差压流量计范围度问题研究

　　0　引言

　　在流量测量仪表的工业应用中,差压流量计是历史最悠久、应用最广泛的仪表之一。其结构简单、牢固,易于复制,性能稳定可靠,使用寿命长,价格也便宜。尤其是标准节流式差压流量计无需实流校准,只要按照相关标准设计、制造、安装和使用就能得到足够的测量精确度,这在流量计中是少有的。

　　涡街流量计推广应用之后,差压流量计的部分领地被涡街流量计占领,但在高温、高压流体,管径较大的测量对象和环境有振动等不适合涡街流量计的场合,差压流量计仍是不可替代的,尤其是热电等行业仍然普遍使用差压流量计。

　　但是差压流量计也有不尽人意之处,例如范围度不够大,早期的文献资料一直认为只能达到3∶1,近十多年以来,有不少文献论述能达到10∶1。下面就这个问题发表几点看法,并介绍差压式流量计的一些新进展。

　　1　节流式差压流量计范围度不够大的原因

　　1.1　差压测量精确度的制约

　　节流式差压流量计范围度不够大主要受几个因素的制约,其一是差压计精确度的制约。

　　节流式差压流量计输出信号与流量之间为平方关系,在百分率流量(相对于满量程用百分比表示的流量)较小时,差压信号相对值非常小,这就导致测量误差相应增大。例如在流量为满量程的20%时,差压信号理论值只有满量程的4%。如果选用的差压变送器是0.1级精确度,则差压测量的不确定度就高达±2.5%,引入的流量测量不确定度为±1.25%。如果是老式的1.5级差压计,则测量不确定度就将大得惊人。因此在差压测量精确度得到充分提高之前,要拓宽流量测量范围度是不可能的。

　　1.2　流出系数非线性的制约

　　传统的节流式差压流量计将流出系数C当常数来处理,这在当时的技术发展阶段是不得已而为之。其实C并非常数,对于一副具体的节流装置,其流出系数是随雷诺数的变化而变化的。

　　GB/T2624-93给出了标准孔板流出系数随雷诺数变化的关系式(以角接取压为例)[1]

　　式中:β为标准孔板开孔直径与管道内径之比;ReD为雷诺数。为了更清楚地说明雷诺数对流量计范围度的制约,图1给出了一台DN50、β=0.6的典型标准孔板流出系数随雷诺数变化的关系曲线。从图中可清楚看出,雷诺数<10×10⁴后所对应的C值与雷诺数为1×10⁶时的C值之差已大于0.6%,大于国标所规定的不确定度,因此,只能规定此节流装置不能在ReD>10×10⁴的条件下使用。而如果满量程所对应的雷诺数为4×10⁵,则仪表的范围度最大只可能为4∶1。

　　1.3　可膨胀性系数的制约