江蘇金鼎自動(dòng)化儀表有限公司 ：姚佳明 15189523988
一、前言
節(jié)流式差壓流量計(jì)是流量計(jì)的*大類儀表，發(fā)展歷史悠久，使用面廣量大。在20世紀(jì)70年代以前，它幾乎是*的流量計(jì)，在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，有包打天下之嫌，當(dāng)時(shí)僅少量應(yīng)用浮子、容積式流量計(jì)，渦輪、電磁流量計(jì)尚處于發(fā)展初期，至于渦街、科氏質(zhì)量等則尚未出現(xiàn)。20世紀(jì)80年代電子、微機(jī)技術(shù)、新材料、新工藝的興起使新型流量計(jì)如雨后春筍迅速發(fā)展，在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中節(jié)流式差壓流量計(jì)的許多弱點(diǎn)成為人們?cè)u(píng)價(jià)的重點(diǎn)，如測(cè)量準(zhǔn)確度不高、范圍度窄、壓損大、安裝條件苛刻、使用故障多、維護(hù)繁雜等等。在流量計(jì)用量上，雖 然總用量仍占優(yōu)勢(shì)，但占比份額不斷下降，近年來(lái)對(duì)其使用價(jià)值質(zhì)疑之聲不斷，似有被邊緣之虞。
在市場(chǎng)激烈競(jìng)爭(zhēng)的推動(dòng)下，針對(duì)自身缺點(diǎn)，不斷改進(jìn)創(chuàng)新，發(fā)揮固有優(yōu)勢(shì)，許多新進(jìn)展使其擺脫困境，進(jìn)而在眾多類型流量計(jì)中似有重拾昔日輝煌之勢(shì)，近年業(yè)內(nèi)人士甚至提出應(yīng)對(duì)其重新審視，認(rèn)為該類型流量計(jì)已在實(shí)現(xiàn)中興。
本文擬對(duì)此作一概要介紹，說(shuō)明該類型流量計(jì)確已“山窮水盡疑無(wú)路，柳暗花明又一村”，恢復(fù)*大類流量計(jì)的說(shuō)法似有可能，并非無(wú)的放矢。
二、流量計(jì)新進(jìn)展概述
1.提高測(cè)量準(zhǔn)確度，拓寬范圍度的舉措
長(zhǎng)期以來(lái)，人們認(rèn)為節(jié)流式差壓流量計(jì)影響因素復(fù)雜多變，提高測(cè)量準(zhǔn)確度困難很大，一般把儀表定位為中等準(zhǔn)確度的流量計(jì)。20世紀(jì)80~90年代，智能差壓變送器和智能流量顯示儀的出現(xiàn)為解決此難題提供了契機(jī)，所謂智能流量顯示儀是計(jì)算機(jī)科學(xué)、通訊技術(shù)、微電子學(xué)、數(shù)字信號(hào)處理、人工智能、新興技術(shù)與傳統(tǒng)電子儀表相結(jié)合的產(chǎn)物。智能流量顯示儀內(nèi)裝微處理器（或單片機(jī)），它具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、運(yùn)算和邏輯判的能力，具有自尋故障，遠(yuǎn)距離傳輸數(shù)據(jù)，遙測(cè)遙控的功能。智能流量顯示儀不僅能反映現(xiàn)場(chǎng)溫度、壓力的變化，而且可以進(jìn)行相關(guān)的復(fù)雜的流量補(bǔ)償運(yùn)算，例如對(duì)節(jié)流裝置的流出系數(shù)C，可膨脹系數(shù)ε，氣體壓縮系數(shù)Z等全參數(shù)實(shí)時(shí)逐點(diǎn)運(yùn)算，在此情況下，流量測(cè)量準(zhǔn)確度可提升到與其它高精度流量計(jì)（如渦輪、電磁等）相接近的水平，在天然氣流量測(cè)量系統(tǒng)中達(dá)到*（1.0）的標(biāo)準(zhǔn)（見(jiàn)GB/T18603-2001《天然氣計(jì)量系統(tǒng)技術(shù)要求》），在蒸汽流量測(cè)量中可達(dá)0.5級(jí)之高精度。
節(jié)流式差壓流量計(jì)的范圍度受三個(gè)因素的影響：①差壓變送器下限誤差急劇增大（因?yàn)閮x表采用引用誤差）；②流出系數(shù)受雷諾數(shù)變化的影響；③測(cè)量氣體流量時(shí)可膨脹系數(shù)ε由于差壓變化引起的誤差。在三個(gè)因素中以差壓變送器的影響為主要，寬量程智能差壓變送器的出現(xiàn)是解決此問(wèn)題的關(guān)鍵，目前在智能差壓變送器和智能流量顯示儀的組合下保持高精度寬范圍（10：1或更寬）已是市場(chǎng)的通用產(chǎn)品。
