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 标定介质对流量计仪表系数影响
发布时间:2018-04-02

0引言
  为了解决蒸汽流量量值溯源的问题,用于蒸汽流量计标定的实验装置按照标定使用的介质可分为三类。一类是以蒸汽为介质的蒸汽实流标准装置,这种装置的检测条件与表计使用的工况条件最为相近,但由于该装置设计要求高、检测成本高等特点,目前使用很少。第二类是以水为介质的液体流量计量标准装置,此类装置精度高,但是与蒸汽的实际工况条件相差较大。第三类是以空气为介质的气体流量标准装置。
  目前国内外普遍采用后两类装置替代蒸汽实流装置对蒸汽流量仪表进行标定,但这两种方法无法模拟蒸汽流量计实际的工况条件。利用计量标准装置对涡街流量计开展了水、空气、蒸汽3种不同介质的比对测试实验,并从涡街流量计漩涡产生机理出发,利用流体力学及卡门涡街原理,结合蒸汽独特的热力学性质,对涡街流量计在3种不同介质下仪表系数存在规律性偏差实验结论进行了解释,得出各种流体介质与涡街流量计仪表系数的关系。
1涡街流量计的原理
涡街流量计工作原理
  涡街流量计是根据“卡门涡街”原理研制成的流体振荡式流量测量仪表。在测量管道流动的流体中插入一根其轴线与流向垂直的非流线型柱形体,称之为旋涡发生体。当雷诺数达到一定值时,从旋涡发生体两侧交替地分离出两串规则地交错排列的旋涡。在满足雷诺数要求时,旋涡分离产生的频率仅仅只与旋涡发生体及所在的测量管道的几何尺寸有关。旋涡的分离产生的频率于流量的大小成正比。涡街流量计的原理如图1所示。
经过推导,流体的体积流量Q与漩涡频率f符合下面公式:
Q=f/K
  式中:K为流量计的流量系数。在一定雷诺数范围内仪表系数K为常数,流量Q与漩涡频率f成线性关系。因此,只要检测出频率f值,就能通过相应的公式求得体积流量Q的值。
2实验装置简介
  本次试验我们共采用的三套装置,分别为国家蒸汽流量站蒸汽实流标定装置和我所的负压法音速喷嘴气体流量计量标准装置和质量法水流量计量标准装置。其中冷凝称重法蒸汽流量标准装置,以过热及饱和蒸汽作为检定介质,将通过蒸汽流量仪表的蒸汽进行冷凝称重的原理,对蒸汽流量仪表进行实流标定。扩展不确定度为0.1%(k=2),检定流量范围为(2.5~10000)kg/h。音速喷嘴气体流量标准装置是以空气为介质的流量检测装置,设计依据JJG620-1994《临界流流量计》、《临界流文丘里喷嘴气体流量装置的测量》、JJG619-2005《标准表法流量标准装置》等。扩展不确定度为0.25%(k=2),检定流量范围为(2.5~6500)m3/h。静态质量法水流量标准装置,扩展不确定度为0.1%(k=2),检定流量范围为(0.28~1200)m3/h。
3实验方案
  将一台准确度等级符合1.0级脉冲输出、仪表线性和重复性较好的50mm口径涡街流量计样机,分别在蒸汽、水、空气三种流量标准装置上进行标定实验。前后直管段符合检定规程要求,前直管段大于10倍公称通径(10DN)、后直管段大于5倍公称通径(5DN),依次从最小流量qmin、分界流量qt、最大流量qmax的25%、40%、70%和100%,共计6个流量点,每个流量点重复检定3次,每次检定60s。分别计算其仪表系数、线性误差、重复性误差数据,比较在不同介质的检定装置下测量数据差异和联系。
4实验数据
  按照涡街流量计的检定规程对该试验样机各流量点进行调节、检定,在3套不同介质的检定装置下的实验的仪表系数、线性度、重复性如下表1所示,流量曲线关系如图2所示。
表1不同介质的检定装置下的实验的仪表系数、线性度、重复性
质量法液体流量
标准装置

负压法音速喷嘴气体
流量标准装置

冷凝称重法蒸汽
流量标准装置

仪表系数
(1/m3)

线性误差(%)

重复性误差
(%)

仪表系数
(1/m3)

线性误差(%)

重复性误差(%)

仪表系数
(1/m3)

线性误差
(%)

重复性误差(%)

9266.5

0.57

0.18

9343.5

0.61

0.29

9178

0.78

0.23

  实验数据图可以看出,发现仪表系数偏差的正负方向上基本相同。涡街流量计在空气、水、蒸汽三种不同介质的仪表系数存有差异且差异还是比较明显的,在其流量范围内仪表系数依次减小。综合实验数据来看,空气测定的仪表系数值比水为介质测量仪表系数值偏大在(0.5~1.4)%之间的数值,比蒸汽条件下测量的仪表系数偏大(1.6~2.0)%之间的数值。
不同流量条件下标定介质为空气、水、蒸汽流量计系数比较
5实验结论
  通过标定实验,发现涡街流量计在蒸汽、水、空气3种不同介质下,其主要计量性能如仪表系数、线性误差和重复性误差会有所差别,具体表现为:(1)在小流量qmin时,以蒸汽为标定介质,此时的仪表系数最小,此时由于受蒸汽的温度的影响,造成仪表系数偏小。(2)随流量的逐渐增大,以空气为标定介质的仪表系数变化逐渐增大且变化率最快,蒸汽介质的仪表系数变化次之,以水为介质的仪表系数变化最小。

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