差压式流量计由于其自身的固有特点，量程比不够宽广。采用增设一台低量程差压变送器的方法，能有效地扩大量程比，但仍沿用 4 ～ 20 mA 模拟量传送信号。由于信号要经过 D /A 和 A /D 两次转换，将会损失 0． 1% FS 的准确度，因此采用数字信号传送的方式挽回这一损失，使流量信号处理成为无差运算。该方法不仅提高了系统准确度、减小了零漂、降低了仪表功耗，而且节省了工程投资。这一方法也同样适用于单量程差压流量计。

0.引言

差压式流量计是历史最悠久、使用范围最广泛的流量计之一。几十年以来，虽然诞生了多种新型流量计，但由于差压式流量计的诸多优点，令其在很多领域仍具有突出的优势，应用仍然很广泛。

人们在利用这种流量计优点的同时，也受制于其量程比不够宽广的缺点。因此，本文通过增设一台低量程差压变送器，组成双量程差压流量计，可有效地扩大量程比。

在差压式流量计中，人们习惯于使用 4 ～ 20 mA模拟信号将变送器的输出信号传送到流量演算器( 流量显示装置) 。这在模拟仪表时代无可厚非，因为别无选择。但在变送器和流量演算器已经实现数字化的现在，仍然采用模拟信号传送，就显得不合时宜。为了实现模拟信号的传送，需进行 D /A 转换和 A /D 转换，这两项转换要损失大约 0． 1% FS 的精度，这对流量量程低段产生的影响非常大。因此，人们开始研究用数字通信的方法实现信号的传送。

1.差压流量计低量程点测量误差分析

第一作者张宝良( 1972—) ，男，1992 年毕业于中国计量学院力学计量测试专业，获学士学位，高级工程师; 主要从事流体计量方向的研究。

差压式流量计虽然应用很广泛，但存在量程比不理想的固有缺陷，这是由差压式流量计的测量原理决定的。差压式流量计的工作原理可用式 ( 1 ) 来描述 。

压只有差压上限的 1% 。

目前，差压变送器准确度已经达到非常高的水平。

0． 065% 准确度等级的差压变送器已被广泛使用，但仍不能满足所有的使用需求。

因为差压变送器的准确度等级是用引用误差表示的，将引用误差换算到示值误差就要除以测量值 。例如在 1% FS 测量点: 示值误差 = 引用误差 / 测量值 =± 0． 065% FS /1% FS = ± 6． 5% 。

而差压式流量计的系统不确定度是由六个因素合

变送器。在流量量程高段，高量程差压变送器输出有效; 在量程低段，低量程差压变送器输出有效，从而提

例如: 在用双量程差压流量计测量蒸汽流量时，取高量程差压变送器为 0 ～ 100 kPa，取低量程差压变送器为 0 ～ 3 kPa，量程低段差压测量精度提高了 33 倍，满足系统精度的需要。

双量程差压流量计的典型结构如图 2 所示。图 2( a) 中所标注的设备如下: ①差压变送器; ②三阀组; ③支架; ④差压装置和管; ⑤引压管; ⑥承插焊闸阀; ⑦冷凝罐。

2.数字量传送信号的方法研究

在流量测量系统中，人们习惯用 4 ～ 20 mA 信号进行传送，这个信号制已经使用了几十年。因为流量演算器和 DCS 的模拟信号输入通道大约有 0． 05% FS的精度，一般认为已经足够。

自从现场总线变送器面世后，人们认为以数字量传送这些信号更准确，还可节省大量电缆及工程费用。

这也体现了从模拟技术到数字技术的飞跃。在智能差压变送器等现场变送器中，信号的处理和显示都以数字量运算的方式进行，运算精度极高，但是为了最终输出，必须将数字量转换成 4 ～ 20 mA，即 D /A 转换。此信号送到流量演算器或 DCS 的 AI 通道后，又必须再转换成数字信号，才能进行进一步计算、处理，这一环节即 A /D 转换。这两次转换大约要损失 0． 1% FS 的精度。在相对流量比较大的时候，这 0． 1% FS 的损失算不了什么; 但在相对流量较小时，这 0． 1% FS 的影响就非常大了。

例如在 20% FS 流量测量点，0． 1% 的引用误差换算到示值误差就变成 2． 5% ，相应的差压测量不确定度为 1． 67%［6 － 7］，对差压式流量计的流量示值影响约为 0． 83% 。如果相对流量更加小，则影响更可观。采用数字通信的方法传递这些信号后，流量演算器转换为无差运算。

3.基于 HAＲT 总线流量测量系统的组成

接送入流量演算器。智能流量演算器中的 24 VDC 电源经隔离电阻为每个智能变送器供电，每台变送器消耗 4 mA 电流。流量演算器采用轮询的方式依次读取变送器中的数字输出信号，并运算处理。采集得到的数据和中间计算结果在原始数据画面中显示。

图 4 中，差压变送器和压力变送器就是普通的智能差压变送器和压力变送器。所不同的是，在投运前用手持终端将变送器中的通信站号从 0 修改为 1 ～15，一台上位机所挂的设备地址不能重复( 一般是从 1开始的连续自然数) ，使上位机能与多个智能变送器进行 HAＲT 通信。在流量演算器中，设置从低量程到中量程的差压切换点，以及从中量程到高量程 ( 如果有) 的差压切换点。信号投运后，系统就能用数字通信的方法传送数字信号，并进行无差演算。

4.单量程仪表的适用性

以上讨论都是针对双量程差压流量计展开的。当相对流量越小，这一方法的优越性就越显著。

这一方法同样适用于单量程差压流量计。在流量满度为 30% 的测量点，差压测量误差约可减小1． 1% MV，流量测量误差约可减小 0． 55% 。

5.结束语

在双量程差压式流量计中，通过引入一台低量程差压变送器，可大幅度提高量程低段的差压测量精度，进而提高量程低段的流量测量精度，扩大量程比。

将智能差压变送器的输出信号用 4 ～ 20 mA 信号传送到流量演算器或 DCS，由于在变送器中经 D /A 转换环节，在流量演算器中经 A /D 转换环节，总共要损失 0． 1% FS 的精度，这对流量量程低段的影响特别大 。改用数字量传送后，流量演算器实现 0 级运算，从而提高了全量程( 尤其流量量程低段) 的精度，扩大了量程比的范围。

采用 HAＲT 总线的方法传送信号后，现场变送器可以挂在总线上，用一路电缆代替了几路电缆，显著节省了电缆支出( 在防爆场所还有安全栅支出) 和工程开支。

通过 4 ～ 20 mA 信号传送变送器到流量演算器的信号时，信号值的变化可以无限小，因此容易受到外界干扰，稳定性较差、零点易漂移。而通过数字信号传送时，信号的有效值只有 0 和 1，电平较高，抗干扰能力强; 同时，信号电流恒定在 4 mA，仪表功耗显著降低。

采用 HAＲT 总线的方法传送差压、压力信号，组成的双量程 ( 和单量程) 差压流量计，已经获得广泛使用，既准确、可靠又经济、实惠。