1概述(shu)
　　 差壓(ya)流量(liang)計 是(shi)應用(yong)很廣(guang)泛的(de)一種(zhong)流量(liang)計，已(yi)經實(shi)現了(le)孔闆(pan)流量(liang)計、噴(pen)嘴和(he)文丘(qiu)裏管(guan)的标(biao)準化(hua)，隻要(yao)按照(zhao)标準(zhun)設📞計(ji)、制造(zao)、檢驗(yan)、安✨裝(zhuang)和使(shi)用，不(bu)經實(shi)流标(biao)定就(jiu)能得(de)到規(gui)定的(de)⛱️精度(du)。
　　但該(gai)類 流(liu)量計(ji) 有一(yi)個顯(xian)著的(de)弱點(dian)，即量(liang)程比(bi)不盡(jin)人意(yi)。自從(cong)20世紀(ji)🈲80年代(dai)CPU進🎯入(ru)🌈工業(ye)儀表(biao)之後(hou)，情況(kuang)有了(le)改觀(guan)，通過(guo)引入(ru)流出(chu)系數(shu)C非線(xian)性的(de)🏒校正(zheng)技術(shu)及膨(peng)脹性(xing)系數(shu)ε的自(zi)😄動校(xiao)正技(ji)術，再(zai)加上(shang)差壓(ya)測量(liang)精度(du)從‼️20世(shi)紀70年(nian)代的(de)±1.5%提高(gao)到現(xian)在的(de)±0.04%，使差(cha)壓式(shi)流量(liang)🌏測量(liang)的系(xi)統不(bu)确定(ding)🌏度有(you)了顯(xian)著😍提(ti)高，同(tong)時量(liang)程比(bi)也得(de)到顯(xian)著的(de)拓展(zhan)，從早(zao)先的(de)3:1，擴大(da)到10:1［1－3］。
　　推(tui)出雙(shuang)量程(cheng)差壓(ya)流量(liang)計,即(ji)增設(she)一太(tai)低量(liang)程 差(cha)壓變(bian)送器(qi) 以及(ji)用HART通(tong)信的(de)方法(fa)傳送(song)差壓(ya)信号(hao)，可将(jiang)量程(cheng)比擴(kuo)大🐅到(dao)30:1［4－6］，測量(liang)精🐕度(du)和量(liang)程比(bi)的關(guan)系問(wen)題進(jin)行分(fen)析，然(ran)後提(ti)出提(ti)高測(ce)量精(jing)🙇‍♀️度和(he)擴大(da)量程(cheng)比的(de)實用(yong)方法(fa)。
2 3:1量程(cheng)比的(de)原因(yin)分析(xi)
　　在ISO 5167－2：2003（E）Measurement of Fluid Flow by Means of Pressure Differential Devices Inserted in Circular Cross-section Conduits Running Full和(he)GB/T2624—2006《用安(an)裝在(zai)圓形(xing)截面(mian)管道(dao)中的(de)差壓(ya)裝置(zhi)測量(liang)滿管(guan)流體(ti)流量(liang)》兩個(ge)标準(zhun)中，并(bing)未對(dui)标準(zhun)中所(suo)涉及(ji)的幾(ji)種差(cha)壓裝(zhuang)置能(neng)🔅達到(dao)的量(liang)程比(bi)做出(chu)規定(ding)，隻對(dui)能達(da)到的(de)不确(que)定度(du)做🔞出(chu)了規(gui)定，例(li)如大(da)家所(suo)熟悉(xi)的标(biao)準孔(kong)闆，隻(zhi)要滿(man)足50ｍｍ≤D≤1000ｍｍ，D≥12.5ｍｍ，0.2≤β≤0.6，ReD≥5000的(de)使用(yong)條件(jian)，就能(neng)得到(dao)0.5%的不(bu)确定(ding)度［7－8］。其(qi)中，D爲(wei)管道(dao)内徑(jing)，D爲孔(kong)闆開(kai)孔直(zhi)徑，β爲(wei)直徑(jing)比，ReD爲(wei)與D有(you)關的(de)雷諾(nuo)數。
　　所(suo)謂流(liu)量量(liang)程比(bi)就是(shi)保證(zheng)精确(que)度的(de)最大(da)流量(liang)ｑmax與最(zui)小㊙️流(liu)量♋ｑmin之(zhi)比［9］。在(zai)常用(yong)壓力(li)和溫(wen)度條(tiao)件下(xia)，雷諾(nuo)數⭕與(yu)流量(liang)成正(zheng)比♌關(guan)系♋。所(suo)以，如(ru)果ｑmax與(yu)ｑmin之比(bi)爲10，就(jiu)意味(wei)着ReDmax與(yu)ReDmin之比(bi)爲10。而(er)在上(shang)述标(biao)準中(zhong)，ReDmax與☂️ReDmin之(zhi)比差(cha)10倍、100倍(bei)甚至(zhi)更大(da)的倍(bei)數，标(biao)準中(zhong)規定(ding)的C＝ｆ（β，ReD）的(de)模型(xing)都能(neng)達🆚到(dao)規定(ding)的㊙️不(bu)确定(ding)度。
　　所(suo)以能(neng)夠做(zuo)到這(zhe)一點(dian)是因(yin)爲從(cong)GB/T2624—1993版開(kai)始，就(jiu)已經(jing)不再(zai)将流(liu)出系(xi)數C當(dang)常數(shu)來處(chu)理，而(er)是當(dang)變量(liang)來處(chu)理。在(zai)該标(biao)準中(zhong)給出(chu)了🌈C＝ｆ（β，ReD）的(de)關系(xi)式，到(dao)了GB/T2624—2006，在(zai)總結(jie)了十(shi)多年(nian)的最(zui)新研(yan)究👨‍❤️‍👨成(cheng)果之(zhi)後，對(dui)該模(mo)型作(zuo)♻️了進(jin)一步(bu)完📧善(shan)，給出(chu)了精(jing)确度(du)更高(gao)的關(guan)系‼️式(shi)，如标(biao)準🧡孔(kong)闆（角(jiao)接取(qu)壓）的(de)關系(xi)式如(ru)下：

