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精信測器

 

6.1.4脈動流的流量測量

脈動流流量測量方法有三種:a.用響應快的流量計;b.用適當的方法將脈動衰減到足夠小的幅值,然后用普通流量計進行測量;c.對在脈動流狀態下測得的流量值進行誤差校正。有的系統中,b、c兩種方法需結合起來才能實現測量,這是因為脈動幅值大,超出估算公式的適用范圍,若僅用阻尼方法,衰減后的脈動幅值又未進入穩定流范圍。

(1)用電磁流量計測量脈動流流量   當電磁流量計選用較高的激勵頻率時,能對脈動流作出快速響應,因此能對脈動流流量進行測量,常用來測量往復泵、隔膜泵等的出口流量。

能用于脈動流測量的電磁流量計,通常在下列三個方面須作特殊設計,并在投運時作恰當的調試。即激勵頻率可調,以便得到與脈動頻率相適應的激勵頻率;流量計的模擬信號處理部分應防止脈動峰值到來進入飽和狀態;為了讀出流量平均值,應對顯示部分作平滑處理。

①激勵頻率的決定。以IFM型電磁流量計為例,該儀表的技術資料提出,當脈動頻率低于1.33Hz時,可以采用穩定流時的激勵頻率;當脈動頻率為1.33~3.33Hz時,激勵頻率應取25Hz(電源頻率為50Hz)。顯然,激勵頻率要求雖不很嚴格,但必須與脈動頻率相適應,太高和太低都是不利的。

②流量信號輸入通道飽和問題。脈動流的脈動幅值有時高得出奇,如果峰值出現時儀表的流量信號輸入通道進入飽和狀態,就如同峰值被消除,必將導致儀表示值偏低。

IFM型電磁流量計流量信號輸入通道的設計分兩擋。其中,測量穩定流時,A/D轉換器只允許輸入滿量程信號的150%,而測量脈動流時,允許輸入滿量程信號的1000%。因此,在測量脈動流流量時,編寫菜單應指定流動類型為“PULSATING”(脈動流),而不是“STEADY”(定常流)。

③時間常數的選定。由于電磁流量計的測量部分能快速響應脈動流流量的變化,忠實地反映實際流量,但是顯示部分如實地顯示實際流量值,勢必導致顯示值上下大幅度跳動,難以讀數,所以,顯示應取一段時間內的平均值。其實現方法通常是串入一階慣性環節,選定合適的時間常數后,儀表就能穩定顯示。但若時間常數選得太大,則在平均流量變化時,顯示部分響應遲鈍,為觀察者帶來錯覺。

IFM儀表投資料提出了計算時間常數的經驗公式。

            

式中   N——每分鐘脈動次數。

(2)脈動流量測量的充分阻尼條件   電磁流量計雖能測量脈動流流量,但它僅適用于電導率在合適范圍內的液體,而更多的脈動流流量測量對象仍然需在測量前將脈動濾除。

1998年國際標準化組織對ISO/TR3313進行了增補參改和重新定名,頒布了ISO/TR3313:1998《封閉管道中流體流量測量――流量測量儀表流動脈動影響導則》,它雖不是國際校準,只是一份技術報告,卻總結了幾十年來國際上對脈動流流量測量主要研究成果。對脈動流流量測量有重要的參考價值。

ISO/TR3313對流動脈動的阻尼提供了幾個有實用價值的方法,并對其設計計算給出了具體的公式。其中,充分阻尼的條件針對標準節流裝置而言。

     (a) 脈動流在儀表下游                         (b)  脈動源在儀表上游

          圖6.1 氣體阻尼系統

①氣體的脈動流流量測量的充分阻尼條件。氣體或蒸汽的脈動能被脈動源與儀表之間的節流管阻和氣容組成的濾波環節所阻尼,類似于電路中的RC濾波器。此氣容的容積包括容器和管路本身的容積,此管阻可由閥門和其他裝置提供,管路上的壓損也有節流效果。脈動源可以在儀表的上游,如圖6.1(b)所示,也可在儀表的下游,如圖6.1(a)所示,對這種單容器的阻尼系數滿足充分阻尼的條件為

                               (6.1)

式中   Ho——霍奇森數(Hodgson  number );

                                               (6.2)

V——脈動源與流量計之間的阻尼器容積;

——一個脈動周期的時均(時間平均)體積流量;

——恒壓下脈動源于阻尼容器之間的時均壓力損失;

p——阻尼容器中的平均軍隊靜壓;

k——氣體的等熵指數(對于理想氣體,k=r,r為比熱容比);

——脈動源處測得的質量流量脈動分量均方根值;

qm——質量流量的時均值;

* ——脈動流下流量計示值的最大允許不確定度。

②帶限流管的阻尼器。在單容器阻尼系統中,設計時能夠變更的設備參數只有容器的容積,為了得到充分的阻尼,容器容積必須很大,為具體實施帶來困難。如圖6.2所示的帶線流管的分隔容器(divided-receiver)阻尼器,在設計計算時,除了容器容積大小可供選擇外,適當減小限流管截面積也能改善阻尼效果,所以總體積可比單容器阻尼系統小得多,因此更具實用性。

                          圖6.2  帶限流管的分隔容器阻尼器

這種阻尼器的響應系數

   

 

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