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分析壓縮氣體流量表取壓方式對(duì)檢定結(jié)果的影響及優(yōu)化措施
壓縮氣體流量表是根據(jù)卡門渦街原理研究生產(chǎn)的,主要用于工業(yè)管道介質(zhì)流體的流量測(cè)量,如氣體、液體、蒸氣等多種介質(zhì)。其特點(diǎn)是壓力損失小,量程范圍大,精度高,在測(cè)量工況體積流量時(shí)幾乎不受流體密度、壓力、溫度、粘度等參數(shù)的影響。無(wú)可動(dòng)機(jī)械零件,因此可靠性高,維護(hù)量小。儀表參數(shù)能長(zhǎng)期穩(wěn)定。渦街流量計(jì)采用壓電應(yīng)力式傳感器,可靠性高,可在-20℃~+250℃的工作溫度范圍內(nèi)工作。有模擬標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),也有數(shù)字脈沖信號(hào)輸出,容易與計(jì)算機(jī)等數(shù)字系統(tǒng)配套使用,是一種比較先進(jìn)、理想的測(cè)量?jī)x器。
在特定的流動(dòng)條件下,一部分流體動(dòng)能會(huì)轉(zhuǎn)化為流體振動(dòng),其振動(dòng)頻率與流速(流量)有確定的比例關(guān)系,依據(jù)這種原理工作的流量計(jì)稱為流體振動(dòng)流量計(jì)。目前流體振動(dòng)流量計(jì)有三類:渦街流量計(jì)、旋進(jìn)(旋渦進(jìn)動(dòng))流量計(jì)和射流流量計(jì)。渦街流量計(jì)具有以下一些特點(diǎn):
①輸出為脈沖頻率,其頻率與被測(cè)流體的實(shí)際體積流量成正比,不受流體組分、密度、壓力、溫度的影響;
②測(cè)量范圍寬,一般范圍度可達(dá)10:1以上;
③精確度為中上水平;
④無(wú)可動(dòng)部件,可靠性高;
應(yīng)用范圍廣泛,可適用液體、氣體和蒸汽。在特定的流動(dòng)條件下,一部分流體動(dòng)能會(huì)轉(zhuǎn)化為流體振動(dòng),其振動(dòng)頻率與流速(流量)有確定的比例關(guān)系,依據(jù)這種原理工作的流量計(jì)稱為流體振動(dòng)流量計(jì)。
1、流量計(jì)工作原理及數(shù)據(jù)處理1.1壓縮氣體流量表的工作原理
圖1為壓縮氣體流量表的結(jié)構(gòu)圖。當(dāng)流體通過(guò)由螺旋形葉片組成的旋渦發(fā)生器后,流體被迫繞著發(fā)生器劇烈旋轉(zhuǎn),形成旋渦。當(dāng)流體進(jìn)入擴(kuò)散段時(shí),旋渦流受到回流的作用,開(kāi)始作二次旋轉(zhuǎn),形成陀螺式的渦流進(jìn)動(dòng)現(xiàn)象。該進(jìn)動(dòng)頻率與流量大小成正比,不受流體的物理性質(zhì)及密度的影響。檢測(cè)元件測(cè)得流體二次旋轉(zhuǎn)進(jìn)動(dòng)頻率,通過(guò)計(jì)算就可得到流量值,且所測(cè)流量值能在較寬的范圍內(nèi)獲得良好的線性度。流量計(jì)算式為:qv=f/K(1)
式中qv為體積流量,m3/s;f為旋渦頻率,Hz;K為流量?jī)x表系數(shù),m-3。
壓縮氣體流量表檢定過(guò)程中使用的取壓孔在表體的下部或側(cè)部。為了弄清楚取壓方式對(duì)流量計(jì)檢定準(zhǔn)確度的影響,分別在流量計(jì)表體取壓孔取壓和管道取壓孔取壓兩種取壓方式下進(jìn)行了流量計(jì)檢定試驗(yàn)。
1.2試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理
試驗(yàn)采用的標(biāo)準(zhǔn)裝置為負(fù)壓法臨界流音速噴嘴法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置,其準(zhǔn)確度等級(jí)為0.3級(jí),可以滿足一般準(zhǔn)確度等級(jí)為1.5級(jí)的壓縮氣體流量表的檢定要求,檢定依據(jù)為JJG 198—1994速度式流量計(jì)檢定規(guī)程。試驗(yàn)以不同廠家、不同口徑的壓縮氣體流量表為例,對(duì)采用表體取壓孔取壓和管道取壓孔取壓方式下
