1概述(shù)
　　 差壓流量(liàng)計 是應用很廣(guǎng)泛的(de)一種流量(liàng)計，已經(jīng)實(shí)現了(le)孔闆流量(liàng)計、噴(pēn)嘴和(hé)文丘裏管(guǎn)的标準化，隻要按照(zhào)标準(zhǔn)設計(jì)、制造、檢驗、安裝(zhuāng)和使用(yòng)，不經實(shí)流标定就(jiù)能得(dé)到規(guī)定的精(jīng)度(dù)。
　　但該類(lèi) 流(liú)量計(jì) 有一個顯著的(de)弱點(diǎn)，即量程比(bǐ)不(bú)盡(jìn)人意。自從(cóng)20世紀(jì)80年代(dài)cpu進(jìn)入工業儀表之後(hòu)，情況有了(le)改觀，通過(guò)引入流出(chū)系(xì)數c非(fēi)線(xiàn)性的校正(zhèng)技術及膨(péng)脹性系數ε的自(zì)動校(xiào)正(zhèng)技術，再(zài)加上差壓(yā)測量精度從20世紀70年(nián)代的±1.5%提高(gāo)到(dào)現(xiàn)在的(de)±0.04%，使差壓式(shì)流量測(cè)量(liàng)的系統不(bú)确定度有(yǒu)了顯著提(tí)高，同(tóng)時量程比也得(dé)到顯(xiǎn)著(zhe)的拓展，從早先(xiān)的3:1，擴大(dà)到10:1［1－3］。
　　推(tuī)出(chū)雙量程差(chà)壓流量計,即(jí)增設一太(tài)低量程 差壓變送器 以及用hart通信的方法傳送差壓(yā)信号，可(kě)将量程(chéng)比擴(kuò)大到(dào)30:1［4－6］，測(cè)量(liàng)精度(dù)和量(liàng)程比的關(guān)系問題進(jìn)行分(fèn)析(xī)，然(rán)後提(tí)出提高測量精(jīng)度和(hé)擴大量程(chéng)比的實用方法(fǎ)。
2 3:1量程比(bǐ)的(de)原因分析
　　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(zhuāng)在圓形截面(miàn)管道中的差壓(yā)裝置(zhì)測(cè)量滿管流體流量》兩個(gè)标準中(zhōng)，并未對标準中所涉及(jí)的幾種差(chà)壓裝置能達到的量(liàng)程比(bǐ)做出規定(dìng)，隻對(duì)能達(dá)到的(de)不(bú)确(què)定度(dù)做出了規定，例如大(dà)家所熟悉的标準孔闆，隻要滿(mǎn)足50ｍｍ≤d≤1000ｍｍ，d≥12.5ｍｍ，0.2≤β≤0.6，red≥5000的使用(yòng)條件，就能(néng)得到0.5%的不(bú)确定度(dù)［7－8］。其中(zhōng)，d爲管道(dào)内(nèi)徑(jìng)，d爲孔(kǒng)闆開孔直徑，β爲直徑比(bǐ)，red爲與d有(yǒu)關的雷(léi)諾數。
　　所(suǒ)謂流量量程比(bǐ)就是保(bǎo)證(zhèng)精确(què)度的(de)最(zuì)大流量(liàng)ｑmax與最小流量ｑmin之(zhī)比［9］。在常用壓力(lì)和溫(wēn)度條件(jiàn)下，雷諾(nuò)數與(yǔ)流量(liàng)成正比關系。所(suǒ)以，如果ｑmax與ｑmin之比(bǐ)爲(wèi)10，就意(yì)味着redmax與(yǔ)redmin之比(bǐ)爲10。而在上述标準中(zhōng)，redmax與redmin之比差10倍、100倍甚至(zhì)更大(dà)的(de)倍(bèi)數，标(biāo)準中規定的c＝ｆ（β，red）的(de)模型都能(néng)達到(dào)規定的不确定(dìng)度。
　　所以能夠做到這(zhè)一(yī)點是因(yīn)爲從gb/t2624—1993版開始，就(jiù)已經(jīng)不(bú)再将(jiāng)流(liú)出系數(shù)c當常數來處理，而(ér)是當(dāng)變量(liàng)來處理。在該标準中(zhōng)給出(chū)了c＝ｆ（β，red）的關(guān)系式，到(dào)了gb/t2624—2006，在(zài)總結(jié)了十(shí)多年(nián)的(de)最新研究成(chéng)果之(zhī)後，對(duì)該模型作(zuò)了進(jìn)一步(bù)完善，給出(chū)了精(jīng)确(què)度(dù)更高(gāo)的關系(xì)式，如标(biāo)準孔(kǒng)闆（角接取壓）的關(guān)系式如(rú)下：

