LWQ氣體渦輪流量計標定精度

摘 要：分析影響氣體渦輪流量計標定精度的各種因素，并提出了解決的方法。 影響標定精度的因素 2.2 標定壓力與標定溫度的影響 2.2.1 渦輪表的流動特性 當流量大于始動流量值后，隨著流量的增加，渦輪旋轉角速度也將增大。在測量范圍內，流體產生的阻力矩T將成為影響流量計特性的主要困素。相對來說，由軸承及其它機械傳動部件摩擦產生的機械阻力矩就比較小了。以下討論中，假定機械阻力矩為0，則儀表系數： K=B - C[T/ρQ2 ] （1） 式中：Q——管內流體的流量； B、C——常數。 由于在不同的流動狀態下，流體產生阻力的機理不同，效果也不同，所以對層流流動狀態和紊流流動狀態將分別進行討論。 區分層流流動狀態和紊流流動狀態必須引入雷諾數（Re）的概念 Re=4Q/πdν （2） 式中：Q——管內流體的流量； d——管道直徑； ν——管內流體的運動粘度。 通常Re≥2320是管內流動由層流流動狀態轉變為紊流流動狀態的判斷依據。 在層流流動狀態時，流體流動阻力矩T與流體動力牯度（也稱粘度）μ、流體流量Q成正比，即T=C1μQ。式中，C1為常數，代入式（1）可知：若粘度變化，則儀表系數K也隨之變化；若粘度不變．則K將隨流量的增加而增加。 在紊流流動狀態時，流體流動阻力矩T與流體密度和Q2成正比．此時可計流體粘度的影響．即T=C2ρQ2，式中，C2為常數，代入式（1）可知：在紊流流動狀態時，儀表系數K僅與儀表本身結構參數有關，而與流量Q、流體粘度μ等參數無關，可近似為常數。只有在這種狀態下，儀表系數K才真正顯示了常數的性質。儀表系數K為常數的這個區間，也就是該流量計的測量范圍。 2.2.2 溫度、壓力的變化對標定精度影響的分析 運動粘度ν為動力粘度與流體密度ρ的比值。根據流體粘度與溫度之間的關系、雷諾數的定義及氣體狀態方程可知，在一定的溫度范圍內，隨著溫度的提高，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：溫度的增加，使流體在較小流量即可達到紊流狀態這樣，渦輪表實際進入精度范圍的小流量Qamin將減小。 而如果溫度不變，隨著壓力的提高．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，使流體在較小流量即可達到紊流狀態，這樣流量計實際進入精度范圍的小流量Qamin將減小。 2.3 壓縮系數的變化對標定精度的影響 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。通常標定溫度為常溫、標定壓力不會太高，可以不考慮Z的影響。 2.4 速度分布畸變對標定精度的影響 渦輪表是速度式的流量測量儀表，其儀表特性直接受氣體流動狀態的影響。對其進口處的速度分布尤為敏感。進口流速的突變和流體的旋轉可使測量誤差達到不能允許的程度。在標定中，渦輪流量計之前一般有若十倍管道直徑的直管段，但往往由于直管段長度不夠，進口處流體的旋轉采能*消除、或由于安裝流量計時密封墊片突出而改變了流體和渦輪葉片之間的角度，這些影響往往使儀表常數變化2%或更多。 2.5 輔助測量裝置對標定精度的影響 數據的正確采集依賴于溫度、壓力傳感器、定時器、脈沖計數器的選取及安裝位置的確定。如果傳感器精度不夠，則不能保證測量值的精度。如果傳感器安裝位置不合適，則不能正確測量通過標準裝置及待測渦輪表的氣體的實際溫度、壓力值。且可能會影響氣體的流動狀態，導致渦輪表進口處的速度分布不均，從而影響標定的精度。 2.6 數據的分析處理對標定精度的影響 因為氣體渦輪流量計是計量一段時間內通過他的氣體的體積數，而氣體體積又受壓力、溫度等因素的影響，且標準裝置的示值與真值還是有點差異的，所以若不充分考慮氣體通過標準裝置、待測表時狀態的差異以及標準裝置自身的誤差等因素，所造成的誤差將會很大。 對于渦輪表示值精度的標定一般規定在下述流量進行，即Qmin 、0.05 Qmax、0.1 Qmax、0.25 Qmax、0.4 Qmax、0.7 Qmax和Qmax。若0.05 Qmax和0.1 Qmax小于Qmin，則該流量點取消。