差壓式流量計的發(fā)展現(xiàn)狀
發(fā)布時間：2022-09-06 00:31:42來源：hseauto.rixinfy.com來源：..
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自古以來?流量測量是人類文明的標(biāo)志之一?但是由于當(dāng)時經(jīng)濟(jì)和科技的不發(fā)達(dá)?流量測量的方法僅有有限的幾種。直到20世紀(jì)?隨著過程工業(yè)、能源計量和城市公用事業(yè)對流量測量的需求急劇增長?促使流量測量方法和儀表迅速發(fā)展。文章針對差壓流量計的發(fā)展進(jìn)行了研究。
1 差壓流量計應(yīng)用現(xiàn)狀
工業(yè)測量和控制中?使用的流量計種類很多?差壓型流量計廣泛應(yīng)用于工礦企業(yè)?特別是冶金、石油、化工、天然氣、水電等部門?而且有很多用于貿(mào)易結(jié)算?是流量計中使用量最大、面最廣的一種流量計。該流量計結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、歷史悠久?已積累大量可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
差壓流量計是一種用節(jié)流裝置或其他差壓檢測元件（如測速管、畢托管）與差壓計配套使用來測量流速的儀表。該流量計是一種比較成熟的產(chǎn)品?20世紀(jì)50年代以前?國外已廣泛應(yīng)用。由于它具有結(jié)構(gòu)簡單、使用壽命長、適應(yīng)性強(qiáng)和價格較低等優(yōu)點(diǎn)?因而占有的市場比例很大?20世紀(jì)70年代曾高達(dá)到35％。目前市場占有率雖然有所下降?但仍然占有絕對大的市場。
近年來?與節(jié)流裝置配套使用的差壓變送器發(fā)展很快?主要在簡單、可靠、提高精度和增加功能等方面加以研究?主要研究方法有：
1）盡量減少零部件的種類和數(shù)量?僅僅使用經(jīng)過證明是可靠的零部件。
2）采用左右對稱結(jié)構(gòu)?從本質(zhì)上消除產(chǎn)生誤差的因素。
3）檢測元件使用半導(dǎo)體復(fù)合型傳感器?可測量壓差、靜壓和溫度等參數(shù)。
4）利用微處理機(jī)補(bǔ)償傳感器的特性?變送器的精確度一般可達(dá)量程的0.1％?最高可達(dá)量程的0.075％。
5）應(yīng)用數(shù)字通信技術(shù)?把通信信號重疊在4－20ｍＡ變送器統(tǒng)一輸出信號上?使用手持通信器便能遠(yuǎn)距離地進(jìn)行參數(shù)設(shè)定（與以前相比可節(jié)省工時96％ ）和自診斷（與以前相比?可節(jié)省故障檢查工時85％ ）。這種變送器稱為智能變送器或能巧變送器。由于智能型變送器的出現(xiàn)?因而可構(gòu)成全數(shù)字儀表控制系統(tǒng)。
此外?目前已研發(fā)了一種新型的變送器?即在差壓變送器的功能上附加PID（比例、積分、微分）的調(diào)節(jié)功能。由此可以實(shí)現(xiàn)：① 僅用該儀表就能進(jìn)行分散控制；② 用多臺儀表既能實(shí)現(xiàn)差壓變送器的功能?又能實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)器的功能；③ 由于不需要調(diào)節(jié)器?因而差壓變送器與儀表控制之間無需
配線?降低了成本。
2 差壓流量計的特點(diǎn)
2.1 節(jié)流式差壓流量計的優(yōu)點(diǎn)
節(jié)流式差壓流量計的主要優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾個方面。
1）節(jié)流件標(biāo)準(zhǔn)孔板結(jié)構(gòu)易于復(fù)制、簡單、牢固、性能穩(wěn)定可靠、使用期限長、價格低廉。節(jié)流式差壓流量計應(yīng)用范圍極為廣泛?至今尚無任何類型的流量計可與之相比。
2）檢測元件與差壓顯示儀表可分別由不同廠家生產(chǎn)?便于專業(yè)化形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)?它們的結(jié)合靈活、方便。
3） 檢測元件?特別是對標(biāo)準(zhǔn)型元件的檢測?是全世界通用的?并得到國際標(biāo)準(zhǔn)化組織的認(rèn)可。對標(biāo)準(zhǔn)型檢測元件進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)研究是國際性的?其他流量計一般依靠個別廠家或研究群體進(jìn)行?因此?研究的深度和廣度不可同日而語。從時間上看?標(biāo)準(zhǔn)型檢測件自20世紀(jì)30年代國際標(biāo)準(zhǔn)化組織確定后始終沒有改變?其研究資料及生產(chǎn)實(shí)踐的積累極其豐富?應(yīng)用范圍廣泛。
4）標(biāo)準(zhǔn)型節(jié)流裝置無需實(shí)流校準(zhǔn)?即可投入使用?在流量計中也是唯一的。