2.改進(jìn)結(jié)構(gòu)型式，消除應(yīng)用隱患
各類流量計(jì)皆有一體式和分離式兩種結(jié)構(gòu)型式，節(jié)流式差壓流量計(jì)長(zhǎng)期以來(lái)皆以分離式為*形式，它帶來(lái)許多人們?cè)嵅”锥?，?jié)流裝置和差壓變送器（或差壓計(jì)）相連接的導(dǎo)壓管是分離式結(jié)構(gòu)zui薄弱的環(huán)節(jié)，有統(tǒng)計(jì)分析，差壓流量計(jì)的故障率的大部分在此環(huán)節(jié)發(fā)生。它易產(chǎn)生泄漏、結(jié)垢、堵塞、凍結(jié)以及信號(hào)失真等諸多故障。節(jié)流式差壓流量計(jì)分離式獨(dú)大的歷史與差壓變送器的發(fā)展情況有關(guān)，一體式節(jié)流式差壓流量計(jì)是把節(jié)流裝置和差壓變送器做成一體的結(jié)構(gòu)型式，差壓變送器必須能承受現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)酷的環(huán)境工作條件的考驗(yàn)。在80年代以前，單元組合儀表的力平衡式差壓變送器不可能滿足此條件，該型差壓變送器零漂嚴(yán)重，穩(wěn)定性差，力平衡機(jī)構(gòu)耐振性差等。90年代以來(lái)，新型差壓變送器以固態(tài)變送器（電容式、諧振式等）為代表，其可靠性、穩(wěn)定性、耐環(huán)境性能以及測(cè)量準(zhǔn)確度等特性已今非昔比，*可滿足現(xiàn)場(chǎng)的嚴(yán)酷要求，因此，一體式流量計(jì)的出現(xiàn)是順理成章的事。目前全部差壓流量計(jì)（節(jié)流式以外）皆有一體式結(jié)構(gòu)型式，一體式和分離式的主流角色發(fā)生了逆轉(zhuǎn)，今后只在差壓變送器不宜現(xiàn)場(chǎng)安裝使用的場(chǎng)合（如人員不宜進(jìn)行維護(hù)管理場(chǎng)所或特殊環(huán)境工作條件等）才選用分離式結(jié)構(gòu)型式。
我國(guó)北方冬季分離式蒸汽流量計(jì)其導(dǎo)壓管防凍必須采取保溫伴熱（蒸汽或電熱絲）措施，為了防止導(dǎo)壓液氣化，還必須小心翼翼地加熱，維護(hù)工作量之繁重令人煩惱?，F(xiàn)在一體式結(jié)構(gòu)中加裝產(chǎn)品隔熱防凍器，在隔熱防凍器中注入防凍液，其冰點(diǎn)低于-30℃，防凍液亦為隔熱劑，可防止導(dǎo)壓液氣化，上述惱人問(wèn)題得到完滿解決。
3.轉(zhuǎn)變工作方式，發(fā)揮固有優(yōu)點(diǎn)
節(jié)流式差壓流量計(jì)在設(shè)計(jì)階段，需用戶提供現(xiàn)場(chǎng)使用參數(shù)，由設(shè)計(jì)院或生產(chǎn)廠計(jì)算并設(shè)計(jì)節(jié)流裝置，提供給用戶的節(jié)流裝置是對(duì)號(hào)入座應(yīng)用，這種量體裁衣小生產(chǎn)方式至今仍然是流量計(jì)使用的主流方式。多年前國(guó)內(nèi)流量行業(yè)專家已提出另一種使用方式，即定值節(jié)流件應(yīng)用方式，所謂定值節(jié)流件是每種公稱通徑只設(shè)計(jì)有限的β值節(jié)流件（例如β=0.2、0.3、0.5、0.6、0.7等），與標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械零件一樣在市面銷售，節(jié)流件亦是標(biāo)準(zhǔn)零件，用戶可根據(jù)設(shè)計(jì)自行選購(gòu)使用，這是一種成衣供貨方式，其優(yōu)點(diǎn)有：①*易于質(zhì)量監(jiān)督，目前對(duì)號(hào)入座式節(jié)流件*無(wú)法檢查，這種方式為節(jié)流件粗制濫造大開(kāi)方便之門(mén)，一旦節(jié)流件擺到柜臺(tái)上公開(kāi)銷售，優(yōu)勝劣汰規(guī)律就會(huì)起作用，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)是節(jié)流件產(chǎn)品升級(jí)的強(qiáng)大推動(dòng)力；②節(jié)流件成衣供貨方式使生產(chǎn)廠可以進(jìn)行規(guī)?