金鼎儀表提高差壓式流量計精度的方法

淮安金鼎自動化儀表有限公司 ：姚佳明  

       差壓式流量計（以下簡稱DPF或流量計）是根據安裝于管道中流量檢測件產生的差壓、已知的流體條件和檢測件與管道的幾何尺寸來測量流量的儀表。DPF由一次裝置（檢測件）和二次裝置（差壓轉換和流量顯示儀表）組成。通常以檢測件的型式對DPF分類，如孔扳流量計、文丘里管流量計及均速管流量計等。二次裝置為各種機械、電子、機電一體式差壓計，差壓變送器和流量顯示及計算儀表，它已發展為三化（系列化、通用化及標準化）程度很高的種類規格龐雜的一大類儀表[1]。
　　
　　1工作原理
　　
　　充滿管道的流體，當它流經管道內的節流件時，流速將在節流件處形成局部收縮，因而流速增加，靜壓力降低，于是在節流件前后便產生了壓差。流體流量愈大，產生的壓差愈大，這樣可依據壓差來衡量流量的大小[2]。流量方程為
　　
　　式中：qm為質量流量，kg/s；
　　
　　qV為體積流量，m3/s；
　　
　　C為流出系數；
　　
　　ε為可膨脹性系數；
　　
　　d為工作條件下節流件的孔徑，m；
　　
　　β為直徑比，β=d/D，D為工作條件下上游管道內徑，m；
　　
　　Δp為差壓，Pa；
　　
　　ρ1為上游流體密度，kg/m3。
　　
　　2提高差壓式流量計精度的方法
　　
　　2.1節流開孔直徑和管徑的直徑校正
　　
　　節流裝置在加工制造過程中總是存在一些偏差，其中與流量測量度密切相關的有節流件開孔直徑d和靠近節流裝置的直管段內徑D。
　　
　　當d和D實際尺寸偏離設計尺寸后，造成的后果就是流量測量系統的滿度值產生了變化。如果將d和D的實際值測量出來，然后代入公式計算出與此實際值相對應的流量滿度值，然后用新的滿度值代替原設計值，置入流量顯示儀表或DCS等，則系統運行后尺寸誤差對測量系統的影響就得到了*的校正。
　　
　　2.2配套儀表的配校及誤差校正
　　
　　一個測量系統往往由相互獨立的幾臺儀表組成，各臺儀表有各自的技術指標和度等級，而系統度則由各臺相關聯的儀表的度按一定的規律合成。各臺儀表一般具有互換性，目前大多數儀表測量系統都是這樣組成和運作的。
　　
　　人們為了提高系統度，采用了另一種系統合成的方法，即配套校驗后配套使用。所謂配套校驗就是將配套使用的若干臺相互獨立的合格儀表組合起來，各臺儀表被看作是一臺儀表中的一個部分，配校中出現的誤差在其中個別儀表的可調部分作微小調整，從而提高系統度。
　　
　　配校的方法很早就已經在測量技術中應用，只是在計算機技術進入儀表后，出現了更*的校正誤差的手段。利用這個手段可以使各校驗點的誤差得到全面校正，從而使系統度大大提高。
　　
　　2.3差壓式流量計的靜壓誤差及其校正
　　
　　差壓變送器的差壓刻度通常是在負壓室通大氣的條件下校驗的，安裝到現場通入實際使用靜壓校零時，往往發現零位輸出與負壓室通大氣校驗時的零位輸出不一致。這種正、負壓室通入相同靜壓得到的零位輸出稱為靜壓誤差。
　　
　　差壓變送器的靜壓誤差是由其正負壓室膜盒有效面積不相等引起的。在DDZ2Ⅲ型差壓變送器中，靜壓誤差可高達±0.5%FS。在智能型差壓變送器中，由于裝有靜壓傳感器，并且通過實驗的方法測出靜壓在規定的范圍內變化時，零位輸出的偏離值，然后在表內的單片機中將靜壓誤差予以校正。經過靜壓誤差在線校正的差壓變送器，殘存的靜壓誤差一般可降低到±0.1%以下，從而使其性能得到顯著改善。
　　
　　差壓變送器的靜壓誤差如果不作校正，將會給流量測量帶來誤差，尤其是在相對流量較小時，影響更可觀。例如有一臺DDZ-Ⅲ型差壓變送器同節流裝置一起組成差壓式流量計，在常用壓力條件下其靜壓誤差為0.5%FS，因未對此靜壓誤差作調整就投入運行，則實際流量為零時，儀表的流量示值就可能達到7.1%FS，雖然小信號切除功能就將這一矛盾掩蓋掉，但是其影響客觀上是存在的，而且在全量程范圍內±0.5%FS的差壓偏離總是在起作用。
　　
　　差壓變送器在制造廠出廠前零位作為一個重要指標檢驗過，但是殘存的靜壓誤差在儀表投運時還必須在使用現場通入實際靜壓的靜壓誤差再一次檢查校核。
　　
　　有的差壓變送器帶有開平方功能和小信號切除功能，在檢查靜壓誤差時應將小信號切除功能暫時解除，以觀察真正的零位。
　　
　　差壓變送器的輸出也可在流量顯示儀表或DCS中讀出，為了讀出真正的零位輸出，也需將小信號切除功能暫時解除。
　　
