LWQ氣體渦輪流量(liàng)計标定精度

摘 要(yào)：分析影響氣體渦輪流量計(jì)标定精度(dù)的各種因素，并提出了解決的方法。 影響标定精度的因素 2.2 标(biāo)定壓力與标(biāo)定溫度(dù)的影響 2.2.1 渦(wō)輪表的流動特性 當流量大于(yú)始動流量值後，随着流量的增加，渦輪旋轉角速度也将增大。在測量範(fàn)圍内，流體産生的(de)阻力矩 T将成(chéng)爲影響流量計特性的主要困素(sù)。相(xiàng)對來說，由軸承及其它機械傳(chuán)動部件摩擦産生的機械阻力矩就比較小了。以下讨論中，假定機(jī)械阻力矩(jǔ)爲 0，則儀表系數： K=B - C[T/ρQ2 ] （ 1） 式中： Q——管内流體的流量； B、 C——常數。 由于在不同的流(liú)動狀(zhuàng)态下，流體産生(shēng)阻力的機理不(bú)同，效果也不同，所以對層流流動狀态和(hé)紊流(liú)流(liú)動(dòng)狀态将(jiāng)分别進(jìn)行(háng)讨論。 區分層流流(liú)動狀态和紊流流動狀态必須引入雷諾數（ Re）的概念 Re=4Q/πdν （ 2） 式(shì)中： Q——管内流體的流量； d——管道直徑； ν——管内流(liú)體的運動粘度。 通常 Re≥2320是管内流動由層流流動狀态轉(zhuǎn)變爲紊(wěn)流流(liú)動狀态的(de)判斷依據。 在層(céng)流流動狀态時，流體流動阻力矩 T與流體動力(lì)牯(gǔ)度（也稱粘度） μ、流體流量 Q成(chéng)正比，即 T=C1μQ。式中， C1爲常數，代入式（ 1）可知：若粘(zhān)度變化，則儀表系數 K也随(suí)之變(biàn)化；若粘度不變(biàn)．則 K将随流量的(de)增加而增加。 在紊流流動狀态(tài)時，流(liú)體流動阻力矩 T與流體密度(dù)和 Q2成正比．此時可計流體粘(zhān)度的影響．即 T=C2ρQ2，式中， C2爲常數，代入式（ 1）可知：在(zài)紊流流動(dòng)狀态時，儀表系數 K僅與儀表本身結(jié)構參數有關，而與流量 Q、流體粘度 μ等參數(shù)無關，可近似爲常數(shù)。隻有在這種狀态下(xià)，儀表系數 K才真正顯示了常(cháng)數的性質。儀表系數 K爲(wèi)常數的這個區間，也(yě)就是(shì)該流量計的測量範圍。 2.2.2 溫度、壓力的變化(huà)對标定精度影響的分析 運動粘度 ν爲動力粘(zhān)度與流體密度 ρ的比值。根據流(liú)體粘度與溫度之間(jiān)的(de)關系、雷(léi)諾數的定義及氣體狀态方程(chéng)可知，在一定的溫度範圍内，随着溫度的提高，在同樣流量下雷諾數也增加。根(gēn)據層流、紊流(liú)的判定條件可(kě)知：溫(wēn)度的增加，使流體(tǐ)在較小流量即可達到紊流狀态這樣，渦輪表實(shí)際進入精度範(fàn)圍的小流量 Qamin将減小。 而如果溫度不變，随(suí)着(zhe)壓力的提高．在同樣流量下雷諾數也增加。根據層流、紊流的判定條件可知：壓力的增加(jiā)，使流體在較小流量即可達到(dào)紊流狀态，這樣流量計(jì)實際進入精度範圍的小流量 Qamin将減小。 2.3 壓縮(suō)系數(shù)的變化對(duì)标定精度的影(yǐng)響 壓縮系數 Z是用來衡量實際氣體接近理想氣體程度的參數。通(tōng)常标定溫度爲常溫(wēn)、标定壓力不會太高，可以不考慮 Z的(de)影響。 2.4 速度分布畸變對标定精度的影響(xiǎng) 渦輪表是速(sù)度式的流量測量儀表，其儀表特性直接受氣體流動狀态的影響。對其進口處的速度分布尤爲敏感。進口流速的突變(biàn)和流體的旋轉可使測量誤差達到不能允許的程度。