差压式流量计的发展现状
发布时间：2022-09-06 00:31:42来源：hseauto.rixinfy.com来源：..
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自古以来流量测量是人类文明的标志之一但是由于当时经济和科技的不发达流量测量的方法仅有有限的几种。直到20世纪随着过程工业、能源计量和城市公用事业对流量测量的需求急剧增长促使流量测量方法和仪表迅速发展。文章针对差压流量计的发展进行了研究。
1 差压流量计应用现状
工业测量和控制中使用的流量计种类很多差压型流量计广泛应用于工矿企业特别是冶金、石油、化工、天然气、水电等部门而且有很多用于贸易结算是流量计中使用量最大、面最广的一种流量计。该流量计结构简单、安装方便、历史悠久已积累大量可靠的实验数据。
差压流量计是一种用节流装置或其他差压检测元件（如测速管、毕托管）与差压计配套使用来测量流速的仪表。该流量计是一种比较成熟的产品20世纪50年代以前国外已广泛应用。由于它具有结构简单、使用寿命长、适应性强和价格较低等优点因而占有的市场比例很大20世纪70年代曾高达到35％。目前市场占有率虽然有所下降但仍然占有绝对大的市场。
近年来与节流装置配套使用的差压变送器发展很快主要在简单、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）尽量减少零部件的种类和数量仅仅使用经过证明是可靠的零部件。
2）采用左右对称结构从本质上消除产生误差的因素。
3）检测元件使用半导体复合型传感器可测量压差、静压和温度等参数。
4）利用微处理机补偿传感器的特性变送器的精确度一般可达量程的0.1％最高可达量程的0.075％。
5）应用数字通信技术把通信信号重叠在4－20ｍＡ变送器统一输出信号上使用手持通信器便能远距离地进行参数设定（与以前相比可节省工时96％ ）和自诊断（与以前相比可节省故障检查工时85％ ）。这种变送器称为智能变送器或能巧变送器。由于智能型变送器的出现因而可构成全数字仪表控制系统。
此外目前已研发了一种新型的变送器即在差压变送器的功能上附加PID（比例、积分、微分）的调节功能。由此可以实现：① 仅用该仪表就能进行分散控制；② 用多台仪表既能实现差压变送器的功能又能实现调节器的功能；③ 由于不需要调节器因而差压变送器与仪表控制之间无需
配线降低了成本。
2 差压流量计的特点
2.1 节流式差压流量计的优点
节流式差压流量计的主要优点表现在以下几个方面。
1）节流件标准孔板结构易于复制、简单、牢固、性能稳定可靠、使用期限长、价格低廉。节流式差压流量计应用范围极为广泛至今尚无任何类型的流量计可与之相比。
2）检测元件与差压显示仪表可分别由不同厂家生产便于专业化形成规模经济生产它们的结合灵活、方便。
3） 检测元件特别是对标准型元件的检测是全世界通用的并得到国际标准化组织的认可。对标准型检测元件进行的实验研究是国际性的其他流量计一般依靠个别厂家或研究群体进行因此研究的深度和广度不可同日而语。从时间上看标准型检测件自20世纪30年代国际标准化组织确定后始终没有改变其研究资料及生产实践的积累极其丰富应用范围广泛。
4）标准型节流装置无需实流校准即可投入使用在流量计中也是唯一的。
2.2 节流式差压流量计的缺点
节流式差压流量计的缺点主要有：
1）测量的重复性、精确度在流量计中属于中等水平由于众多因素的影响精确度难以提高。
2）范围度窄由于仪表信号（压差）与流量为平方关系一般范围度仅为3∶1～4∶1。
3）现场安装条件要求高如需要较长的直管段（指孔板、喷嘴）一般难满足。
4）检测件与压差检测仪表之间引压管线为薄弱环节易产生泄漏、堵塞、冻结及信号失真等故障。
5）压力损失大（指孔板、喷嘴）。
3 节流装置的发展状况
3.1 国外节流装置的发展状况
节流装置的发展有一个较长的历史过程早在17世纪初卡斯特利和托里谢利提出两条基本原理：第一流速乘以管道横截面的面积等于流量；第二通过孔眼的流量是与压头的平方根成正比；这两条原理为节流装置奠定了理论基础。1913年希克斯坦公布了孔板上游取压口位置设在2∙5Ｄ（Ｄ指被测管的直径）处下游取压口位置设在8Ｄ处的最早的实验数据。
1912年～1916年托马斯·韦默思和贝利研究了用于测量天然气及蒸汽流量的法兰取压孔板实验数据。而在欧洲对角接取压孔板进行了相同内容的研究。
1930年后美国煤气协会、美国机械工程师学会、美国国家标准局联合试验并确认俄亥俄州立大学的测试报告将测试数据拟合成一个白金汉系数方程使孔板的应用推进了一步。
1975年斯托兹提出角接取压、法兰取压、Ｄ－1／2Ｄ取压孔板的流出系数可以使用一个通用的方程式。根据逻辑法则利用俄亥俄州立大学的数据拟合了适合于法兰、角接和Ｄ－1／2Ｄ取压的无量纲方程式。1980年ISO5167采纳了斯托兹公式。
