差壓式流量計(jì)小信號(hào)切除對(duì)蒸汽流量測(cè)量的影響及優(yōu)化

孫 榮

(石家莊華電供熱集團(tuán)有限公司，石家莊 050041)

差壓式流量計(jì)小信號(hào)切除對(duì)蒸汽流量測(cè)量的影響及優(yōu)化

孫 榮

(石家莊華電供熱集團(tuán)有限公司，石家莊 050041)

針對(duì)小信號(hào)引起的計(jì)量誤差問題，分析小信號(hào)對(duì)流量測(cè)量的影響和差壓式流量計(jì)的小信號(hào)切除，提出小信號(hào)切除及優(yōu)化選擇的方法，并對(duì)差壓流量計(jì)的積算儀進(jìn)行改進(jìn)，使流量計(jì)量更加完善。

差壓式流量計(jì)；小信號(hào)切除；切除方法；優(yōu)化

石家莊華電供熱集團(tuán)有限公司蒸汽管網(wǎng)供熱面積約1500萬(wàn)m2，蒸汽流量計(jì)量裝置基本采用標(biāo)準(zhǔn)孔板的差壓式流量計(jì)，孔板流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，技術(shù)成熟。流量?jī)x表中的小信號(hào)切除，是流量?jī)x表中的特殊需要，這是為了克服各種原因引起的小信號(hào)所導(dǎo)致的不良后果。不同原理的流量計(jì)產(chǎn)生小信號(hào)現(xiàn)象的機(jī)理也不同，合理設(shè)置流量計(jì)小信號(hào)切除點(diǎn)對(duì)于公平、公正開展貿(mào)易計(jì)量有著極為重要的作用。在蒸汽貿(mào)易結(jié)算中，用熱方如果在流量計(jì)小信號(hào)切除點(diǎn)下用熱，雖然流量計(jì)顯示為零，但是對(duì)于供熱方來說也會(huì)造成一定的汽量損失。

1 差壓式流量計(jì)小信號(hào)切除概述

差壓式流量計(jì)是投入工業(yè)應(yīng)用的多種流量計(jì)中應(yīng)用最廣泛、歷史最悠久的流量計(jì)之一，也是人們應(yīng)用小信號(hào)切除技術(shù)最早的一種流量計(jì)。

在無介質(zhì)流動(dòng)時(shí)，差壓變送器的零點(diǎn)漂移會(huì)使流量計(jì)有一個(gè)很小的信號(hào)輸出，這種信號(hào)容易被積算儀所捕獲而被計(jì)量。在介質(zhì)正常流過時(shí)，這種微小的信號(hào)與正常信號(hào)相比微不足道，并不影響計(jì)量的精度和準(zhǔn)確性。為了避免無介質(zhì)流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的“誤流量”信號(hào)給積算儀帶來“誤計(jì)”，可設(shè)一道門坎，將低于此門坎的“小信號(hào)”擋在計(jì)量的界外，也就是所謂的“切除”。

在使用老式差壓式流量計(jì)來顯示瞬時(shí)流量和進(jìn)行積算時(shí)，流量計(jì)的零漂會(huì)導(dǎo)致實(shí)際值應(yīng)為零的流量計(jì)出現(xiàn)流量示值。小信號(hào)切除方法可以掩蓋流量計(jì)零漂的問題。

小信號(hào)切除方法在差壓式流量計(jì)中的重要性是由差壓式流量計(jì)的輸入輸出關(guān)系式中的平方根特性決定的，關(guān)系式如下：

(1)

式中：q為流量示值，kg/h或m3/s；AΔp為差壓信號(hào)；qmax為流量測(cè)量上限。與公式(1)相對(duì)應(yīng)的關(guān)系如圖1所示[1]。

從圖1可看出，在流量接近0的時(shí)候，曲線的斜率dp/dAΔp近似無窮大，這就決定了流量零點(diǎn)示值的不穩(wěn)定性。早期的差壓式流量計(jì)精度等級(jí)為1.5級(jí)，在一段時(shí)間內(nèi)，差壓式流量計(jì)零點(diǎn)漂移±1.5%為正常，這樣的漂移所對(duì)應(yīng)的流量值為12.2%。

