LWQ氣體渦輪流量(liang)計标定精度

摘 要：分析影(yǐng)響氣體渦輪流量(liàng)計标定精度的各(ge)種因素♋，并提出了(le)解決的方法。 影響标定精度的(de)因素 2.2 标定壓(ya)力與标定溫度的(de)影響 2.2.1 渦輪表(biao)的流動特性 當流量大于始動(dong)流量值後，随着流(liú)量的增加，渦輪旋(xuán)轉角👄速度也将增(zeng)大。在測量範圍内(nei)，流體産生的阻力(li)矩 T将成爲影(ying)響流量計特性的(de)主要困素。相對來(lai)說，由軸承及其它(tā)機械傳動部件摩(mo)擦産生的機械阻(zu)力矩就比較小了(le)。以下讨論中，假定(dìng)機械阻力矩爲 0，則儀表系數： K=B - C[T/ρQ2 ] （ 1） 式中(zhōng)： Q——管内流體的(de)流量； B、 C——常(chang)數。 由于在不(bu)同的流動狀态下(xia)，流體産生阻力的(de)機理🍓不同，效果也(yě)不同，所以對層流(liu)流動狀态和紊流(liu)流動狀态将🔱分别(bié)進行🍉讨論。 區(qū)分層流流動狀态(tai)和紊流流動狀态(tài)必須引入雷諾數(shu)（ Re）的概念 Re=4Q/πdν （ 2） 式中： Q——管内流體的流(liu)量； d——管道直徑(jìng)； ν——管内流體的(de)運動粘度。 通(tong)常 Re≥2320是管内流(liu)動由層流流動狀(zhuang)态轉變爲紊流流(liu)動狀态的判斷依(yī)據。 在層流流(liu)動狀态時，流體流(liú)動阻力矩 T與(yu)流體動力牯度（也(ye)稱粘度） μ、流體(tǐ)流量 Q成正比(bǐ)，即 T=C1μQ。式中， C1爲常數，代入式（ 1）可知：若粘度變(bian)化，則儀表系數 K也随之變化；若(ruò)粘度不變．則 K将随流量的增加(jia)而增加。 在紊(wěn)流流動狀态時，流(liú)體流動阻力矩 T與流體密度和(he) Q2成正比．此時(shí)可計流體粘度的(de)影響．即 T=C2ρQ2，式中(zhong)， C2爲常數，代入(rù)式（ 1）可知：在紊(wěn)流流動狀态時，儀(yi)表系數 K僅與(yu)儀表本身結構參(cān)數有關，而與流量(liang) Q、流體粘度 μ等參數無關，可(ke)近似爲常數。隻有(you)在這種狀态下，儀(yí)表系數⛷️ K才真(zhēn)正顯示了常數的(de)性質。儀表系數 K爲常數的這個(ge)區間，也就是該流(liu)量計的測量範圍(wéi)。 2.2.2 溫度、壓力的(de)變化對标定精度(du)影響的分析 運動粘度 ν爲(wèi)動力粘度與流體(ti)密度 ρ的比值(zhí)。根據流體粘度與(yu)溫度之間的關系(xi)、雷諾數的定義及(ji)氣體狀态方程可(kě)知，在一定的溫度(dù)範圍内，随着溫度(dù)的提高👌，在同樣流(liu)量下雷諾數也增(zeng)加。根據層流、紊流(liú)的判定條件可知(zhī)：溫度的增加，使流(liu)體在較小流量即(jí)可達到紊流狀态(tai)這樣，渦輪表實💘際(ji)進入精度範圍的(de)小流量 Qamin将減(jiǎn)小。 而如果溫(wen)度不變，随着壓力(lì)的提高．在同樣流(liu)量下雷諾數♋也增(zēng)加。根據層流、紊流(liú)的判定條件可知(zhi)：壓力的增加🈲，使流(liú)體在較小流量即(jí)可達到紊流狀态(tai)，這樣流量計實際(jì)進入精度範圍的(de)小👉流量 Qamin将減(jian)小。 2.3 壓縮系數(shu)的變化對标定精(jing)度的影響 壓(ya)縮系數 Z是用(yòng)來衡量實際氣體(tǐ)接近理想氣體程(cheng)度的參數。通常标(biāo)定溫度爲常溫、标(biao)定壓力不會太高(gāo)，可以不考慮💘 Z的影響。 2.4 速度(dù)分布畸變對标定(dìng)精度的影響 渦輪表是速度式(shi)的流量測量儀表(biǎo)，其儀表特性直接(jie)💚受氣體流動狀态(tài)的影響。對其進口(kǒu)處的速度分布尤(yóu)爲敏感。進口流💔速(su)的🌂突變和流體的(de)旋轉可使測量誤(wu)差達到不能允許(xu)的程📞度。