1概述(shu)
　　 差壓流(liu)量計 是(shi)應用很(hen)廣泛的(de)一種流(liu)量計，已(yǐ)經實現(xiàn)了孔闆(pan)流量🔱計(ji)、噴嘴和(hé)☀️文丘裏(li)管的标(biāo)準化，隻(zhi)要按照(zhào)标準設(shè)計、制造(zào)、檢驗、安(an)裝和使(shǐ)用，不經(jīng)實流标(biāo)定就能(neng)得到規(gui)定的精(jing)度。
　　但該(gāi)類 流量(liàng)計 有一(yī)個顯著(zhe)的弱點(dian)，即量程(cheng)比不盡(jìn)人意。自(zì)從20世紀(jì)80年♉代CPU進(jin)🚶‍♀️入工業(ye)儀表之(zhi)後，情況(kuang)有了改(gai)觀，通過(guò)引入流(liu)出系數(shu)💚C非線性(xing)的校正(zhèng)技術及(jí)膨脹性(xing)系數ε的(de)自動校(xiào)正🐆技術(shu)，再加上(shàng)差壓測(ce)量精度(dù)從20世紀(jì)70年代的(de)±1.5%提高到(dào)現在的(de)±0.04%，使差壓(yā)式流量(liàng)測量的(de)系統不(bu)确定度(dù)有了顯(xiǎn)著提高(gao)，同時量(liang)程比也(ye)得到顯(xian)著的拓(tuò)展，從早(zǎo)先的3:1，擴(kuo)👈大到10:1［1－3］。
　　推(tui)出雙量(liàng)程差壓(yā)流量計(ji),即增設(shè)一太低(di)量程 差(chà)壓變送(song)器 以及(jí)用HART通信(xin)的方法(fa)傳送差(cha)壓信号(hào)，可将量(liàng)程比擴(kuo)大到30:1［4－6］，測(cè)量精度(dù)和量程(chéng)比的關(guan)系問題(ti)進行分(fen)析，然後(hòu)提出提(tí)高測量(liàng)精度和(hé)擴大量(liang)程比的(de)實用方(fang)法。
2 3:1量程(chéng)比的原(yuán)因分析(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GB/T2624—2006《用(yòng)安裝在(zai)圓形截(jié)面管道(dao)中的差(chà)壓裝置(zhì)測量滿(man)管流體(ti)流量》兩(liǎng)個标準(zhǔn)中，并未(wei)對标準(zhǔn)中所涉(she)及的幾(ji)種差壓(ya)裝置能(néng)達到的(de)量程比(bi)做出規(gui)定，隻對(duì)能達到(dao)的不确(què)🔞定度做(zuò)出了規(guī)🥵定，例如(rú)大家所(suo)熟悉的(de)标準孔(kǒng)💘闆，隻要(yao)滿足50ｍｍ≤D≤1000ｍｍ，D≥12.5ｍｍ，0.2≤β≤0.6，ReD≥5000的(de)使用條(tiao)件，就能(néng)‼️得到0.5%的(de)不⛹🏻‍♀️确定(dìng)度［7－8］。其中(zhōng)，D爲管道(dào)内徑💘，D爲(wèi)孔闆開(kai)孔直徑(jing)，β爲直徑(jìng)㊙️比，ReD爲與(yǔ)D有關😘的(de)雷諾數(shù)。
　　所謂流(liu)量量程(cheng)比就是(shi)保證精(jing)确度的(de)最大流(liu)量ｑmax與最(zui)小流量(liàng)ｑmin之比［9］。在(zai)常用壓(yā)力和溫(wen)度條件(jian)下，雷諾(nuò)數☂️與流(liu)量成正(zhèng)比📐關系(xi)。所以，如(rú)果ｑmax與ｑmin之(zhi)比爲10，就(jiù)意味着(zhe)ReDmax與ReDmin之比(bǐ)✌️爲10。而在(zài)上述标(biao)準中，ReDmax與(yǔ)ReDmin之比差(chà)10倍、100倍甚(shen)至更大(dà)的倍數(shù)🌈，标準中(zhong)規定的(de)C＝ｆ（β，ReD）的模型(xíng)都能達(dá)到規定(ding)的💞不确(què)定度。
　　所(suo)以能夠(gou)做到這(zhe)一點是(shi)因爲從(cong)GB/T2624—1993版開始(shǐ)，就已經(jīng)不再将(jiāng)流出系(xì)數C當常(cháng)數來處(chù)理，而是(shi)當變量(liang)來處理(lǐ)。在該标(biao)準中給(gěi)出了C＝ｆ（β，ReD）的(de)關系式(shi)，到了GB/T2624—2006，在(zai)總結了(le)十多☂️年(nian)的最🌂新(xin)研究💰成(chéng)果之後(hou)，對該模(mo)型作🙇‍♀️了(le)進一步(bu)完⚽善，給(gěi)出了精(jīng)确度更(geng)高的關(guan)系式，如(rú)标準孔(kong)闆（角接(jie)取壓）的(de)關系式(shì)如下：

