1概述(shu)
　　 差壓流量計 是(shi)應用很廣泛的(de)一種流量計，已(yǐ)經實現了孔闆(pan)流量計、噴嘴和(he)文丘裏管的标(biāo)準化，隻要按照(zhao)标準設計、制🏃🏻‍♂️造(zào)、檢驗、安裝和使(shi)用，不經實流标(biāo)定就能得到規(gui)定的精度。
　　但該(gai)類 流量計 有一(yī)個顯著的弱點(dian)，即量程比不盡(jin)人意。自從20世紀(jì)80年代CPU進入工業(ye)儀表之後，情況(kuang)有了改觀，通過(guò)引入流出系數(shù)C非線性的校正(zheng)♋技術及膨脹性(xing)系數ε的自動校(xiào)正技術，再💞加上(shang)差❓壓測量精度(du)從20世紀70年代的(de)㊙️±1.5%提高到現在的(de)±0.04%，使差壓式流量(liàng)測量的系統不(bú)确定度有了顯(xiǎn)著提高，同時量(liang)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻程比也得到顯(xiǎn)著的拓展⛹🏻‍♀️，從早(zao)先的3:1，擴大到10:1［1－3］。
　　推(tuī)出雙量程差壓(ya)流量計,即增設(shè)一太低量程 差(chà)壓變送器 以及(jí)用HART通信的方法(fa)傳送差壓信号(hao)，可将量程比擴(kuo)大🔴到🔴30:1［4－6］，測量精度(du)和量程比的關(guan)系問題進行分(fèn)析，然後提出提(ti)高測💛量精度和(hé)擴大量程比的(de)實用方法。
2 3:1量程(chéng)比的原因分析(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《用安裝在(zài)圓形截面管道(dào)中的差壓裝置(zhi)測量🌏滿管流體(ti)流🔅量》兩個标準(zhun)中，并未對标準(zhun)中所涉及✍️的幾(ji)種差壓裝置能(neng)達到✔️的量程比(bǐ)做出規定，隻對(dui)能達到的不确(què)定度做出了規(gui)㊙️定，例如🍓大家所(suo)熟悉的标準孔(kǒng)闆，隻要滿足50ｍｍ≤D≤1000ｍｍ，D≥12.5ｍｍ，0.2≤β≤0.6，ReD≥5000的(de)使用條件，就能(néng)得到0.5%的不🎯确定(dìng)度［7－8］。其中👨‍❤️‍👨，D爲管道(dào)内徑，D爲孔闆開(kai)孔⚽直徑，β爲直徑(jìng)比，ReD爲與D有關的(de)雷諾數。
　　所謂流(liú)量量程比就是(shi)保證精确度的(de)最大流量ｑmax與最(zui)小❌流量ｑmin之比［9］。在(zai)常用壓力和溫(wēn)度條件下，雷諾(nuò)數與流量成正(zhèng)比關系。所以，如(rú)果ｑmax與ｑmin之比爲10，就(jiu)意味着ReDmax與ReDmin之比(bi)爲10。而在上述标(biao)準中，ReDmax與ReDmin之比差(cha)10倍、100倍甚至更大(dà)的倍數，标準中(zhong)規✌️定的C＝ｆ（β，ReD）的模型(xíng)都能達到規定(dìng)的不确定度。
　　所(suǒ)以能夠做到這(zhe)一點是因爲從(cóng)GB/T2624—1993版開始，就已經(jīng)不再将流出系(xi)數C當常數來處(chu)理，而是當變量(liang)來處理。在該🈲标(biao)準中給出了🧑🏽‍🤝‍🧑🏻C＝ｆ（β，ReD）的(de)關系式，到了GB/T2624—2006，在(zài)總結了十多年(nián)的最🎯新研究成(cheng)果之後，對該模(mó)型作了進一步(bu)完善，給出了精(jing)确度更高的關(guān)系式，如标準孔(kǒng)闆（角接取壓）的(de)關系💘式如下：

