一、提问

在温度、压力、流量、液位四大参数的测量中，设置小信号切除的唯有流量计。为什么要设置小信号切除？

二、解答

流量仪表小信号切除的目的，总的来说是解决“无中生有”的矛盾。但是，各种不同原理的流量计，切除的意义和切除值的合理确定，也有很大区别和差异。

（1）差压流量计的小信号切除

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、历史最悠久的一种流量计，也是人们应用小信号切除技术最早的一种流量计。

在早期的差压式流量计中，人们用U形管差压计显示差压装置送出的差压信号并换算到瞬时流量，用浮子式差压计、环秤式差压计显示瞬时流量并进行积算。由于技术条件的限制，无法应用小信号切除技术，只能用经常查对零点并在发现零点漂移时予以校正的方法消除零漂的影响。

自从电子技术进入差压式流量计后，模拟量运算电路和逻辑运算技术得到迅速发展，才使小信号切除有了技术基础。

小信号切除方法在差压式流量计中尤其重要，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。在差压式流量计中有下面的关系式，与此式相对应的图示如下图所示：

从图中可看出，在流量接近0的时候，曲线的斜率dq/dAΔp近似无穷大，这就决定了流量零点示值的不稳定性。早期的差压计为1.5级精确度，即在一段时间内，差压示值零点漂移±1.5%也算正常，这样的漂移所对应的流量值就很大了。为了自圆其说，仪表制造厂就规定流量示值在30％以下不计误差，这就是以前仪表工程师和早期流量仪表书刊中所说的差压式流量计量程比（范围度）为3：1的由来。

当电动单元组合仪表发展到DDZ-II系列后，差压变送器精确度等级提高到0.5级，仪表制造厂推荐将小信号切除点调整到差压上限的1％，对应的流量值为10％FS。

当差压变送器精确度进一步提高到0.2级时，差压变送器的零点漂移性能得到进一步改善，但是，差压变送器零漂仅仅是差压式流量计零漂的一个方面，差压法流量测量是一个系统，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演算器等也都会引入零漂，综合多方面的因素，世界上很多仪表制造厂都将差压切除点减小为0.75％，对应的流量值为8.7％。仪表制造技术还在不断改进，现在的差压变送器已经提高到0.065级和0.04级。差压信号传递也有了改进，由于采用一体化结构，差压信号传递失真可做到忽略不计，所以对于由中低差压变送器组成的一体化节流式流量计，小信号切除值降到2％qmax，系统仍能很好地工作，不会出现“无中生有”现象。

人们为什么热衷于将小信号切除点一降再降？这是因为小信号切除既有得又有失。得到的是掩盖了各种原因引起的流量显示值的零点漂移，从而消除烦人的“无中生有”现象；失去的是当实际流量低于切除点时，一概显示为零，从而引起使用者的不满。因此，仪表制造厂和系统调试人员在确保不出现“无中生有”的前提下，总是尽量降低小信号切除点，而仪表制造技术的改进，也为这一做法提供了物质基础，所以随着差压变送器精确度、稳定性的提高，随着仪表结构的改进，小信号切除点也越来越小。

（2）流量小信号切除的意义与目的

①电磁流量计

电磁流量计零点漂移的原因主要有下列几点：

a.电极表面被粘附了一层绝缘物；

b.流体的电导率有明显的变化；

c.受到外界干扰；

d.电极送出的毫伏信号，在放大和转换过程中出现零漂；

e.流量测量管上下游某一段管内未充满液体，而管道压力又有波动时，使得平均流量为零，而流经电极的轴向流速却有一定幅度的摆动，这种摆动幅值虽然很小，但由于电磁流量计精确度现在已经达到很高的水平，所以仍然能够观察到。

电磁流量计的小信号切除点，一般比差压式流量计小得多，设置在（1～2）％FS处就能满足要求。

②涡街流量计

涡街流量计号称不存在零点漂移，但是流量信号用4～20mA输出时，由于模拟电路总有一定幅值的零漂，所以需要设置小信号切除，而当流量信号用脉冲形式输出时，也必须设置小信号切除，这就耐人寻味了。

从工作原理来说，涡街流量计不存在零点漂移，理由是在流速为零时，旋涡发生体后面不会有旋涡产生，因此也就无脉冲输出。实际上，不用到流速为零，只要流体的流速低到一定数值，相应的雷诺数小于紊流区间（Ren＜2300），旋涡已经不会产生。既然如此，在涡(Rep<2300街流量计中为什么还要设置小信号切除呢？原因很简单，即在雷诺数很低时，虽然没有旋涡产生，也没有因此而输出的脉冲，但是干扰会趁虚而入，例如管道振动产生的干扰、射频干扰等，由于涡街流量计的脉冲信号放大器是变增益放大器，输入脉冲信号幅值越低，增益越大，所以，在无脉冲信号输入时，增益最大，这就为干扰信号的钻入开了方便之门。好在人们还有小信号切除这个手段。

由于涡街流量计的探头输出的脉冲信号幅值与流过旋涡发生体的流体的流速平方成正比，在仪表制造厂承诺的Red≥20000而保证正常测量的流速区间，探头输出的信号幅值较大，因而信噪比也较大，干扰不易侵人;而在流速较低，干扰容易侵入时，则采用小信号(以频率来表征)切除方法，从而使仪表既能做到在流速较高时保证正常测量，又能做到在流速低于承诺的可测最小流量对应值时，稳定地指示零。

③ 超声流量计

时差法超声流量计是现在应用最广泛的一种超声流量计，它是基于超声顺流传播时间和逆流传播时间差的测定，不仅能测量正向流流量，也能测量反向流流量。当流速为零时，顺流传播时间和逆流传播时间应相等，但是由于换能器不完全对称和性能的时漂、温漂，也会出现流量示值的零漂，因此，流量转换器中也设置有小信号切除，但切除点设置到1%FS已足够。

   ④ 涡轮流量计

涡轮流量计是基于流过涡轮流量传感器时，流体对涡轮叶片产生推力，从而导致涡轮旋转。当流速为零和流速虽不为零但低于起动灵敏度时，涡轮不会旋转，因此，就原理来说，也不存在零点漂移问题。但是，如果以4~20mA的形式输出流量信号，则因模拟电路本身的特殊性，也会产生一定的零漂，因此也需引入不大于1%FS的小信号切除。

  其他原理的流量计，除了容积式流量计之外，一般均需设置小信号切除，放弃切除点以下流量的测量，这完全是不得已而为之。