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EJA差壓變送器 差壓原理的流量測(cè)量
國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展和國(guó)家對(duì)節(jié)約能源消耗的系列舉措，更促進(jìn)了流量?jī)x表的需求。特別是在城市天然氣、煤氣、工業(yè)用蒸汽及其它各類介質(zhì)計(jì)量和各單位內(nèi)部成本核算等計(jì)量中，都迫切需要寬量程、高精度、高可靠性的計(jì)量?jī)x表。EJA差壓變送器，橫河差壓式流量計(jì)以其技術(shù)成熟、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)可動(dòng)部件、穩(wěn)定可靠、適應(yīng)面寬等優(yōu)點(diǎn)獨(dú)居流量計(jì)。
盡管用量巨大，使用中出現(xiàn)的問(wèn)題也不少。但在橫河差壓式流量計(jì)的構(gòu)成上卻一直沒(méi)有變化。仍然是經(jīng)典組合，節(jié)流裝置加EJA差壓變送器，再配用壓力、溫度和積算顯示儀。可能是因?yàn)闅v史原因，目前國(guó)內(nèi)外的差壓變送器生產(chǎn)廠家和流量?jī)x表的生產(chǎn)廠仍然好象是分屬兩個(gè)不同的領(lǐng)域。沒(méi)有將節(jié)流裝置及差壓變送器結(jié)合起來(lái)考慮改進(jìn)措施。節(jié)流裝置近年來(lái)也有不少新品種投入使用，大大提高了節(jié)流裝置的差壓輸出的穩(wěn)定性和對(duì)現(xiàn)場(chǎng)直管段的要求。如V形錐式節(jié)流裝置、楔形節(jié)流裝置、威利巴、德?tīng)査汀㈦p文丘利管等。差壓變送器更是發(fā)展迅猛。多種多樣智能化的、帶現(xiàn)場(chǎng)總線的變送器層出不窮。但是都沒(méi)有擺脫4～20mA輸出對(duì)應(yīng)1個(gè)差壓量程值的老模式。在這種百家爭(zhēng)鳴的局面下，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也日益激烈。也出現(xiàn)了一些變送器廠家的誤導(dǎo)宣傳，聲稱配用寬量程的差壓變送器就可獲得寬的流量測(cè)量范圍。有些流量計(jì)生產(chǎn)廠家也聲稱自己生產(chǎn)的差壓式流量計(jì)（配差壓變送器）測(cè)量范圍達(dá)到1：30以上。
流出系數(shù)C由下式確定：
式中：Δp為差壓，Pa；ε為被測(cè)介質(zhì)的可膨脹性系數(shù)，對(duì)于液體ε=1；對(duì)氣體、蒸氣等可壓縮流體ε<1；qv為流體的體積流量，m3/s（工況下流體的體積流量）；qm為流體的質(zhì)量流量，kg/s；d為工作狀況下節(jié)流件的等效開(kāi)孔直徑，m；Δp為差壓，Pa；ρ1為工作狀況下，節(jié)流件（前）上游處流體的密度，kg/m3；C為流出系數(shù)，無(wú)量綱；β為直徑比，無(wú)量綱。
根據(jù)橫河差壓式流量計(jì)的基本計(jì)算公式，我們不難推算出1臺(tái)0～200kPa量程的EJA差壓變送器和1臺(tái)0～1kPa量程的EJA差壓變送器所測(cè)量的流量范圍是一樣寬的。所謂的寬量程差壓變送器是不存在的。
如何提高計(jì)量精度和拓寬量程，流量測(cè)量應(yīng)用及研究單位也做了大量工作，但是到目前為止也沒(méi)有找到一種比較好的解決辦法。下面是比較通用的幾種辦法：
（1）采取多臺(tái)不同量程的差壓變送器并聯(lián)使用，在大流量差壓量程超限或小流量差壓量程低*由人工開(kāi)關(guān)相應(yīng)閥門切換使用不同量程的差壓變送器。
（2）將一根計(jì)量管分為幾根不同內(nèi)徑的計(jì)量管進(jìn)行計(jì)量，由微機(jī)控制電動(dòng)閥門開(kāi)關(guān)相對(duì)應(yīng)流量大小的計(jì)量管。這種方式目前在天然氣和煤氣計(jì)量站用得較多。比如將219mm的計(jì)量管分為219、150、100mm三種計(jì)量管的組合，各管的計(jì)量量程互相覆蓋，由微機(jī)根據(jù)流量大小控制各管的組合。
