一、引言

  流量计实流校准时的参比条件是流动状态必须为定常流(稳定流)。所谓定常流就是流场中各点处的流速、压力、密度和温度等诸参数不随时间变化的一种流动状态。

真正的定常流只有层流条件下才存在，大多数工业管流为紊流(也称湍流)状态，其流动参数在与时间无关的平均值附近随时间有微小的变化，只能称“统计定常流”或“平均定常流”。如果这种波动类似于充分发展的管流，而且无周期脉动，就像ISO 5167-1中规定的那样，则仪表显示的瞬时流量与正常测量不确定度应该无任何差异。

定常流。如果测量管段中的流量虽为时间的如果流动流体的某个参数如流速、压力 、密度、温度等不断地随时间变化，就称非函数，但在足够长的时间间隔内的平均值是一个常数，则称这种流动为(具有恒定平均值的)脉动流，它是非定常流中的一种流动状态，脉动流可分为周期性脉动流和随机波动脉动流。

二、脉动流的发生

流动脉动常见于工业管流，它可能由旋转式或往复式原动机、压气机、鼓风机、泵产生，带翼的旋转机械也能以叶片通过频率产生小的脉动。有的容积式流量计也能产生脉动。振动引起的共振，管道运行和控制系统的振荡，阀门“猎振”、管道配件、阀门或旋转机械引起的流动分离，也是流动脉动可能的来源。流动脉动还可能由流量系统和多相流引起的流体动力学振荡所引发。例如流体流过测温保护管，如同流过涡街流量计的旋涡发生体而产生涡列；在三通连接的流路中自激引起流体振荡等。

从现场仪表指示往往看不出工业管流中脉动的存在，这是因为平常使用的流量计、压力计响应较慢，而且设有阻尼，但事实上，流动脉动可能是存在的。脉动还可以从上游传递到下游，也可以从下游回溯到上游，所以脉动源可能在流量计的上游影响其示值，也可能在流量计的下游影响其示值。然而从脉动源到流量计的距离增大能使脉动衰减，幅值变小。可以通过可压缩性效应(包括气体和液体)，使之衰减到在流量计安装地点探测不到脉动幅值。

流动脉动频率范围从千分之一赫到数百赫，脉动幅值从平均流量的百分之几到百分之一百，甚至更大，都是可能的。在脉动幅值小的时候，往往难以区别脉动流和紊流。

脉动流的主要参数有脉动幅值、脉动频率和脉动波形。其中，脉动幅值多用流速波动均方根值与时均流速之比来表示。

三、稳定流阈值

目前工业上常用流量计标准规范都指明流量计只能用于稳定流，它是流量计基本误差参比条件之一。实际上，各类流量计应用稳定流都有一个阈值，即允许的非定常流的界限值。

(1)差压式流量计。差压式流量计在下式的流速脉动幅值可界定为稳定流。

通常激光多普勒和热量风速表能测定流速脉动幅值。如果流量计输出脉冲频率是已知的，而且涡轮惯性也是已知的，则可由流量计显示的脉动幅值推算实际流量脉动幅值，并估算校正系数。

(3)涡街流量计。涡街流量计的旋涡剥离过程随流动脉动产生很大误差。当脉动频率接近旋涡剥离频率时，会出现严重问题。但在脉动幅值足够小的条件下，因为脉动被忽略，因此不发生测量误差。此界限幅值只有平均流速的3%，类似于流速扰动幅值。

四、脉动流的流量测量

脉动流流量测量方法有三种:a.用响应快的流量计；b.用适当的方法将脉动衰减到足够小的幅值，然后用普通流量计进行测量；c.对在脉动流状态下测得的流量值进行误差校正。有的系统中，b、c两种方法需结合起来才能实现测量，这是因为脉动幅值大，超出估算公式的适用范围，若仅用阻尼方法，衰减后的脉动幅值又未进入稳定流范围。

