提高差压式流量计精度的方法

邵东 陈磊

摘要：从节流装置的工作原理入手， 分析了差压式流量计产生误差的原因， 提出了在使用中减小误差的必要措施， 总结出一套适合生产实际的能提高流量测量精度的方法。

关键词：  差压式流量计;精度

引言

差压式流量计（以下简称DPF或流量计） 是根据安装于管道中流量检测件产生的差压、已知的流体条件和检测件与管道的几何尺寸来测量流量的仪表。DPF由一次装置（检测件） 和二次装置（差压转换和流量显示仪表） 组成。通常以检测件的型式对DPF分类， 如孔扳流量计、文丘里管流量计及均速管流量计等。二次装置为各种机械、电子、机电一体式差压计， 差压变送器和流量显示及计算仪表， 它已发展为三化（系列化、通用化及标准化） 程度很高的种类规格庞杂的一大类仪表[1]。

1.工作原理

充满管道的流体， 当它流经管道内的节流件时，流速将在节流件处形成局部收缩， 因而流速增加， 静压力降低， 于是在节流件前后便产生了压差。流体流量愈大，产生的压差愈大， 这样可依据压差来衡量流量的大小[ 2 ]。流量方程为

式中： qm 为质量流量， kg/ s;

qV 为体积流量， m3 / s;

C为流出系数;

ε为可膨胀性系数;

d为工作条件下节流件的孔径， m;

β为直径比， β= d /D， D为工作条件下上游管道内径， m;

Δp为差压， Pa;

ρ1为上游流体密度， kg/m3。

2.提高差压式流量计精度的方法

2.1节流开孔直径和管径的直径校正

节流装置在加工制造过程中总是存在一些偏差，其中与流量测量精确度密切相关的有节流件开孔直径d和靠近节流装置的直管段内径D。

当d和D 实际尺寸偏离设计尺寸后， 造成的后果就是流量测量系统的满度值产生了变化。如果将d和D的实际值测量出来， 然后代入公式计算出与此实际值相对应的流量满度值， 然后用新的满度值代替原设计值， 置入流量显示仪表或DCS等， 则系统运行后尺寸误差对测量系统的影响就得到了完全的校正。

2.2配套仪表的配校及误差校正

一个测量系统往往由相互独立的几台仪表组成，各台仪表有各自的技术指标和精确度等级， 而系统精确度则由各台相关联的仪表的精确度按一定的规律合成。各台仪表一般具有互换性， 目前大多数仪表测量系统都是这样组成和运作的。

人们为了提高系统精确度， 采用了另一种系统合成的方法， 即配套校验后配套使用。所谓配套校验就是将配套使用的若干台相互独立的合格仪表组合起来， 各台仪表被看作是一台仪表中的一个部分， 配校中出现的误差在其中个别仪表的可调部分作微小调整， 从而提高系统精确度。

配校的方法很早就已经在测量技术中应用， 只是在计算机技术进入仪表后， 出现了更先进的校正误差的手段。利用这个手段可以使各校验点的误差得到全面校正， 从而使系统精确度大大提高。

2.3差压式流量计的静压误差及其校正

差压变送器的差压刻度通常是在负压室通大气的条件下校验的， 安装到现场通入实际使用静压校零时， 往往发现零位输出与负压室通大气校验时的零位

输出不一致。这种正、负压室通入相同静压得到的零位输出称为静压误差。

差压变送器的静压误差是由其正负压室膜盒有效面积不相等引起的。在DDZ2Ⅲ型差压变送器中， 静压误差可高达±015% FS。在智能型差压变送器中，由于装有静压传感器， 并且通过实验的方法测出静压在规定的范围内变化时， 零位输出的偏离值， 然后在表内的单片机中将静压误差予以校正。经过静压误差在线校正的差压变送器， 残存的静压误差一般可降低到±011%以下， 从而使其性能得到显著改善。

差压变送器的静压误差如果不作校正， 将会给流量测量带来误差， 尤其是在相对流量较小时， 影响更可观。例如有一台DDZ - Ⅲ型差压变送器同节流装置一起组成差压式流量计， 在常用压力条件下其静压误差为015% FS ， 因未对此靜压误差作调整就投入运行， 则实际流量为零时， 仪表的流量示值就可能达到711% FS， 虽然小信号切除功能就将这一矛盾掩盖掉，但是其影响客观上是存在的， 而且在全量程范围内±015% FS的差压偏离总是在起作用。

