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一、提問

在溫度、壓力、流量、液位四大參數(shù)的測量中，設(shè)置小信號切除的唯有流量計。為什么要設(shè)置小信號切除？

二、解答

流量儀表小信號切除的目的，總的來說是解決“無中生有”的矛盾。但是，各種不同原理的流量計，切除的意義和切除值的合理確定，也有很大區(qū)別和差異。

（1）差壓流量計的小信號切除

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

在早期的差壓式流量計中，人們用U形管差壓計顯示差壓裝置送出的差壓信號并換算到瞬時流量，用浮子式差壓計、環(huán)秤式差壓計顯示瞬時流量并進行積算。由于技術(shù)條件的限制，無法應用小信號切除技術(shù)，只能用經(jīng)常查對零點并在發(fā)現(xiàn)零點漂移時予以校正的方法消除零漂的影響。

自從電子技術(shù)進入差壓式流量計后，模擬量運算電路和邏輯運算技術(shù)得到迅速發(fā)展，才使小信號切除有了技術(shù)基礎(chǔ)。

小信號切除方法在差壓式流量計中尤其重要，是由差壓式流量計的輸入輸出關(guān)系式中的平方根特性決定的。在差壓式流量計中有下面的關(guān)系式，與此式相對應的圖示如下圖所示：

從圖中可看出，在流量接近0的時候，曲線的斜率dq/dAΔp近似無窮大，這就決定了流量零點示值的不穩(wěn)定性。早期的差壓計為1.5級精確度，即在一段時間內(nèi)，差壓示值零點漂移±1.5%也算正常，這樣的漂移所對應的流量值就很大了。為了自圓其說，儀表制造廠就規(guī)定流量示值在30％以下不計誤差，這就是以前儀表工程師和早期流量儀表書刊中所說的差壓式流量計量程比（范圍度）為3：1的由來。

當電動單元組合儀表發(fā)展到DDZ-II系列后，差壓變送器精確度等級提高到0.5級，儀表制造廠推薦將小信號切除點調(diào)整到差壓上限的1％，對應的流量值為10％FS。

當差壓變送器精確度進一步提高到0.2級時，差壓變送器的零點漂移性能得到進一步改善，但是，差壓變送器零漂僅僅是差壓式流量計零漂的一個方面，差壓法流量測量是一個系統(tǒng)，除了差壓變送器零漂之外，還有差壓信號的傳遞失真和流量演算器等也都會引入零漂，綜合多方面的因素，世界上很多儀表制造廠都將差壓切除點減小為0.75％，對應的流量值為8.7％。儀表制造技術(shù)還在不斷改進，現(xiàn)在的差壓變送器已經(jīng)提高到0.065級和0.04級。差壓信號傳遞也有了改進，由于采用一體化結(jié)構(gòu)，差壓信號傳遞失真可做到忽略不計，所以對于由中低差壓變送器組成的一體化節(jié)流式流量計，小信號切除值降到2％qmax，系統(tǒng)仍能很好地工作，不會出現(xiàn)“無中生有”現(xiàn)象。

人們?yōu)槭裁礋嶂杂趯⑿⌒盘柷谐c一降再降？這是因為小信號切除既有得又有失。得到的是掩蓋了各種原因引起的流量顯示值的零點漂移，從而消除煩人的“無中生有”現(xiàn)象；失去的是當實際流量低于切除點時，一概顯示為零，從而引起使用者的不滿。因此，儀表制造廠和系統(tǒng)調(diào)試人員在確保不出現(xiàn)“無中生有”的前提下，總是盡量降低小信號切除點，而儀表制造技術(shù)的改進，也為這一做法提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，所以隨著差壓變送器精確度、穩(wěn)定性的提高，隨著儀表結(jié)構(gòu)的改進，小信號切除點也越來越小。