在标定中(zhōng)，渦輪流量計之前(qián)一般有若十倍管(guǎn)道直徑的直管段(duàn)，但往🈚往由于直管(guǎn)段長度不夠，進口(kou)處流體🔅的旋轉采(cai)能*消除、或由于安(an)裝流量計時密封(fēng)墊片突出而改變(biàn)了流體和🙇🏻渦輪葉(ye)片之間的角度，這(zhè)📞些影響往往使☁️儀(yí)表常數變化 2%或更多。 2.5 輔助(zhu)測量裝置對标定(dìng)精度的影響 數據的正确采集(ji)依賴于溫度、壓力(lì)傳感器、定時器、脈(mo)🔴沖計♍數器的選取(qu)及安裝位置的确(què)定。如果傳感器精(jing)🙇🏻度不夠，則不能保(bao)證測量值的精度(du)。如果傳感器安裝(zhuang)位置不合适，則不(bú)能正确測量通過(guò)标準裝置及待測(ce)渦輪表的氣體的(de)實際溫度、壓力值(zhí)。且可能會影響氣(qì)體的流動狀态，導(dǎo)緻渦輪表進口處(chu)的🥵速度分布不均(jun)，從而影響标定的(de)精度。 2.6 數據的(de)分析處理對标定(dìng)精度的影響 因爲氣體渦輪流(liú)量計是計量一段(duan)時間内通過他的(de)氣體的體積數，而(ér)氣體體積又受壓(ya)力、溫度等因素的(de)👈影響✊，且标準裝置(zhi)的示值與真值還(hái)是有點差異的，所(suǒ)以若不充分考慮(lǜ)氣體通過标準裝(zhuāng)置、待測表時狀态(tài)的差異以及标準(zhǔn)裝☎️置自身的誤差(chà)等因素，所造成的(de)誤差将會很大。 對于渦輪表示(shi)值精度的标定一(yi)般規定在下述流(liú)🔅量㊙️進行，即 Qmin 、 0.05 Qmax、 0.1 Qmax、 0.25 Qmax、 0.4 Qmax、 0.7 Qmax和 Qmax。若 0.05 Qmax和 0.1 Qmax小于 Qmin，則該流量點取(qǔ)消。一般同 *量(liang)點至少測試 3次，取 2次相近(jin)數據的平均值爲(wei)測量值。若出現異(yì)常數據🔴，需增加🍉試(shì)驗次數。對于每個(ge)流量再進行如下(xià)的數據分析，設： V'、 V 分别爲時(shí)間 t内實際通(tōng)過标準裝置和待(dài)測表的氣體體積(jī)； V、 Vc 分别爲(wèi)時間 t内标準(zhun)裝置和待測表的(de)體積示數； P、 Pc 分别爲通過标(biāo)準裝置和待測表(biǎo)的氣體壓力； TN、 Tc 分别爲通過(guò)标準裝置和待測(cè)表的氣體溫度； ZN、 Zc 分别爲通(tōng)過标準裝置和待(dài)測的氣體壓縮系(xi)數； △ P 爲待測表(biǎo)與标準裝置之間(jian)的氣體壓力差， △ P=Pc - PN； △ T 爲标準裝(zhuang)置與待測表之間(jiān)的氣體溫度差， △ T=TN - Tc； fN 爲在某流(liu)量點标準裝置的(de)體積示數 VN與(yǔ)實際通過他的氣(qi)體體積 V' 相比(bǐ)所得的示值相對(duì)誤差。 fc 爲在某(mǒu)流量點待測表的(de)體積示數 Vc與(yǔ)實際通過他的氣(qì)體體積 V相比(bǐ)所得的示值相對(dui)誤差。 由氣體(tǐ)狀态方程可得： 标準裝置 PNV'/TN=ZNmR （ 3） 待測表(biao) PcV/Tc=ZcmR （ 4） 當(dāng) △ P、 △ T較小時(shí)，把一次項後的誤(wù)差計算舍去，由上(shàng)式可知：忽略 △ P的存在，造成的誤(wu)差爲（ △ P/PN） ×*；忽(hū)略 △ T的存在，造(zao)成的誤差爲（ △ T/TN） ×*；忽略标準裝(zhuāng)置自身誤差的存(cún)在，造成的誤差爲(wei) fN×*，所以必須考(kǎo)慮氣體通過标準(zhǔn)裝置和待測表時(shi)溫度、壓力的差異(yi)以及标準裝置自(zì)身的誤差。 3 提(tí)高标定精度的方(fang)法 3.1 合理選擇(zé)标準裝置 由(you)于标準渦輪表本(ben)身的特點，它本身(shēn)需要每年進行檢(jian)定，當需☂️标定的渦(wo)輪表口徑較小時(shí)（小于 100mm），就不宜(yi)選用渦輪表作爲(wei)标準表。 