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气体涡轮流量计影响标定精度的因素

时间:2018-11-08
标准装置的影响 简要介绍3种标准装置: 标准气体涡轮流量计具有标定精度高、标定速度快、成本低等优点,但随着时间的推移,由于其内部轴承及其他运动部件的磨损会造成标准涡轮表本身性能的改变,从而降低标定精度。因此标准涡轮表本身需要定期进行标定。且标准涡轮表口径越小,通过气体的流量越小,其精度受内部运动部件磨损的影响趋势也越大。因此,当需标定的涡轮表口径较小时(小于100mm),就不宜选用涡轮表作为标准装置。 音速喷嘴的流体力学原理是:当喷嘴上游侧的气体通过喷嘴流出时,若喷嘴后的压力P1与喷嘴前的压力P0之比P1/P0小于某临界值时(当以空气为介质时为0.528),则在喷嘴出口截面上气流达到音速,并当压比P1/P0继续减少时,气流速度仍保持音速不变,于是在连接有被标定流量计的系统中产生固定不变的临界流量,再与所用时间相乘,可知通过标准装置的体积数。因此可作为流量标准装置来校验流量计。理想条件下音速喷嘴的标定精度很高,但气体是有粘性的,所以气体通过喷嘴时,要产生能量损失,因而造成标定误差。误差的大小与喷嘴形状、几何尺寸、表面加工质量及流过喉径的气体雷诺数有关。 钟罩式标准计量器标定流量计的流量范围受钟罩容积大小的制约。当钟罩体积较小时,测量过程中与待测表相比较的体积数就较小。则随机误差会增大,影响涡轮表大流量测试点的标定精度。设钟罩容积为V容,下降时间约为1分钟,则其所能测试的zui大流量: Qzui大=60×V容(m3/h) 另外,影响音速喷嘴、钟罩式标准装的标定精度的因素还有容器内气体温度在短时间内不均匀,气体的含水量过大。环境的温度、湿度和压力变化等。 了解不同标准装置的特点,就可在实际标定中选择合适的标准装置。在条件允许的情况下尽可能地选用高精度的标准装置,因为标准装置本身的精度和操作程序直接影响待测涡轮表的标定精度。 标定压力与标定温度的影响 涡轮表的流动特性 当流量大于始动流量值后,随着流量的增加,涡轮旋转角速度也将增大。在测量范围内,流体产生的阻力矩T将成为影响流量计特性的主要困素。相对来说,由轴承及其它机械传动部件摩擦产生的机械阻力矩就比较小了。以下讨论中,假定机械阻力矩为0,则仪表系数: K=B - C[T/ρQ2 ] (1) 式中:Q——管内流体的流量; B、C——常数。 由于在不同的流动状态下,流体产生阻力的机理不同,效果也不同,所以对层流流动状态和紊流流动状态将分别进行讨论。 区分层流流动状态和紊流流动状态必须引入雷诺数(Re)的概念 Re=4Q/πdν (2) 式中:Q——管内流体的流量; d——管道直径; ν——管内流体的运动粘度。 通常Re≥2320是管内流动由层流流动状态转变为紊流流动状态的判断依据。 在层流流动状态时,流体流动阻力矩T与流体动力牯度(也称粘度)μ、流体流量Q成正比,即T=C1μQ。式中,C1为常数,代入式(1)可知:若粘度变化,则仪表系数K也随之变化;若粘度不变.则K将随流量的增加而增加。 在紊流流动状态时,流体流动阻力矩T与流体密度和Q2成正比.此时可计流体粘度的影响.即T=C2ρQ2,式中,C2为常数,代入式(1)可知:在紊流流动状态时,仪表系数K仅与仪表本身结构参数有关,而与流量Q、流体粘度μ等参数无关,可近似为常数。只有在这种状态下,仪表系数K才真正显示了常数的性质。仪表系数K为常数的这个区间,也就是该流量计的测量范围。 温度、压力的变化对标定精度影响的分析 运动粘度ν为动力粘度与流体密度ρ的比值。根据流体粘度与温度之间的关系、雷诺数的定义及气体状态方程可知,在一定的温度范围内,随着温度的提高,在同样流量下雷诺数也增加。根据层流、紊流的判定条件可知:温度的增加,使流体在较小流量即可达到紊流状态这样,涡轮表实际进入精度范围的zui小流量Qamin将减小。 而如果温度不变,随着压力的提高.在同样流量下雷诺数也增加。根据层流、紊流的判定条件可知:压力的增加,使流体在较小流量即可达到紊流状态,这样流量计实际进入精度范围的zui小流量Qamin将减小。 压缩系数的变化对标定精度的影响 压缩系数Z是用来衡量实际气体接近理想气体程度的参数。通常标定温度为常温、标定压力不会太高,可以不考虑Z的影响。 速度分布畸变对标定精度的影响 涡轮表是速度式的流量测量仪表,其仪表特性直接受气体流动状态的影响。对其进口处的速度分布尤为敏感。进口流速的突变和流体的旋转可使测量误差达到不能允许的程度。在标定中,涡轮流量计之前一般有若十倍管道直径的直管段,但往往由于直管段长度不够,进口处流体的旋转采能彻底消除、或由于安装流量计时密封垫片突出而改变了流体和涡轮叶片之间的角度,这些影响往往使仪表常数变化2%或更多。 辅助测量装置对标定精度的影响 数据的正确采集依赖于温度、压力传感器、定时器、脉冲计数器的选取及安装位置的确定。如果传感器精度不够,则不能保证测量值的精度。如果传感器安装位置不合适,则不能正确测量通过标准装置及待测涡轮表的气体的实际温度、压力值。且可能会影响气体的流动状态,导致涡轮表进口处的速度分布不 均,从而影响标定的精度。 数据的分析处理对标定精度的影响 因为气体涡轮流量计是计量一段时间内通过他的气体的体积数,而气体体积又受压力、温度等因素的影响,且标准装置的示值与真值还是有点差异的,所以若不充分考虑气体通过标准装置、待测表时状态的差异以及标准装置自身的误差等因素,所造成的误差将会很大。 对于涡轮表示值精度的标定一般规定在下述流量进行,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,则该流量点取消。一般同*量点至少测试3次,取2次相近数据的平均值为测量值。若出现异常数据,需增加试验次数。对于每个流量再进行如下的数据分析,设: V'、V 分别为时间t内实际通过标准装置和待测表的气体体积; V、Vc 分别为时间t内标准装置和待测表的体积示数; P、Pc 分别为通过标准装置和待测表的气体绝对压力; TN、Tc 分别为通过标准装置和待测表的气体绝对温度; ZN、Zc 分别为通过标准装置和待测的气体压缩系数; △P 为待测表与标准装置之间的气体压力差,△P=Pc - PN; △T 为标准装置与待测表之间的气体温度差,△T=TN - Tc; fN 为在某流量点标准装置的体积示数VN与实际通过他的气体体积V' 相比所得的示值相对误差。 fc 为在某流量点待测表的体积示数Vc与实际通过他的气体体积V相比所得的示值相对误差。 由气体状态方程可得: 标准装置 PNV'/TN=ZNmR (3) 待测表 PcV/Tc=ZcmR (4) 当△P、△T较小时,把一次项后的误差计算舍去,由上式可知:忽略△P的存在,造成的误差为(△P/PN)×100%;忽略△T的存在,造成的误差为(△T/TN)×100%;忽略标准装置自身误差的存在,造成的误差为fN×100%,所以必须考虑气体通过标准装置和待测表时温度、压力的差异以及标准装置自身的误差。

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