隨著科技不斷進(jìn)步，產(chǎn)品不斷更新，熱工儀表也在不斷的更新?lián)Q代。其中節(jié)流裝置的種類更是多到讓用戶眼花繚亂，用戶不知從何處下手選擇節(jié)流裝置的類型。今天西安華恒儀表廠家為廣大用戶帶來了差壓變送器對差壓式流量計(jì)測量準(zhǔn)確度的影響分析的文章。
　　引言
　　流量是工業(yè)生產(chǎn)非常常見的參數(shù)之一，準(zhǔn)確測量流量不僅保障了生產(chǎn)環(huán)節(jié)的安全，也有利于更好地進(jìn)行系統(tǒng)控制與調(diào)節(jié)，提高效率與質(zhì)量 [1]。差壓式流量計(jì)作為使用歷史非常久的一種流量測量儀表，在各領(lǐng)域具有成熟與廣泛的應(yīng)用。而隨著工業(yè)發(fā)展的不斷深入，市場和政府對于包含差壓式流量計(jì)在內(nèi)的計(jì)量器具提出了基于產(chǎn)品需求和有序監(jiān)管的全新要求。差壓式流量計(jì)的檢測涉及到節(jié)流裝置、差壓裝置在內(nèi)的幾何量值、壓力量值等多參量的測量 [2]。本文從差壓式流量計(jì)的原理出發(fā)，分析了差壓變送器對差壓式流量計(jì)測量準(zhǔn)確度的影響，并討論了一種更為合理的差壓變送器校準(zhǔn)辦法。
　　差壓式流量計(jì)的組成與工作原理
　　差壓式流量計(jì)主要由節(jié)流裝置、差壓變送器和流量積算儀組成。常用的節(jié)流裝置主要分為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件、非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件與非節(jié)流式差壓件。其原理遵循伯努利方程和流動(dòng)連續(xù)性方程。在密閉管道中的單相流體經(jīng)過節(jié)流件時(shí)，由于管道內(nèi)的流通截面突然減小，流體的流速急速增大，因此流體的動(dòng)能相應(yīng)增加。此時(shí)流體的部分位能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，流體在節(jié)流件前后就會(huì)產(chǎn)生壓力差。使用差壓變送器對該壓力差進(jìn)行測量并由流量積算儀進(jìn)行函數(shù)運(yùn)算，便可得到流量測得值，如圖 1 所示 [3]。表達(dá)式為
　　式（1）中 ：qm質(zhì)量流量 ；C流出系數(shù) ；氣體可膨脹系數(shù) ；直徑比，=d/D ；d工作條件下節(jié)流件的孔徑 ；D工作條件下上游管道內(nèi)徑 ；△ p差壓 ；1上游流體密度。
　　差壓變送器對差壓式流量計(jì)測量準(zhǔn)確度的影響
　　根據(jù)式（1）可知，使用差壓式流量計(jì)開展測量對流量的影響因素主要有 6 個(gè)，分別是流出系數(shù) C、氣體可膨脹系數(shù) 、節(jié)流件孔徑 d、上游管道內(nèi)徑 D、差壓△ p，以及上游流體密度 1。
　　這些參數(shù)的測量與確定無疑是差壓式流量計(jì)檢測的核心問題。根據(jù)差壓式流量計(jì)現(xiàn)行國家計(jì)量檢定規(guī)程 JJG 640-2016[4]， 差 壓 式 流 量 計(jì) 的 檢 測 用 流 體 應(yīng) 具 備 單 相、清潔，不含顆粒、纖維等雜質(zhì)的性質(zhì)。各管路與差壓件的幾何參數(shù)在流量測量過程中為常數(shù)，對流量測量結(jié)果造成的影響與其自身參數(shù)測量的重復(fù)性與不確定度有關(guān)，不同類型的節(jié)流件對應(yīng)于不同的測量內(nèi)容與測量方法，對于測量結(jié)果的不確定度也有不同的要求。上游流體密度的確定主要來自于溫度計(jì)的測量結(jié)果。流出系數(shù)由于是根據(jù)實(shí)際流量與理論流量的比值算得的，因而會(huì)受到管路與節(jié)流件以及標(biāo)準(zhǔn)流量測量結(jié)果的影響，而差壓變送器對差壓的測量則會(huì)直接影響到流量示值誤差檢測的結(jié)果 [5]。
　　差壓變送器作為工業(yè)中非常為常用的計(jì)量器具之一，積累了長時(shí)間的生產(chǎn)使用經(jīng)驗(yàn)，取得了大量的技術(shù)突破，如今已經(jīng)可以達(dá)到很高的測量準(zhǔn)確度。國外的廠家例如橫河、霍尼韋爾、西門子、ABB 等投入中國市場的變送器產(chǎn)品絕大多數(shù)可以達(dá)到 0.075 級的準(zhǔn)確度等級，艾默生旗下的羅斯蒙特更是號稱可以實(shí)現(xiàn) 0.04%FS 的非常大允許誤差。國內(nèi)的廠家，如三暢儀表也具備生產(chǎn)準(zhǔn)確度等級達(dá)到 0.1 級的壓力變送器的穩(wěn)定條件。根據(jù) JJG 640-2016 的 要 求， 差 壓 變 送 器 的 測 量 誤 差 對 流量測量結(jié)果的影響應(yīng)當(dāng)不超過差壓裝置準(zhǔn)確度等級的 1/3。而常見的差壓式流量計(jì)準(zhǔn)確度等級對應(yīng)的非常大允許誤差為0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%。 上 述雙法蘭差壓變送器和差壓變送器的非常大允許誤差看似在數(shù)值上達(dá)到了小于差壓裝置非常大允許誤差的 1/3 的要求，但這種直觀的理解實(shí)際上存在著兩方面的問題。