；a(chǎn)，質(zhì)量和效益都將得到提高；③用戶擴(kuò)展量程和淘汰損毀更換節(jié)流件非常方便，無(wú)需再請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)院或生產(chǎn)廠代勞，縮短維護(hù)周期，節(jié)省更換費(fèi)用；④目前標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置中孔板幾乎是*使用的節(jié)流件，另外二種標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件噴嘴和文丘里管在坐冷板凳，究其原因，是此二種節(jié)流件制造工藝復(fù)雜，價(jià)格昂貴，如果采用定值噴嘴和定值文丘里管，情況就會(huì)大變樣，噴嘴和文丘里管廓形復(fù)雜，批量生產(chǎn)可采取鑄造方法，無(wú)須像現(xiàn)在的單件機(jī)加工，其制造成本會(huì)大幅下降，如果二種的價(jià)格與孔板差距不太大，用戶還是會(huì)接受的，因?yàn)橐試娮鞛槔?，它與孔板比較有諸多優(yōu)點(diǎn)，在同樣β值和流量情況下噴嘴的壓損只為孔板的30%～50%，亦即有低壓損（與孔板比較而言）優(yōu)點(diǎn)，噴嘴孔口無(wú)鈍化的缺點(diǎn)，在高速蒸汽流中長(zhǎng)期應(yīng)用毫無(wú)問(wèn)題。噴嘴的流出系數(shù)比孔板穩(wěn)定得多，可延長(zhǎng)檢定周期，甚至長(zhǎng)期應(yīng)用無(wú)需更換。至于文丘里管在節(jié)流裝置中是低壓損節(jié)流件（其壓損約為孔板1/4～1/5），現(xiàn)在人們認(rèn)為孔板因壓損大不宜用于中大口徑（DN200以上），這個(gè)空缺由誰(shuí)來(lái)*，文丘里管應(yīng)該是備選的一種。
人們會(huì)提出疑問(wèn)，為什么標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置長(zhǎng)期采用量體裁衣方式使用？這個(gè)問(wèn)題要追溯到流量顯示儀的發(fā)展歷史。歷*流量顯示儀是一種百分分度的盤(pán)裝刻度儀表，因此流量必須采取系列值取值，在節(jié)流式差壓流量計(jì)中流量、差壓和β值是三個(gè)獨(dú)立參數(shù)，當(dāng)流量和差壓取系列值時(shí)β值成為需計(jì)算確定的值，一般稱節(jié)流裝置設(shè)計(jì)計(jì)算就是計(jì)算β值，即確定節(jié)流件的開(kāi)孔口徑。目前任何一種節(jié)流顯示儀都可以方便地顯示其流量數(shù)值，無(wú)須再采取系列值，因此可以令差壓和β值取系列值（亦即定值節(jié)流件），定值節(jié)流件使用毫無(wú)問(wèn)題。
前面我們歷數(shù)消除儀表缺點(diǎn)的許多新進(jìn)展，但是要保持此類儀表為*大類流量計(jì)，必須發(fā)揮其固有優(yōu)點(diǎn)才行。什么是此類流量計(jì)的固有優(yōu)點(diǎn)？其固有優(yōu)點(diǎn)為易于復(fù)制，簡(jiǎn)單、牢固，性能穩(wěn)定可靠，使用范圍寬廣，使用期限長(zhǎng)，價(jià)格低廉，標(biāo)準(zhǔn)化程度高。前面的諸多優(yōu)點(diǎn)無(wú)須更多解釋，zui后一點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)化程度高為什么亦是重要優(yōu)點(diǎn)？我們認(rèn)為zui后這點(diǎn)甚至比前面的所有優(yōu)點(diǎn)都更重要，目前在全部流量計(jì)用量中標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置仍占較多份額，其原因即在其標(biāo)準(zhǔn)化程度高上。
