1概述
　　 差壓(yā)流量計 是(shì)應用很廣(guang)泛的一種(zhong)流量計，已(yi)經實現了(le)孔闆流量(liàng)計、噴嘴和(hé)文丘裏管(guan)的标準化(huà)，隻要按照(zhào)标準設🐪計(ji)、制造、檢驗(yan)、安裝和使(shi)用，不經實(shi)流标定就(jiù)能得到規(gui)定的精度(du)。
　　但該類 流(liu)量計 有一(yī)個顯著的(de)弱點，即量(liàng)程比不盡(jìn)人意。自從(cong)20世紀80年代(dai)CPU進🈲入👣工業(ye)儀表之後(hou)，情況有了(le)改觀，通過(guo)引入流出(chū)系數🐪C非線(xiàn)性的校正(zhèng)技術及膨(péng)脹性系數(shù)ε的自動校(xiào)正技術，再(zài)加上差壓(ya)測量精度(du)從20世紀70年(nian)代的±1.5%提高(gāo)到現在的(de)±0.04%，使差⭐壓式(shi)流量測量(liang)的系統不(bu)确定度有(you)了顯著提(ti)高，同時量(liang)🔞程比也得(de)到顯著的(de)拓展，從早(zao)先的3:1，擴大(dà)到10:1［1－3］。
　　推出雙(shuang)量程差壓(yā)流量計,即(ji)增設一太(tai)低量程 差(chà)壓變送器(qi) 以及用HART通(tōng)信的方法(fa)傳送差壓(yā)信号，可将(jiang)量程比擴(kuo)大到30:1［4－6］，測量(liàng)精度和量(liàng)程比的關(guān)系問題進(jin)行分析，然(ran)後提出提(tí)高測量精(jing)度和擴大(da)量程比的(de)實用方法(fǎ)。
2 3:1量程比的(de)原因分析(xī)
　　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GB/T2624—2006《用安(ān)裝在圓形(xíng)截面管道(dào)中的差壓(ya)裝置測量(liàng)滿管流體(tǐ)流量》兩個(ge)标準中，并(bing)未對标準(zhǔn)中所涉及(jí)的幾種差(cha)壓裝置能(néng)達到🧡的量(liang)程比做出(chū)規定，隻對(dui)🐅能達到的(de)不确定度(dù)做出了規(guī)定，例如大(dà)家所熟悉(xī)的标準孔(kong)🏃闆，隻要滿(man)足50ｍｍ≤D≤1000ｍｍ，D≥12.5ｍｍ，0.2≤β≤0.6，ReD≥5000的使用(yong)條件，就能(néng)得到0.5%的不(bú)确定度［7－8］。其(qi)中，D爲管道(dao)内徑，D爲孔(kǒng)闆開孔😘直(zhi)徑，β爲直徑(jing)🈲比，ReD爲與D有(yǒu)關的雷諾(nuo)數。
　　所謂流(liú)量量程比(bi)就是保證(zhèng)精确度的(de)最大流量(liang)ｑmax與最小流(liu)量ｑmin之比［9］。在(zài)常用壓力(li)和溫度條(tiáo)件下，雷諾(nuò)數與流量(liang)成正比關(guan)系。所以，如(rú)果ｑmax與ｑmin之比(bi)爲10，就意味(wèi)着ReDmax與ReDmin之比(bǐ)爲10。而在上(shàng)述标準中(zhōng)，ReDmax與☔ReDmin之比差(chà)10倍、100倍甚至(zhi)更大的倍(bei)數，标準中(zhong)規定的C＝ｆ（β，ReD）的(de)模型都能(néng)達♌到規定(ding)的不确定(ding)度。
　　所以能(neng)夠做到這(zhè)一點是因(yīn)爲從GB/T2624—1993版開(kāi)始，就已經(jīng)不再将流(liu)出系✉️數C當(dāng)常數來處(chu)理，而是當(dāng)變量來處(chù)理。在該标(biao)準中給🐅出(chu)了C＝ｆ（β，ReD）的關系(xì)式，到了GB/T2624—2006，在(zai)總結了十(shí)多年的最(zui)新研究成(cheng)果之後，對(duì)該模型作(zuo)了進一步(bù)完善，給出(chu)了精确度(du)更高的關(guan)系式，如标(biao)準孔闆（角(jiao)接📞取壓）的(de)關系式如(rú)下：

