淮安金鼎自動(dòng)化儀表有限公司 ：姚佳明
差壓式流量計(jì)（以下簡(jiǎn)稱DPF或流量計(jì)）是根據(jù)安裝于管道中流量檢測(cè)件產(chǎn)生的差壓、已知的流體條件和檢測(cè)件與管道的幾何尺寸來(lái)測(cè)量流量的儀表。DPF由一次裝置（檢測(cè)件）和二次裝置（差壓轉(zhuǎn)換和流量顯示儀表）組成。通常以檢測(cè)件的型式對(duì)DPF分類，如孔扳流量計(jì)、文丘里管流量計(jì)及均速管流量計(jì)等。二次裝置為各種機(jī)械、電子、機(jī)電一體式差壓計(jì)，差壓變送器和流量顯示及計(jì)算儀表，它已發(fā)展為三化（系列化、通用化及標(biāo)準(zhǔn)化）程度很高的種類規(guī)格龐雜的一大類儀表[1]。
1工作原理
充滿管道的流體，當(dāng)它流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流件時(shí)，流速將在節(jié)流件處形成局部收縮，因而流速增加，靜壓力降低，于是在節(jié)流件前后便產(chǎn)生了壓差。流體流量愈大，產(chǎn)生的壓差愈大，這樣可依據(jù)壓差來(lái)衡量流量的大小[2]。流量方程為
式中：qm為質(zhì)量流量，kg/s；
qV為體積流量，m3/s；
C為流出系數(shù)；
ε為可膨脹性系數(shù)；
d為工作條件下節(jié)流件的孔徑，m；
β為直徑比，β=d/D，D為工作條件下上游管道內(nèi)徑，m；
Δp為差壓，Pa；
ρ1為上游流體密度，kg/m3。
2提高差壓式流量計(jì)精度的方法
2.1節(jié)流開(kāi)孔直徑和管徑的直徑校正
節(jié)流裝置在加工制造過(guò)程中總是存在一些偏差，其中與流量測(cè)量度密切相關(guān)的有節(jié)流件開(kāi)孔直徑d和靠近節(jié)流裝置的直管段內(nèi)徑D。
當(dāng)d和D實(shí)際尺寸偏離設(shè)計(jì)尺寸后，造成的后果就是流量測(cè)量系統(tǒng)的滿度值產(chǎn)生了變化。如果將d和D的實(shí)際值測(cè)量出來(lái)，然后代入公式計(jì)算出與此實(shí)際值相對(duì)應(yīng)的流量滿度值，然后用新的滿度值代替原設(shè)計(jì)值，置入流量顯示儀表或DCS等，則系統(tǒng)運(yùn)行后尺寸誤差對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的影響就得到了*的校正。
2.2配套儀表的配校及誤差校正
一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)往往由相互獨(dú)立的幾臺(tái)儀表組成，各臺(tái)儀表有各自的技術(shù)指標(biāo)和度等級(jí)，而系統(tǒng)度則由各臺(tái)相關(guān)聯(lián)的儀表的度按一定的規(guī)律合成。各臺(tái)儀表一般具有互換性，目前大多數(shù)儀表測(cè)量系統(tǒng)都是這樣組成和運(yùn)作的。
人們?yōu)榱颂岣呦到y(tǒng)度，采用了另一種系統(tǒng)合成的方法，即配套校驗(yàn)后配套使用。所謂配套校驗(yàn)就是將配套使用的若干臺(tái)相互獨(dú)立的合格儀表組合起來(lái)，各臺(tái)儀表被看作是一臺(tái)儀表中的一個(gè)部分，配校中出現(xiàn)的誤差在其中個(gè)別儀表的可調(diào)部分作微小調(diào)整，從而提高系統(tǒng)度。
配校的方法很早就已經(jīng)在測(cè)量技術(shù)中應(yīng)用，只是在計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)入儀表后，出現(xiàn)了更*的校正誤差的手段。利用這個(gè)手段可以使各校驗(yàn)點(diǎn)的誤差得到全面校正，從而使系統(tǒng)度大大提高。
2.3差壓式流量計(jì)的靜壓誤差及其校正
差壓變送器的差壓刻度通常是在負(fù)壓室通大氣的條件下校驗(yàn)的，安裝到現(xiàn)場(chǎng)通入實(shí)際使用靜壓校零時(shí)，往往發(fā)現(xiàn)零位輸出與負(fù)壓室通大氣校驗(yàn)時(shí)的零位輸出不一致。這種正、負(fù)壓室通入相同靜壓得到的零位輸出稱為靜壓誤差。