　　将(jiang)式（1）用(yong)圖形(xing)來表(biao)示，如(ru)圖1所(suo)示。從(cong)圖1可(ke)看出(chu)，當ReD較(jiao)大時(shi)，C近似(si)成水(shui)平線(xian)，即C爲(wei)常數(shu)；但随(sui)着ReD的(de)減小(xiao)，C逐漸(jian)增大(da)。若将(jiang)β和ReD代(dai)入式(shi)（1）計算(suan)出C，可(ke)基本(ben)消除(chu)ReD對C的(de)影響(xiang)，保證(zheng)了0.5%的(de)不确(que)定度(du)。
　　通常(chang)情況(kuang)下差(cha)壓裝(zhuang)置制(zhi)造廠(chang)提供(gong)的設(she)計計(ji)算書(shu)中都(dou)規💚定(ding)⁉️了♉3:1的(de)量程(cheng)比，原(yuan)因是(shi)制造(zao)廠無(wu)法确(que)定用(yong)戶将(jiang)差壓(ya)裝置(zhi)買回(hui)去是(shi)否進(jin)行C的(de)非線(xian)性補(bu)償，而(er)且制(zhi)造廠(chang)無法(fa)♋進行(hang)C的非(fei)線性(xing)👣補償(chang)。而❄️在(zai)該計(ji)算書(shu)中，需(xu)要提(ti)供産(chan)品的(de)不确(que)定度(du)，如果(guo)最小(xiao)流量(liang)太小(xiao)❗，将會(hui)導緻(zhi)不㊙️确(que)定度(du)嚴重(zhong)惡化(hua)。
　　孔闆(pan)制造(zao)廠解(jie)決該(gai)問題(ti)的方(fang)法之(zhi)一是(shi)縮小(xiao)量程(cheng)比，傳(chuan)💋統方(fang)🈲法是(shi)将量(liang)程比(bi)定爲(wei)3:1，這時(shi)提供(gong)給用(yong)戶的(de)C是常(chang)用流(liu)量對(dui)🔅應的(de)C。按照(zhao)🔴國家(jia)相關(guan)标準(zhun)的規(gui)定，這(zhe)一點(dian)的不(bu)确定(ding)度是(shi)比較(jiao)小的(de)，而偏(pian)離常(chang)用流(liu)量之(zhi)🐆後，例(li)如在(zai)30%ｑmax點或(huo)100%ｑmax點，不(bu)确定(ding)度将(jiang)❤️顯著(zhe)增大(da)。