　　將差壓變送器與流量顯示儀表配合起來檢查零位輸出，如果零位存在偏差，則可能的原因如下：①差壓變送器靜壓誤差。②差壓變送器安裝位置偏離正確位置引起零點偏移。③流量顯示儀表零點偏差。
　　
　　這種偏差的代數和不會很大，zui終是通過差壓變送器的零點校準予以消除。因此儀表投運前這一檢查校準環節是開表投運操作中的重要一環。
　　
　　2.4節流裝置導壓管引向對儀表示值的影響
　　
　　節流裝置導壓管的作用是將節流裝置所產生的差壓信號不失真地傳遞到差壓變送器，但從現場的實際情況來看，導壓管的配置這看似簡單的事情還是存在很大問題。
　　
　　zui嚴重的問題是安裝在垂直管路上的測量蒸汽流量的節流裝置，按照信號不失真傳遞的要求，導壓管的結構應如圖1所示。
　　
　　GB/T262421993中規定的差壓式流量計工藝管道全為水平方向，但實際應用中，垂直方向的管道無法避免，因此按照信號不失真傳遞的原理就有了如圖1所示的結構。在該圖中，切斷閥采用直通閥（直通閘閥或球閥）后，只要冷凝器一端導壓管略高于節流裝置的一端，則從冷凝器溢出的冷凝液就可通暢地流回母管，兩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補充，從而實現正常的氣液交換。但是有不少儀表廠供應的卻是如圖2所示的結構，這種導壓管連接方式的優點是外觀漂亮，但卻損害了它的基本功能。
　　
　　2.5差壓式流量計重復開方引入的誤差
　　
　　差壓式流量計總是要有開平方運算這一環節，但若在差壓變送器開了平方后，在流量二次表中再開一次平方，就會產生相當大的誤差[3]。
　　
　　重復開放的錯誤一般發生在差壓變送器帶來開方功能的系統中，是由于疏忽引起的，一般是在物料平衡計算中出現嚴重問題而懷疑流量示值大幅度偏高時才進行檢查，并zui后得到糾正。
　　
　　避免重復開方錯誤的有效方法如下。
　　
　　（1）更新認識。許多老的儀表人員對差壓變送器功能的認識習慣性停留在“差壓變送”上面，意即僅為差壓測量而已，故習慣性將二次表設置為開平方特性。
　　
　　（2）加強基礎資料管理。基礎資料不僅包括二次表校驗單，還應包括二次表的組態數據記錄單，變送器校驗單。
　　
　　（3）組態時強調按數據記錄單操作，避免即興操作。并在組態完畢與記錄單校對無誤后加上密碼，防止隨意改動。
　　
　　2.6差壓信號傳送失真及引入的誤差
　　
　　在差壓式流量計的標準規范中，對導壓管的敷設和儀表的安裝一般只簡單地提到一句，即差壓信號不應有傳送失真。實際上要真正做到差壓信號的不失真傳送是非常不容易的。有事實為證：在裝置剛剛停車，或有條件將裝有差壓式流量計一次裝置的管道上閥門關閉時，并且確認流過流量計的流量已降到零，從具體流量計讀數來看，真正示值零的并不多。其中零點漂移的主要原因多半為差壓傳送過程中的失真。
　　
　　差壓信號的傳送失真使得差壓變送器上接收倒的差壓信號與節流裝置所產生的差壓信號不相等，從而引起附加誤差。
　　
　　差壓信號傳送失真包括穩態值失真和動態失真。在穩定流條件下只存在穩態值失真，在脈動流條件下，既可能存在穩態值失真又會有動態失真。影響差壓信號傳送失真的因素主要有以下幾個方面：
　　
　　（1）導壓管引向不合理和切斷閥設置不當引起的誤差。差壓式蒸汽流量計中導壓管引向不合理和切斷閥設置不當引入的誤差已在前面論述。
　　
　　（2）冷凝器高度不相等引起的誤差。正負壓管上兩只冷凝器結構應對稱，安裝高度應相等，從而有可能使得兩只冷凝器內液位高度相等，因為液位高度相差1mm就會引入10Pa的差壓失真。
　　
　　（3）隔離液液位高度不相等引起的誤差。
　　
　　（4）引壓管線引起的傳送失真保證導壓管線合理的坡度是為了使管內可能出現的氣泡較快地升到氣體收集器內或母管內，使管內可能出現的凝液較快地下沉到沉降器、排污閥或母管內。
　　
　　（5）三閥組可能引入的傳送失真。三閥組的通徑很小，在測量干燥氣體、蒸汽和液體時，一般不會有大問題，但在測量有可能析出凝液的低壓氣體時，往往會因一滴冷凝液堵在水平放置的三閥組流路中，引起很大誤差。解決此問題的簡單方法是改變差壓變送器的安裝方向，將三閥組的流路從水平改為垂直，并將差壓變送器安裝在高處。
　　
　　3結論
　　
　　根據差壓式流量計的工作特點和影響其精度的因素分析，要想準確地獲得測量精度，就必須全面掌握流量測量的方式、測量介質、測量裝置、流體工況等情況，充分考慮差壓式流量計的規格要求、安裝調試和檢驗標準，應用智能化技術對測量部分可能引入的誤差進行補償和校正也是十分必要的，這在實際生產具有現實意義。