3.2 国内节流装置发展状况
1976年我国开始对孔板等节流装置进行试验研究实验研究内容包括：试验用的标准流量装置和差压测量装置的要求以及试验方法；流出系数的验证试验；节流装置的结构试验；节流装置的安装试验等。
1982年对Ｄ－1／2Ｄ取压孔板、长径喷嘴均速管靶式流量传感器和临界流量进行试验研究并制定了JJG311－83检定规程。同时开始对均速管靶式流量传感器和临界流测量进行实验研究。
1988年后临界流流量计在气体流量测量中有较广泛的应用。
1986年开始对均速管、1／4圆孔板、锥形入口孔板进行了研究并制订JJG621－89检定规程。
1991年起根据国家计量检定规程体系表的规定重新制定了《差压式流量》国家计量检定规程JJG640－94。这一标准将所有产生差压的节流装置和流量传感器归为一类包括配套的差压变送器。
3.3 流量测量仪表的发展方向
随着工业的发展和技术的进步综合控制和管理系统会越来越多。流量测量仪表是传输现场信息的重要部分流量测量仪表的发展方向主要有：
1）大量地、准确地传输信息这就需要以可靠性作为首要条件的小型、轻型、低价格、操作容易的流量测量仪表。
2）系统实行分散化将系统的一部分功能转移到流量测量仪表上这就需要多功能、高稳定和高精度的智能流量测量仪表。
4 节流装置标准化研究现状
4.1 标准节流装置的研制过程
1） ISAI932喷嘴（孔板）。标准节流装置的发展经过漫长的过程早在20世纪20年代美国和欧洲的一些国家就开始进行大规模的节流装置实验研究并对最普通的节流装置（孔板和喷嘴） 的设计实行标准化。标准孔板称为ISAI932孔板。节流装置的标准化具有深远的意义只有节流装置的标准化才有可能把国际上众多研究成果汇集到一起它促进检测元件的理论和实践向深度和广度拓展这是其他流量计所不及的。
20世纪50年代末国际标准化组织ISO把美国与欧洲节流装置的研究数据相结合并于1967年、1968年颁布了ISO／Ｒ541有关孔板和喷嘴的规定和ISO／Ｒ781有关文丘里管的规定两个标准。
2） 国际标准ISO5167。1980年ISO正式通过国际标准ISO5167由此流量测量节流装置第一个国际标准诞生了。ISO5167总结了几十年来国际上对为数不多的几种节流装置（孔板、喷嘴和文丘里管）的理论与实验的研究成果反映该检测元件的当代科学与生产技术水平。
在此之前我国一直用前苏联的节流装置手册。1976年我国开始对孔板等节流装置进行试验研究。1981年我国制定了第一个节流装置国家标准CTB2624－81。随着科学技术的发展和检测手段的提高1993年 修订后的国标为GB／T2624－1993。
4.2 ISO5167存在的问题
ISO5167从正式颁布时就暴露出许多问题其主要问题有：
1） ISO5167实验数据的陈旧性。ISO5167中采用的数据大多数是20世纪30年代的实验结果而现在无论节流装置制造技术、流量实验设备还是实验技术都有了巨大的进步因此重新进行系统的实验以获得更高精度的数据是必要的。进入80年代美国和欧洲都进行了大规模的实验为修订ISO5167打下了基础。
2） ISO5167中有关于直管段长度的规定。长期以来这一问题一直是争论的焦点该问题也是ISO5167修订的主要原因之一。
3） ISO5167中各项规定的科学性。影响节流装置流出系数的因素很多主要有孔径与管径的比值Ｒ、取压装置、雷诺数、节流件安装偏心度、前后阻流件类型及直管段长度、孔板入口边缘尖锐度、管壁粗糙度、流体流动湍流度等由于众多因素的影响有的参数难以直接测量标准中有些规定并非科学。
4） 节流装置的精确度不高。20世纪80年代美国和欧洲开始进行大规模的孔板流量计的实验研究欧洲有欧共体实验计划美国有ＡＰＩ实验计划实验的目的是用最新测试设备及实验数据的统计处理技术进行新一轮的范围广泛的实验研究为修订ISO5167打下技术基础。1999年国际标准化组织发出ISO5167的修订稿（ISO／CD5167－1～4）该文件在技术内容和编辑方面都有较大的改动是一份全新的标准。原预定于1999年7月在美国丹佛举行的ISO／TC30／SC2会议上审查通过为DIS（标准草案）但会议认为该文件的一些细节问题有待进一步商榷因此未能通过审核批准。2000年通过的ISO／5167新标准标准的两个核心内容都有了实质性的变化： 一是孔板的流出系数公式用Ｒｅａｄｅｒ－Ｈａｒｒｉｓ／Ｃａｌｌａｇｈｅｒ计算式（Ｒ－Ｇ式）代替Ｓｔｏｌｚ计算式；二是节流装置上、下游侧直管段长度以及流动整流器的使用等有了明确的要求。
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