标准孔板e值的间接测量方法

流量测量节流装置是差压式流量计的一个重要组成部分，一般包括节流件、取压装置和前后测量管等。节流件主要有孔板、喷嘴和文丘里管等。可以根据GB/T2624.2-2006/ISO5167-2：2003《用安装在圆形截面管道中的差压装置测量满管流体流量第二部分：孔板》提供的数据和要求进行设计、制造、安装和使用的节流件作为标准节流件，如标准孔板、标准喷嘴和标准文丘利管等。其中，各种型式的标准孔板的几何形状都是相似的，其轴向平面横截面如图1所示。

针对图1中的几何参数，根据GB/T2624.2-2006和JJG640-1994《差压式流量计》检定规程，基本都有明确的技术要求和检验方法，大部分也都可以较容易地测得。但根据GB/T2624.2-2006第5.1.6.1项：“若孔板的厚度E超过节流孔厚度e，孔板的下游侧应切成斜角，斜角表面应精加工”。此时，节流孔的上游侧端面与节流孔的轴线是垂直的，但下游侧的端面是一锥面，不与孔的轴线相垂直，这样一来，就无法使用常规计量器具直接测量e值。根据JJG640-1994第19.4条所述，检验e值所用主要仪器是工具显微镜（模压法）或e值测量仪。但据了解，e值测量仪没有合适成品供选择，而采用模压法进行测量时，在模压器的制作、安装以及模压操作时的位置和操作方法等方面都有较高的要求，一般情况下较难掌握。因此，本文主要介绍节流孔厚度e值的一种间接测量方法。

图1 标准孔板轴向平面横截面

一、数学模型

该方法的具体数学模型是：e=E-h·cotα，如图2所示。

式中：e——所要测的节流孔厚度值；E——节流孔板的厚度值；h——下游侧斜面的径向宽度；α——斜面的斜角。

图2 数学模型原理

其中，E值可以使用千分尺或壁厚千分尺方便测得；α可以用万能角度尺方便测得。关键是h的测量，根据GB/T2624.2-2006第5.1.6.1项要求，“斜角表明应精加工”，而且根据GB/T2624.2-2006第5.1.7.4项要求，对于H和I也仅允许有一条刻痕等小缺陷，因此，可以使用工具显微镜采用反射光照明，较理想地测得h的值，而且这种测量方法也是利用工具显微镜测量工件时的一种常用方法，相对来说，比较容易掌握。这样，就能很好地解决e值的测量问题了。

二、测量方法不确定度的评定

以上游管道内径D为508mm为例，根据相关要求，设计标准孔板E为（16.00±0.20）mm，e为（6.00±0.20）mm，α为45°±1°。分别对E、h和α进行10次测量，测得值如表1所示。

于是各分量的传播系数：

（1）测量E值引入的标准不确定度分量uE

①E值测量重复性引入的标准不确定度分量uE1，由统计方法获得。

根据表1中的数据，由贝塞尔公式得：

②壁厚千分尺示值误差引入的标准不确定度分量uE2

根据JJG21-1995《外径千分尺》检定规程，壁厚千分尺示值误差为±4μm，设均匀分布，于是有 0.0023mm。

（2）测量h值引入的标准不确定度分量uh

①h值测量重复性引入的标准不确定度分量uh1，由统计方法获得。 [p]

根据表1中的数据，由贝塞尔公式得：

②工具显微镜示值误差引入的标准不确定度分量uh2

根据JJG56-2000《工具显微镜》检定规程，工具显微镜示值误差为（1+L/100）μm，当测量范围较小时，可认为引入的误差约等于1μm，设均匀分布，有0.0006mm。

（3）测量α值引入的标准不确定度分量uα

①测量重复性引入的标准不确定度分量uα1，由统计方法获得。

根据表1中的数据，由贝塞尔公式得：

②万能角度尺示值误差引入的标准不确定度分量uα2

根据JJG33-2002《万能角度尺》检定规程，万能角度尺示值误差为±2'，设均匀分布，于是有各标准不确定度分量具体数据如表2所示。

表2 各标准不确定度分量数据

因各项标准不确定度互不相关，故可合成为

取置信因子k=2，扩展不确定度U=k·uc=2×0.0296≈0.060mm，小于e值允许误差的1/3，可以满足检验e值的要求。

三、结论

上述实例验证了该方法能较好地完成对节流件标准孔板e值的测量。