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摘要：主要介绍了差压式流量测量系统的特点，通过分析该系统的维护和使用现状，以及使用运行工况与设计工况偏离时对系统测量准确性与可靠性的影响，认为系统的软维护是极其必要的，并提出了完善化建议。
关键词：差压式；流量测量；系统；准确性；可靠性；软维护
Abstract: This paper mainly introduces the characteristic of differential pressure system for flow measurement. By analyzing the maintenance and the used conditions of the system, and the effect on accuracy and reliability of the system when there exist the design and run deviations, the soft-behalf of system is absolutely necessary, and many integrated suggestions are proposed.
Key words: Differential pressure; Flow measurement; System; Accuracy; Reliability; Soft-maintenance

1  引言

    差压式流量测量系统是指利用差压原理进行流量测量的一种流量测量系统。该系统是当今世界上比较可靠的流量测量方式之一，它一般由节流装置（差压发生器）、差压变送器（差压计）以及流量积算仪等二次仪表组成。这种流量测量系统的特点是：
    (1)  原理及理论研究非常成熟；
    (2)  标准化程度较高，有GB/2624和ISO5167标准文件；
    (3)  结构简单，成本低，维护费用低；
    (4)  对环境适应能力强；
    (5)  如果维护管理得当可以得到较高的测量准确性与可靠性。
    上述这些特点是其他形式的流量计所无法比拟的，因此在流量测量中差压式流量仪表占有较高的比重，约85%左右。近年来虽然有一些新型的流量仪表投放市场，但是，由于结构、造价、使用条件等方面的原因，仍然未能动摇差压式流量仪表在流量测量中的地位。因此对该种测量系统的正确使用和维护保养仍然是值得自动化仪表专业人员重视的问题。

2  差压式流量测量系统软维护的必要性

    目前使用中的差压式流量测量系统，由于受维护人员专业技术水平的限制，大部分仅仅限于对硬件的管理和维护。主要工作内容不外乎检查节流装置即差压发生器脉冲导压管阀门有无泄漏堵塞，流量积算仪等数据处理器工作是否正常并定期对其进行校验等。若以上维护检查未发现问题，即使系统显示的数据有明显的偏差，一般也认定系统是正常的。
    笔者认为，对差压式流量测量系统的使用维护，仅限于对硬件的管理和维护是远远不够的，更重要的是要对系统进行软维护。所谓软维护，就是对差压式流量测量系统运行的工况参数进行跟踪分析、研究计算，根据计算结果对系统的技术参数进行反复修正，使它尽可能接近实际运行工况。事实上软维护是一个使系统技术参数无限接近实际运行工况的过程。
    对于任何一套差压式流量测量系统，它的设计计算都是根据需方提供的介质种类、温度、压力、流量、管道几何尺寸等工况参数进行的，也就是根据一组需方提供的参数计算并设计制造一套流量测量系统，该套系统只有在设计计算采用的工况下运行，才能保证测量结果的准确性与可靠性。若实际使用工况偏离设计工况，系统测量数据就不能保证准确性与可靠性。而实际使用中的差压式流量测量系统大部分与设计工况不同，有的甚至相差悬殊。因此必须对其进行软维护，而且这种软维护应贯穿于系统使用的全过程。

3  使用运行工况与设计工况偏离对系统测量准确性与可靠性的影响

3.1  实际运行流量值偏离设计值

    实际运行流量值偏离设计流量值，这是经常出现的问题。在多数情况下，设计流量值定的都比较高，但实际运行流量值较低。对系统测量准确性与可靠性的影响原因主要有：
    (1)  由于节流装置的准确度与可靠度是按常用流量计算的，常用流量一般是刻度流量的70~80%左右，如果偏离常用流量较远，就会引起流出系数C较大的变化，那么它的准确度与可靠度就会大大降低，从而引起系统测量的准确性与可靠性差。
    (2)  差压变送器（差压计）的可靠度是按引用误差计算的，它的误差分布如表1所示。

表1  差压计误差分析表（差压计按0.5级）

  
    由表中可以看出，若系统在50%以下运行，差压计的相对误差在±1%～±6%，对流量的影响±1%～±3%。同时由于雷诺数是流量值的函数（见下文公式），流量值偏离必定引起雷诺数的变化，这样必然引起流出系数C的变化。这些影响集中在一起，那么累计误差是比较大的。这样也会引起系统测量的准确性与可靠性差。