這點(diǎn)需要更詳細(xì)地分析才能清楚。目前全部流量檢測(cè)件應(yīng)分為標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)件和非標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)件。只有ISO5167和ISO9300中的幾種檢測(cè)件才稱為標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)件，其它流量計(jì)檢測(cè)件皆為非標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)件。目前已具備標(biāo)準(zhǔn)的類型流量計(jì)較多，如渦輪、渦街、電磁、科氏質(zhì)量、熱式等。但是這些流量計(jì)的檢測(cè)件都還處于非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（這點(diǎn)要在以下介紹標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置特點(diǎn)時(shí)才能說(shuō)清楚）。
由ISO5167和ISO9300標(biāo)準(zhǔn)中我們可以發(fā)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)件有三個(gè)主要特點(diǎn)：①結(jié)構(gòu)形式和技術(shù)要求標(biāo)準(zhǔn)化：標(biāo)準(zhǔn)中詳細(xì)列舉每一種檢測(cè)件的結(jié)構(gòu)形狀參數(shù)和加工技術(shù)要求，這些規(guī)定*一致認(rèn)可，這樣對(duì)標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)件的實(shí)驗(yàn)研究數(shù)據(jù)可以匯聚在一起，此點(diǎn)非常重要，這是舉全社會(huì)之力來(lái)干同一研究，非標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)件則只能依靠個(gè)別生產(chǎn)廠家和研究群體進(jìn)行工作，兩者實(shí)驗(yàn)研究的廣度和深度不可同日而語(yǔ)。另外，由于*實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行同一工作，數(shù)據(jù)中的實(shí)驗(yàn)室不可避免產(chǎn)生的系統(tǒng)偏差可以消除，因此數(shù)據(jù)的可靠性和可信度不是個(gè)別實(shí)驗(yàn)室所能達(dá)到的。②標(biāo)準(zhǔn)列出標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)件的流出系數(shù)和可膨脹性系數(shù)計(jì)算式：流出系數(shù)C和可膨脹系數(shù)ε是流量關(guān)系式中的主要修正系數(shù)，只要知道此二系數(shù)則可得出流量和信號(hào)的關(guān)系。對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)件此二系數(shù)必須在流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上逐臺(tái)校準(zhǔn)得到，它們不是通用計(jì)算式，不能預(yù)知超過(guò)該校準(zhǔn)裝置系數(shù)范圍的情況，這個(gè)系數(shù)計(jì)算式與標(biāo)準(zhǔn)中列舉的計(jì)算式質(zhì)量不在同一水平上，用戶應(yīng)用時(shí)超出標(biāo)準(zhǔn)裝置參數(shù)范圍應(yīng)該說(shuō)是不可靠的。