一般同*量點至少測試3次，取2次相近數據的平均值為測量值。若出現異常數據，需增加試驗次數。對于每個流量再進行如下的數據分析，設： V'、V 分別為時間t內實際通過標準裝置和待測表的氣體體積； V、Vc 分別為時間t內標準裝置和待測表的體積示數； P、Pc 分別為通過標準裝置和待測表的氣體壓力； TN、Tc 分別為通過標準裝置和待測表的氣體溫度； ZN、Zc 分別為通過標準裝置和待測的氣體壓縮系數； △P 為待測表與標準裝置之間的氣體壓力差，△P=Pc - PN； △T 為標準裝置與待測表之間的氣體溫度差，△T=TN - Tc； fN 為在某流量點標準裝置的體積示數VN與實際通過他的氣體體積V' 相比所得的示值相對誤差。 fc 為在某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差。 由氣體狀態方程可得： 標準裝置 PNV'/TN=ZNmR （3） 待測表 PcV/Tc=ZcmR （4） 當△P、△T較小時，把一次項后的誤差計算舍去，由上式可知：忽略△P的存在，造成的誤差為（△P/PN）×*；忽略△T的存在，造成的誤差為（△T/TN）×*；忽略標準裝置自身誤差的存在，造成的誤差為fN×*，所以必須考慮氣體通過標準裝置和待測表時溫度、壓力的差異以及標準裝置自身的誤差。 3 提高標定精度的方法 3.1 合理選擇標準裝置 由于標準渦輪表本身的特點，它本身需要每年進行檢定，當需標定的渦輪表口徑較小時（小于100mm），就不宜選用渦輪表作為標準表。 鑒于流量越小，雷諾數越小，則忽略氣體粘性造成的誤差越太，所以音速噴嘴標準裝置只適合標定大流量、大口徑的渦輪表。保證喉徑的加工精度，選擇高精度的時間測量裝置都是十分必要的。為使容器氣體溫度盡快均勻穩定，還應在容器內加裝攪拌機。 一般用鐘罩來標定小口徑、小流量渦輪表，且選擇鐘罩時其容積一定要足夠大，以保證大流量點標定的精度。為了保證水質的清潔，鐘罩內的水應每天更換。當鐘罩鼓起后，為了使鐘罩內氣體溫度均勻，鐘罩充滿氣后，應等待5min之后才能開始試驗。另外，鐘罩與音速噴嘴作為標準裝置還需利用空調、干燥器等設旋保證標定所需的標準環境。 3.2 消除標定壓力與標定溫度的影響 標定裝置必須立于空間足夠大的試驗室內，保證標準裝置、待測渦輪表不在單方向受熱（如太陽的輻射、加熱器或其他熱源）。試驗室中的溫度變化不得超過20±5℃的溫度范圍。由于渦輪表進入精度的流量范圍與表壓及當地的大氣壓力有關，所應明確指出標定時的表壓及當地的大氣壓力。 3.3 消除標定系統中管路設計方面的影響 為了有效地消除旋轉流．應在渦輪表前安裝必要的直管段，且在渦輪表前加裝整流器，并保證管道及流量計密封墊片良好定位，不使突出。為了保證流體的正常流動特性，消除流量計后的各種管件、閥門的不良影響，流量計后也應保證至少5倍以上管道直徑的直管段。 3.4 消除輔助測量裝置方面的影響 選擇高精度的溫度、壓力傳感器、定時裝置等輔助設施，其精度必須高于待測渦輪表所需精度l~2級，且安裝位置應合適。 3.5 數據的分析處理 計算待測表的誤差必須考慮氣體通過標準裝置和待測表時溫度、壓力的差異以及標準裝置自身的誤差。若忽略通過標準裝置和待測表的氣體壓縮系數的差異，可求得待測渦輪表在某*量點的相對示值誤差。 4 結論 （1）標定小口徑、小流量的渦輪表應選用鐘罩標準裝置，標定大口徑、大流量的渦輪表應選用音速噴嘴，對于口徑為100mm以及大于100mm的渦輪流量計也可選用標準渦輪表作為標準裝置，但每年需重新檢定1次。 （2）合理設計標定系統，保證氣體渦輪流量計有足夠的前后直管段，如受管線的限制使直管段長度不夠，則應在流量計前加裝整流器。氣質較臟時，應加裝過濾器，避免雜質對系統的影響。當氣質的含水量較大時．應加裝脫水干燥裝置。 （3）選擇設計方案，選擇高精度的溫度、壓力傳感器、定時裝置等輔助設旋，其精度必須高于待測渦輪表所需精度1~2級，將系統誤差降為小。 （4）嚴格按操作規程進行標定，滿足標定所需要的溫度、壓力、濕度等環境條件。 （5）正確處理數據，充分考慮氣體通過標準裝置、待測表時狀態的差異以及標準裝置自身的誤差。標準裝置應認真維護，并依照技術*的規定定期進行檢定。