 | 14-16
.5 |
- | 12-12
.5 |
- | 12-14 | - | 11-
12.5 |
- | 14 | - | - |
| 推薦管束位置 | 13
β≤0.67 |
14-16
5 β≤0.75 |
13.5-
14.5 β≤0.67 |
12-
12.5 β≤0.75 |
13
β≤0.54 |
12
13 β≤0.75 |
9.5
β≤0.47 |
11-
12.5 β≤0.75 |
13
β≤0.54 |
13
β≤0.72 |
9.5
β≤0.46 |
13
β≤0.67 |
| 注；表中A1和A2是整流器出口到孔板之間間隔，其中A1是孔板上游管件與孔板之間的間隔A為17D≤A≤29D時的數值，A2是孔板上游管件與孔板之間的間隔A≥29D時的間隔，下游直管段長度同表4。
2、“-”是指對于所有A值，在該特定阻力件的下游不可能找到安裝19管管束式整流器的一個合格位置。 |
||||||||||||
表3: ISO/CD 5167標準孔板（不配整流器）上下游直管段長度（以管徑D的倍數表）
| β值 | 上游直管段 | 下游直管段 | ||||||||||||
| A
|
B | C | D | E | F | G | H | I | J | K | L | |||
| 1
|
2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | |
| ≤
0.20 |
6（3）
|
10
（10） |
10
（10） |
19
（18） |
34
（17） |
9（3） | **
（**） |
5（5） | 16
（8） |
12
（6） |
30
（15） |
5（3） | 4（2） | |
| 0.40 | 16
（3） |
10
（10） |
10
（10） |
44
（18） |
50
（25） |
9（3） | 30
（18） |
5（5） | 16
（8） |
12
（6） |
30
（15） |
5（3） | 6（3） | |
| 0.50 | 22
（9） |
18
（10） |
22
（18） |
44
（18） |
75
（34） |
19
（9） |
30
（18） |
6（5） | 18
（9） |
12
（6） |
30
（15） |
5（3） | 6（3） | |
| 0.60 | 42
（13） |
30
（18） |
42
（18） |
44
（18） |
65
（25） |
29
（18） |
30
（18） |
9（5） | 22
（11） |
14
（76） |
30
（15） |
5（3） | 7
（3.5） |
|
| 0.67 | 44
（20） |
44
（18） |
44
（20） |
44
（20） |
60
（10） |
36
（18） |
44
（18） |
12
（6） |
27
（14） |
18
（9） |
30
（15） |
5（3） | 7
（3.5） |
|
| 0.75 | 44
（20） |
44
（18） |
44
（22） |
44
（20） |
75
（18） |
44 | 44
（18） |
22
（11） |
38
（19） |
24
（12） |
30
（15） |
5（3） | 8（4） | |
| 注；1、對于β＜0.20的值按β=0.20的值；
2、 不帶括號的值為零附加不確定度的值； 3、帶括號的值為0.5%附加不確定度的值； 4、表列數值為位于孔板上游的各種阻流件與孔板之間所需要的最短直管段長度，R/D=1.5； 5、**表示沒有數據，使用β=0.4時的長度是足夠的。
|
||||||||||||||
表4 ISO/CD 5167 標準孔板（配管束型整流器）上下游直管段長度Lf（以管徑D倍數表示）
| β值 | 單個90彎頭R/D=1.5 | 在不同平面上的兩個90彎頭S≤2D，R/D=1.5 | 單個90三通 | 任何其他形式的管件及管路分布 | ||||
| 18≤Lf≤30 | Lf≥30 | 18≤Lf≤30 | Lf≥30 | 18≤Lf≤30 | Lf≥30 | 18≤Lf≤30 | Lf≥30 | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
| ≤
0.20
|
5-14.5
（1-n*） |
5-25
（1-n*） |
5-14.5
（1-n*） |
5-25
（1-n*） |
5-14.5
（1-n*） |
1-25 | 5-11
（1-n*） |
5-13
（1-n*）
|
| 0.40
|
5-14
（1-n*） |
5-25
（1-n*） |
5-14
（1-n*） |
5-25
（1-n*） |
5-14
（1-n*） |
1-25
（1-n*） |
5-11
（1-n*） |
5-13
（1-n*） |
| 0.50
|
11.5-
14.5 （3-n*） |
11.5-25
（3-n*） |
9.5-14.5
（1-n*） |
9-25
（1-n*） |
11-13
（1-n*） |
9-23
（1-n*） |
0#（3-n*） | 11.5-14.5
（3-n*） |
| 0.60
|
12-13
（5-n*） |
12-25
（5-n*）
|
13.5-14.5
（6-n*） |
9-25
（1-n*） |
0##
（7-n*） |
11-16
（1-n*） |
0
（7-n*） |
12-16
（6-n*） |
| 0.67
|
13（7-n*） | 13-16.5（7-n*）
|
13-14.5
（7-n*） |
10-16
（5-n*） |
0
（8-n*） |
11-13
（6-n*） |
0
（8-10） |
13
（7-n-1.5*） |
| 0.75
|
14（8-n*） | 14-16.5
（8-n*） |