不同流量點(diǎn)的流量計(jì)誤差進(jìn)行比較。
以使用廣泛的DN100B壓縮氣體流量表為例,系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間為60s,標(biāo)準(zhǔn)裝置的滯止平均溫度為28.9℃,空間平均濕度為30%,流量計(jì)的平均溫度為28.3℃,在表體取壓孔取壓和管道取壓孔取壓的流量計(jì)檢定試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別如表1、2所示。
由表1、2得到DN100B壓縮氣體流量表在兩種取壓方式下的流量計(jì)相對(duì)誤差曲線如圖2所示。
以某公司生產(chǎn)的TDS200BT壓縮氣體流量表為
例,系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間為60s,標(biāo)準(zhǔn)裝置的滯止平均溫度為29.7℃,空間平均濕度為42%,流量計(jì)的平均溫度為29.3℃,在表體取壓孔取壓和管道取壓孔取壓的流量計(jì)檢定試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別如表3、4所示。兩種取壓方式下的流量計(jì)相對(duì)誤差曲線如圖3所示。
表1~4中的儀表系數(shù)計(jì)算方法參見(jiàn)JJG 198—1994速度式流量計(jì)檢定規(guī)程。流量計(jì)相對(duì)誤差的計(jì)算公式為:
式中E為流量計(jì)相對(duì)誤差,%;Ki為檢定過(guò)程中計(jì)算得出的儀表系數(shù),m-3;K0為原始狀態(tài)的儀表系數(shù),m-3。
2、取壓方式的影響分析
從以上數(shù)據(jù)表和曲線圖中可以看出:壓縮氣體流量表型號(hào)一定的情況下,用表體取壓孔取壓方式檢定流量計(jì)時(shí)流量計(jì)的線性度較好,用管道取壓孔取壓方式檢定流量計(jì)時(shí)流量計(jì)的線性度較差;流量測(cè)點(diǎn)相同的情況下,表體取壓孔取壓檢定方式的流量計(jì)誤差較小,管道取壓孔取壓檢定方式的流量計(jì)誤差較大;兩種取壓方式引起的誤差隨著流量的增大而逐漸增大,在流量為2 900m3/h時(shí)兩者相差近6.2%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了流量計(jì)的準(zhǔn)確度等級(jí)。所以,在壓縮氣體流量表的檢定過(guò)程中,應(yīng)避免在流量計(jì)表體取壓孔以外的地方取壓進(jìn)行檢定。
3、流量計(jì)使用改進(jìn)措施
綜上所述,壓縮氣體流量表在檢定過(guò)程中,管道取壓孔取壓方式對(duì)流量計(jì)檢定結(jié)果的影響較大。為了保證壓縮氣體流量表檢定工作的準(zhǔn)確性、科學(xué)性和公正性,避免由于流量計(jì)表體取壓孔堵塞而導(dǎo)致檢定員在管道取壓孔取壓對(duì)流量計(jì)進(jìn)行檢定,提出以下改進(jìn)措施。
1)建議壓縮氣體流量表生產(chǎn)廠家在不影響流量計(jì)性能的前提下,適當(dāng)改進(jìn)流量計(jì)的結(jié)構(gòu),比如可以提高取壓孔的位置,避免其被雜物堵塞。
2)用戶在使用現(xiàn)場(chǎng)可在壓縮氣體流量表前端安裝過(guò)濾裝置,將雜物濾除掉。
3)壓縮氣體流量表出廠時(shí)將取壓孔外部螺絲涂抹潤(rùn)滑油,同時(shí)將取壓孔內(nèi)部用橡皮塞堵上,防止雜物堵塞和取壓孔生銹。
4)壓縮氣體流量表檢定過(guò)程中,如果點(diǎn)流量變化較大,而流量計(jì)壓力變化不明顯時(shí),檢定系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置取壓無(wú)效報(bào)警,以提示檢定人員采取相應(yīng)補(bǔ)救措施。