1概述
　　 差(chà)壓流量計 是(shi)應用很廣泛(fàn)的一種流量(liàng)計，已經實現(xiàn)了孔闆流量(liàng)計、噴嘴🌏和文(wén)丘裏管的标(biāo)準化，隻要按(àn)照标準設⚽計(jì)、制造、檢驗、安(ān)裝和❄️使用，不(bú)經實流标定(ding)就能得到🛀規(gui)定的精度。
　　但(dan)該類 流量計(ji) 有一個顯著(zhe)的弱點，即量(liàng)程比不盡人(ren)意。自從20世紀(jì)80年代CPU進入工(gong)業儀表之後(hòu)，情況有了改(gǎi)觀，通過引入(ru)流出系數C非(fei)線性的校正(zhèng)技術及膨脹(zhang)性系數ε的自(zi)動校正技術(shu)，再加上差壓(ya)測量精度從(cong)20世紀70年代的(de)±1.5%提高到現在(zai)的±0.04%，使差壓式(shì)流量測量的(de)系統不确定(dìng)度有了顯著(zhe)❄️提高，同時量(liàng)程比也得到(dào)🤩顯著的拓展(zhan)，從早先的3:1，擴(kuo)大到10:1［1－3］。
　　推出雙(shuāng)量程差壓流(liu)量計,即增設(shè)一太低量程(cheng) 差壓變送器(qì) 以及用HART通信(xìn)的方法傳送(song)差壓信号，可(kě)将量程比擴(kuò)大到30:1［4－6］，測量精(jīng)度和量程比(bǐ)的關系問題(tí)進行分析，然(rán)後提出提高(gāo)測量精度和(hé)擴大量程比(bi)的實用方法(fǎ)。
2 3:1量程比的原(yuan)因分析
　　在ISO 5167－2：2003（E）Measurement of Fluid Flow by Means of Pressure Differential Devices Inserted in Circular Cross-section Conduits Running Full和(he)GB/T2624—2006《用安裝在圓(yuan)形截面管道(dào)中的差壓裝(zhuāng)置測量💞滿管(guan)流體流量》兩(liang)個标準中，并(bìng)未對标準中(zhong)所涉及的幾(jǐ)種差☂️壓裝置(zhi)能達到的量(liang)程比做出規(guī)定，隻對🈲能達(da)到的不确定(ding)度做出了規(gui)定，例如大家(jiā)所熟悉的标(biāo)準孔闆，隻要(yào)滿足50ｍｍ≤D≤1000ｍｍ，D≥12.5ｍｍ，0.2≤β≤0.6，ReD≥5000的使用(yong)條件，就能得(de)到0.5%的不确定(ding)度［7－8］。其中，D爲管(guǎn)道内徑，D爲孔(kong)闆開孔☂️直徑(jing)，β爲直徑比，ReD爲(wèi)與D有關的🔞雷(léi)諾數。
　　所謂流(liu)量量程比就(jiù)是保證精确(què)度的最大流(liú)量ｑmax與最小流(liu)量ｑmin之☎️比［9］。在常(chang)用壓力和溫(wēn)度條件下，雷(léi)諾數與流量(liàng)成正比關系(xì)。所以，如果ｑmax與(yu)ｑmin之比爲10，就意(yì)味着ReDmax與ReDmin之比(bi)🌈爲10。而在上述(shù)标準中，ReDmax與ReDmin之(zhī)比差10倍、100倍甚(shèn)至更大的倍(bei)數💔，标準中規(guī)定的C＝ｆ（β，ReD）的模型(xing)都能達到規(gui)定的不确定(ding)度。
　　所以能夠(gou)做到這一點(dian)是因爲從GB/T2624—1993版(bǎn)開始，就已經(jīng)不再将流出(chu)系數C當常數(shù)來處理，而是(shì)當變量來處(chù)理。在該标準(zhun)😍中給出了C＝ｆ（β，ReD）的(de)關系式，到了(le)GB/T2624—2006，在總結了十(shí)多年的最新(xin)研究成果之(zhī)後，對該🐉模型(xíng)作了進一步(bu)完善，給出了(le)精确度更高(gāo)的關系💔式，如(ru)标準❤️孔闆（角(jiao)接取壓）的關(guan)系式如下：