　　将式（1）用(yòng)圖(tú)形(xíng)來表示，如圖1所(suǒ)示。從圖1可看出，當red較(jiào)大(dà)時，c近似(sì)成水(shuǐ)平線，即c爲(wèi)常數(shù)；但随着(zhe)red的(de)減小，c逐(zhú)漸(jiàn)增大(dà)。若将(jiāng)β和(hé)red代入式(shì)（1）計算出(chū)c，可基本(běn)消除red對c的影響(xiǎng)，保證(zhèng)了0.5%的(de)不确(què)定度(dù)。
　　通常情況(kuàng)下差壓裝置制造廠(chǎng)提供的設(shè)計計算書(shū)中都(dōu)規定(dìng)了(le)3:1的量程比，原因是(shì)制造廠無法确定用(yòng)戶将(jiāng)差壓(yā)裝置(zhì)買回(huí)去是否進(jìn)行c的非線性補償，而且制造廠無法進行(háng)c的非(fēi)線性(xìng)補償。而在(zài)該計(jì)算書中，需(xū)要提(tí)供産品的(de)不确定(dìng)度，如果(guǒ)最小(xiǎo)流(liú)量太小(xiǎo)，将會(huì)導(dǎo)緻不确(què)定度(dù)嚴重惡化(huà)。
　　孔闆制(zhì)造廠(chǎng)解(jiě)決該(gāi)問題的方(fāng)法之一是縮小量程(chéng)比，傳(chuán)統方(fāng)法是将量(liàng)程比(bǐ)定爲3:1，這時提供(gòng)給用戶的c是常用流量對應的(de)c。按照(zhào)國家相關(guān)标準(zhǔn)的規(guī)定，這(zhè)一點的不确(què)定(dìng)度是比較(jiào)小的(de)，而偏離常用流量之(zhī)後，例如在(zài)30%ｑmax點(diǎn)或100%ｑmax點，不确定(dìng)度将顯著增(zēng)大(dà)。

　　該(gāi)方法使(shǐ)用了幾(jǐ)十年［10］，而(ér)且在gb2624—1981中(zhōng)用标(biāo)準的(de)形式(shì)固定下來。用标(biāo)準圖(tú)形來表示(shì)标準孔闆β與red的(de)關系(xì)，這是(shì)節流(liú)裝置設(shè)計計算中必(bì)用的工具(jù)。在該标準(zhǔn)中，不使用c而采用流(liú)量系數ａ。ａ也(yě)不是按照(zhào)公式(shì)計算(suàn)出來的(de)，而是查(chá)圖得到(dào)的(de)。ａ與β2和(hé)管(guǎn)徑d的關系如(rú)圖2所示［11］。由(yóu)圖2可(kě)知，ａ不(bú)僅與β有關(guān)，而且(qiě)與d有關，這(zhè)反映(yìng)了(le)管(guǎn)道内(nèi)壁絕(jué)對粗糙度(dù)相同的前後(hòu)直(zhí)管段(duàn)，由(yóu)于(yú)管道(dào)内徑不(bú)同，其速度分(fèn)布也不同(tóng)，所(suǒ)以β雖相同，而(ér)流量(liàng)系數卻不(bú)同。圖2中還反映(yìng)出一個(gè)問題，即(jí)流量系數與雷諾(nuò)數(shù)沒有關系(xì)。即在實(shí)際雷諾(nuò)數大(dà)于界限雷(léi)諾數之後，c＝ｆ（β，red）曲線已經(jīng)接近水平(píng)，所(suǒ)以忽略了red的影響(xiǎng)。