　　将(jiang)式（1）用圖(tu)形來表(biao)示，如圖(tú)1所示。從(cong)圖1可看(kan)出，當ReD較(jiào)大時，C近(jin)似成🎯水(shui)🍓平線，即(jí)C爲常數(shù)；但随着(zhe)ReD的減小(xiao)，C逐漸增(zeng)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻大。若将(jiāng)β和ReD代入(rù)式（1）計算(suàn)出❗C，可基(ji)本消除(chú)ReD對C的影(yǐng)響，保證(zheng)了0.5%的不(bú)确定度(dù)。
　　通常情(qing)況下差(chà)壓裝置(zhi)制造廠(chang)提供的(de)設計計(ji)算書中(zhong)都🌈規定(dìng)🌐了3:1的量(liang)程比，原(yuan)因是制(zhi)造廠無(wú)法确定(ding)用戶将(jiang)差壓裝(zhuāng)置買回(huí)去是☔否(fǒu)進行C的(de)非線性(xìng)補償，而(er)且制造(zào)廠無法(fǎ)進行C的(de)♈非線性(xìng)補償。而(er)在該計(jì)算書中(zhōng)，需要提(ti)供産品(pin)的不确(què)定度，如(ru)果最小(xiǎo)流量太(tai)小🍉，将會(huì)導緻不(bú)确定度(du)嚴重惡(è)化。
　　孔闆(pan)制造廠(chang)解決該(gāi)問題的(de)方法之(zhi)一是縮(suō)小量程(cheng)比，傳統(tǒng)方法是(shi)将量程(chéng)比定爲(wèi)3:1，這時提(ti)供給用(yòng)戶的C是(shì)常用流(liú)量對應(ying)的㊙️C。按照(zhào)🐪國家相(xiàng)關标準(zhun)的規定(dìng)，這一點(diǎn)的不确(que)定度是(shi)比較小(xiao)的，而偏(pian)離常用(yong)流量之(zhi)🐉後，例如(ru)在30%ｑmax點或(huo)100%ｑmax點，不确(que)定度将(jiang)顯著增(zēng)大。

　　該方法(fa)使用了(le)幾十年(nian)［10］，而且在(zài)GB2624—1981中用标(biāo)準的形(xing)式固定(ding)下來。用(yòng)标準圖(tu)形來表(biǎo)示标準(zhǔn)孔闆β與(yu)ReD的關系(xì)，這是節(jie)流裝🚶置(zhì)設計計(ji)算中必(bi)用的工(gōng)具。在該(gāi)标準中(zhōng)，不使用(yong)💞C而采用(yong)流量系(xì)數ａ。ａ也不(bú)是按照(zhao)🌐公式計(ji)算出✨來(lai)的，而是(shì)查圖得(de)到的。ａ與(yu)β2和管徑(jing)D的關系(xi)如圖2所(suo)示🐆［11］。由圖(tu)2可知，ａ不(bu)🐕僅與β有(you)關，而且(qie)與D有關(guān)，這反映(ying)了管道(dao)🌈内壁絕(jue)對粗✏️糙(cāo)度相同(tóng)的前後(hòu)直管段(duan)，由于管(guǎn)🌈道内徑(jìng)不同，其(qi)速度分(fen)布也不(bú)🔞同，所以(yi)β雖相同(tóng)，而流量(liàng)系數卻(què)不同。圖(tu)2中還反(fan)㊙️映出一(yī)個問題(ti)，即流量(liang)系數與(yǔ)雷諾數(shu)沒有關(guān)系。即在(zai)實際雷(léi)諾數大(dà)于界限(xian)雷諾數(shu)之後，C＝ｆ（β，ReD）曲(qǔ)線已經(jīng)接近水(shui)平，所以(yǐ)忽略了(le)ReD的影響(xiǎng)。