　　将(jiang)式（1）用圖形來(lái)表示，如圖1所(suǒ)示。從圖1可看(kàn)出，當ReD較大時(shí)，C近似成水平(ping)線，即C爲常數(shu)；但随着ReD的減(jian)小，C逐漸增大(dà)。若将β和ReD代入(ru)式（1）計💘算出C，可(ke)基本消除ReD對(dui)C的影響，保證(zhèng)了0.5%的不确定(dìng)度。
　　通常情況(kuang)下差壓裝置(zhi)制造廠提供(gòng)的設計計算(suàn)書中都規定(dìng)了🔱3:1的量程比(bǐ)，原因是制造(zao)廠無法确定(dìng)用戶将差壓(yā)裝置買回去(qu)是否進行C的(de)非線性補償(chang)，而且制造🏃廠(chang)無法進行C的(de)非線性⚽補償(chang)。而在該計算(suàn)書💃中，需要提(tí)供産品的不(bu)确定度，如果(guǒ)最小流量太(tài)小📱，将會導緻(zhi)不确定度嚴(yan)重❗惡化。
　　孔闆(pǎn)制造廠解決(jué)該問題的方(fang)法之一是縮(suō)小量程比⛷️，傳(chuán)統🙇‍♀️方⭕法是将(jiang)量程比定爲(wèi)3:1，這時提供給(gei)用戶的C是常(cháng)🚶‍♀️用流⁉️量對應(yīng)的C。按照國家(jia)相關标準的(de)規定，這一點(diǎn)的不确定度(du)是比較小的(de)，而偏離常用(yong)流量之後，例(lì)如在30%ｑmax點或100%ｑmax點(diǎn)，不✉️确定度将(jiāng)顯著增大。

　　該方法使(shǐ)用了幾十年(nián)［10］，而且在GB2624—1981中用(yòng)标準的形式(shi)固定下🔴來。用(yong)标♋準圖形來(lai)表示标準孔(kong)闆β與ReD的關系(xì)，這是節流裝(zhuāng)置設計計算(suan)中必用的工(gong)具。在該标準(zhun)中，不使用C而(er)采用🌈流量系(xì)數ａ。ａ也不是按(àn)照公式計算(suàn)出來的，而是(shi)查圖得到的(de)。ａ與β2和管徑D的(de)關系🔞如圖2所(suǒ)示［11］。由圖2可知(zhī)，ａ不僅與β有關(guān)，而且與D有關(guān)，這反映了管(guǎn)道🤟内壁絕對(dui)粗🔅糙度相同(tóng)的前後直管(guan)段，由于管🚶‍♀️道(dào)内👈徑不同，其(qí)速度分布也(ye)不⁉️同，所以β雖(sui)相同，而流量(liàng)系數卻不同(tóng)。圖2中還反🛀🏻映(ying)出一個問題(ti)，即流量系數(shu)與雷諾數沒(mei)有關系。即在(zài)👄實際雷諾數(shu)大于界限雷(lei)諾數之後，C＝ｆ（β，ReD）曲(qu)線已經接近(jìn)水平，所以忽(hū)略了ReD的影響(xiǎng)。

　　目前，随(sui)着儀表技術(shù)的飛速發展(zhǎn)，實時計算C已(yǐ)變得⭐簡單，C的(de)非線性在線(xiàn)補償較容易(yi)實現。因此，對(duì)于差壓裝置(zhi)制🈲造廠來說(shuō)，量程比不再(zai)受孔闆的約(yue)束。
3差壓流量(liàng)計的開發
　　差(cha)壓流量計開(kāi)發的目标有(you)兩個：提高系(xi)統精度；保證(zhèng)準确率所☂️對(dui)應的量程比(bi)擴大。
3.1雙量程(chéng)差壓流量計(jì)
　　雙量程孔闆(pan)流量計 不确(que)定度達到1.5%且(qie)量程比達到(dào)30:1的實現方法(fǎ)。其中，所🏃用的(de)差壓變送器(qi)的精度等級(ji)ξ爲0.065%，而目前差(cha)壓變送器精(jing)🆚度等💃🏻級已經(jing)提高到0.04%，将該(gāi)值代入差壓(yā)測量不确定(dìng)度計算公式(shì)［6］：

式中：Δｐmax———差壓上(shàng)限，Kpa；Δｐ———常用流量(liang)對應的差壓(ya)，Kpa。
　　由式（2）可知，δΔｐ/Δｐ減(jiǎn)小到原來的(de)61.5%，将該值代入(rù)式（3）就可計算(suan)流量不🌈确定(ding)度，從而使系(xì)統不确定度(du)顯著減小：

