二、用雙量程差壓流量計(jì)測(cè)量蒸汽質(zhì)量流量
差壓式流量計(jì)有它固有的缺陷，即范圍度不理想，這主要是由其測(cè)量原理決定的。對(duì)流量不確定度影響最大（也是流量測(cè)量范圍度影響最大）的因素是差壓測(cè)量不確定度：
為了提高流量量程低端的測(cè)量精確度，必須大大提高低差壓段的差壓測(cè)量精確度，其中最省力、最有效的方法是增設(shè)一個(gè)低量程差壓變送器，組成雙量程差壓流量計(jì)。
(1)增設(shè)一個(gè)低量程差壓變送器一臺(tái)差壓變送器，其差壓低端的示值誤差無法進(jìn)一步減小的原因是其精確度并非可以任意確定，而且受膜盒面積等因素制約，其實(shí)膜盒面積制約的不僅僅是精確度等級(jí)所對(duì)應(yīng)的差壓值，還有環(huán)境溫度影響以及長期漂移影響所對(duì)應(yīng)的差壓值。
為了提高相對(duì)流量較小時(shí)的差壓測(cè)量精確度，另外增設(shè)一臺(tái)低量程差壓變送器是一個(gè)行之有效的方法。
①其他因素的對(duì)策。節(jié)流式差壓流量計(jì)的測(cè)量不確定度不僅與差壓測(cè)量的不確定度有關(guān)，而且與流量密度ρ1、流出系數(shù)C的非線性以及可膨脹性系數(shù)ε1的不確定度有關(guān)，為了消除或基本消除這些因素對(duì)流量測(cè)量不確定度的影響，可在二次表內(nèi)按規(guī)定的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行密度補(bǔ)償、流出系數(shù)補(bǔ)償、可膨脹性系數(shù)校正等。
②防止差壓信號(hào)的傳遞失真。在式(3.26)所示的差壓測(cè)量不確定度同流量測(cè)量不確定度的關(guān)系中，是假定差壓變送器輸入的差壓值與節(jié)流裝置所產(chǎn)生的差壓值一致，但是，導(dǎo)壓管在將節(jié)流裝置所產(chǎn)生的差壓引到變送器的過程中，由于多種原因，很容易產(chǎn)生差壓信號(hào)傳遞失真。在這些原因中，有根部閥選型安裝不合理，導(dǎo)壓管坡度不符合要求，冷凝器安裝高度不相同，導(dǎo)壓管太長而且管內(nèi)傳輸介質(zhì)(液體)溫度不相同等 。在被測(cè)介質(zhì)為干氣體時(shí)，這種傳遞失真一般可忽略，在被測(cè)介質(zhì)為濕氣體和蒸汽時(shí)，如果不注意就會(huì)引起傳遞失真。
對(duì)于一個(gè)具體的流量測(cè)量裝置，相同的差壓信號(hào)傳遞失真，在流量為不同值時(shí)，其影響也不一定，其中相對(duì)流量較大時(shí)，影響較小，相對(duì)流量較小時(shí)，影響較大，這是因?yàn)橄鄬?duì)流量較小時(shí)，節(jié)流裝置送出的差壓信號(hào)較小的緣故。所以，在雙量程差壓式流量計(jì)的設(shè)計(jì)和安裝中，要特別注意差壓信號(hào)的傳遞失真，想方設(shè)法盡量避免這種失真。
圖3.27 所示是采用一體化方法來避免差壓信號(hào)傳遞失真的一個(gè)實(shí)例。圖中用冷凝管代替冷凝器，導(dǎo)壓管也很短，在節(jié)流裝置和差壓變送器之間沒有引起傳遞失真的零部件，只要工藝管道的水平度較好，差壓信號(hào)的傳遞失真就可忽略。
(2)高低量程的選定對(duì)于一套雙量程差壓流量計(jì)，高低量程切換點(diǎn)的選定是設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，不僅受范圍度要求的制約、允許壓損的制約、系統(tǒng)不確定度的制約，而且受差壓變送器規(guī)格的制約。
具體設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)需遵循下面的原則。