　　該(gai)方法(fa)使用(yong)了幾(ji)十年(nian)［10］，而且(qie)在GB2624—1981中(zhong)用标(biao)準的(de)形式(shi)固定(ding)下☀️來(lai)。用标(biao)準圖(tu)形來(lai)表示(shi)标準(zhun)孔闆(pan)β與ReD的(de)關系(xi)，這是(shi)節流(liu)裝置(zhi)設計(ji)計🔞算(suan)中必(bi)用的(de)工具(ju)。在該(gai)标準(zhun)中，不(bu)使用(yong)C而采(cai)用流(liu)量系(xi)數ａ。ａ也(ye)不⛹🏻‍♀️是(shi)按照(zhao)公式(shi)計算(suan)出來(lai)的，而(er)是查(cha)圖得(de)到的(de)。ａ與β2和(he)管徑(jing)D的關(guan)系如(ru)圖2所(suo)示［11］。由(you)圖2可(ke)知，ａ不(bu)僅與(yu)β有關(guan)，而且(qie)與D有(you)關，這(zhe)🥰反映(ying)了管(guan)道⛷️内(nei)壁絕(jue)對粗(cu)糙度(du)相同(tong)的前(qian)後直(zhi)管段(duan)，由于(yu)管道(dao)内徑(jing)不同(tong)，其速(su)度分(fen)布也(ye)不同(tong)，所以(yi)β雖相(xiang)同，而(er)流量(liang)系數(shu)卻不(bu)同。圖(tu)2中還(hai)反🧡映(ying)出一(yi)個問(wen)題，即(ji)流量(liang)系數(shu)與雷(lei)諾數(shu)沒有(you)關系(xi)。即在(zai)實際(ji)雷諾(nuo)數大(da)于界(jie)限雷(lei)諾🐕數(shu)之後(hou)，C＝ｆ（β，ReD）曲線(xian)已經(jing)🌂接近(jin)水🔱平(ping)，所以(yi)忽略(lue)了ReD的(de)影響(xiang)。

　　目前(qian)，随着(zhe)儀表(biao)技術(shu)的飛(fei)速發(fa)展，實(shi)時計(ji)算C已(yi)變得(de)🚩簡單(dan)，C的非(fei)線性(xing)在線(xian)補償(chang)較容(rong)易實(shi)現。因(yin)此，對(dui)于差(cha)壓裝(zhuang)置制(zhi)造廠(chang)來說(shuo)，量程(cheng)比不(bu)再受(shou)孔闆(pan)的約(yue)束。
3差(cha)壓流(liu)量計(ji)的開(kai)發
　　差(cha)壓流(liu)量計(ji)開發(fa)的目(mu)标有(you)兩個(ge)：提高(gao)系統(tong)精度(du)；保證(zheng)準确(que)率所(suo)對應(ying)的量(liang)程比(bi)擴大(da)。
3.1雙量(liang)程差(cha)壓流(liu)量計(ji)
　　雙量(liang)程孔(kong)闆流(liu)量計(ji) 不确(que)定度(du)達到(dao)1.5%且量(liang)程比(bi)達到(dao)30:1的實(shi)現方(fang)法。其(qi)中，所(suo)💯用的(de)差壓(ya)✂️變送(song)器的(de)精度(du)等級(ji)ξ爲0.065%，而(er)目前(qian)差壓(ya)變送(song)器精(jing)度等(deng)級已(yi)經提(ti)高到(dao)0.04%，将該(gai)值代(dai)入差(cha)壓測(ce)量不(bu)确定(ding)度計(ji)算公(gong)式［6］：