　　目前，随(suí)着儀表(biao)技術的(de)飛速發(fā)展，實時(shi)計算C已(yǐ)變得簡(jian)單，C的非(fēi)線性在(zai)線補償(chang)較容易(yì)實現。因(yin)此，對于(yu)差壓裝(zhuang)置制造(zào)廠來說(shuo)，量程比(bi)不再受(shou)孔闆的(de)約束。
3差(cha)壓流量(liang)計的開(kai)發
　　差壓(yā)流量計(jì)開發的(de)目标有(you)兩個：提(ti)高系統(tong)精度；保(bao)🤩證準确(que)率所對(duì)應的量(liàng)程比擴(kuò)大。
3.1雙量(liang)程差壓(yā)流量計(ji)
　　雙量程(chéng)孔闆流(liú)量計 不(bú)确定度(dù)達到1.5%且(qie)量程比(bǐ)達到30:1的(de)實現方(fang)法。其中(zhong)，所用🙇🏻的(de)差壓變(biàn)送器的(de)精度等(deng)級ξ爲0.065%，而(ér)目前差(chà)壓變送(song)器精度(dù)等級已(yi)經提高(gao)到0.04%，将該(gai)值代入(ru)差壓測(ce)量不☔确(què)定度計(jì)算公🧑🏽‍🤝‍🧑🏻式(shi)［6］：

式中：Δｐmax———差(chà)壓上限(xiàn)，Kpa；Δｐ———常用流(liu)量對應(yīng)的差壓(ya)，Kpa。
　　由式（2）可(ke)知，δΔｐ/Δｐ減小(xiao)到原來(lái)的61.5%，将該(gai)值代入(rù)式（3）就可(kě)計算流(liú)量不确(què)定度，從(cong)而使系(xi)統不确(que)定度顯(xian)著減小(xiao)：

　　式中：δｑｍ/ｑｍ———流(liú)量測量(liàng)不确定(dìng)度；δC/C———流出(chu)系數不(bu)确定度(dù)；δε/ε———可膨脹(zhàng)性系✏️數(shù)不确定(ding)度；δD/D———管道(dao)内徑不(bú)确定度(du)；δD/D———孔闆開(kāi)孔🌈直徑(jìng)🔞不确定(dìng)度；δΔｐ/Δｐ———差壓(yā)測量不(bú)确定度(dù)；δρ1/ρ1———孔闆正(zhèng)端取壓(yā)口處流(liú)🙇‍♀️體密度(du)不确定(ding)度。
　　在利(lì)用式（3）對(dui)流量不(bu)确定度(dù)進行估(gu)算時，δD/D和(hé)δD/D一般可(ke)以忽略(luè)🌈，δρ1/ρ1作用也(ye)很小［6］，其(qí)餘3個因(yin)子起關(guān)鍵作用(yong)。其中δC/C對(dui)于㊙️标準(zhǔn)孔闆來(lái)說🐪，常取(qǔ)值爲0.5%，按(an)照GB/T2624—2006，δε/ε用下(xia)式計算(suan)：

式中：ｐ1———節(jiē)流件正(zheng)端取壓(yā)口處常(cháng)用壓力(lì)，Kpa；κ———等熵指(zhǐ)數。
　　因此(ci)，求得δΔｐ/Δｐ和(hé)δε/ε後，就可(ke)計算δｑｍ/ｑｍ。
　　下(xia)面是各(ge)特征點(diǎn)關鍵因(yīn)子δΔｐ/Δｐ，δε/ε的計(jì)算結果(guǒ)并将其(qi)代入流(liu)量不🌈确(que)定度δｑｍ/ｑｍ計(jì)算公式(shi)，然後得(de)到的系(xì)統不确(que)定值，其(qi)中差壓(ya)裝置☔流(liu)出❄️系統(tǒng)不确定(ding)度仍保(bǎo)持0.5%。