①在壓損允許的前提下，將高量程的差壓上限盡量選得大一些。這樣，最小流量所對(duì)應(yīng)的差壓值可相應(yīng)大一些，以減小各種干擾因素對(duì)小流量測(cè)量精確度的影響。
②系統(tǒng)不確定度能滿足用戶的要求。尤其要保證大流量時(shí)的系統(tǒng)不確定度。
③不必強(qiáng)調(diào)節(jié)流裝置的不確角定度，因此流量在很大的范圍內(nèi)變化，流出系數(shù)相應(yīng)的變化和可膨脹性系數(shù)相應(yīng)的變化都較大，但是，這些變化都可以在二次表內(nèi)得到補(bǔ)償和校正。最終對(duì)系統(tǒng)不確定度的影響仍可忽略。
遵循這些原則，在上面的例子中，高量程差壓上限取100kPa,選用中差壓變送器。而低量程差壓上限選3kPa，選用低差壓變送器，相應(yīng)的流量切換點(diǎn)為17.326t/h。這樣，在切換點(diǎn)處，高量程變送器的差壓不確定度為2.5%，對(duì)流量測(cè)量系統(tǒng)不確定的影響為1.25%。而低量程時(shí)，差壓測(cè)量不確定度為2.5%所對(duì)應(yīng)的差壓值為0.09kPa,對(duì)應(yīng)的流量值為3t/h。
(3)討論
①過范圍運(yùn)行問題。在雙量程差壓流量計(jì)中，低量程差壓變送器很多時(shí)候是在過范圍的條件下工作的，過范圍的差壓值盡管不是很可觀，但畢竟已使變送器內(nèi)的膜盒進(jìn)入過載保護(hù)狀態(tài)。由于現(xiàn)代新型的差壓變送器內(nèi)的傳感器特殊設(shè)計(jì)的過載保護(hù)結(jié)構(gòu)，使得它具有優(yōu)秀的單向過壓性能，即使過壓16MPa，也能完全恢復(fù)而不留痕跡 。
②開平方運(yùn)算放在差壓變送器內(nèi)進(jìn)行較有利。在變送器和二次表中，開平方運(yùn)算都是由單片機(jī)完成的，開平方運(yùn)算本身都不增加誤差，因?yàn)槎际菙?shù)字量運(yùn)算。但是，差壓變送器測(cè)得的差壓值(數(shù)字量)經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換成4~20mA，送人流量二次表后再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的過程中，要損失二次精度。例如1%FS的流量值幅值放大了10倍，而較大幅值的模擬信號(hào)在轉(zhuǎn)換和傳送過程中，損失的精度相對(duì)要小些，因此，在用模擬信號(hào)傳送此信號(hào)時(shí)，開平方運(yùn)算放在差壓變送器中完成較合理。
如果采用數(shù)字信號(hào)傳送此信號(hào)，則無上述差異。
③用數(shù)字信號(hào)傳送差壓信號(hào)。現(xiàn)在市場(chǎng)上銷售的差壓變送器，大多數(shù)已實(shí)現(xiàn)智能化。在差壓變送器中，膜盒感知的未經(jīng)處理的差壓信號(hào)，由數(shù)字運(yùn)算部分進(jìn)行溫度補(bǔ)償、靜壓補(bǔ)償、非線性補(bǔ)償?shù)忍幚碇?，可以?shù)字通信的方式輸出，也可經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換將此數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成4~20mA信號(hào)，然后輸出。
后級(jí)儀表流量演算器如果以數(shù)字通信的方法接受差壓信號(hào)，則完全不損失精度。而如果以其模擬輸入口接受差壓信號(hào)，則由于D/A和A/D的兩次轉(zhuǎn)換，損失相應(yīng)的精度。這種精度的損失，在相對(duì)流量高的區(qū)間，影響約為0.3%，但在相對(duì)流量低的區(qū)間，影響顯著增大，相對(duì)流量越小，影響越小。所以推薦用數(shù)字量傳送差壓信號(hào)。