式(shi)中：Δｐmax———差(cha)壓上(shang)限，Kpa；Δｐ———常(chang)用流(liu)量對(dui)應的(de)差壓(ya)，Kpa。
　　由式(shi)（2）可知(zhi)，δΔｐ/Δｐ減小(xiao)到原(yuan)來的(de)61.5%，将該(gai)值代(dai)入式(shi)（3）就可(ke)計算(suan)流量(liang)不🈲确(que)定度(du)，從而(er)使系(xi)統不(bu)确定(ding)度顯(xian)著減(jian)小：

　　式(shi)中：δｑｍ/ｑｍ———流(liu)量測(ce)量不(bu)确定(ding)度；δC/C———流(liu)出系(xi)數不(bu)确定(ding)度；δε/ε———可(ke)膨脹(zhang)性系(xi)數不(bu)确定(ding)度；δD/D———管(guan)道内(nei)徑不(bu)确定(ding)度；δD/D———孔(kong)闆開(kai)孔直(zhi)徑不(bu)确📧定(ding)度；δΔｐ/Δｐ———差(cha)壓測(ce)量不(bu)确定(ding)度；δρ1/ρ1———孔(kong)闆正(zheng)端取(qu)壓✏️口(kou)處流(liu)體密(mi)度不(bu)确定(ding)度。
　　在(zai)利用(yong)式（3）對(dui)流量(liang)不确(que)定度(du)進行(hang)估算(suan)時，δD/D和(he)δD/D一般(ban)可♉以(yi)忽略(lue)，δρ1/ρ1作用(yong)也很(hen)小［6］，其(qi)餘3個(ge)因子(zi)起關(guan)鍵作(zuo)用。其(qi)中δC/C對(dui)于标(biao)準孔(kong)闆🌈來(lai)說㊙️，常(chang)取值(zhi)爲0.5%，按(an)照GB/T2624—2006，δε/ε用(yong)下式(shi)計算(suan)：

式中(zhong)：ｐ1———節流(liu)件正(zheng)端取(qu)壓口(kou)處常(chang)用壓(ya)力，Kpa；κ———等(deng)熵指(zhi)數。
　　因(yin)此，求(qiu)得δΔｐ/Δｐ和(he)δε/ε後，就(jiu)可計(ji)算δｑｍ/ｑｍ。
　　下(xia)面是(shi)各特(te)征點(dian)關鍵(jian)因子(zi)δΔｐ/Δｐ，δε/ε的計(ji)算結(jie)果并(bing)将其(qi)代入(ru)流量(liang)不确(que)定度(du)δｑｍ/ｑｍ計算(suan)公式(shi)，然後(hou)得到(dao)的系(xi)統不(bu)确定(ding)值，其(qi)中差(cha)壓裝(zhuang)置流(liu)出系(xi)統不(bu)确定(ding)度仍(reng)保持(chi)0.5%。

3.2雙量(liang)程孔(kong)闆流(liu)量計(ji)不确(que)定度(du)曲線(xian)的繪(hui)制
　　将(jiang)上述(shu)各特(te)征點(dian)不确(que)定度(du)計算(suan)結果(guo)，繪制(zhi)成不(bu)确定(ding)度曲(qu)線，如(ru)圖3所(suo)示。