　　目(mù)前，随着(zhe)儀表(biǎo)技(jì)術的飛(fēi)速發展，實時計(jì)算c已變得簡單(dān)，c的非(fēi)線性(xìng)在線(xiàn)補償較(jiào)容(róng)易實(shí)現。因(yīn)此，對于差(chà)壓(yā)裝置制(zhì)造廠(chǎng)來說，量程比(bǐ)不(bú)再受孔闆(pǎn)的約束。
3差壓流(liú)量計的開(kāi)發
　　差壓流量計開發的目(mù)标有兩個(gè)：提高系統精度；保證準确率(lǜ)所對應的量(liàng)程比擴大。
3.1雙量(liàng)程差壓流(liú)量計
　　雙(shuāng)量程孔(kǒng)闆流量計(jì) 不确(què)定度達(dá)到1.5%且量程比達到30:1的實(shí)現方法。其中，所(suǒ)用的差壓變送(sòng)器的精度等級(jí)ξ爲0.065%，而(ér)目(mù)前差壓(yā)變送器精度等(děng)級已經提高到0.04%，将該值代入差(chà)壓測(cè)量不确定(dìng)度計算公式［6］：

式(shì)中：Δｐmax———差(chà)壓上限，kpa；Δｐ———常(cháng)用流量對應的(de)差壓，kpa。
　　由(yóu)式（2）可知，δΔｐ/Δｐ減小到原(yuán)來的(de)61.5%，将該值(zhí)代(dài)入式(shì)（3）就可(kě)計算流量(liàng)不(bú)确定度(dù)，從而使系統(tǒng)不确定(dìng)度顯著減(jiǎn)小：

　　式(shì)中：δｑｍ/ｑｍ———流(liú)量測量不(bú)确定度；δc/c———流出系數(shù)不(bú)确(què)定度；δε/ε———可(kě)膨脹性(xìng)系數(shù)不(bú)确定度；δd/d———管道内(nèi)徑不(bú)确定(dìng)度；δd/d———孔闆開(kāi)孔直徑不(bú)确定(dìng)度；δΔｐ/Δｐ———差(chà)壓測(cè)量不确(què)定度；δρ1/ρ1———孔(kǒng)闆正端取(qǔ)壓口(kǒu)處流(liú)體(tǐ)密度不(bú)确定(dìng)度。
　　在利用式（3）對(duì)流量(liàng)不确(què)定度(dù)進行估算(suàn)時，δd/d和δd/d一般可以忽略(luè)，δρ1/ρ1作用(yòng)也很(hěn)小［6］，其餘3個因子(zǐ)起關鍵作(zuò)用。其(qí)中δc/c對于标準孔(kǒng)闆來說，常取值爲0.5%，按(àn)照gb/t2624—2006，δε/ε用下式(shì)計算：

式中(zhōng)：ｐ1———節流(liú)件正端取壓口(kǒu)處常用壓(yā)力，kpa；κ———等(děng)熵指(zhǐ)數。
　　因此，求得δΔｐ/Δｐ和δε/ε後(hòu)，就可計算δｑｍ/ｑｍ。
　　下(xià)面是各特(tè)征點關鍵因子δΔｐ/Δｐ，δε/ε的計(jì)算結(jié)果并(bìng)将其代(dài)入(rù)流量(liàng)不确定度δｑｍ/ｑｍ計算(suàn)公式，然後(hòu)得到(dào)的系(xì)統不确定(dìng)值，其中差壓裝置流(liú)出(chū)系(xì)統不确定度(dù)仍保持(chí)0.5%。