差压变送器在制造厂出厂前零位作为一个重要指标检验过， 但是残存的静压误差在仪表投运时还必须在使用现场通入实际静压的静压误差再一次检查校

核。

有的差压变送器带有开平方功能和小信号切除功能， 在检查静压误差时应将小信号切除功能暂时解除， 以观察真正的零位。

差压变送器的输出也可在流量显示仪表或DCS中读出， 为了读出真正的零位输出， 也需将小信号切除功能暂时解除。

将差压变送器与流量显示仪表配合起来检查零位输出， 如果零位存在偏差， 则可能的原因如下： ①差压变送器静压误差。②差压变送器安装位置偏离正确

位置引起零点偏移。③流量显示仪表零点偏差。

这种偏差的代数和不会很大， 最终是通过差压变送器的零点校准予以消除。因此仪表投运前这一检查校准环节是开表投运操作中的重要一环。

2.4节流装置导压管引向对仪表示值的影响

节流装置导压管的作用是将节流装置所产生的差压信号不失真地传递到差压变送器， 但从现场的实际情况来看， 导压管的配置这看似简单的事情还是存在

很大问题。

最严重的问题是安装在垂直管路上的测量蒸汽流量的节流装置， 按照信号不失真传递的要求， 导压管的结构应如图1所示。

GB /T262421993中规定的差压式流量计工艺管道全为水平方向， 但实际应用中， 垂直方向的管道无法避免， 因此按照信号不失真传递的原理就有了如图1

所示的结构。在该图中， 切断阀采用直通阀（直通闸阀或球阀） 后， 只要冷凝器一端导压管略高于节流装置的一端， 则从冷凝器溢出的冷凝液就可通畅地流回母管， 两只冷凝器中的液位可保持等高， 管中蒸汽也可正常地向冷凝器的上部补充， 从而实现正常的气液交换。但是有不少仪表厂供应的却是如图2所示的结构， 这种导压管连接方式的优点是外观漂亮， 但却损害了它的基本功能。

2.5差压式流量计重复开方引入的误差差压式流量计总是要有开平方运算这一环节， 但若在差压变送器开了平方后， 在流量二次表中再开一次平方， 就会产生相当大的误差[3]。

重复开放的错误一般发生在差压变送器带来开方功能的系统中， 是由于疏忽引起的， 一般是在物料平衡计算中出现严重问题而怀疑流量示值大幅度偏高时才进行检查， 并最后得到纠正。

避免重复开方错误的有效方法如下。

（1） 更新认识。许多老的仪表人员对差压变送器功能的认识习惯性停留在“差压变送”上面， 意即仅为差压测量而已， 故习惯性将二次表设置为开平方特性。

（2） 加强基础资料管理。基础资料不仅包括二次表校验单， 还应包括二次表的组态数据记录单， 变送器校验单。

（3） 组态时强调按数据记录单操作， 避免即兴操作。并在组态完毕与记录单校对无误后加上密码，防止随意改动。

2.6差压信号传送失真及引入的误差

在差压式流量计的标准规范中， 对导压管的敷设和仪表的安装一般只简地提到一句， 即差压信号不应有传送失真。实际上要真正做到差压信号的不失真

传送是非常不容易的。有事实为证： 在装置刚刚停车， 或有条件将装有差压式流量计一次装置的管道上阀门关闭时， 并且确认流过流量计的流量已降到零，從具体流量计读数来看， 真正示值零的并不多。其中零点漂移的主要原因多半为差压传送过程中的失真。

差压信号的传送失真使得差压变送器上接收倒的差压信号与节流装置所产生的差压信号不相等， 从而引起附加误差。

差压信号传送失真包括稳态值失真和动态失真。在稳定流条件下只存在稳态值失真， 在脉动流条件下， 既可能存在稳态值失真又会有动态失真。影响差压信号传送失真的因素主要有以下几个方面：

（1） 导压管引向不合理和切断阀设置不当引起的误差。差压式蒸汽流量计中导压管引向不合理和切断阀设置不当引入的误差已在前面论述。

（2） 冷凝器高度不相等引起的误差。正负压管上两只冷凝器结构应对称， 安装高度应相等， 从而有可能使得两只冷凝器内液位高度相等， 因为液位高度相差1mm就会引入10Pa的差压失真。

（3） 隔离液液位高度不相等引起的误差。

（4） 引压管线引起的传送失真保证导压管线合理的坡度是为了使管内可能出现的气泡较快地升到气体收集器内或母管内， 使管内可能出现的凝液较快地

下沉到沉降器、排污阀或母管内。

（5） 三阀组可能引入的传送失真。三阀组的通径很小， 在测量干燥气体、蒸汽和液体时， 一般不会有大问题， 但在测量有可能析出凝液的低压气体时，往往会因一滴冷凝液堵在水平放置的三阀组流路中，引起很大误差。解决此问题的简单方法是改变差压变送器的安装方向， 将三阀组的流路从水平改为垂直，并将差压变送器安装在高处。

3.结论

根据差压式流量计的工作特点和影响其精度的因素分析， 要想准确地获得测量精度， 就必须全面掌握流量测量的方式、测量介质、测量装置、流体工况等。

情况， 充分考虑差压式流量计的规格要求、安装调试和检验标准， 应用智能化技术对测量部分可能引入的误差进行补偿和校正也是十分必要的， 这在实际生产具有现实意义。

参考文献：

[1]孙淮清，王建中1流量测量节流装置设计手册[M].北京： 化学工业出版社， 2000：2-41

[2]谢志萍1传感器与检测技术[M] 1北京： 电子工业出版社， 2005： 173-1741

[3]王东1差压式孔板流量计的误差来源与控制对策[J].天然气工业，2004（10）：1321

作者简介：邵东，（1979.10-），男，汉族，贵州毕节，助理工程师，本科。