3.2雙量(liàng)程孔闆(pǎn)流量計(jì)不确定(ding)度曲線(xian)的繪制(zhì)
　　将上述(shu)各特征(zheng)點不确(què)定度計(jì)算結果(guǒ)，繪制成(cheng)不确定(ding)度曲線(xian)，如圖3所(suǒ)示。

3.3單量(liang)程孔闆(pan)流量計(ji)不确定(dìng)度的估(gu)算及曲(qu)線
　　上面(miàn)計算的(de)是雙量(liang)程孔闆(pǎn)流量計(jì)，如果不(bú)設低量(liàng)💔程㊙️差壓(yā)變送器(qi)，則在滿(man)量程的(de)3%～17.32%，不确定(dìng)度就要(yao)大幅增(zēng)大，這時(shí)隻要将(jiang)滿量程(cheng)🌐内10%和3%流(liu)量點的(de)δｑｍ/ｑｍ計算出(chū)來，就可(kě)繪制不(bu)确💋定度(du)曲⭐線。
3.3.1滿(mǎn)量程内(nei)10%流量點(dian)不确定(dìng)度估算(suan)
　　用1台差(chà)壓變送(song)器測量(liàng)時，在滿(mǎn)量程内(nèi)10%流量點(dian)，參照🤟上(shang)述🔅計算(suàn)方法計(jì)算可得(dé)到：

3.3.2滿量(liàng)程内3%流(liú)量點不(bú)确定度(du)估算
　　在(zai)滿量程(chéng)内3%流量(liàng)點，參照(zhao)上述計(ji)算方法(fa)計算可(kě)得到：

3.3.3不(bú)确定度(du)曲線
　　單(dān)量程差(chà)壓流量(liang)計的系(xi)統不确(què)定度随(suí)流量變(bian)化💔的關(guān)系曲線(xian)♉如圖4所(suo)示。

4結束(shù)語
1）20世紀(ji)80年代，标(biao)準差壓(yā)流量計(ji)的差壓(ya)裝置C是(shì)作爲常(cháng)數來⁉️處(chù)理🧑🏽‍🤝‍🧑🏻。由于(yu)實際的(de)C是受雷(lei)諾數影(ying)響的，所(suǒ)以會帶(dai)來💛較大(dà)誤差，在(zài)常用流(liú)量點，流(liú)量系統(tǒng)不确定(ding)度也隻(zhī)能達到(dao)2%，而且可(kě)使用的(de)流量測(ce)量範圍(wéi)也隻能(néng)達到3:1。
2）GB/T2624—1993标(biāo)準發布(bu)後，引入(ru)了ReD影響(xiang)校正和(he)ε校正，從(cóng)而使标(biao)準差壓(ya)裝置不(bú)受量程(chéng)比約束(shu)。
3）差壓測(ce)量儀表(biao)的進步(bu)，爲提高(gāo)系統不(bú)确定度(dù)創造了(le)💘條件。采(cǎi)用0.04%精确(què)度等級(ji)的差壓(yā)變送器(qì)與标準(zhǔn)孔🈲闆組(zu)成的一(yi)體化标(biāo)準孔闆(pan)流量計(ji)，用來測(cè)量氣體(ti)和蒸汽(qì)流量時(shí)，不經實(shí)流标定(dìng)，系統不(bú)确定度(du)就能㊙️達(da)到1.0%，對應(yīng)的流量(liàng)量程比(bǐ)爲10:1；而如(rú)果增設(she)1台低量(liàng)程📱差壓(yā)變送器(qi)🐉，則量程(chéng)比可擴(kuò)大到30:1。
4）不(bú)确定度(du)曲線能(néng)将流量(liang)系統不(bu)确定度(dù)與量程(cheng)比🈲的關(guan)🈲系表達(da)得更直(zhi)觀、清晰(xi)。技術的(de)進步，甩(shuai)掉了标(biao)準孔♌闆(pǎn)流👨‍❤️‍👨量計(jì)“誤差大(dà)”、“量程窄(zhai)”的帽子(zǐ)，從而以(yi)新的面(miàn)貌赢得(dé)市場認(rèn)可。

以上(shang)内容來(lái)源于網(wǎng)絡，如有(you)侵權請(qǐng)聯系即(ji)删除!