流量計:蒸汽流量計|污水流量計|明渠式流量計|電磁流量計|靶式流量計|渦街|渦輪|流量積算儀

精信測器

 

8.1雷諾數與測量誤差的關系及補償方法

流體在封閉管道中流動時,其速度分布會明顯影響差壓流量計、超聲流量計等。這種速度分布同雷諾數ReD之間有對應的關系,因此研究者將這種影響轉化為同類諾數之間的關系,并用函數式或圖表予以描述。例如超聲流量計有自帶微處理器,能對雷諾數的影響作自動校正,以提高低流速時的測量精確度,如本書的圖3.41所示。本節主要對使用廣泛的孔板流量計和渦街流量計作較深入的討論。

8.1.1孔板流量計流出系數同雷諾數的關系

  在本書的第3.1節中,式(3.1)給出孔板流量計 流量值同各個自變量的關系,其中流出系數C就同管道雷諾數有關。其實C并不是一個常數,而是隨雷諾數ReD變化的一個變量。一副孔板制作完成并經檢驗合格后,其直徑比 即為常數,其流出系數同雷諾數的關系可用一條C= 關系曲線來表示,如圖8.1所示。

  

                     圖8.1 C-ReD  關系曲線

  在傳統的孔板流量計中,由于數據處理功能不強,要將C當作變量來處理,是極其困難的,為了使實際使用流量范圍內的系數變化盡可能小,在規定的范圍內,常常采用下面的措施。

a.       將差壓上限 盡可能取大一些,從而使 小一些。

b.       縮小管徑,提高流速,從而使節流裝置在較高雷諾數條件下使用。

c.  限制流量計的使用下限(結合差壓計精確度的約束條件,傳統的共識是測量下限不低于30%FS),因為流量越小,C與常用流出系數C 的差異越大。在文獻[1]中,由于C和C 之間的偏差規定為≤0.5%[2],這樣就產生了老版本節流裝置設計手冊中的 )界限雷諾數圖[1]。

   隨著微電子技術和傳感器技術的發展以及計算機技術對儀表的滲透,差壓式流量測量技術獲得了一次飛躍,其顯著的標志是差壓變送器精確度大大提高,從以前的1.5級提高到現在的0.1級甚至0.075級;其次是流量二次表實現智能化,數據處理能力和精確度獲得了極大的提高,這些都為孔板流量計的測量低端的精確度的提高創造了充分的條件,在GB/T2624-1993中給出了孔板流出系數隨雷諾數變化的關系式(以角接取壓為例)[2],如式(7.27)所示。

   應用這一公式實現雷諾數變化對流量測量影響的修正常用兩種方法,一種是C的在線計算法,另一種是C的離線計算法。

   (1)C的在線計算法  這一方法是利用流量二次表內單片機的高速計算能力,用迭代法精確計算當前的流出系數并進一步計算流量值。采用迭代法是因為C是ReD的函數,而ReD是質量流量qm的函數,而qm又是C的函數。其計算程序框圖如圖8.2所示。其中Cd為孔板計算書中的C值。

 圖8.2   在線計算C的程序框圖

   此圖中突出了計算C的部分,其實, 甚至d都是變量,都由相應的計算子程序計算得到。

   (2)C的離線計算修正法[3]  C的離線計算通常是在整個流量測量范圍內選10個或16個(由流量二次表中折線校正坐標系取的點數定)典型測量點qi,并計算出各點的雷諾數,然后按式(7.27)計算各點的流出系數,最后按下式計算出各點的C修正系數 。

                       (8.1)

  式中    ——各典型的測量點流出系數;

          * ——孔板計算書中的流量系數。

(3)C的離線計算修正法舉例[3]

 ①已知條件

 被測流體名稱:飽和水蒸氣;

 最大質量流量: ;

 最小質量流量: ;

 工作壓力: 5 (表面值);

 工作溫度: 170℃;

 工作狀態下被測流體相對濕度: ;

 工作狀態下被測流體密度: 3;

 工作狀態下被測流體黏度: -6 · ;

 工作狀態下被測流體等熵指數: ;

 當地全年平均大氣壓: ;

 20℃情況下管道內徑: ;

 管道材質:20#鋼;

        

                  圖8.3   計算開孔直徑d的程序框圖

差壓計差壓上限: ;

節流裝置的取壓方式:角接取壓;

管道材質的線膨脹系數: -6-1;

孔板材質的線膨脹系數: -6-1;

② 求孔板開孔直徑d (見圖8.3)

a.       求工作狀態下管道內徑

  150

=150.28

b.求最大流量條件下雷諾數

ReD=                                (8.2)

ReD

      =990433.1791

c.求A2值

    =

    =0.17178852

d.設 =0.6060,

e.據                     

                         0.25

                                      (8.3) 0.75          

        +0.0900L1 -1-0.0337 2 3n                              (8.4)

 式中  L1——上游取壓口相對間距,L1= ;

* ——下游取壓口相對間距, ;

——分別為上游、下游取壓口間距。

因為采用角接取壓,所以上式中

                               

起判別精確度,判別公式 ,判別條件 -10。

用迭代法求 。

在精確度足夠后,得到

                     

                      

                       

f.求d

                

g.求         

                     =

                    

③求各典型測量點流出系數的修正系數 。

a.       按式(8.2)計算各典型測量點雷諾數;

b.用前面計算得到的 值和各典型測量點雷諾數,分別代入式(8.4),得到各點C,并按式(8.1)計算 ;

以上計算結果列于表8.1。

                        表8.1  C及 數據表

C

C

10

20

30

40

50

99043

198087

297130

396173

495217

0.606290000

0.604938330

0.604418288

0.604134393

0.603952714

1.00452

1.00230

1.00144

1.00097

1.00067

60

70

80

90

100

594260

693303

792347

891390

990433

0.603825261

0.603730296

0.603656455

0.603597187

0.603548430

1.00046

1.00030

1.00018

1.00008

1.00000

對于一幅已有的節流裝置,其計算書中已列出計算 的必要數據,則可省去上述第②步,直接從第③步計算 。

 

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