3.2  介质温度压力偏离设计值

    在节流装置设计计算时，对介质流体（包括气体、液体和蒸汽）流量是设计工况下的质量流量（或体积流量），也就是某特定条件下的质量流量（或体积流量），这特定条件包括的参数很多，主要是温度和压力参数。在这特定的条件（温度、压力等）下介质流体的密度是一定的，如果在实际运行时介质流体的温度、压力等主要参数值偏离设计值，介质流体的密度必然也会改变。流量计算公式为
    qm={C/(1－β4)0.5}×(επd2/4)×(2ρ△P)0.5
      =(π/4)?αεd2(2ρ△P)0.5                     (1)
    式(1)中，qm为质量流量；β为节流件内径与管道内径之比；C为流出系数；α=C/(1-β4)0.5为流量系数；ε为节流件上游流体的可膨胀性系数；d为工作状态下节流件的内径；△P为节流件上、下游的静压差；ρ为节流件上游流体的密度。
节流装置（由孔板构成）的流出系数C由Stolz方程给出。当采用角接取压时：
    C=0.5959+0.0312β2.1-0.1840β8+0.0029β2.5(106/ReD)0.75       (2)
    式(2)中，ReD为管道雷诺数，ReD=4qm/πμD；μ为流体动力粘度；D为管道内径。
    从上述计算公式可以看出，介质流体的密度改变，对流量值的影响是很直观的。另一方面，为了工艺操作的方便，仪表指示值给出的是标准状态下的体积流量，这是根据介质流体的密度换算出来的。而介质流体的密度改变使其换算关系也改变。两种影响都会引起节流装置测量误差的增大。在有些流量测量系统中增加温度压力校正环节的作用正是为了降低这种影响。当然，影响流量测量的因素很多，不是仅仅进行温压补偿就可以的，温压补偿仅是保证测量尽可能准确的一种手段。
    在节流装置的国家标准中规定：假设未经标定的节流装置与已经充分实验的节流装置几何相似和动力学相似，亦即符合本标准的要求，在本标准规定的不确定度之内。按照此原则设计制造的节流装置，若实际使用的工况与设计计算采用的值相差较大，动力学相似的条件就得不到满足，不确定度也就不在规定之内，亦即准确性与可靠性无法保证。
    差压式流量测量系统在实际使用时影响系统测量准确性与可靠性的因素比较多，以上只对影响比较大的两个方面进行了分析。为了使用好差压式流量测量系统，维护管理人员应该对系统运行情况进行跟踪调查研究，发现问题及时解决。对于规模比较大的物料流量计量系统，应站在整个系统物料平衡的高度，来对流量计量系统的每个测量点进行分析研究，计算出每个测量点的流量值的控制范围，反复研究测量值与控制范围的差距，查找数据偏离的原因并加以解决。这样可以进一步提高流量测量的准确性，为生产经营提供较可靠的计量数据。

4  软维护的要求

    差压式流量测量系统的软维护管理是一项技术性比较强的工作，应安排有一定专业技术水平的人员从事该项工作。其工作内容主要包括：
    (1)  收集保管好系统的设计、计算、制造安装等各种技术文件资料。
    (2)  在系统运行稳定后，对系统的工况进行调查分析研究。若发现运行工况偏离设计值，可根据计算结果对系统进行调整。
    (3)  对工况变化频率较高的系统，可以增加温度压力校正环节。如果条件允许，可利用计算机来进行适时的在线修正。在实际应用中可考虑开发一些使软维护容易实现的系统软件，这样也可以使流量测量系统的整体技术水平得到很大提升。
    (4)  在系统软维护的过程中，要注意随时汲取教训，总结经验，不断提升自己的软维护水平，同时要结合系统的硬件维护，把系统的维护工作做全面、细致，保证系统正常运转。

5  结论

    随着企业全面走向市场，企业生产经营管理将进一步深化，流量计量越显重要。自动化仪表专业人员必须从软、硬两方面加强流量测量系统的维护，才能满足企业的要求，使流量计量发挥重要作用。

参考文献:
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