(1)用电磁流量计测量脉动流流量当电磁流量计选用较高的激励频率时，能对脉动流作出快速响应，因此能对脉动流流量进行测量，常用来测量往复泵、隔膜泵等的出口流量。

能用于脉动流测量的电磁流量计，通常在下列三个方面须作特殊设计，并在投运时作恰当的调试，即激励频率可调，以便得到与脉动频率相适应的激励频率；流量计的模拟信号处理部分应防止脉动峰值到来时进入饱和状态；为了读出流量平均值，应对显示部分作平滑处理。

①激励频率的决定。以IFM型电磁流量计为例，该仪表的技术资料提出，当脉动频率低于1.33Hz时，可以采用稳定流时的激励频率；当脉动频率为1.33~3.33Hz时，激励频率应取25Hz(电源频率为50Hz时)。显然，激励频率要求虽不很严格，但必须与脉动频率相适应，太高和太低都是不利的。

②流量信号输入通道饱和问题。脉动流的脉动幅值有时高得出奇，如果峰值出现时仪表的流量信号输入通道进入饱和状态，就如同峰值被削除，必将导致仪表示值偏低。

电磁流量计流量信号输入通道的设计分两挡。其中，测量稳定流时，A/D转换器只允许输入满量程信号的150%，而测量脉动流时，允许输入满量程信号的1000%。因此，在测量脉动流流量时，编写菜单应指定流动类型为“PULSATING”(脉动流)，而不是“STEADY”(定常流)。

③时间常数的选定。由于电磁流量计的测量部分能快速响应脉动流流量的变化，忠实地反映实际流量，但是显示部分如果也如实地显示实际流量值，势必导致显示值上下大幅度跳动，难以读数，所以，显示应取一段时间内的平均值。其实现方法通常是串入一阶惯性环节，选定合适的时间常数后，仪表就能稳定显示。但若时间常数选得太大，则在平均流量变化时，显示部分响应迟钝，为观察者带来错觉。

IFM仪表资料提出了计算时间常数的经验公式。

t(s)=1000/N

式中 N－每分钟脉动次数。

(2)脉动流流量测量的充分条件电磁流量计虽能测量脉动流流量，但它仅适用于电导率在合适范围内的液体，而更多的脉动流流量测量对象仍然需在测量前将脉动滤除。

1998年国际标准化组织对ISO/TR 3313进行了增补参改和重新定名，颁布了ISO/ TR 3313 : 1998《封闭管道中流体流量测量流量测量仪表流动脉动影响导则》，它虽不是国际标准，只是一份技术报告，却总结了几十年来国际上对脉动流流量测量主要研究成果。对脉动流流量测量有重要的参考价值。

ISO/TR 3313对流动脉动的阻尼提供了几个有实用价值的方法，并对其设计计算给出了具体的公式。其中，充分阻尼的条件针对标准节流装置而言。

①气体的脉动流流量测量的充分阻尼条件。气体或蒸气的脉动能被脉动源与仪表之间的节流管阻和气容组成的滤波环节所阻尼，类似于电路中的RC滤波器。此气容的容积包括容器和管路本身的容积，此管阻可由阀门和其他装置提供，管路上的压损也有节流效果。脉动源可以在仪表的上游，如图6.1(b)所示，也可在仪表的下游，如图6.1(a)所示，对这种单容器的阻尼系统满足充分阻尼的条件为：

②带限流管的阻尼器。在单容器阻尼系统中，设计时能够变更的设备参数只有容器的容积，为了得到充分的阻尼，容器容积必须很大，为具体实施带来困难。如图 6.2所示的带限流管的分隔容器(divided-receiver)阻尼器，在设计计算时，除了容器容积大小可供选择外，适当减小限流管截面积也能改善阻尼效果，所以总体积可比单容器阻尼系统小得多，因此更具实用性。

        ③液体的充分阻尼条件。液体脉动流的阻尼有两种方法：调压室和空气阻尼器。图6.3和图6.4所示的布置，脉动源在流量计的上游，如果脉动源在仪表的下游，则须将图6.3中的调压室与恒压压头容器互换位置，或将图6.4中的空气容室与恒压压头容器互换位置。