0（9.5-n*） | 12-12.5
（8-n*） |
0
（9-n*） |
12-14
（7-n*） |
0
（9.5） |
0
（8-22） |
| 推薦管束位置 | 13
β≤0.67 |
14-16.5
β≤0.75 |
13.5-
14.5 β≤0.67 |
12-
12.5 β≤0.75 |
13
β≤0.54 |
12-13
β≤0.75 |
9.5
β≤0.46 |
13
β≤0.67 |
| 注；*）n是19管管束整流器上游端面處于最近的阻力件下游曲面或錐面1D處的管徑倍數。除了不能給出在孔扳至19管管束整流器下游端面的間隔外，19管管束整流器上游端面最近阻力件下游曲面或錐面的長度至少2.5D；
#）如 β=0.46為9.5； ##）如 β=0.54為13。 |
||||||||
| 注；1.表中給出的直管段長度是19管管束整流器（如ISO/CD5167中5.3.2.1.2所述）下游端和已給的一個安裝在19管管束整流器上游距孔板Lf長的特定阻力件的孔板之間答應的長度 。間隔Lf的丈量是從孔板至最近（或唯一）的T型管下游端曲面或漸縮管或漸擴管錐面。表中推薦的管束位置間隔值是適用于特定的β值范圍；
2. 對于β＜0.20的值按β=0.20的值； 3. 不帶括號的值為零附加不確定度的值； 4. 帶括號的值為0.5%附加不確定度的值； 5. 表列數值為位于孔板上游和下游的各種阻力件與孔板之間所需要的最短直管段長度。 |
||||||||
在新的試驗數據眼前，假如要保證標準孔板流量計丈量自然氣流量的正確度，人們不得不重新審閱現行標準孔板計量標準的修訂和現用標準孔板的上游安裝條件是否滿足要求。同時，現行標準中只列 由七種典型的阻力件類型，并且所需最短直管段長度是在阻力件前活動為充分發展管流條件下試驗得到的，這樣的條件與現場實際條件有很大差異， 現場阻力件遠多于七種，而且阻力件之間的組合更是普遍存在，節流件前的阻力件進口處并非充分發展管流，這種復雜的活動狀態如何規定其直管段長度？值得慶幸的是表5和表7中的數值給人們提出了利用上游直管段長度和整流器調整流態的有效方法，固然目前只有配備管束整流器的安裝要求。對于其它型式的整流器只列于附錄中，將隨著試驗研究數占有不斷豐富和成熟將陸續公布。這說明整流器仍有待完善進步，只有積累足夠的系統的試驗后才能取得可靠的數據，也才能列于標準中，這些都需要一定的時間才能達到。
另外，在AGA No3（90版）中，為減少安裝對流量計量的影響，AGA No3（90版）第二部分推薦了孔板流量計上游和下游直管段的最小長度及孔板到整流器之間的最短間隔。按AGA No3（90版）推薦的整流器的位置，標準孔板流量裝置的流出系數C的誤差大約為1.0%或更多。當β值升至0.75時，按AGA No3（90版）第二部分的設計孔板流量計上游直管段長度最少應為17D，下游應為5D，整流器至孔板的間隔最少應為7D。
但AGA No3（90版）的規定能否使安裝對孔板流量計的計量性能的不利影響減少到最小，文獻{2}（美國GRI）最新的研究結果表明，并不存在理想的對于所有情況都能提供最佳孔板定位丈量的管束整流器的定位，最佳定位取決于進口按裝、β值、孔板取壓位置和管束的設計 。不僅不同的安裝能引起流出系數C的結果的變化，而且對相同位置，差異的存在還取決于取壓口的位置，由此可見，原標準中關于安裝的規定需要修改。現行ISO 5167標準規定整流器應安裝在孔板與最接近孔板上游的阻力件之間的直管段長度中，此阻力件與整流器之間的直管段長度應至少即是20D，而整流器與孔板之間的直管段長度應至少即是22D。GRI試驗研究分析表明，就目前而言，定位管束整流器下游端至孔板的間隔為10D～12D將能提供較好的流量丈量，這正是新國際標準所改進的最大之處。據最新資料先容，國外GRI的孔板流量計研究集中在研究對管束排列的改進方案及替換整流器的設計，希看當安裝在短丈量管路上時，在距孔板最短的上游間隔內，不管進口管路的布置、取壓方向及活動狀態如何，都可以獲得要接受的丈量性能。因此，為進步孔板流量丈量的正確度，必須進行活動狀態、管束位置的調整并需現場校準。
從以上分析和表中的數據可以看出，新的ISO/CD 5167和AGA No3報告的流出系數及安裝條件和直管段長度要求發生了重大變化，主要有以下幾點：
1. 對于盡大多數上游管路安裝條件而言，新的上游直管段長度不但明顯大于現行AGA No3報告中的數值，而且大于現行ISO 5167-1標準上游直管段長度（見SY/T6143中表2）的數值，由于現場實際條件與標準規定有很大差異，必將對孔板計量產生重大影響，另外也有力說明原來標準規定的上游直管段長度偏低；
2. ISO/CD 5167的下游直管段長度要求基本無變化，而AGA No3報告它對下游直管段長度要求比ISO/CD 5167的下游直管段長度小一倍左右；
3. 現行ISO 5167標準中的列有七種典型的阻力件類型，而現場阻力件遠多于七種，且阻力件之間的組合更是普遍存在；新的標準（表1和表3）規定了比較多的阻力件（及組合阻力件），因而更 適應現場的實際條件；
4. 新的ISO/CD 5167和AGA No3報告目前只有配備管束整流器的安裝要求，但提供了整流器的性能測試要求，同時由于計量站主要是為了正確計量，確保計量正確度，因而改善現場流場條件主要考慮直管段及整流器的作用。
總的來說，不帶整流器的安裝位置比原來的規定要長，說明以前的規定流態沒達到充分發展流，證實孔板流量計量偏低；同時配備管束整流器的推薦安裝位置約13d左右（對幾乎所有的β比）。由于國際上新的試驗對應產生了新的流出系數公式和新的安裝要求，同時考慮到我國事ISO及OIML的成員國，一般情況下我國計量標準應向ISO有關標準靠攏或直接采用，因此今后國內自然氣孔板計量標準也應向其靠攏。
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