標準孔板流量計采用3:1量程比的原因分析

　　在工業化迅速發展的大時代，缺少不了壓力變送器、流量計、液位計、密度計、差壓變送器等儀表把現場第一數據實時傳輸到工控系統上，為整個工業自動化系統充當控制、檢測等一系列的眼睛，接下來華恒儀表為您解讀工業現場最前沿的壓力變送器使用情況。

　　差壓流量計是應用很廣泛的一種流量計，已經實現了標準孔板流量計、噴嘴和文丘里管的標準化，只要按照標準設計、制造、檢驗、安裝和使用，不經實流標定就能得到規定的準確度。

　　但該類流量計有一個顯著的弱點，即量程比不盡人意。自從２０世紀８０年代ＣＰＵ進入工業儀表之后，情況有了改觀，通過引入流出系數Ｃ非線性的校正技術及膨脹性系數的自動校正技術，再加上差壓測量精確度從２０世紀７０年代的１．５％提高到現在的０．０４％，使差壓式流量測量的系統不確定度有了顯著提高，同時量程比也得到顯著的拓展，從早先的３∶１，擴大到１０∶１。

　　后來有的儀表公司推出了雙量程差壓流量計，即增設了１臺低量程差壓變送器以及用Ｈａｒｔ通信的方法傳送差壓信號，可將量程比擴大到３０∶１，筆者就測量精確度和量程比的關系問題進行分析，然后提出提高測量精確度和擴大量程比的實用方法。

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　　流量》兩個標準中，并未對標準中所涉及的幾種差壓裝置能達到的量程比做出規定，只對能達到的不確定度做出了規定，例如大家所熟悉的標準孔板流量計，只要滿足５０ｍｍ≤Ｄ≤１?。埃埃埃恚?，ｄ１２．５ｍｍ，０．２≤≤０．６，ＲｅＤ５?。埃埃暗氖褂脳l件，就能得到０．５％的不確定度。其中，Ｄ為管道內徑，ｄ為孔板流量計開孔直徑，為直徑比，ＲｅＤ為與Ｄ有關的雷諾數。

　　所謂流量量程比就是保證精確度的zui大流量ｑｍａｘ與zui小流量ｑｍｉｎ之比。在常用壓力和溫度條件下，雷諾數與流量成正比關系。所以，如果ｑｍａｘ與ｑｍｉｎ之比為１０，就意味著ＲｅＤｍａｘ與ＲｅＤｍｉｎ之比為１０。而在上述標準中，ＲｅＤｍａｘ與ＲｅＤｍｉｎ之比差１０倍、１００倍甚至更大的倍數，標準中規定的Ｃ＝ｆ（，ＲｅＤ）的模型都能達到規定的不確定度。

　　所以能夠做到這一點是因為從ＧＢ／Ｔ?。玻叮玻?amp;mdash;１９９３版開始，就已經不再將流出系數Ｃ當常數來處理，而是當變量來處理。在該標準中給出了Ｃ＝ｆ（，ＲｅＤ）的關系式，到了ＧＢ／Ｔ?。玻叮玻矗玻埃埃?，在總結了十多年的zui新研究成果之后，對該模型作了進一步完善，給出了精確度更高的關系式，如標準孔板流量計（角接取壓）的關系式如下：

　　標準孔板流量計（角接取壓）的關系式

　　將式（１）用圖形來表示，如圖１所示。從圖１可看出，當ＲｅＤ較大時，Ｃ近似成水平線，即Ｃ為常數；但隨著ＲｅＤ的減小，Ｃ逐漸增大。若將和ＲｅＤ代入式（１）計算出Ｃ，可基本消除ＲｅＤ對Ｃ的影響，保證了０．５％的不確定度。

　　典型標準孔板流出系數隨雷諾數 變化曲線（  ＝０． ６ ）通常情況下差壓裝置制造廠提供的設計計算書中都規定了３∶１的量程比，原因是制造廠無法確定用戶將差壓裝置買回去是否進行Ｃ的非線性補償，而且制造廠無法進行Ｃ的非線性補償。而在該計算書中，需要提供產品的不確定度，如果zui小流量太小，將會導致不確定度嚴重惡化。

　　孔板流量計制造廠解決該問題的方法之一是縮小量程比，傳統方法是將量程比定為３∶１，這時提供給用戶的Ｃ是常用流量對應的Ｃ。按照國家相關標準的規定，這一點的不確定度是比較小的，而偏離常用流量之后，例如在３０％ｑｍａｘ點或１００％ｑｍａｘ點，不確定度將顯著增大。

　　該方法使用了幾十年，而且在ＧＢ?。玻叮玻矗保梗福敝杏脴藴实男问焦潭ㄏ聛?。用標準圖形來表示標準孔板流量計與ＲｅＤ的關系，這是節流裝置設計計算中必用的工具。在該標準中，不使用Ｃ而采用流量系數ａ。ａ也不是按照公式計算出來的，而是查圖得到的。ａ與２和管徑Ｄ的關系如圖２所示［１１］。由圖２可知，ａ不僅與有關，而且與Ｄ有關，這反映了管道內壁絕對粗糙度相同的前后直管段，由于管道內徑不同，其速度分布也不同，所以雖相同，而流量系數卻不同。圖２中還反映出一個問題，即流量系數與雷諾數沒有關系。即在實際雷諾數大于界限雷諾數之后，Ｃ＝ｆ（，ＲｅＤ）曲線已經接近水平，所以忽略了ＲｅＤ的影響。

　　流量系數 ａ 與  ２ 的關系

　　目前，隨著儀表技術的飛速發展，實時計算Ｃ已變得簡單，Ｃ的非線性在線補償較容易實現。因此，對于差壓裝置制造廠來說，量程比不再受孔板流量計的約束。

　　儀器儀表是工業化進程的基石，只有選用工業現場選用合適的儀表，才能夠事半功倍，自動化流程才能夠更加自動化。