圖1 流量q與差壓AΔp的關(guān)系

當(dāng)差壓變送器精確度進(jìn)一步提高后，差壓變送器的零點(diǎn)漂移性能得到進(jìn)一步改善，但是差壓變送器的零漂僅僅是差壓式流量計(jì)零漂的一個(gè)方面。差壓式流量計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)，除了差壓變送器零漂之外，還有差壓信號(hào)的傳遞失真和流量積算儀等都會(huì)產(chǎn)生零漂。目前很多儀表制造廠將差壓切除點(diǎn)減小為0.75%，對(duì)應(yīng)的流量值為8.7%?，F(xiàn)在的差壓變送器精度等級(jí)已經(jīng)提高到0.075級(jí)，差壓信號(hào)傳遞也有了改進(jìn)，小信號(hào)切除值降到流量測(cè)量上限值的2%，系統(tǒng)仍能很好地工作。

2 小信號(hào)對(duì)流量測(cè)量的影響

對(duì)同一裝置，在假設(shè)壓力、溫度等其他參數(shù)不變，只有差壓信號(hào)起作用的情況下，流量為

(2)

式中：qv為體積流量；k為流出系數(shù)；Δp為差壓。

如果常用流量qvc在最大流量的70%左右，即差壓在量程的50%左右時(shí)，流量為：

(3)

如果小信號(hào)引起的流量為qvc，差壓變送器精度為0.2%，則

(4)

式中：Δph為差壓變送器的量程；0.002Δph則是認(rèn)為合格而容易忽視的一個(gè)小信號(hào)。

(5)

對(duì)于工業(yè)用戶，基本是全天連續(xù)在常用流量附近使用，小信號(hào)對(duì)計(jì)量幾乎沒有影響，但是對(duì)于一些民用、商業(yè)用戶，屬于間斷用熱性質(zhì)，如果全天有12h是在常用流量下使用，那么小信號(hào)要造成6.32%的誤差；如果只有8h在常用流量下使用，小信號(hào)要造成12.64%的誤差，使用時(shí)間越短，計(jì)量的誤差越大。

從公式(5)中可以看出，用戶的常用流量變小，小信號(hào)帶來的計(jì)量誤差會(huì)變得更大。如果常用流量為50%(差壓信號(hào)的25%)，即使是24h均使用常用流量，也會(huì)有0.4%的小信號(hào)造成的誤差；如果常用流量降到30%(差壓信號(hào)的9%)，小信號(hào)造成的誤差會(huì)增加到0.62%。

目前差壓式流量計(jì)在實(shí)際使用過程中，為了保證計(jì)量在可靠范圍內(nèi)，差壓變送器選用的量程都比較大。在小信號(hào)沒有切除的情況下，導(dǎo)致了較大的計(jì)量誤差[2]。

3 小信號(hào)切除及優(yōu)化選擇方法

對(duì)流量計(jì)進(jìn)行小信號(hào)切除是一種解決流量計(jì)零漂、掩蓋矛盾的方法，并不是采用了小信號(hào)切除后儀表的零漂就不存在了，而是零漂依舊，只是使用者看不到。

如果在理想狀態(tài)下，不設(shè)置小信號(hào)切除能夠達(dá)到測(cè)量要求，最好不要切除。但是在實(shí)際測(cè)量過程中模擬器件的零漂對(duì)流量計(jì)零點(diǎn)影響往往是雙向的，差壓信號(hào)的傳遞失真以及振動(dòng)干擾的侵入均屬不確定因素，所以小信號(hào)切除又是必須的。對(duì)于小信號(hào)是否切除，切除值取值大小，總的原則是在能達(dá)到目的的前提下，將切除值盡量選得小一些。

