双量程差压流量计的新进展

    1　问题的提出

    差压式流量计的多种优点,令其在很多方面仍具有突出的优势。这些优势包括:优异的稳定性、可靠性和抗振动能力;对高温、高压、低静压、低流速、低密度流体的适应性;口径从小到大,系列齐全;变更量程方便;只要按照标准设计、制造、安装和使用,无需实流标定就能获得规定的准确度,因而为用户带来方便。但是,差压式流量计也有它固有的缺陷,即范围度不理想,这主要是由其测量原理决定的。

    节流式差压流量计的一般表达式^[1-2]:

式中　q_m———质量流量,kg/s;C———流出系数;β———直径比,β=d/D;D———管道内径,m;ε₁———节流件正端取压口平面上的可膨胀性系数;d———工作条件下节流件的开孔直径,m;Δp———差压,Pa;ρ₁———节流件正端取压口平面上的流体密度,kg/m³。

    为了分析的方便,可对式(1)作适当的化简,即在某流体工况条件下,ρ₁为已知值,C,β,ε₁和d都近似为常数,则式(1)简化为式(2):

    经无量纲化处理后,就可得到如图1所示的q_m=f(Δp)关系曲线。

    在对式(1)进行分析后,可得这种测量方法获得的测量结果的不确定度同各因素不确定度之间的关系。

    以下着重分析流量测量不确定度与差压测量不确定度的关系。仅仅分析差压测量不确定度对流量测量不确定度的影响,可以采用偏微分的方法,从式(3)可得:

    由于差压变送器的误差都是用引用误差来表示的,因此,Δp的相对值为不同数值时,Δp/Δp也不同。

    例如,对于0·075级精度等级的变送器,在Δp=100%FS时,Δp/Δp=0·075%;在Δp=3·75%FS时,Δp/Δp=2%,由式(4)可知,在后一种情况下,对流量测量不确定度影响为1%。

    从上面的分析计算可知,为了获得±1%的流量测量精度,如果选用0·075精度等级的差压变送器,只有在差压大于3·75% FS,即流量大于19·36%FS时,才能保证精度。

    2　扩展范围度的常用方法

    2·1　多台流量计并联使用

     采用两台甚至更多台差压式流量计并联使用,可以使范围得到成倍的扩展。在煤气行业,这种方法用得很普遍。图2所示是用4台DN1 000的差压式流量计解决DN2 000管道的煤气流量测量问题,当流量最大时,4台流量计全部投入使用,如果总管流量减小,可将投入使用的流量计减少到3台、2台或1台。如果1台流量计的范围度是4倍,则4台相同口径的流量计并联使用可将总管流量测量的范围度扩展到16倍。

    多台流量计并联使用解决的另一个问题是实现大管径流量测量。因为标准节流装置适用的最大口径仅1 000 mm。