差壓變送器的靜壓誤差是由其正負(fù)壓室膜盒有效面積不相等引起的。在DDZ2Ⅲ型差壓變送器中，靜壓誤差可高達(dá)±0.5%FS。在智能型差壓變送器中，由于裝有靜壓傳感器，并且通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)出靜壓在規(guī)定的范圍內(nèi)變化時(shí)，零位輸出的偏離值，然后在表內(nèi)的單片機(jī)中將靜壓誤差予以校正。經(jīng)過(guò)靜壓誤差在線校正的差壓變送器，殘存的靜壓誤差一般可降低到±0.1%以下，從而使其性能得到顯著改善。
差壓變送器的靜壓誤差如果不作校正，將會(huì)給流量測(cè)量帶來(lái)誤差，尤其是在相對(duì)流量較小時(shí)，影響更可觀。例如有一臺(tái)DDZ-Ⅲ型差壓變送器同節(jié)流裝置一起組成差壓式流量計(jì)，在常用壓力條件下其靜壓誤差為0.5%FS，因未對(duì)此靜壓誤差作調(diào)整就投入運(yùn)行，則實(shí)際流量為零時(shí)，儀表的流量示值就可能達(dá)到7.1%FS，雖然小信號(hào)切除功能就將這一矛盾掩蓋掉，但是其影響客觀上是存在的，而且在全量程范圍內(nèi)±0.5%FS的差壓偏離總是在起作用。
差壓變送器在制造廠出廠前零位作為一個(gè)重要指標(biāo)檢驗(yàn)過(guò)，但是殘存的靜壓誤差在儀表投運(yùn)時(shí)還必須在使用現(xiàn)場(chǎng)通入實(shí)際靜壓的靜壓誤差再一次檢查校核。
有的差壓變送器帶有開(kāi)平方功能和小信號(hào)切除功能，在檢查靜壓誤差時(shí)應(yīng)將小信號(hào)切除功能暫時(shí)解除，以觀察真正的零位。
差壓變送器的輸出也可在流量顯示儀表或DCS中讀出，為了讀出真正的零位輸出，也需將小信號(hào)切除功能暫時(shí)解除。
將差壓變送器與流量顯示儀表配合起來(lái)檢查零位輸出，如果零位存在偏差，則可能的原因如下：①差壓變送器靜壓誤差。②差壓變送器安裝位置偏離正確位置引起零點(diǎn)偏移。③流量顯示儀表零點(diǎn)偏差。
這種偏差的代數(shù)和不會(huì)很大，zui終是通過(guò)差壓變送器的零點(diǎn)校準(zhǔn)予以消除。因此儀表投運(yùn)前這一檢查校準(zhǔn)環(huán)節(jié)是開(kāi)表投運(yùn)操作中的重要一環(huán)。
2.4節(jié)流裝置導(dǎo)壓管引向?qū)x表示值的影響
節(jié)流裝置導(dǎo)壓管的作用是將節(jié)流裝置所產(chǎn)生的差壓信號(hào)不失真地傳遞到差壓變送器，但從現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況來(lái)看，導(dǎo)壓管的配置這看似簡(jiǎn)單的事情還是存在很大問(wèn)題。
zui嚴(yán)重的問(wèn)題是安裝在垂直管路上的測(cè)量蒸汽流量的節(jié)流裝置，按照信號(hào)不失真?zhèn)鬟f的要求，導(dǎo)壓管的結(jié)構(gòu)應(yīng)如圖1所示。
GB/T262421993中規(guī)定的差壓式流量計(jì)工藝管道全為水平方向，但實(shí)際應(yīng)用中，垂直方向的管道無(wú)法避免，因此按照信號(hào)不失真?zhèn)鬟f的原理就有了如圖1所示的結(jié)構(gòu)。在該圖中，切斷閥采用直通閥（直通閘閥或球閥）后，只要冷凝器一端導(dǎo)壓管略高于節(jié)流裝置的一端，則從冷凝器溢出的冷凝液就可通暢地流回母管，兩只冷凝器中的液位可保持等高，管中蒸汽也可正常地向冷凝器的上部補(bǔ)充，從而實(shí)現(xiàn)正常的氣液交換。但是有不少儀表廠供應(yīng)的卻是如圖2所示的結(jié)構(gòu)，這種導(dǎo)壓管連接方式的優(yōu)點(diǎn)是外觀漂亮，但卻損害了它的基本功能。
2.5差壓式流量計(jì)重復(fù)開(kāi)方引入的誤差
差壓式流量計(jì)總是要有開(kāi)平方運(yùn)算這一環(huán)節(jié)，但若在差壓變送器開(kāi)了平方后，在流量二次表中再開(kāi)一次平方，就會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的誤差[3]。
重復(fù)開(kāi)放的錯(cuò)誤一般發(fā)生在差壓變送器帶來(lái)開(kāi)方功能的系統(tǒng)中，是由于疏忽引起的，一般是在物料平衡計(jì)算中出現(xiàn)嚴(yán)重問(wèn)題而懷疑流量示值大幅度偏高時(shí)才進(jìn)行檢查，并zui后得到糾正。