（3）采用現(xiàn)有帶現(xiàn)場(chǎng)總線通訊協(xié)議的智能差壓變送器，通過(guò)帶現(xiàn)場(chǎng)總線通訊協(xié)議的手操器來(lái)改變智能差壓變送器的4～20mA對(duì)應(yīng)的差壓量程的調(diào)整。
以上三種方式中的第1種由于需人工切換，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)比較困難，近些年幾乎沒(méi)人使用。第二種多管并聯(lián)微機(jī)切換方式現(xiàn)在用得比較多，但因?yàn)樵靸r(jià)高、計(jì)量管占地面積大等因素，一般也只能用于重要場(chǎng)站計(jì)量。
第三種方式只能適用于同一臺(tái)差壓變送器對(duì)于節(jié)流件尺寸或流量變化引起的差壓上限值的重新設(shè)定。也無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)差壓量程自適應(yīng)和擴(kuò)大流量測(cè)量范圍。
受差壓變送器和流量積算儀的制約，用差壓變送器和通常的開(kāi)方積算儀要在超出1：4的測(cè)量范圍精確計(jì)算出流量非常困難，通常為1.5%～5%。由于差壓式流量計(jì)的流量與差壓值是平方根關(guān)系，流量測(cè)量范圍要達(dá)到1：10，差壓值的測(cè)量范圍則必須達(dá)到1：100。受差壓變送器輸出4～20mA模似信號(hào)分辨率的影響，到目前為止差壓式流量計(jì)的流量測(cè)量范圍仍然僅為1：4左右。這里我們只分析了差壓值這一個(gè)因素的影響。還有流出系數(shù)的非線性等其它因素也影響著差壓式流量計(jì)的測(cè)量范圍及計(jì)量精度。
解決問(wèn)題的方法
"差壓量程自適應(yīng)差壓式流量計(jì)"的研制設(shè)計(jì)思想源于20多年流量?jī)x表研制開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。在為重慶燃?xì)饧瘓F(tuán)公司設(shè)計(jì)制造的幾十個(gè)天然氣站計(jì)量記錄控制裝置的過(guò)程中，幾乎在每一個(gè)場(chǎng)站都遇到了流量測(cè)量范圍窄的問(wèn)題。在無(wú)表可選用的情況下，只能在重點(diǎn)場(chǎng)站采用"分管多臺(tái)差壓變送器組合"的方式解決。受此啟發(fā)，我們針對(duì)橫河差壓式流量計(jì)存在的關(guān)鍵問(wèn)題于2000年提出根據(jù)流量大小實(shí)時(shí)調(diào)整差壓量程的設(shè)計(jì)思想。同對(duì)設(shè)計(jì)了多個(gè)方案進(jìn)行比較選擇。2002年做出了根據(jù)流量大小實(shí)時(shí)調(diào)整差壓量程的原始樣機(jī)。
"差壓量程自適應(yīng)差壓式流量計(jì)"用微處理器將差壓傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器、流量計(jì)算顯示有機(jī)地結(jié)合在一起。相互之間不再用4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)來(lái)連接。取而代之的是在微處理器控制下的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳遞和處理。從根本上解決因使用現(xiàn)有的差壓變送器引起的流量測(cè)量范圍窄、計(jì)算精度不高、安裝使用復(fù)雜的問(wèn)題。項(xiàng)目產(chǎn)品主要通過(guò)以下過(guò)程實(shí)現(xiàn)。（1）差壓信號(hào)的自適應(yīng)處理。在微處理器對(duì)差壓傳感器信號(hào)進(jìn)行調(diào)理時(shí)，將傳感器輸出信號(hào)大小、自動(dòng)增益控制和A/D轉(zhuǎn)換器量程結(jié)合起來(lái)進(jìn)行分段處理。這樣在采集差壓傳感器信號(hào)時(shí)可以保障小信號(hào)有足夠的增益放大倍數(shù)，大信號(hào)不會(huì)超出A/D轉(zhuǎn)換器量程。