在标定中，渦輪流量計(jì)之前一般有若(ruò)十倍管道直徑的直(zhí)管段，但往往由于直管段長(zhǎng)度(dù)不夠，進口處流體(tǐ)的旋轉采能*消除、或由(yóu)于安裝流量計時密封墊片突出而改變了流(liú)體和渦輪葉片之間的角度，這些影響往往使(shǐ)儀表常數變化 2%或更多。 2.5 輔助測量裝置對(duì)标定精度的影響(xiǎng) 數據的正确采集(jí)依賴于溫度、壓力傳感器、定時器、脈沖計數(shù)器的選取及安裝(zhuāng)位置(zhì)的确定。如果傳感器精度不夠，則不能保證(zhèng)測量值(zhí)的精(jīng)度。如果傳感器(qì)安裝位置不合适，則不能正确測量通過标準(zhǔn)裝置及待測渦輪表的氣(qì)體的實際溫度、壓力值。且可能會影(yǐng)響氣體的流動狀态，導緻渦輪(lún)表進口處的速度分布不均，從(cóng)而影響标(biāo)定的(de)精度。 2.6 數(shù)據(jù)的分析處理對标定精度的影響 因爲氣體渦輪流量計是計量一(yī)段時間内通過他的氣體的體積數，而氣體體積又受壓力、溫度等(děng)因素的影響，且标準裝置的示值(zhí)與(yǔ)真值還是有點差異的，所以若不充分考(kǎo)慮氣體(tǐ)通過标準裝置、待測表時(shí)狀态的差異以及(jí)标準裝置自身的誤差等因素，所造成(chéng)的誤差将會很大。 對于渦輪(lún)表示值精度的标定一般規定在下(xià)述流量進行，即 Qmin 、 0.05 Qmax、 0.1 Qmax、 0.25 Qmax、 0.4 Qmax、 0.7 Qmax和 Qmax。若 0.05 Qmax和(hé) 0.1 Qmax小于 Qmin，則該流(liú)量點取消(xiāo)。一般(bān)同 *量點至少測(cè)試 3次，取 2次相近(jìn)數據的平均值爲測量值。若出(chū)現異常數(shù)據，需增(zēng)加試驗次數(shù)。對于每個流量再進行(háng)如下的數據分析(xī)，設： V'、 V 分别(bié)爲(wèi)時間 t内實際通過标準裝置和待測表的氣體體積； V、 Vc 分别爲時間 t内标準裝置和待測表(biǎo)的體積示數； P、 Pc 分别爲通過标準裝置和待(dài)測表的氣體壓力； TN、 Tc 分别(bié)爲通過标準裝置(zhì)和待(dài)測表的氣體溫度； ZN、 Zc 分别爲通過标準(zhǔn)裝置和待測的氣體壓縮系數； △ P 爲待測表與标準裝置之間(jiān)的氣體壓力差， △ P=Pc - PN； △ T 爲(wèi)标(biāo)準裝置與待測表之間的氣體溫度差， △ T=TN - Tc； fN 爲在某流量點标準裝置(zhì)的體積示數 VN與實際通(tōng)過他的氣體體積 V' 相比所得(dé)的示值相對誤差。 fc 爲在某(mǒu)流量點待測表的體積示數 Vc與實際通過他的氣體體積 V相比所得的示值相對誤(wù)差。 由(yóu)氣體狀态方程可得： 标準裝(zhuāng)置 PNV'/TN=ZNmR （ 3） 待測表 PcV/Tc=ZcmR （ 4） 當 △ P、 △ T較小時，把一次項後的誤差計算舍去，由上式可知：忽略 △ P的存在，造成的誤差爲（ △ P/PN） ×*；忽略 △ T的存在，造成的誤差爲（ △ T/TN） ×*；忽略标準(zhǔn)裝置自身誤(wù)差的存在，造成的誤差爲 fN×*，所以必須考慮氣體通過(guò)标準裝置和待測表時(shí)溫度、壓力的(de)差異以及(jí)标(biāo)準裝(zhuāng)置(zhì)自身的誤差。 3 提高标定精度的方(fāng)法 3.1 合理選擇标準裝置 由于标(biāo)準渦輪表本身的特點，它本身需(xū)要每年進行檢定，當需标定(dìng)的渦輪表口徑較小時（小于 100mm），就不宜選用渦輪表作爲标(biāo)準表。 