标准孔板流量计采用3:1量程比的原因分析

　　在工业化迅速发展的大时代，缺少不了压力变送器、流量计、液位计、密度计、差压变送器等仪表把现场第一数据实时传输到工控系统上，为整个工业自动化系统充当控制、检测等一系列的眼睛，接下来华恒仪表为您解读工业现场最前沿的压力变送器使用情况。

　　差压流量计是应用很广泛的一种流量计，已经实现了标准孔板流量计、喷嘴和文丘里管的标准化，只要按照标准设计、制造、检验、安装和使用，不经实流标定就能得到规定的准确度。

　　但该类流量计有一个显著的弱点，即量程比不尽人意。自从２０世纪８０年代ＣＰＵ进入工业仪表之后，情况有了改观，通过引入流出系数Ｃ非线性的校正技术及膨胀性系数的自动校正技术，再加上差压测量精确度从２０世纪７０年代的１．５％提高到现在的０．０４％，使差压式流量测量的系统不确定度有了显著提高，同时量程比也得到显著的拓展，从早先的３∶１，扩大到１０∶１。

　　后来有的仪表公司推出了双量程差压流量计，即增设了１台低量程差压变送器以及用Ｈａｒｔ通信的方法传送差压信号，可将量程比扩大到３０∶１，笔者就测量精确度和量程比的关系问题进行分析，然后提出提高测量精确度和扩大量程比的实用方法。

　　３∶１量程比的原因分析

　　流量》两个标准中，并未对标准中所涉及的几种差压装置能达到的量程比做出规定，只对能达到的不确定度做出了规定，例如大家所熟悉的标准孔板流量计，只要满足５０ｍｍ≤Ｄ≤１　０００ｍｍ，ｄ１２．５ｍｍ，０．２≤≤０．６，ＲｅＤ５　０００的使用条件，就能得到０．５％的不确定度。其中，Ｄ为管道内径，ｄ为孔板流量计开孔直径，为直径比，ＲｅＤ为与Ｄ有关的雷诺数。

　　所谓流量量程比就是保证精确度的zui大流量ｑｍａｘ与zui小流量ｑｍｉｎ之比。在常用压力和温度条件下，雷诺数与流量成正比关系。所以，如果ｑｍａｘ与ｑｍｉｎ之比为１０，就意味着ＲｅＤｍａｘ与ＲｅＤｍｉｎ之比为１０。而在上述标准中，ＲｅＤｍａｘ与ＲｅＤｍｉｎ之比差１０倍、１００倍甚至更大的倍数，标准中规定的Ｃ＝ｆ（，ＲｅＤ）的模型都能达到规定的不确定度。

　　所以能够做到这一点是因为从ＧＢ／Ｔ　２６２４—１９９３版开始，就已经不再将流出系数Ｃ当常数来处理，而是当变量来处理。在该标准中给出了Ｃ＝ｆ（，ＲｅＤ）的关系式，到了ＧＢ／Ｔ　２６２４２００６，在总结了十多年的zui新研究成果之后，对该模型作了进一步完善，给出了精确度更高的关系式，如标准孔板流量计（角接取压）的关系式如下：

　　标准孔板流量计（角接取压）的关系式

　　将式（１）用图形来表示，如图１所示。从图１可看出，当ＲｅＤ较大时，Ｃ近似成水平线，即Ｃ为常数；但随着ＲｅＤ的减小，Ｃ逐渐增大。若将和ＲｅＤ代入式（１）计算出Ｃ，可基本消除ＲｅＤ对Ｃ的影响，保证了０．５％的不确定度。

　　典型标准孔板流出系数随雷诺数 变化曲线（  ＝０． ６ ）通常情况下差压装置制造厂提供的设计计算书中都规定了３∶１的量程比，原因是制造厂无法确定用户将差压装置买回去是否进行Ｃ的非线性补偿，而且制造厂无法进行Ｃ的非线性补偿。而在该计算书中，需要提供产品的不确定度，如果zui小流量太小，将会导致不确定度严重恶化。

　　孔板流量计制造厂解决该问题的方法之一是缩小量程比，传统方法是将量程比定为３∶１，这时提供给用户的Ｃ是常用流量对应的Ｃ。按照国家相关标准的规定，这一点的不确定度是比较小的，而偏离常用流量之后，例如在３０％ｑｍａｘ点或１００％ｑｍａｘ点，不确定度将显著增大。

　　该方法使用了几十年，而且在ＧＢ　２６２４１９８１中用标准的形式固定下来。用标准图形来表示标准孔板流量计与ＲｅＤ的关系，这是节流装置设计计算中必用的工具。在该标准中，不使用Ｃ而采用流量系数ａ。ａ也不是按照公式计算出来的，而是查图得到的。ａ与２和管径Ｄ的关系如图２所示［１１］。由图２可知，ａ不仅与有关，而且与Ｄ有关，这反映了管道内壁绝对粗糙度相同的前后直管段，由于管道内径不同，其速度分布也不同，所以虽相同，而流量系数却不同。图２中还反映出一个问题，即流量系数与雷诺数没有关系。即在实际雷诺数大于界限雷诺数之后，Ｃ＝ｆ（，ＲｅＤ）曲线已经接近水平，所以忽略了ＲｅＤ的影响。

　　流量系数 ａ 与  ２ 的关系

　　目前，随着仪表技术的飞速发展，实时计算Ｃ已变得简单，Ｃ的非线性在线补偿较容易实现。因此，对于差压装置制造厂来说，量程比不再受孔板流量计的约束。

　　仪器仪表是工业化进程的基石，只有选用工业现场选用合适的仪表，才能够事半功倍，自动化流程才能够更加自动化。