2.2 節(jié)流式差壓流量計的缺點(diǎn)
節(jié)流式差壓流量計的缺點(diǎn)主要有：
1）測量的重復(fù)性、精確度在流量計中屬于中等水平?由于眾多因素的影響?精確度難以提高。
2）范圍度窄?由于儀表信號（壓差）與流量為平方關(guān)系?一般范圍度僅為3∶1～4∶1。
3）現(xiàn)場安裝條件要求高?如需要較長的直管段（指孔板、噴嘴）?一般難滿足。
4）檢測件與壓差檢測儀表之間引壓管線為薄弱環(huán)節(jié)?易產(chǎn)生泄漏、堵塞、凍結(jié)及信號失真等故障。
5）壓力損失大（指孔板、噴嘴）。
3 節(jié)流裝置的發(fā)展?fàn)顩r
3.1 國外節(jié)流裝置的發(fā)展?fàn)顩r
節(jié)流裝置的發(fā)展有一個較長的歷史過程?早在17世紀(jì)初?卡斯特利和托里謝利提出兩條基本原理：第一?流速乘以管道橫截面的面積等于流量；第二?通過孔眼的流量是與壓頭的平方根成正比；這兩條原理為節(jié)流裝置奠定了理論基礎(chǔ)。1913年希克斯坦公布了孔板上游取壓口位置設(shè)在2?5Ｄ（Ｄ指被測管的直徑）處?下游取壓口位置設(shè)在8Ｄ處的最早的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
1912年～1916年?托馬斯·韋默思和貝利研究了用于測量天然氣及蒸汽流量的法蘭取壓孔板實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。而在歐洲對角接取壓孔板進(jìn)行了相同內(nèi)容的研究。
1930年后?美國煤氣協(xié)會、美國機(jī)械工程師學(xué)會、美國國家標(biāo)準(zhǔn)局聯(lián)合試驗(yàn)?并確認(rèn)俄亥俄州立大學(xué)的測試報告?將測試數(shù)據(jù)擬合成一個白金漢系數(shù)方程?使孔板的應(yīng)用推進(jìn)了一步。
1975年?斯托茲提出角接取壓、法蘭取壓、Ｄ－1／2Ｄ取壓孔板的流出系數(shù)可以使用一個通用的方程式。根據(jù)邏輯法則?利用俄亥俄州立大學(xué)的數(shù)據(jù)擬合了適合于法蘭、角接和Ｄ－1／2Ｄ取壓的無量綱方程式。1980年ISO5167采納了斯托茲公式。
3.2 國內(nèi)節(jié)流裝置發(fā)展?fàn)顩r
1976年?我國開始對孔板等節(jié)流裝置進(jìn)行試驗(yàn)研究?實(shí)驗(yàn)研究內(nèi)容包括：試驗(yàn)用的標(biāo)準(zhǔn)流量裝置和差壓測量裝置的要求以及試驗(yàn)方法；流出系數(shù)的驗(yàn)證試驗(yàn)；節(jié)流裝置的結(jié)構(gòu)試驗(yàn)；節(jié)流裝置的安裝試驗(yàn)等。
1982年對Ｄ－1／2Ｄ取壓孔板、長徑噴嘴均速管靶式流量傳感器和臨界流量進(jìn)行試驗(yàn)研究?并制定了JJG311－83檢定規(guī)程。同時開始對均速管靶式流量傳感器和臨界流測量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。
1988年后?臨界流流量計在氣體流量測量中有較廣泛的應(yīng)用。
1986年開始對均速管、1／4圓孔板、錐形入口孔板進(jìn)行了研究?并制訂JJG621－89檢定規(guī)程。
1991年起?根據(jù)國家計量檢定規(guī)程體系表的規(guī)定?重新制定了《差壓式流量》國家計量檢定規(guī)程JJG640－94。這一標(biāo)準(zhǔn)將所有產(chǎn)生差壓的節(jié)流裝置和流量傳感器歸為一類?包括配套的差壓變送器。
3.3 流量測量儀表的發(fā)展方向
隨著工業(yè)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步?綜合控制和管理系統(tǒng)會越來越多。流量測量儀表是傳輸現(xiàn)場信息的重要部分?流量測量儀表的發(fā)展方向主要有：
1）大量地、準(zhǔn)確地傳輸信息?這就需要以可靠性作為首要條件的小型、輕型、低價格、操作容易的流量測量儀表。
2）系統(tǒng)實(shí)行分散化?將系統(tǒng)的一部分功能轉(zhuǎn)移到流量測量儀表上?這就需要多功能、高穩(wěn)定和高精度的智能流量測量儀表。
4 節(jié)流裝置標(biāo)準(zhǔn)化研究現(xiàn)狀
4.1 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的研制過程
1） ISAI932噴嘴（孔板）。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的發(fā)展經(jīng)過漫長的過程?早在20世紀(jì)20年代?美國和歐洲的一些國家就開始進(jìn)行大規(guī)模的節(jié)流裝置實(shí)驗(yàn)研究?并對最普通的節(jié)流裝置（孔板和噴嘴） 的設(shè)計實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化。標(biāo)準(zhǔn)孔板稱為ISAI932孔板。節(jié)流裝置的標(biāo)準(zhǔn)化具有深遠(yuǎn)的意義?只有節(jié)流裝置的標(biāo)準(zhǔn)化?才有可能把國際上眾多研究成果匯集到一起?它促進(jìn)檢測元件的理論和實(shí)踐向深度和廣度拓展?這是其他流量計所不及的。