（2）流量小信號切除的意義與目的

①電磁流量計

電磁流量計零點漂移的原因主要有下列幾點：

a.電極表面被粘附了一層絕緣物；

b.流體的電導率有明顯的變化；

c.受到外界干擾；

d.電極送出的毫伏信號，在放大和轉(zhuǎn)換過程中出現(xiàn)零漂；

e.流量測量管上下游某一段管內(nèi)未充滿液體，而管道壓力又有波動時，使得平均流量為零，而流經(jīng)電極的軸向流速卻有一定幅度的擺動，這種擺動幅值雖然很小，但由于電磁流量計精確度現(xiàn)在已經(jīng)達到很高的水平，所以仍然能夠觀察到。

電磁流量計的小信號切除點，一般比差壓式流量計小得多，設(shè)置在（1～2）％FS處就能滿足要求。

②渦街流量計

渦街流量計號稱不存在零點漂移，但是流量信號用4～20mA輸出時，由于模擬電路總有一定幅值的零漂，所以需要設(shè)置小信號切除，而當流量信號用脈沖形式輸出時，也必須設(shè)置小信號切除，這就耐人尋味了。

從工作原理來說，渦街流量計不存在零點漂移，理由是在流速為零時，旋渦發(fā)生體后面不會有旋渦產(chǎn)生，因此也就無脈沖輸出。實際上，不用到流速為零，只要流體的流速低到一定數(shù)值，相應的雷諾數(shù)小于紊流區(qū)間（Ren＜2300），旋渦已經(jīng)不會產(chǎn)生。既然如此，在渦(Rep<2300街流量計中為什么還要設(shè)置小信號切除呢？原因很簡單，即在雷諾數(shù)很低時，雖然沒有旋渦產(chǎn)生，也沒有因此而輸出的脈沖，但是干擾會趁虛而入，例如管道振動產(chǎn)生的干擾、射頻干擾等，由于渦街流量計的脈沖信號放大器是變增益放大器，輸入脈沖信號幅值越低，增益越大，所以，在無脈沖信號輸入時，增益最大，這就為干擾信號的鉆入開了方便之門。好在人們還有小信號切除這個手段。

由于渦街流量計的探頭輸出的脈沖信號幅值與流過旋渦發(fā)生體的流體的流速平方成正比，在儀表制造廠承諾的Red≥20000而保證正常測量的流速區(qū)間，探頭輸出的信號幅值較大，因而信噪比也較大，干擾不易侵人;而在流速較低，干擾容易侵入時，則采用小信號(以頻率來表征)切除方法，從而使儀表既能做到在流速較高時保證正常測量，又能做到在流速低于承諾的可測最小流量對應值時，穩(wěn)定地指示零。

③ 超聲流量計

時差法超聲流量計是現(xiàn)在應用最廣泛的一種超聲流量計，它是基于超聲順流傳播時間和逆流傳播時間差的測定，不僅能測量正向流流量，也能測量反向流流量。當流速為零時，順流傳播時間和逆流傳播時間應相等，但是由于換能器不完全對稱和性能的時漂、溫漂，也會出現(xiàn)流量示值的零漂，因此，流量轉(zhuǎn)換器中也設(shè)置有小信號切除，但切除點設(shè)置到1%FS已足夠。

   ④ 渦輪流量計

渦輪流量計是基于流過渦輪流量傳感器時，流體對渦輪葉片產(chǎn)生推力，從而導致渦輪旋轉(zhuǎn)。當流速為零和流速雖不為零但低于起動靈敏度時，渦輪不會旋轉(zhuǎn)，因此，就原理來說，也不存在零點漂移問題。但是，如果以4~20mA的形式輸出流量信號，則因模擬電路本身的特殊性，也會產(chǎn)生一定的零漂，因此也需引入不大于1%FS的小信號切除。

  其他原理的流量計，除了容積式流量計之外，一般均需設(shè)置小信號切除，放棄切除點以下流量的測量，這完全是不得已而為之。