避免重復(fù)開(kāi)方錯(cuò)誤的有效方法如下。
?。?）更新認(rèn)識(shí)。許多老的儀表人員對(duì)差壓變送器功能的認(rèn)識(shí)習(xí)慣性停留在“差壓變送”上面，意即僅為差壓測(cè)量而已，故習(xí)慣性將二次表設(shè)置為開(kāi)平方特性。
?。?）加強(qiáng)基礎(chǔ)資料管理。基礎(chǔ)資料不僅包括二次表校驗(yàn)單，還應(yīng)包括二次表的組態(tài)數(shù)據(jù)記錄單，變送器校驗(yàn)單。
?。?）組態(tài)時(shí)強(qiáng)調(diào)按數(shù)據(jù)記錄單操作，避免即興操作。并在組態(tài)完畢與記錄單校對(duì)無(wú)誤后加上密碼，防止隨意改動(dòng)。
2.6差壓信號(hào)傳送失真及引入的誤差
在差壓式流量計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中，對(duì)導(dǎo)壓管的敷設(shè)和儀表的安裝一般只簡(jiǎn)單地提到一句，即差壓信號(hào)不應(yīng)有傳送失真。實(shí)際上要真正做到差壓信號(hào)的不失真?zhèn)魉褪欠浅２蝗菀椎摹Ｓ惺聦?shí)為證：在裝置剛剛停車，或有條件將裝有差壓式流量計(jì)一次裝置的管道上閥門關(guān)閉時(shí)，并且確認(rèn)流過(guò)流量計(jì)的流量已降到零，從具體流量計(jì)讀數(shù)來(lái)看，真正示值零的并不多。其中零點(diǎn)漂移的主要原因多半為差壓傳送過(guò)程中的失真。
差壓信號(hào)的傳送失真使得差壓變送器上接收倒的差壓信號(hào)與節(jié)流裝置所產(chǎn)生的差壓信號(hào)不相等，從而引起附加誤差。
差壓信號(hào)傳送失真包括穩(wěn)態(tài)值失真和動(dòng)態(tài)失真。在穩(wěn)定流條件下只存在穩(wěn)態(tài)值失真，在脈動(dòng)流條件下，既可能存在穩(wěn)態(tài)值失真又會(huì)有動(dòng)態(tài)失真。影響差壓信號(hào)傳送失真的因素主要有以下幾個(gè)方面：
（1）導(dǎo)壓管引向不合理和切斷閥設(shè)置不當(dāng)引起的誤差。差壓式蒸汽流量計(jì)中導(dǎo)壓管引向不合理和切斷閥設(shè)置不當(dāng)引入的誤差已在前面論述。
?。?）冷凝器高度不相等引起的誤差。正負(fù)壓管上兩只冷凝器結(jié)構(gòu)應(yīng)對(duì)稱，安裝高度應(yīng)相等，從而有可能使得兩只冷凝器內(nèi)液位高度相等，因?yàn)橐何桓叨认嗖?mm就會(huì)引入10Pa的差壓失真。
?。?）隔離液液位高度不相等引起的誤差。
（4）引壓管線引起的傳送失真保證導(dǎo)壓管線合理的坡度是為了使管內(nèi)可能出現(xiàn)的氣泡較快地升到氣體收集器內(nèi)或母管內(nèi)，使管內(nèi)可能出現(xiàn)的凝液較快地下沉到沉降器、排污閥或母管內(nèi)。
（5）三閥組可能引入的傳送失真。三閥組的通徑很小，在測(cè)量干燥氣體、蒸汽和液體時(shí)，一般不會(huì)有大問(wèn)題，但在測(cè)量有可能析出凝液的低壓氣體時(shí)，往往會(huì)因一滴冷凝液堵在水平放置的三閥組流路中，引起很大誤差。解決此問(wèn)題的簡(jiǎn)單方法是改變差壓變送器的安裝方向，將三閥組的流路從水平改為垂直，并將差壓變送器安裝在高處。
3結(jié)論
根據(jù)差壓式流量計(jì)的工作特點(diǎn)和影響其精度的因素分析，要想準(zhǔn)確地獲得測(cè)量精度，就必須全面掌握流量測(cè)量的方式、測(cè)量介質(zhì)、測(cè)量裝置、流體工況等情況，充分考慮差壓式流量計(jì)的規(guī)格要求、安裝調(diào)試和檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用智能化技術(shù)對(duì)測(cè)量部分可能引入的誤差進(jìn)行補(bǔ)償和校正也是十分必要的，這在實(shí)際生產(chǎn)具有現(xiàn)實(shí)意義。
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