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節(jié)流式差壓流量計(jì)的新進(jìn)展
一、前言
節(jié)流式差壓流量計(jì)是流量計(jì)的第一大類(lèi)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，它幾乎是獨(dú)一無(wú)二的流量計(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(lèi)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(lèi)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(lèi)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)第一大類(lèi)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A級(jí)（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(lèi)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)皆以分離式為唯一形式，它帶來(lái)許多人們?cè)嵅”锥耍?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)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(mǎn)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，完全可滿(mǎn)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