　　将(jiang)式（1）用圖形來表(biao)示，如圖1所示。從(cong)圖1可看出，當ReD較(jiao)大時，C近♌似成水(shui)平線，即C爲常數(shù)；但随着ReD的減小(xiao)，C逐漸增大。若✂️将(jiang)β和ReD代入⭐式（1）計😍算(suan)出C，可基本消除(chu)ReD對C的影響，保證(zheng)了0.5%的不确定度(du)。
　　通常情況下差(chà)壓裝置制造廠(chang)提供的設計計(jì)算書中都規定(ding)㊙️了3:1的量程比，原(yuan)因是制造廠無(wu)法确定用戶将(jiāng)差壓裝置買回(huí)去是否進行C的(de)非線性補償，而(ér)且制造廠無法(fǎ)㊙️進行C的非線性(xìng)補償。而在該計(jì)算書中，需要提(ti)供産品的不确(què)定度，如果最小(xiao)流量太小🥵，将會(huì)導緻不确定度(du)嚴重惡化。
　　孔闆(pan)制造廠解決該(gāi)問題的方法之(zhī)一是縮小量程(cheng)比，傳統方💘法是(shi)将量程比定爲(wei)3:1，這時提供給用(yong)戶的🚶C是常用流(liú)量對☎️應的C。按照(zhào)國家相關标準(zhun)的規定，這一點(dian)的不确定度是(shì)比♻️較小的☎️，而偏(piān)離常用流量之(zhi)後，例如在30%ｑmax點或(huò)100%ｑmax點，不确定度将(jiāng)顯著增大。

　　該方法(fa)使用了幾十年(nián)［10］，而且在GB2624—1981中用标(biao)準的形式固定(ding)下來。用标準圖(tu)形來表示标準(zhun)孔闆β與ReD的關系(xi)，這是節流裝☎️置(zhi)設計計算中🐉必(bì)用的工具。在該(gāi)标準中，不使用(yòng)C而采用流量系(xì)數ａ。ａ也不是按照(zhao)公式計算出來(lai)的，而是查圖得(de)到的。ａ與β2和管徑(jìng)D的關系如圖2所(suǒ)示🙇‍♀️［11］。由圖2可知，ａ不(bu)😘僅與β有關，而且(qie)與D有關，這⛷️反映(ying)了管道内壁絕(jué)對粗糙度相同(tong)的前後☔直管段(duan)，由于管✏️道内徑(jing)不同，其速度分(fen)布也不同，所以(yǐ)β雖✍️相同，而流量(liang)系數卻不同。圖(tu)2中還反映出一(yi)個問題，即流量(liang)系數與雷諾數(shu)沒有關系。即在(zai)實際雷諾數大(dà)于界限雷諾🛀數(shu)之後，C＝ｆ（β，ReD）曲線已經(jīng)接近水平，所以(yi)忽略了🛀🏻ReD的影響(xiǎng)。

　　目前，随着儀表(biǎo)技術的飛速發(fa)展，實時計算C已(yǐ)變得簡單，C的非(fēi)線性在線補償(chang)較容易實現。因(yīn)此，對于差壓裝(zhuang)❤️置制造廠來說(shuo)，量程比不再受(shòu)孔闆的約束。
3差(cha)壓流量計的開(kai)發
　　差壓流量計(jì)開發的目标有(yǒu)兩個：提高系統(tong)精度；保證準确(què)率所對應的量(liang)程比擴大。
3.1雙量(liang)程差壓流量計(jì)
　　雙量程孔闆流(liú)量計 不确定度(du)達到1.5%且量程比(bǐ)達到30:1的實現方(fang)法。其中，所用的(de)差‼️壓📐變送器的(de)精度等級ξ爲0.065%，而(ér)目前差壓變送(song)器精度等級已(yi)經提高到0.04%，将該(gai)值代入差壓測(cè)量不确定度🤩計(jì)算公式［6］：

式中：Δｐmax———差(cha)壓上限，Kpa；Δｐ———常用流(liú)量對應的差壓(yā)，Kpa。
　　由式（2）可知，δΔｐ/Δｐ減小(xiǎo)到原來的61.5%，将該(gai)值代入式（3）就可(kě)計算流量不确(que)🏃🏻定度，從而使系(xì)統不确定度顯(xian)著減小：

