差压式流量计小信号切除对蒸汽流量测量的影响及优化

孙 荣

(石家庄华电供热集团有限公司，石家庄 050041)

差压式流量计小信号切除对蒸汽流量测量的影响及优化

孙 荣

(石家庄华电供热集团有限公司，石家庄 050041)

针对小信号引起的计量误差问题，分析小信号对流量测量的影响和差压式流量计的小信号切除，提出小信号切除及优化选择的方法，并对差压流量计的积算仪进行改进，使流量计量更加完善。

差压式流量计；小信号切除；切除方法；优化

石家庄华电供热集团有限公司蒸汽管网供热面积约1500万m2，蒸汽流量计量装置基本采用标准孔板的差压式流量计，孔板流量计结构简单，操作方便，技术成熟。流量仪表中的小信号切除，是流量仪表中的特殊需要，这是为了克服各种原因引起的小信号所导致的不良后果。不同原理的流量计产生小信号现象的机理也不同，合理设置流量计小信号切除点对于公平、公正开展贸易计量有着极为重要的作用。在蒸汽贸易结算中，用热方如果在流量计小信号切除点下用热，虽然流量计显示为零，但是对于供热方来说也会造成一定的汽量损失。

1 差压式流量计小信号切除概述

差压式流量计是投入工业应用的多种流量计中应用最广泛、历史最悠久的流量计之一，也是人们应用小信号切除技术最早的一种流量计。

在无介质流动时，差压变送器的零点漂移会使流量计有一个很小的信号输出，这种信号容易被积算仪所捕获而被计量。在介质正常流过时，这种微小的信号与正常信号相比微不足道，并不影响计量的精度和准确性。为了避免无介质流动时产生的“误流量”信号给积算仪带来“误计”，可设一道门坎，将低于此门坎的“小信号”挡在计量的界外，也就是所谓的“切除”。

在使用老式差压式流量计来显示瞬时流量和进行积算时，流量计的零漂会导致实际值应为零的流量计出现流量示值。小信号切除方法可以掩盖流量计零漂的问题。

小信号切除方法在差压式流量计中的重要性是由差压式流量计的输入输出关系式中的平方根特性决定的，关系式如下：

(1)

式中：q为流量示值，kg/h或m3/s；AΔp为差压信号；qmax为流量测量上限。与公式(1)相对应的关系如图1所示[1]。

从图1可看出，在流量接近0的时候，曲线的斜率dp/dAΔp近似无穷大，这就决定了流量零点示值的不稳定性。早期的差压式流量计精度等级为1.5级，在一段时间内，差压式流量计零点漂移±1.5%为正常，这样的漂移所对应的流量值为12.2%。

图1 流量q与差压AΔp的关系

当差压变送器精确度进一步提高后，差压变送器的零点漂移性能得到进一步改善，但是差压变送器的零漂仅仅是差压式流量计零漂的一个方面。差压式流量计是一个系统，除了差压变送器零漂之外，还有差压信号的传递失真和流量积算仪等都会产生零漂。目前很多仪表制造厂将差压切除点减小为0.75%，对应的流量值为8.7%。现在的差压变送器精度等级已经提高到0.075级，差压信号传递也有了改进，小信号切除值降到流量测量上限值的2%，系统仍能很好地工作。

2 小信号对流量测量的影响

对同一装置，在假设压力、温度等其他参数不变，只有差压信号起作用的情况下，流量为

(2)

式中：qv为体积流量；k为流出系数；Δp为差压。

如果常用流量qvc在最大流量的70%左右，即差压在量程的50%左右时，流量为：

(3)

如果小信号引起的流量为qvc，差压变送器精度为0.2%，则

(4)

式中：Δph为差压变送器的量程；0.002Δph则是认为合格而容易忽视的一个小信号。

(5)

对于工业用户，基本是全天连续在常用流量附近使用，小信号对计量几乎没有影响，但是对于一些民用、商业用户，属于间断用热性质，如果全天有12h是在常用流量下使用，那么小信号要造成6.32%的误差；如果只有8h在常用流量下使用，小信号要造成12.64%的误差，使用时间越短，计量的误差越大。

从公式(5)中可以看出，用户的常用流量变小，小信号带来的计量误差会变得更大。如果常用流量为50%(差压信号的25%)，即使是24h均使用常用流量，也会有0.4%的小信号造成的误差；如果常用流量降到30%(差压信号的9%)，小信号造成的误差会增加到0.62%。

目前差压式流量计在实际使用过程中，为了保证计量在可靠范围内，差压变送器选用的量程都比较大。在小信号没有切除的情况下，导致了较大的计量误差[2]。

3 小信号切除及优化选择方法

对流量计进行小信号切除是一种解决流量计零漂、掩盖矛盾的方法，并不是采用了小信号切除后仪表的零漂就不存在了，而是零漂依旧，只是使用者看不到。

如果在理想状态下，不设置小信号切除能够达到测量要求，最好不要切除。但是在实际测量过程中模拟器件的零漂对流量计零点影响往往是双向的，差压信号的传递失真以及振动干扰的侵入均属不确定因素，所以小信号切除又是必须的。对于小信号是否切除，切除值取值大小，总的原则是在能达到目的的前提下，将切除值尽量选得小一些。

小信号被合理切除，在节流装置计量系统中是比较容易实现的。因为在没有差压信号时，流量计量系统会显示该小信号值，只要把该信号设定为一个参数，在流量计算时扣除便可。方法如下：

a.把该小信号与流量计算的其他参数设置在同一个界面，无论是检定或其他的检查都可以留意到，以方便查询和管理。

b.在流量计算时，差压值为差压变送器显示值减去小信号值。

按照上述方法，对公司用于蒸汽贸易计量使用的差压式流量计的积算仪进行了改进，将原有积算仪小信号切除点的固化计算更改成现有积算仪小信号切除在0%～1%的可选设置。原有积算仪的小信号切除的设计是按照JJG 1003-2005《流量积算仪检定规程》的技术要求将计算方法固化到仪表中，流量计量过程中仪表按照固定公式进行计算。改进后的积算仪可以实现小信号切除点在一定范围内的任意设置，这样可以根据实际使用情况进行合理设置，既能防止外界信号的干扰，也可以避免小信号以下计量丢数。

积算仪改进前，小信号切除点对应的差压电流为4.12 mA，为设计工况下最大流量的8.66%，改进后小信号切除点可以在0%～1%范围内设置，一般情况下设置在0.5%，此时小信号切除点对应的差压电流为4.08 mA，为设计工况下最大流量的7.07%，小信号切除点的合理降低大大减少了差压式流量计因小信号造成的计量损失，增量约18.36%，保障了供汽方的合法权益。

4 结束语

在流量计量系统中，小信号的切除对于计量系统的影响十分重要，为了保证计量准确可靠，必须要有小信号切除的设置和使用。差压式流量计小信号切除最优化没有一个固定的公式，需要在使用要求与可能达到的可测量小流量之间寻找一个最佳点，工作人员根据具体要求和具体条件通过现场调试合理设置切除点，从而避免小信号所导致的不良后果。

[1] 纪 纲，纪波峰.流量测量系统远程诊断集锦[M].北京：化学工业出版社,2012.

[2] 王 辉，梁 峻.小信号切除在节流装置计量中的影响[J].工业计量，2009(2):40-41.

本文责任编辑：谷丽娜

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

孙 荣(1976-)，女，工程师，主要从事供热管网蒸汽及高温水流量计算管理工作。

TH814

1001-9898(2016)06-0049-02