鑒于流量越小，雷諾數越小，則忽略(luè)氣體粘性造成的(de)誤差越太，所以音(yīn)速噴嘴标準裝置隻(zhī)适合标定大流量、大口徑的渦輪(lún)表。保證喉徑的加工(gōng)精度，選(xuǎn)擇高精度的時間測(cè)量裝置都是十(shí)分必要的。爲使容器氣體(tǐ)溫度盡快均勻穩定(dìng)，還應在容器内(nèi)加裝攪拌機。 一般用鍾罩來标定小口徑、小流量渦(wō)輪表，且選擇鍾罩時其(qí)容積一定要(yào)足夠大，以(yǐ)保證大流量點标定的精度。爲了保證(zhèng)水質的(de)清潔，鍾罩内的水應(yīng)每天更換(huàn)。當鍾罩鼓起後，爲(wèi)了使鍾罩内氣體溫度均勻，鍾罩充滿氣後(hòu)，應等(děng)待 5min之後才能(néng)開始(shǐ)試(shì)驗。另外，鍾罩與(yǔ)音速噴嘴作爲标準裝置(zhì)還需利用(yòng)空(kōng)調、幹燥(zào)器等設旋保證标定所(suǒ)需(xū)的标準環境。 3.2 消除标定壓力與(yǔ)标定(dìng)溫度的影響 标定裝置必須立于(yú)空間足夠(gòu)大的試驗室内，保(bǎo)證标準裝置、待測渦輪表不在單方向受熱（如太陽的輻射、加熱器或其他(tā)熱源）。試驗室中(zhōng)的溫度變化不得(dé)超過 20±5℃ 的溫度範圍。由于渦(wō)輪表進入精度的流量範(fàn)圍與表壓(yā)及當地的大氣壓(yā)力有關，所(suǒ)應明确指出标定時的表壓及當地的大氣壓力。 3.3 消除标定系統中管(guǎn)路設計方面的影響 爲(wèi)了有效(xiào)地消除旋轉流．應在(zài)渦輪表前安(ān)裝必要(yào)的直管段，且在渦輪表前加裝整流器，并保證管(guǎn)道及流量計(jì)密封墊片(piàn)良好定位，不使突出。爲了保證流體的正常流動(dòng)特(tè)性，消除流量計後的(de)各種管件、閥門的不良影響，流量計(jì)後也應保證至少 5倍以上管道(dào)直徑的直管段。 3.4 消除輔助測量裝置方面的影響(xiǎng) 選擇高(gāo)精度的溫度、壓力傳感器、定時裝置(zhì)等輔助設(shè)施，其精度必須高于待測渦輪表所需精度 l~2級，且安裝位置應合适。 3.5 數據的分(fèn)析處理 計(jì)算待測表的誤差必須考慮氣(qì)體通過标準裝置和待測表時溫度(dù)、壓力的差異以及标準裝置自身的(de)誤差(chà)。若忽略(luè)通過标準裝置和待測(cè)表的氣體壓縮系數的(de)差異，可求得待測渦輪(lún)表在某 *量點的相對示值誤(wù)差。 4 結論 （ 1）标定(dìng)小口徑、小流量的渦輪表應選用鍾罩标(biāo)準裝置，标定大口徑、大流量的渦輪(lún)表應選用音速噴嘴，對于口(kǒu)徑爲 100mm以及大于 100mm的渦輪流量計也(yě)可選用标準渦輪表作爲标準裝置，但每年需重新檢定 1次。 （ 2）合(hé)理設計标定系統，保(bǎo)證氣體渦輪流量計有足夠(gòu)的前後直管段，如受管線的限制使直管段長度不夠，則應(yīng)在流量計前(qián)加(jiā)裝整(zhěng)流器。氣質(zhì)較髒時，應加裝過(guò)濾器，避免雜質對系統(tǒng)的影響。當氣質的(de)含水量(liàng)較大(dà)時．應加裝脫水幹燥裝置。 （ 3）選擇設計方案，選擇高精度的溫度、壓力傳(chuán)感器、定時裝置等輔助設旋，其精度必須高于待測渦輪表(biǎo)所需精度 1~2級，将系統誤差降爲小。 （ 4）嚴格按操作規程進行标定，滿足标定所需要的溫度(dù)、壓力、濕度等環境條件。 （ 5）正确處理數據，充分考慮氣體通(tōng)過(guò)标準裝置、待測表時狀(zhuàng)态的差異以及标準裝置(zhì)自身的誤差。标準(zhǔn)裝(zhuāng)置應(yīng)認真維護，并依照技術*的規定定期進行(háng)檢定。