③現(xiàn)場(chǎng)影響量的試驗(yàn)廣泛而深入：流量?jī)x表在實(shí)驗(yàn)室流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上校準(zhǔn)只能得到實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)確度，儀表投用現(xiàn)場(chǎng)后，由于工作條件的變化會(huì)產(chǎn)生附加誤差，這時(shí)流量計(jì)表現(xiàn)出的準(zhǔn)確度為現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)確度，實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)確度和現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)確度的差別與工作條件差別大小有關(guān)，如果現(xiàn)場(chǎng)工作條件與實(shí)驗(yàn)室工作條件基本一致，則兩者差別較小，否則可能帶來(lái)巨大的差別。標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)件有全社會(huì)來(lái)共同承擔(dān)此方面的試驗(yàn)研究，并且隨著時(shí)間的延長(zhǎng)積累的資料愈來(lái)愈豐富，它可以對(duì)付現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜的變化情況，這是標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)件zui重要的一個(gè)特點(diǎn)。非標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)件不可能由個(gè)別生產(chǎn)廠或科研群體長(zhǎng)期進(jìn)行此項(xiàng)工作，其人力物力亦不允許承擔(dān)此工作。為什么目前只有ISO5 167列舉檢測(cè)件與阻流件之間所要求的直管段長(zhǎng)度的詳細(xì)表列值，而其它如渦輪、電磁等雖頒布有標(biāo)準(zhǔn)，但其規(guī)定皆比較含糊，這要?dú)w結(jié)于這些類型流量計(jì)的結(jié)構(gòu)形式和技術(shù)要求未能標(biāo)準(zhǔn)化，它們不可能由全社會(huì)來(lái)承擔(dān)該項(xiàng)工作，因此，兩者成果在質(zhì)量上是不能比較的。
三、結(jié)束語(yǔ)
1.節(jié)流式差壓流量計(jì)克服缺點(diǎn)，改進(jìn)和創(chuàng)新工作已經(jīng)取得顯著進(jìn)展，但是這些成果在全社會(huì)的表現(xiàn)是不平衡的，應(yīng)該說(shuō)全國(guó)在此類儀表的生產(chǎn)和應(yīng)用上大部分還停留在以前的水平上，如何推廣已經(jīng)取得的成果使全國(guó)水平提高是一個(gè)相當(dāng)繁重和長(zhǎng)期的任務(wù)，本文的意圖，即是作一呼吁，希望全社會(huì)來(lái)推廣這些成果，改進(jìn)我國(guó)的流量測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)。
2.據(jù)稱目前流量計(jì)大致為類：差壓式、浮子式、容積式、渦輪式、電磁式、流體振動(dòng)式、超聲式、熱式、科氏質(zhì)量式和明渠式等。這些類型都是長(zhǎng)期發(fā)展成型的，今后可能還會(huì)有其它類型出現(xiàn)，但是可以說(shuō)此十類應(yīng)該遵循與時(shí)俱進(jìn)，推陳出新不斷向前發(fā)展的原則。目前流量測(cè)量任務(wù)十分繁重，各類流量計(jì)都有寬廣的發(fā)展空間，不是說(shuō)哪類發(fā)展要淘汰另一類，而是取長(zhǎng)補(bǔ)短，相互借鑒，為流量?jī)x表大家庭盡自己的努力。
3.從節(jié)流式差壓流量計(jì)近二十年的發(fā)展可見(jiàn)，把現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)成果應(yīng)用于流量?jī)x表才會(huì)使儀表飛躍向上，流量?jī)x表是站在巨人項(xiàng)背上向上飛躍的。
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