　?。┎顗貉b置對應(yīng)的流出系數(shù)與差壓變送器對應(yīng)的差壓之間并不是一次函數(shù)關(guān)系。
　　以水介質(zhì)測量的用經(jīng)典文丘里管作為節(jié)流件的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置為例，流出系數(shù)按式（2）所示 ：
　　式（2）中 ：C流出系數(shù) ；直徑比 ；=d/D ； qs標(biāo)準(zhǔn)流量值 ；d節(jié)流件的孔徑 ；1水的密度 ；△ p測量差壓值。
　　為了進(jìn)一步考察差壓變化對流出系數(shù)的影響，將式（2）對差壓△ p 進(jìn)行求導(dǎo)可得 ：
　　由式（3）可知，當(dāng)差壓較大時(shí)的值較小，而差壓變小時(shí)， 則會(huì)相應(yīng)變大。而則反映出了流出系數(shù)的計(jì)算結(jié)果對差壓變化的靈敏度的影響。不難發(fā)現(xiàn)，在對差壓值較小的檢測點(diǎn)進(jìn)行測量時(shí)，流出系數(shù)的靈敏度較大，更容易被差壓測量結(jié)果的誤差所影響。
　?。┎顗菏搅髁坑?jì)的準(zhǔn)確度等級、非常大允許誤差的定義形式與差壓變送器的不同差 壓 式 流 量 計(jì) 的 測 量 參 照 的 技 術(shù) 依 據(jù) 為 JJG 640-2016《差壓式流量計(jì)》檢定規(guī)程，關(guān)于各流量點(diǎn)測得值的誤差計(jì)算如式（4）所示 ：
　　式（4） 中 ：E 差 壓 式 流 量 計(jì) 的 相 對 示 值 誤 差 ；Q被檢流量計(jì)顯示的流量值 ；Qs標(biāo)準(zhǔn)器換算到被檢流量計(jì)處狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)流量值。
　　由此可知，差壓式流量計(jì)的測得值誤差按照相對誤差的形式定義，故準(zhǔn)確度等級、非常大允許誤差也同樣以相對誤差的形式表達(dá)。
　　而 差 壓 變 送 器 的 測 量 參 照 的 技 術(shù) 依 據(jù) 為 JJG 882-2019《壓力變送器》檢定規(guī)程 [6]，差壓變送器的示值誤差計(jì)算如式（5）所示 ：
　　式（5）中 ：△ I差壓變送器的示值誤差 ；I差壓變送器的實(shí)際輸出值 ；IL差壓變送器的理論輸出值。差壓變送器的準(zhǔn)確度等級與非常大允許誤差，則是以其輸出量程的百分比表示的，如式（6）所示 ：
　　式（6）中 ：△ I差壓變送器的示值誤差 ；IFS差壓變送器的輸出量程。
　　由此可知，差壓變送器的示值誤差按照絕對誤差的形式定義，而準(zhǔn)確度等級、非常大允許誤差則以引用誤差的形式定義。
　　由于定義方式的不同，直接使用準(zhǔn)確度等級或非常大允許誤差評價(jià)差壓變送器對流量裝置的適用性并不恰當(dāng)。盡管在滿量程點(diǎn)時(shí)兩者可以進(jìn)行比較，但隨著測試點(diǎn)對應(yīng)差壓的減小，差壓變送器產(chǎn)生的示值誤差換算成的相對誤差可能就越大，非常終會(huì)擴(kuò)大對差壓式流量計(jì)測量準(zhǔn)確度的影響。
　　總的來說，兩方面因素非常終指向了同一結(jié)果 ：對于流量 / 差壓較小的測量點(diǎn)，差壓變送器自身的誤差會(huì)對差壓式流量計(jì)測量結(jié)果造成較大的影響。
　　、差壓變送器的校準(zhǔn)方法討論
　　差壓式流量計(jì)由于其自身的特點(diǎn)，對差壓變送器的校準(zhǔn)提出了不同于一般壓力變送器的要求。因此，優(yōu)化差壓變送器的校準(zhǔn)方法，對于提升差壓式流量計(jì)的實(shí)際測量準(zhǔn)確度，保障測量結(jié)果的準(zhǔn)確度可靠性具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　?。┻x擇使用合適的標(biāo)準(zhǔn)器會(huì)更有利于校準(zhǔn)結(jié)果的評價(jià)