20世紀(jì)50年代末?國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO把美國與歐洲節(jié)流裝置的研究數(shù)據(jù)相結(jié)合?并于1967年、1968年頒布了ISO／Ｒ541有關(guān)孔板和噴嘴的規(guī)定和ISO／Ｒ781有關(guān)文丘里管的規(guī)定兩個標(biāo)準(zhǔn)。
2） 國際標(biāo)準(zhǔn)ISO5167。1980年?ISO正式通過國際標(biāo)準(zhǔn)ISO5167?由此流量測量節(jié)流裝置第一個國際標(biāo)準(zhǔn)誕生了。ISO5167總結(jié)了幾十年來國際上對為數(shù)不多的幾種節(jié)流裝置（孔板、噴嘴和文丘里管）的理論與實(shí)驗(yàn)的研究成果?反映該檢測元件的當(dāng)代科學(xué)與生產(chǎn)技術(shù)水平。
在此之前?我國一直用前蘇聯(lián)的節(jié)流裝置手冊。1976年?我國開始對孔板等節(jié)流裝置進(jìn)行試驗(yàn)研究。1981年?我國制定了第一個節(jié)流裝置國家標(biāo)準(zhǔn)CTB2624－81。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和檢測手段的提高?1993年? 修訂后的國標(biāo)為GB／T2624－1993。
4.2 ISO5167存在的問題
ISO5167從正式頒布時就暴露出許多問題?其主要問題有：
1） ISO5167實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的陳舊性。ISO5167中采用的數(shù)據(jù)大多數(shù)是20世紀(jì)30年代的實(shí)驗(yàn)結(jié)果?而現(xiàn)在無論節(jié)流裝置制造技術(shù)、流量實(shí)驗(yàn)設(shè)備還是實(shí)驗(yàn)技術(shù)都有了巨大的進(jìn)步?因此重新進(jìn)行系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)以獲得更高精度的數(shù)據(jù)是必要的。進(jìn)入80年代?美國和歐洲都進(jìn)行了大規(guī)模的實(shí)驗(yàn)?為修訂ISO5167打下了基礎(chǔ)。
2） ISO5167中有關(guān)于直管段長度的規(guī)定。長期以來這一問題一直是爭論的焦點(diǎn)?該問題也是ISO5167修訂的主要原因之一。
3） ISO5167中各項(xiàng)規(guī)定的科學(xué)性。影響節(jié)流裝置流出系數(shù)的因素很多?主要有孔徑與管徑的比值Ｒ、取壓裝置、雷諾數(shù)、節(jié)流件安裝偏心度、前后阻流件類型及直管段長度、孔板入口邊緣尖銳度、管壁粗糙度、流體流動湍流度等?由于眾多因素的影響?有的參數(shù)難以直接測量?標(biāo)準(zhǔn)中有些規(guī)定并非科學(xué)。
4） 節(jié)流裝置的精確度不高。20世紀(jì)80年代?美國和歐洲開始進(jìn)行大規(guī)模的孔板流量計的實(shí)驗(yàn)研究?歐洲有歐共體實(shí)驗(yàn)計劃?美國有ＡＰＩ實(shí)驗(yàn)計劃?實(shí)驗(yàn)的目的是用最新測試設(shè)備及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計處理技術(shù)進(jìn)行新一輪的范圍廣泛的實(shí)驗(yàn)研究?為修訂ISO5167打下技術(shù)基礎(chǔ)。1999年國際標(biāo)準(zhǔn)化組織發(fā)出ISO5167的修訂稿（ISO／CD5167－1～4）?該文件在技術(shù)內(nèi)容和編輯方面都有較大的改動?是一份全新的標(biāo)準(zhǔn)。原預(yù)定于1999年7月在美國丹佛舉行的ISO／TC30／SC2會議上審查通過為DIS（標(biāo)準(zhǔn)草案）?但會議認(rèn)為該文件的一些細(xì)節(jié)問題有待進(jìn)一步商榷?因此未能通過審核批準(zhǔn)。2000年通過的ISO／5167新標(biāo)準(zhǔn)?標(biāo)準(zhǔn)的兩個核心內(nèi)容都有了實(shí)質(zhì)性的變化： 一是孔板的流出系數(shù)公式?用Ｒｅａｄｅｒ－Ｈａｒｒｉｓ／Ｃａｌｌａｇｈｅｒ計算式（Ｒ－Ｇ式）代替Ｓｔｏｌｚ計算式；二是節(jié)流裝置上、下游側(cè)直管段長度以及流動整流器的使用等有了明確的要求。
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