　　将式（1）用(yong)圖形來表(biǎo)示，如圖1所(suǒ)示。從圖1可(ke)看出，當ReD較(jiào)大時，C近似(sì)成水💛平線(xiàn)，即C爲常數(shù)；但随着ReD的(de)減小，C逐漸(jian)增🔆大。若将(jiang)β和📞ReD代入式(shì)（1）計♻️算出C，可(kě)基本消除(chu)ReD對C的影響(xiǎng)，保證了0.5%的(de)不确定度(du)。
　　通常情況(kuang)下差壓裝(zhuāng)置制造廠(chang)提供的設(she)計計算書(shu)中都規定(dìng)了❌3:1的量程(chéng)比，原因是(shì)制造廠無(wú)法确定用(yòng)戶将👌差壓(ya)裝置買回(huí)去是🔞否進(jin)行C的非線(xian)性補償，而(er)且制造🌈廠(chǎng)無法進行(hang)C的非線性(xìng)補償。而在(zài)該計算書(shū)中，需要提(tí)供産品的(de)不确定度(du)，如果最小(xiao)流量太小(xiǎo)，将會導緻(zhì)不确定度(dù)嚴重惡化(huà)。
　　孔闆制造(zao)廠解決該(gāi)問題的方(fang)法之一是(shì)縮小量程(chéng)比，傳統方(fang)法是将量(liàng)程比定爲(wèi)3:1，這時提供(gong)給用戶的(de)🔆C是常用流(liu)量對應的(de)C。按照國家(jia)相關标準(zhun)的規定，這(zhe)一點的不(bu)确定度是(shi)比較小的(de)，而偏離常(chang)用流量之(zhī)💁後，例如在(zai)👌30%ｑmax點或100%ｑmax點，不(bú)确定度将(jiang)顯著增大(da)。

　　該方法(fǎ)使用了幾(jǐ)十年［10］，而且(qiě)在GB2624—1981中用标(biāo)準的形式(shì)固♻️定下♻️來(lai)。用标🍓準圖(tú)形來表示(shì)标準孔闆(pǎn)β與ReD的關系(xì)，這是節流(liu)裝置設計(ji)計㊙️算中必(bì)用的工具(ju)。在該标準(zhǔn)中，不使用(yong)C而采用流(liú)量系數ａ。ａ也(yě)不是按照(zhào)公式計算(suàn)出來的，而(er)是查圖得(de)到的。ａ與β2和(hé)管👈徑D的關(guān)系📧如圖2所(suǒ)示［11］。由圖2可(ke)知，ａ不僅與(yu)β有關，而🏃‍♀️且(qiě)與D有關，這(zhè)反映了管(guǎn)道🏃‍♀️内壁絕(jue)對粗糙度(dù)相同的前(qian)後直管段(duan)，由于管🥵道(dao)内徑不同(tong)，其速度分(fen)☎️布也不同(tóng)，所以β雖相(xiang)同，而流量(liàng)系🔴數💜卻不(bú)同。圖2中還(hái)反👅映出一(yī)個問題，即(ji)🏃🏻‍♂️流量系數(shù)與🐇雷諾數(shu)沒有關系(xì)。即在實際(jì)雷諾數大(da)于界限雷(lei)諾數之後(hòu)，C＝ｆ（β，ReD）曲線已經(jing)☎️接近水平(ping)，所以忽略(luè)了ReD的影響(xiang)。

　　目前，随着(zhe)儀表技術(shù)的飛速發(fā)展，實時計(jì)算C已變得(dé)簡單，C的非(fēi)⛹🏻‍♀️線性在線(xiàn)補償較容(rong)易實現。因(yīn)此，對于差(chà)壓裝置制(zhì)造廠來說(shuo)，量程比不(bú)再受孔闆(pǎn)的約束。
3差(cha)壓流量計(ji)的開發
　　差(chà)壓流量計(jì)開發的目(mù)标有兩個(ge)：提高系統(tong)精度；保💁證(zheng)📧準确🈲率所(suǒ)對應的量(liàng)程比擴大(da)。
3.1雙量程差(cha)壓流量計(jì)
　　雙量程孔(kong)闆流量計(jì) 不确定度(du)達到1.5%且量(liàng)程比達到(dào)30:1的實現方(fang)法。其中，所(suo)用的差壓(yā)變送器的(de)精度等級(ji)ξ爲0.065%，而目前(qián)差壓變送(song)器精度等(děng)級已經提(ti)高到0.04%，将該(gai)值代入差(chà)壓測量不(bú)🌈确定度計(ji)算公式［6］：

式(shì)中：Δｐmax———差壓上(shàng)限，Kpa；Δｐ———常用流(liú)量對應的(de)差壓，Kpa。
　　由式(shì)（2）可知，δΔｐ/Δｐ減小(xiǎo)到原來的(de)61.5%，将該值代(dài)入式（3）就可(kě)計算流🔴量(liàng)不确定度(dù)，從而使系(xi)統不确定(dìng)度顯著減(jian)小：

　　式中：δｑｍ/ｑｍ———流(liu)量測量不(bu)确定度；δC/C———流(liú)出系數不(bu)确定度；δε/ε———可(ke)膨脹性💃系(xì)數不确定(ding)度；δD/D———管道内(nèi)徑不确定(dìng)度；δD/D———孔闆開(kai)孔直徑不(bú)确定度；δΔｐ/Δｐ———差(chà)壓測量不(bú)确定度；δρ1/ρ1———孔(kong)闆正端取(qu)壓口處流(liu)體密度不(bú)确定度。
　　在(zài)利用式（3）對(dui)流量不确(que)定度進行(háng)估算時，δD/D和(he)δD/D一般可以(yǐ)忽略😄，δρ1/ρ1作用(yong)也很小［6］，其(qí)餘3個因子(zi)起關鍵作(zuo)用。其中δC/C對(duì)于标準孔(kǒng)闆來說，常(chang)取🌐值爲0.5%，按(an)照GB/T2624—2006，δε/ε用下式(shi)計算：