3.3單量(liang)程孔(kong)闆流(liu)量計(ji)不确(que)定度(du)的估(gu)算及(ji)曲線(xian)
　　上面(mian)計算(suan)的是(shi)雙量(liang)程孔(kong)闆流(liu)量計(ji)，如果(guo)不設(she)低量(liang)程差(cha)壓變(bian)送器(qi)，則在(zai)滿量(liang)程的(de)3%～17.32%，不确(que)定度(du)就要(yao)大幅(fu)增大(da)💃，這時(shi)隻要(yao)将滿(man)量程(cheng)内10%和(he)3%流量(liang)點的(de)δｑｍ/ｑｍ計算(suan)出來(lai)，就可(ke)繪制(zhi)不确(que)定度(du)曲🚶線(xian)。
3.3.1滿量(liang)程内(nei)10%流量(liang)點不(bu)确定(ding)度估(gu)算
　　用(yong)1台差(cha)壓變(bian)送器(qi)測量(liang)時，在(zai)滿量(liang)程内(nei)10%流量(liang)點，參(can)照💛上(shang)述計(ji)算方(fang)法計(ji)算可(ke)得到(dao)：

3.3.2滿量(liang)程内(nei)3%流量(liang)點不(bu)确定(ding)度估(gu)算
　　在(zai)滿量(liang)程内(nei)3%流量(liang)點，參(can)照上(shang)述計(ji)算方(fang)法計(ji)算可(ke)得🔱到(dao)：

3.3.3不确(que)定度(du)曲線(xian)
　　單量(liang)程差(cha)壓流(liu)量計(ji)的系(xi)統不(bu)确定(ding)度随(sui)流量(liang)變化(hua)🧡的關(guan)系曲(qu)線如(ru)圖4所(suo)示。

4結束(shu)語
1）20世(shi)紀80年(nian)代，标(biao)準差(cha)壓流(liu)量計(ji)的差(cha)壓裝(zhuang)置C是(shi)作爲(wei)常數(shu)👉來💜處(chu)理。由(you)🏃🏻‍♂️于實(shi)際的(de)C是受(shou)雷諾(nuo)數影(ying)響的(de)，所以(yi)會💋帶(dai)來較(jiao)大誤(wu)差，在(zai)常用(yong)流㊙️量(liang)點，流(liu)量系(xi)統不(bu)确定(ding)度也(ye)隻能(neng)達到(dao)2%，而且(qie)可使(shi)用的(de)流量(liang)測量(liang)範圍(wei)也隻(zhi)能達(da)到3:1。
2）GB/T2624—1993标(biao)準發(fa)布後(hou)，引入(ru)了ReD影(ying)響校(xiao)正和(he)ε校正(zheng)，從而(er)使标(biao)準💁差(cha)壓裝(zhuang)置不(bu)受量(liang)程比(bi)約束(shu)。
3）差壓(ya)測量(liang)儀表(biao)的進(jin)步，爲(wei)提高(gao)系統(tong)不确(que)定度(du)創造(zao)了🐉條(tiao)件。采(cai)用0.04%精(jing)确度(du)等級(ji)的差(cha)壓變(bian)送器(qi)與标(biao)準孔(kong)闆組(zu)成的(de)一體(ti)化标(biao)準孔(kong)闆流(liu)量計(ji)，用來(lai)測量(liang)氣體(ti)和蒸(zheng)汽流(liu)量時(shi)，不經(jing)實流(liu)标定(ding)，系統(tong)不确(que)定度(du)就能(neng)達到(dao)1.0%，對應(ying)的流(liu)量量(liang)程比(bi)爲10:1；而(er)如果(guo)增設(she)1台低(di)量程(cheng)💯差壓(ya)變送(song)器，則(ze)量程(cheng)比可(ke)擴大(da)到30:1。
4）不(bu)确定(ding)度曲(qu)線能(neng)将流(liu)量系(xi)統不(bu)确定(ding)度與(yu)量程(cheng)比♈的(de)關系(xi)表達(da)㊙️得更(geng)直觀(guan)、清晰(xi)。技術(shu)的進(jin)步，甩(shuai)掉了(le)标準(zhun)孔闆(pan)流量(liang)計“誤(wu)差大(da)”、“量🔅程(cheng)窄”的(de)帽子(zi)，從而(er)以新(xin)的面(mian)貌赢(ying)得市(shi)場認(ren)可。

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