3.2雙量(liàng)程(chéng)孔闆流(liú)量計不确定度曲線的繪制
　　将(jiāng)上述各特(tè)征點(diǎn)不确(què)定度(dù)計算(suàn)結果，繪制成不(bú)确定度曲線，如(rú)圖3所示。

3.3單量(liàng)程孔闆流(liú)量計不确(què)定度(dù)的估算及曲線(xiàn)
　　上面計算(suàn)的是(shì)雙量程孔闆流量計，如(rú)果(guǒ)不設(shè)低量(liàng)程差壓變(biàn)送器(qì)，則在滿量(liàng)程的3%～17.32%，不确(què)定度(dù)就要(yào)大(dà)幅(fú)增大，這時(shí)隻要(yào)将滿(mǎn)量程内10%和(hé)3%流量(liàng)點的(de)δｑｍ/ｑｍ計算出來，就可繪制不确(què)定度(dù)曲線。
3.3.1滿量(liàng)程内10%流量點不确定(dìng)度(dù)估(gū)算
　　用(yòng)1台差壓變送器測量時(shí)，在(zài)滿量(liàng)程内10%流(liú)量(liàng)點，參照上述計(jì)算方(fāng)法計算可得到(dào)：

3.3.2滿量程内3%流量(liàng)點不确定(dìng)度估(gū)算
　　在(zài)滿量(liàng)程内3%流量(liàng)點，參(cān)照上述(shù)計(jì)算(suàn)方法計(jì)算可得到：

3.3.3不确(què)定度(dù)曲線
　　單量程差壓(yā)流量計(jì)的系統不确定度随(suí)流(liú)量(liàng)變化的關系曲線如(rú)圖4所示(shì)。

4結(jié)束語(yǔ)
1）20世紀80年(nián)代，标準差壓(yā)流(liú)量計的差(chà)壓裝(zhuāng)置c是作(zuò)爲常數(shù)來處(chù)理。由于實際的(de)c是受(shòu)雷諾(nuò)數影響的，所以(yǐ)會帶(dài)來較(jiào)大誤(wù)差，在(zài)常(cháng)用(yòng)流量(liàng)點，流量系統不(bú)确定(dìng)度也(yě)隻能(néng)達到2%，而且(qiě)可使(shǐ)用的(de)流(liú)量(liàng)測量(liàng)範圍(wéi)也(yě)隻(zhī)能達到3:1。
2）gb/t2624—1993标準發布後(hòu)，引入了red影響校(xiào)正和(hé)ε校正(zhèng)，從(cóng)而(ér)使标準(zhǔn)差(chà)壓裝(zhuāng)置不受量程比(bǐ)約束(shù)。
3）差(chà)壓(yā)測量儀表(biǎo)的(de)進步，爲(wèi)提高系(xì)統(tǒng)不确(què)定度創造(zào)了條件。采用0.04%精(jīng)确度等級(jí)的差壓變送器(qì)與标(biāo)準孔(kǒng)闆組(zǔ)成(chéng)的一(yī)體化标準(zhǔn)孔(kǒng)闆流量計(jì)，用(yòng)來(lái)測量(liàng)氣體和蒸汽流(liú)量時，不經實流(liú)标定，系統不(bú)确(què)定度就能達到(dào)1.0%，對應的流量量(liàng)程比(bǐ)爲10:1；而如果(guǒ)增設1台低(dī)量程(chéng)差壓變送器，則量程比可(kě)擴大(dà)到30:1。
4）不(bú)确(què)定度曲(qǔ)線能将流(liú)量系統不确定度與(yǔ)量程比(bǐ)的關(guān)系表達得(dé)更(gèng)直觀(guān)、清晰(xī)。技術的進步，甩(shuǎi)掉了标準(zhǔn)孔闆流量(liàng)計“誤(wù)差大(dà)”、“量程(chéng)窄”的(de)帽子(zǐ)，從而以新(xīn)的面(miàn)貌(mào)赢得市(shì)場認可。

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