　　式(shì)中：δｑｍ/ｑｍ———流量測量(liang)不确定度；δC/C———流(liú)出系數不确(què)定度；δε/ε———可膨脹(zhang)性📧系數🙇‍♀️不确(què)定度；δD/D———管道内(nei)徑不确定度(du)；δD/D———孔闆開孔直(zhí)徑不确定度(dù)；δΔｐ/Δｐ———差壓🐕測量不(bú)确定度；δρ1/ρ1———孔闆(pǎn)正端取壓口(kou)處流體密度(du)不确定度。
　　在(zài)利用式（3）對流(liú)量不确定度(du)進行估算時(shí)，δD/D和δD/D一般可✨以(yǐ)忽略，δρ1/ρ1作用♻️也(ye)很小［6］，其餘3個(ge)因子起關鍵(jiàn)作用。其中δC/C對(dui)于标準孔闆(pǎn)來說，常取值(zhí)爲0.5%，按照GB/T2624—2006，δε/ε用下(xia)式計算：

式中(zhong)：ｐ1———節流件正端(duān)取壓口處常(cháng)用壓力，Kpa；κ———等熵(shang)指數。
　　因此，求(qiu)得δΔｐ/Δｐ和δε/ε後，就可(ke)計算δｑｍ/ｑｍ。
　　下面是(shì)各特征點關(guan)鍵因子δΔｐ/Δｐ，δε/ε的計(ji)算結果并将(jiang)其代入流量(liang)不确定度δｑｍ/ｑｍ計(ji)算公式，然後(hòu)得到的系統(tong)不确定值，其(qi)中差壓裝置(zhì)流出系統不(bú)确定度仍保(bao)持0.5%。

3.2雙量程孔(kǒng)闆流量計不(bu)确定度曲線(xian)的繪制
　　将上(shang)述各特征點(dian)不确定度計(jì)算結果，繪制(zhi)成不确定度(du)曲線，如圖3所(suǒ)示。

3.3單量程孔(kong)闆流量計不(bú)确定度的估(gū)算及曲線
　　上(shang)面計算的是(shi)雙量程孔闆(pǎn)流量計，如果(guǒ)不設低量程(chéng)差壓變送器(qì)，則在滿量程(chéng)的3%～17.32%，不确定度(du)就要大幅增(zeng)大，這時隻要(yào)㊙️将滿量程🤞内(nei)10%和3%流量點的(de)δｑｍ/ｑｍ計算出來，就(jiu)可繪制不确(què)定度曲🏃🏻線。
3.3.1滿(man)量程内10%流量(liàng)點不确定度(du)估算
　　用1台差(cha)壓變送器測(ce)量時，在滿量(liang)程内10%流量點(dian)，參照上述計(ji)算方法計算(suan)可得到：

3.3.2滿量(liang)程内3%流量點(dian)不确定度估(gu)算
　　在滿量程(chéng)内3%流量點，參(cān)照上述計算(suàn)方法計算可(kě)得到：

3.3.3不确定(dìng)度曲線
　　單量(liàng)程差壓流量(liang)計的系統不(bú)确定度随流(liú)量變化的關(guān)系曲♊線如圖(tu)4所示。

4結束語(yu)
1）20世紀80年代，标(biao)準差壓流量(liàng)計的差壓裝(zhuang)置C是作爲常(chang)數來處理。由(you)于實際的C是(shì)受雷諾數影(yǐng)響的，所以會(huì)帶來較大誤(wù)差，在常🔴用流(liu)量點，流量系(xì)統不确定度(du)也隻能達到(dào)2%，而且可使用(yong)的流量測量(liang)範圍也隻能(neng)達到3:1。
2）GB/T2624—1993标準發(fā)布後，引入了(le)ReD影響校正和(he)ε校正，從而使(shi)标準差壓裝(zhuāng)✌️置不受量程(cheng)比約束。
3）差壓(ya)測量儀表的(de)進步，爲提高(gāo)系統不确定(ding)度創造🐪了條(tiao)件。采💃🏻用0.04%精确(què)度等級的差(chà)壓變送器與(yu)标準孔闆組(zu)成的一體⭐化(hua)标準孔闆流(liu)量計，用來測(cè)量氣體和蒸(zheng)汽流量時，不(bú)經實流标定(ding)，系統不确定(dìng)度就能達到(dao)1.0%，對應的流量(liang)量程比爲10:1；而(er)如果增設1台(tai)低量程💯差壓(ya)變送器，則量(liàng)程比可擴大(dà)到30:1。
4）不确定度(du)曲線能将流(liú)量系統不确(que)定度與量程(chéng)比的關系表(biao)🌈達⛱️得更直觀(guan)、清晰。技術的(de)進步，甩掉了(le)标準孔闆流(liu)㊙️量計“誤差大(da)”、“量程窄”的帽(mào)子，從而以新(xīn)的♊面貌赢得(de)市場認可。

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