小信號(hào)被合理切除，在節(jié)流裝置計(jì)量系統(tǒng)中是比較容易實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)樵跊]有差壓信號(hào)時(shí)，流量計(jì)量系統(tǒng)會(huì)顯示該小信號(hào)值，只要把該信號(hào)設(shè)定為一個(gè)參數(shù)，在流量計(jì)算時(shí)扣除便可。方法如下：

a.把該小信號(hào)與流量計(jì)算的其他參數(shù)設(shè)置在同一個(gè)界面，無論是檢定或其他的檢查都可以留意到，以方便查詢和管理。

b.在流量計(jì)算時(shí)，差壓值為差壓變送器顯示值減去小信號(hào)值。

按照上述方法，對(duì)公司用于蒸汽貿(mào)易計(jì)量使用的差壓式流量計(jì)的積算儀進(jìn)行了改進(jìn)，將原有積算儀小信號(hào)切除點(diǎn)的固化計(jì)算更改成現(xiàn)有積算儀小信號(hào)切除在0%～1%的可選設(shè)置。原有積算儀的小信號(hào)切除的設(shè)計(jì)是按照J(rèn)JG 1003-2005《流量積算儀檢定規(guī)程》的技術(shù)要求將計(jì)算方法固化到儀表中，流量計(jì)量過程中儀表按照固定公式進(jìn)行計(jì)算。改進(jìn)后的積算儀可以實(shí)現(xiàn)小信號(hào)切除點(diǎn)在一定范圍內(nèi)的任意設(shè)置，這樣可以根據(jù)實(shí)際使用情況進(jìn)行合理設(shè)置，既能防止外界信號(hào)的干擾，也可以避免小信號(hào)以下計(jì)量丟數(shù)。

積算儀改進(jìn)前，小信號(hào)切除點(diǎn)對(duì)應(yīng)的差壓電流為4.12 mA，為設(shè)計(jì)工況下最大流量的8.66%，改進(jìn)后小信號(hào)切除點(diǎn)可以在0%～1%范圍內(nèi)設(shè)置，一般情況下設(shè)置在0.5%，此時(shí)小信號(hào)切除點(diǎn)對(duì)應(yīng)的差壓電流為4.08 mA，為設(shè)計(jì)工況下最大流量的7.07%，小信號(hào)切除點(diǎn)的合理降低大大減少了差壓式流量計(jì)因小信號(hào)造成的計(jì)量損失，增量約18.36%，保障了供汽方的合法權(quán)益。

4 結(jié)束語(yǔ)

在流量計(jì)量系統(tǒng)中，小信號(hào)的切除對(duì)于計(jì)量系統(tǒng)的影響十分重要，為了保證計(jì)量準(zhǔn)確可靠，必須要有小信號(hào)切除的設(shè)置和使用。差壓式流量計(jì)小信號(hào)切除最優(yōu)化沒有一個(gè)固定的公式，需要在使用要求與可能達(dá)到的可測(cè)量小流量之間尋找一個(gè)最佳點(diǎn)，工作人員根據(jù)具體要求和具體條件通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試合理設(shè)置切除點(diǎn)，從而避免小信號(hào)所導(dǎo)致的不良后果。

[1] 紀(jì) 綱，紀(jì)波峰.流量測(cè)量系統(tǒng)遠(yuǎn)程診斷集錦[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2012.

[2] 王 輝，梁 峻.小信號(hào)切除在節(jié)流裝置計(jì)量中的影響[J].工業(yè)計(jì)量，2009(2):40-41.

本文責(zé)任編輯：谷麗娜

Influence of Small Signal Removal of Differential Pressure Flowmeter onSteam Flow Measurement and Its Optimazation

Sun Rong

(Shijiazhuang Huadian Heating Group,Shijiazhuang 050041,China)

Aiming at the problem of measurement error caused by small signal,small signal analysis of small signal influence on the measurement of flow rate and differential pressure flowmeter resection,resection method is proposed and optimized to select small signal,and the differential pressure flow totalizer is improved,so that the flow measurement is more perfect.

flow meter;small signal resection;excision method;optimization

2016-06-20

孫 榮(1976-)，女，工程師，主要從事供熱管網(wǎng)蒸汽及高溫水流量計(jì)算管理工作。

TH814

1001-9898(2016)06-0049-02