　　式中：δｑｍ/ｑｍ———流(liu)量測量不确定(dìng)度；δC/C———流出系數不(bú)确定度；δε/ε———可膨脹(zhang)性系數不确定(ding)度；δD/D———管道内徑不(bu)确定度；δD/D———孔闆開(kāi)孔直徑不确定(dìng)度；δΔｐ/Δｐ———差壓🌈測量不(bu)确定度；δρ1/ρ1———孔闆正(zheng)端取壓口處流(liú)體密度不确定(dìng)度。
　　在利用式（3）對(dui)流量不确定度(dù)進行估算時，δD/D和(he)δD/D一般可以忽🈚略(luè)⭐，δρ1/ρ1作用🐇也很小［6］，其(qí)餘3個因子起關(guān)鍵作用。其中🚶‍♀️δC/C對(dui)于🏃‍♀️标準孔闆🈲來(lái)說，常取🛀值爲0.5%，按(an)照GB/T2624—2006，δε/ε用下式計算(suàn)：

式中：ｐ1———節流件正(zhèng)端取壓口處常(cháng)用壓力，Kpa；κ———等熵指(zhǐ)數。
　　因此，求得δΔｐ/Δｐ和(hé)δε/ε後，就可計算δｑｍ/ｑｍ。
　　下(xia)面是各特征點(dian)關鍵因子δΔｐ/Δｐ，δε/ε的計(ji)算結果并将其(qí)代入流量不确(què)定度δｑｍ/ｑｍ計算公式(shi)，然後得到的系(xì)統不确🚶定值，其(qí)中差壓裝置流(liú)出系統不确定(dìng)度仍保持0.5%。

3.2雙量(liàng)程孔闆流量計(ji)不确定度曲線(xian)的繪制
　　将上述(shù)各特征點不确(què)定度計算結果(guo)，繪制成不确定(dìng)度曲線，如圖3所(suǒ)示。

3.3單量(liàng)程孔闆流量計(ji)不确定度的估(gū)算及曲線
　　上面(mian)計算的是雙量(liang)程孔闆流量計(jì)，如果不設低量(liàng)㊙️程差♉壓🔞變送器(qì)，則在滿量程的(de)3%～17.32%，不确定度就要(yào)大幅增大，這時(shí)隻要将滿量程(cheng)内10%和3%流量點的(de)δｑｍ/ｑｍ計算出來，就可(ke)繪制不确定度(du)曲線。
3.3.1滿量程内(nei)10%流量點不确定(dìng)度估算
　　用1台差(cha)壓變送器測量(liàng)時，在滿量程内(nèi)10%流量點，參照上(shàng)述計👨‍❤️‍👨算♋方法計(jì)算可得到：

3.3.2滿量(liàng)程内3%流量點不(bú)确定度估算
　　在(zai)滿量程内3%流量(liàng)點，參照上述計(ji)算方法計算可(kě)得到：

3.3.3不确定度(du)曲線
　　單量程差(cha)壓流量計的系(xi)統不确定度随(suí)流量變化的關(guan)系曲線如圖4所(suǒ)示。

4結束(shu)語
1）20世紀80年代，标(biāo)準差壓流量計(ji)的差壓裝置C是(shi)作爲常數😍來處(chù)🈲理🌍。由于實際的(de)C是受雷諾數影(ying)響的，所以會帶(dai)來👉較大誤差🈲，在(zài)常用流☀️量點，流(liú)量系統不确定(dìng)度也隻能達到(dào)2%，而且可使用的(de)流量測量範圍(wéi)也隻能達到3:1。
2）GB/T2624—1993标(biao)準發布後，引入(rù)了ReD影響校正和(hé)ε校正，從而使标(biao)準差壓裝置不(bu)受量程比約束(shu)。
3）差壓測量儀表(biao)的進步，爲提高(gao)系統不确定度(du)創造了🧡條件。采(cai)用0.04%精确度等級(ji)的差壓變送器(qi)與标準孔闆組(zu)成的一體化标(biāo)準孔🍓闆流量計(jì)，用來測量氣體(tǐ)和蒸汽流量時(shi)，不經實🈲流标定(dìng)，系統不确定度(du)就能達到1.0%，對應(ying)的流量量程比(bǐ)爲10:1；而如果增設(she)1台低量程差壓(ya)變送器，則量程(cheng)比可擴大到30:1。
4）不(bú)确定度曲線能(néng)将流量系統不(bu)确定度與量程(cheng)比的關系表達(da)得更直觀、清晰(xi)。技術的進步，甩(shuǎi)掉了标準孔闆(pǎn)流量計“誤差大(dà)”、“量程窄”的帽子(zǐ)，從而以新的面(miàn)貌赢得市場認(ren)可。

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