　　校準(zhǔn)差壓變送器可供選用的標(biāo)準(zhǔn)器有數(shù)字壓力計(jì)、自動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)壓力發(fā)生器、活塞式壓力計(jì)、雙活塞式壓力真空計(jì)、浮球式壓力計(jì)、補(bǔ)償式微壓計(jì)等。兼顧到差壓式流量計(jì)配置的差壓變送器的測量上限往往在數(shù)百 kPa 或幾十 kPa 左右以及校準(zhǔn)過程的便捷，大多數(shù)校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)傾向于選擇數(shù)字壓力計(jì)或自動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)壓力發(fā)生器。這兩類壓力標(biāo)準(zhǔn)器是以引用誤差作為其自身的準(zhǔn)確度等級與非常大允許誤差的評價(jià)形式，這就導(dǎo)致了其對差壓變送器校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度同樣是以引用誤差的形式表達(dá)，使得小壓力測量點(diǎn)難以獲取滿意的結(jié)果。為此，可以在單臺(tái)數(shù)字壓力計(jì)的基礎(chǔ)上，再使用一臺(tái)相同準(zhǔn)確度等級，但量程更小的數(shù)字壓力計(jì)，或者為自動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)壓力發(fā)生器額外配置一個(gè)相同準(zhǔn)確度等級的小量程壓力模塊。這樣使得小壓力測量點(diǎn)對應(yīng)的不確定度減小，提升了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。更為直接的方式是改用活塞式壓力計(jì)或者氣體活塞式壓力計(jì)。由于活塞式壓力計(jì)是以活塞有效面積、砝碼質(zhì)量以及其他修正作為其產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)壓力，其測量結(jié)果的不確定度往往以相對不確定度的形式表達(dá)，所以不論壓力測量點(diǎn)大小如何，均可以得到較為一致的結(jié)果。
　?。┻x擇合適的測量點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn)，可以更好地減少實(shí)際測量的誤差為了更為便捷地通過式（1）計(jì)算出所需的流量值，
　　差壓式流量計(jì)配置的差壓變送器在出廠時(shí)往往變更了常規(guī)的輸出信號值與輸入壓力值的線性函數(shù)關(guān)系，采用冪函數(shù)作為輸出信號值與輸入壓力值的函數(shù)關(guān)系。這種設(shè)定方式使得差壓式流量計(jì)非常終獲得的流量值與差壓變送器輸出信號值之間建立了線性函數(shù)關(guān)系，更便于進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。而差壓變送器校準(zhǔn)選擇的校準(zhǔn)點(diǎn)，默認(rèn)情況下參照 JJG 882-2019《壓力變送器》檢定規(guī)程中的要求，按量程基本均勻分布，包括上限值、下限值在內(nèi)不少于 5 個(gè)點(diǎn)。其中的量程均勻分布指的是壓力值的選點(diǎn)均勻，換算成對應(yīng)的流量值后則不再均勻，測量點(diǎn)集中在大流量對應(yīng)的位置，影響了對差壓式流量計(jì)整體準(zhǔn)確度的評價(jià)，如圖 2 所示。所以，從差壓式流量計(jì)這個(gè)整體出發(fā)，差壓變送器的選點(diǎn)采用按輸出信號范圍均勻分布的方式更為合適。這種選點(diǎn)方式一方面更加仔細(xì)地考察了差壓變送器在差壓值較小的測量點(diǎn)處的測量情況，使較小差壓值的測量結(jié)果得以獲取更可靠的校準(zhǔn)或修正，另一方面也保障了差壓式流量計(jì)得出的流量值在各測量點(diǎn)均能得到滿意的準(zhǔn)確度。
　　總結(jié)
　　差壓式流量計(jì)是工業(yè)上應(yīng)用非常為廣泛的流量計(jì)量裝置之一，其核心部分差壓變送器的計(jì)量與維護(hù)值得更為深入的重視與探究。本文闡述了差壓變送器在差壓式流量計(jì)中實(shí)際的應(yīng)用情況，通過對流量計(jì)量原理的分析認(rèn)為差壓變送器在差壓值較小的測量點(diǎn)處對流量結(jié)果的影響更大，并且從差壓變送器校準(zhǔn)的角度提出了選用合適的標(biāo)準(zhǔn)器以及改變測量選點(diǎn)的方法，優(yōu)化了差壓變送器的校準(zhǔn)結(jié)果，有助于提升差壓式流量計(jì)測量的準(zhǔn)確度。
　　相信通過以上“差壓變送器對差壓式流量計(jì)測量準(zhǔn)確度的影響分析”的全部容，能夠使大家有一個(gè)較為全面的認(rèn)識(shí)，對選擇合適的變送器有所幫助。如有疑問，可以隨時(shí)聯(lián)系我們。