鑒于(yu)流量越小，雷諾數(shu)越小，則忽略氣體(ti)粘性造成的誤差(chà)✍️越太，所以音速噴(pēn)嘴标準裝置隻适(shi)合标定大流量、大(da)⛹🏻‍♀️口徑的渦輪表。保(bǎo)證喉徑的加工精(jīng)度，選擇高精度的(de)時🥰間測量裝置都(dōu)⭐是十分必要的。爲(wèi)使容器氣體溫度(du)盡快✨均勻穩定，還(hái)應在容器内加裝(zhuāng)攪拌機。 一般(bān)用鍾罩來标定小(xiǎo)口徑、小流量渦輪(lun)表，且選擇鍾罩時(shí)💰其容積一定要足(zu)夠大，以保證大流(liú)量點标定的精度(dù)。爲了保證水質的(de)清潔，鍾罩内的水(shuǐ)應每天更換。當鍾(zhōng)罩鼓起後，爲了使(shǐ)鍾罩内♋氣體溫度(du)均✌️勻，鍾罩充滿氣(qi)後，應等待 5min之(zhi)後才能開始試驗(yàn)。另外，鍾罩與音速(su)噴嘴作爲标準裝(zhuāng)置還需利用空調(diào)、幹燥器等設旋保(bǎo)證标定所👈需的标(biāo)準環境。 3.2 消除(chú)标定壓力與标定(dìng)溫度的影響 标定裝置必須立(lì)于空間足夠大的(de)試驗室内，保證标(biao)準裝置、待✊測渦輪(lun)表不在單方向受(shou)熱（如太陽的☁️輻射(she)、加熱器或其他熱(re)源）。試驗室中的溫(wen)度變化不得超過(guò) 20±5℃ 的溫度(dù)範圍。由于渦輪表(biao)進入精度的流量(liàng)範圍與表壓及當(dāng)地的大氣壓力有(yǒu)關，所應明确指出(chu)标定⛷️時的💞表壓及(ji)當地的大氣🔞壓力(li)。 3.3 消除标定系(xì)統中管路設計方(fāng)面的影響 爲(wèi)了有效地消除旋(xuán)轉流．應在渦輪表(biao)前安裝必要的直(zhí)管段，且在渦輪表(biǎo)前加裝整流器，并(bìng)保證管道及流量(liàng)計密封✏️墊片良好(hǎo)定位，不使突出。爲(wei)了保證流體的正(zheng)常流動特性，消除(chú)流量計後的各種(zhǒng)管件、閥門的不良(liang)影響，流🌈量計後也(ye)應保證至少 5倍以上管道直徑(jing)的直管段。 3.4 消(xiao)除輔助測量裝置(zhì)方面的影響 選擇高精度的溫(wen)度、壓力傳感器、定(ding)時裝置等輔助設(shè)施，其精度必須高(gāo)于待測渦輪表所(suo)需精度 l~2級，且(qie)安裝位置應合适(shì)。 3.5 數據的分析(xi)處理 計算待(dai)測表的誤差必須(xu)考慮氣體通過标(biāo)準裝置和待測☔表(biǎo)時♋溫度、壓力的差(chà)異以及标準裝置(zhi)自身的誤差。若🍉忽(hū)略通過标準裝置(zhi)和待測表的氣體(tǐ)壓縮系數的差異(yi)，可求得待測渦輪(lun)表在✏️某 *量點(dian)的相對示值誤差(cha)。 4 結論 （ 1）标定小口徑、小(xiǎo)流量的渦輪表應(yīng)選用鍾罩标準裝(zhuang)置，标定大口徑、大(da)流量的渦輪表應(ying)選用音速噴嘴，對(dui)于口徑🤩爲 100mm以(yǐ)及大于 100mm的渦(wo)輪流量計也可選(xuǎn)用标準渦輪表作(zuo)爲标準裝置👉，但每(měi)年💜需🚩重新檢定 1次。 （ 2）合(he)理設計标定系統(tong)，保證氣體渦輪流(liu)量計有足夠的前(qián)後直管🔞段，如受管(guǎn)線的限制使直管(guan)段長度不夠，則應(ying)在流量計前加裝(zhuang)整流器。氣質較髒(zāng)時，應加裝過濾器(qi)，避免雜質對系統(tong)的🌈影響。當氣質的(de)含水量較大時．應(ying)加裝脫水幹燥裝(zhuāng)🚶置。 （ 3）選擇(zé)設計方案，選擇高(gāo)精度的溫度、壓力(lì)傳感器、定時✏️裝置(zhi)等輔助設旋，其精(jīng)度必須高于待測(cè)渦輪表所需🍉精度(dù) 1~2級，将系統誤(wu)差降爲小。 （ 4）嚴格按操作規(guī)程進行标定，滿足(zú)标定所需要的溫(wen)📱度、壓力、濕度等環(huan)境條件。 （ 5）正确處理數據，充(chōng)分考慮氣體通過(guò)标準裝置、待測表(biǎo)時狀📐态的差異以(yǐ)及标準裝置自身(shen)的誤差。标準裝置(zhi)🐪應認真維護，并依(yi)照技術*的規定定(dìng)期進行檢♈定。