式中(zhōng)：ｐ1———節流件正(zhèng)端取壓口(kǒu)處常用壓(ya)力，Kpa；κ———等熵指(zhi)數。
　　因此，求(qiú)得δΔｐ/Δｐ和δε/ε後，就(jiu)可計算δｑｍ/ｑｍ。
　　下(xià)面是各特(tè)征點關鍵(jian)因子δΔｐ/Δｐ，δε/ε的計(ji)算結果并(bing)将其代入(ru)流量不💋确(què)定度δｑｍ/ｑｍ計算(suan)公式，然後(hòu)得到的系(xi)統不确定(dìng)值⁉️，其中差(cha)壓裝置流(liú)出系統不(bu)确定度仍(reng)保持0.5%。

3.2雙量(liang)程孔闆流(liu)量計不确(que)定度曲線(xiàn)的繪制
　　将(jiāng)上述各特(te)征點不确(què)定度計算(suan)結果，繪制(zhi)成不确定(ding)度曲線📞，如(ru)圖3所示。

3.3單量(liàng)程孔闆流(liú)量計不确(que)定度的估(gu)算及曲線(xian)
　　上面計算(suàn)的是雙量(liàng)程孔闆流(liu)量計，如果(guǒ)不設低量(liàng)☁️程差壓變(bian)送器，則在(zài)滿量程的(de)3%～17.32%，不确定度(dù)就要大幅(fu)😄增大，這時(shí)隻要将滿(man)量程内10%和(he)3%流量點的(de)δｑｍ/ｑｍ計算出來(lai)，就可繪💛制(zhì)不确定度(dù)曲🐕線。
3.3.1滿量(liang)程内10%流量(liang)點不确定(dìng)度估算
　　用(yong)1台差壓變(bian)送器測量(liang)時，在滿量(liàng)程内10%流量(liàng)點，參照上(shang)🌂述計算方(fang)法計算可(ke)得到：

3.3.2滿量(liang)程内3%流量(liàng)點不确定(ding)度估算
　　在(zài)滿量程内(nei)3%流量點，參(can)照上述計(jì)算方法計(jì)算可得🏃‍♀️到(dào)：

3.3.3不确定度(du)曲線
　　單量(liang)程差壓流(liu)量計的系(xì)統不确定(ding)度随流量(liàng)變化的關(guān)系曲🍓線如(rú)圖4所示。

4結束(shù)語
1）20世紀80年(nian)代，标準差(chà)壓流量計(ji)的差壓裝(zhuāng)置C是作爲(wèi)常數來處(chù)理。由⭐于實(shí)際的C是受(shòu)雷諾數影(ying)響的，所以(yǐ)會帶來較(jiào)大誤差，在(zài)常用流量(liang)點，流量系(xi)統不确定(ding)度也隻能(néng)達到2%，而且(qie)可使用的(de)流量測量(liàng)範圍也隻(zhī)能達到3:1。
2）GB/T2624—1993标(biao)準發布後(hòu)，引入了ReD影(yǐng)響校正和(he)ε校正，從而(ér)使标準⭐差(chà)壓裝💃🏻置不(bú)受量程比(bi)約束。
3）差壓(yā)測量儀表(biǎo)的進步，爲(wèi)提高系統(tǒng)不确定度(dù)創造♊了條(tiáo)件😄。采用0.04%精(jing)确度等級(jí)的差壓變(biàn)送器與标(biao)準孔闆組(zǔ)成的一體(tǐ)化标準孔(kǒng)闆流量計(jì)，用來測量(liàng)氣體和蒸(zhēng)汽流量時(shí)，不經實流(liú)标定，系統(tong)不🐉确定度(du)就能達到(dao)1.0%，對應💰的流(liu)量量程比(bǐ)爲10:1；而如果(guo)增設1台低(di)量程🧑🏽‍🤝‍🧑🏻差壓(yā)變送器，則(zé)量程比可(kě)擴大到30:1。
4）不(bú)确定度曲(qu)線能将流(liú)量系統不(bú)确定度與(yu)量程比的(de)關🚩系表達(da)得更直觀(guan)、清晰。技術(shu)的進步，甩(shuai)掉了标準(zhǔn)孔闆流量(liang)計“誤差大(dà)”、“量程窄”的(de)帽子，從而(ér)以新的面(mian)貌赢得市(shì)場認可。

以(yi)上内容來(lai)源于網絡(luo)，如有侵權(quán)請聯系即(jí)删除!