保證在送入微處理器A/D轉(zhuǎn)換時(shí)的差壓信號(hào)幅值在A/D轉(zhuǎn)換器量程的20%～80%之間。也就是說(shuō)不論差壓傳感器信號(hào)在大點(diǎn)還是在小點(diǎn)都能通過(guò)自動(dòng)增益控制在A/D轉(zhuǎn)換器的*量程內(nèi)。這樣就達(dá)到了在使用中實(shí)時(shí)根據(jù)流量大小自動(dòng)調(diào)整差壓信號(hào)放大倍數(shù)提高分辨率的目的，再加上分段線性化處理和溫度影響補(bǔ)償，就能有效地使用差壓傳感器在目前技術(shù)下不能使用的全部量程范圍。將差壓測(cè)量范圍擴(kuò)大到1：400以上。
（2）拋棄傳統(tǒng)變送器的概念，自適應(yīng)處理后的差壓信號(hào)和微處理器控制采集的壓力、溫度信號(hào)采用數(shù)字傳送，不再受傳統(tǒng)變送器4～20mA電流信號(hào)分辨率的限制。
（3）多參量集成一體后進(jìn)行溫度影響修正。將微處理器控制下的上述多個(gè)參量作為一個(gè)整體進(jìn)行高低溫?cái)?shù)據(jù)測(cè)試和使用環(huán)境溫度影響量的修正。使差壓傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器和流量計(jì)算儀有機(jī)地結(jié)合為一體，而不是簡(jiǎn)單的物理上的組合。達(dá)到整機(jī)消除溫度影響、提高精度的目的。
（4）在解決多參量數(shù)據(jù)高精度采集的同時(shí)，建立符合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)和檢定規(guī)程GB/T2624—93、ISO5167、JJG1003—2005、JJG640—1994要求的全參數(shù)補(bǔ)償流量計(jì)算模型。并設(shè)計(jì)編制了相應(yīng)的應(yīng)用軟件包。
3 差壓量程自適應(yīng)型差壓式流量計(jì)構(gòu)成
差壓量程自適應(yīng)型橫河差壓式流量計(jì)由節(jié)流裝置（如孔板、V型錐、楔型、均速管、噴嘴等）和AW—2003型智能顯示儀組合而成。由于本產(chǎn)品不使用傳統(tǒng)的差壓變送器，而采用內(nèi)含EJA差壓傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器和流量積算儀的AW2003型智能顯示儀。既可同傳統(tǒng)節(jié)流裝置構(gòu)成一體式差壓量程自適應(yīng)型橫河差壓流量計(jì)，也可通過(guò)引壓管連接組成分體式結(jié)構(gòu)的差壓量程自適應(yīng)型差壓流量計(jì)。
差壓量程自適應(yīng)型差壓式流量計(jì)的特點(diǎn)
（1）上海強(qiáng)源智能顯示儀能根據(jù)被測(cè)流量的大小來(lái)自動(dòng)調(diào)整差壓傳感器輸出信號(hào)的增益大小，真正達(dá)到了1：20以上的流量測(cè)量范圍。橫河差壓式流量計(jì)的這一飛躍是多項(xiàng)技術(shù)進(jìn)步的成果，它改變著人們對(duì)差壓式流量計(jì)的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)。
（2）上海強(qiáng)源智能顯示儀從根本上解決了橫河差壓式流量計(jì)流量計(jì)算復(fù)雜的問(wèn)題，是通用型的設(shè)計(jì)，具有計(jì)算公式選擇功能和相關(guān)參數(shù)設(shè)置功能。使用時(shí)只需依據(jù)節(jié)流裝置名稱及被測(cè)介質(zhì)種類依據(jù)使用說(shuō)明書(shū)中的公式選擇表格選擇置入相應(yīng)代碼即可。儀表自動(dòng)完成各種補(bǔ)償系數(shù)和流出系數(shù)全部進(jìn)行在線計(jì)算。
（3）上海強(qiáng)源智能顯示儀可以同各種節(jié)流裝置組合構(gòu)成差壓量程自適應(yīng)型橫河差壓式流量計(jì)。有兩線制4～20mA（流量信號(hào)）輸出型，RS485輸出型，電池供電型（帶溫壓補(bǔ)償，使用1年以上）等系列產(chǎn)品。