均速管流量計,差壓流量計范圍度

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均速管流量計,差壓流量計范圍度

均速管流量計范圍度的拓寬在流量標準裝置上的驗證

差壓流量計范圍度問題研究2005年8月(2)

式中: 為流出系數不確定度; 為膨脹性系數不確定度; 為直徑比; 為管道內徑的不確定度; 為節流件開孔直徑的不確定度; 為差壓計的不確定度; 為流體密度測量的不確定度。

   上面的討論僅僅涉及到式(4)中的C、 ,從數據分析的結果可清楚地看出,被測流量偏離常用流量后,從測量原理來說就將引起附加誤差,而且,百分率流量越小附加誤差越大,因而儀表范圍度受到制約。

2         均速管流量計

有些均速管流量計資料介紹,范圍度可達10∶1,這是由其結構決定的。均速管測量的是管道流通截面上的平均流速,因而受雷諾數影響不明顯。

圖2所示為管道內流速分布同管道雷諾數的關系圖[2]。在雷諾數大到一定數值時,為充分發展紊流,管道中心與其他部位的流速差異較小。而在雷諾數較?。▽恿鳎r,管道中心流速比其他部位高得多,而有些均速管的靜壓和標準節流裝置的差壓信號是從管壁上取出的,因而隨著雷諾數的減小負誤差相應增大。

               圖2管內流速分布與雷諾數的關系

均速管流量計的可膨脹性系數影響也較小,這是因為插入測量管內的檢測桿對流體的阻力小,因而輸出的差壓信號很小,這就使得 總是接近1,這從式(2)中可清楚看出。

均速管流量計在這兩點上比節流式差壓流量計有優越性,應具有比標準孔板高得多的測量精確度和大得多的范圍度。但就整個測量系統來說,這一結論不一定是正確的。因為同樣是差壓信號小這一點,對于減小 影響來說是積極的作用,但對差壓測量來說卻是負面影響。

均速管流量計常用來測量低靜壓、低流速、大口徑氣體流量。在此類應用場合,差壓信號往往只有幾十帕,因為均速管流量計的滿量程差壓不象節流式差壓流量計那樣可由設計者選取。而微差壓變送器精確度等級一般只能做到0.5級,因此,要得到大的范圍度可能性也不大。即使是密度較大、流速也較高的流體,常用流量條件下差壓也只有幾千帕。如果被測流體為干燥氣體,條件尚好;如果是濕氣體或蒸汽,由于差壓信號在從均速管傳送到差壓變送器過程中很容易產生傳送失真,從而使系統誤差增大。曾經有一個用戶反映,采用了一種新型差壓式流量計測量蒸汽流量,滿量程差壓8kPa,流量計投入運行后發現示值顯著偏低,在流量為零時,差壓變送器輸出大大低于4mA(差壓計零位是準的)。經分析,此反向差壓是由于引壓管線安裝欠合理引起的。而滿量程差壓太小,使得差壓信號傳送失真對系統的影響變得嚴重。

在節流式差壓流量計用來測量蒸汽流量時,人們大多喜歡取滿量程差壓在40~60kPa之間,為的就是在永久性壓損不太大而能被工藝所接受的前提下,盡量使差壓信號大一些,從而降低對差壓信號傳送失真的要求。

由上述分析可知,不能只談均速管本身能夠達到的精確度和范圍度,而更具實用價值的是流量測量系統的精確度和范圍度。因為均速管輸出的差壓信號,總要有差壓測量儀表和顯示儀表的配合,使用者才能獲得流量讀數。

3         節流式差壓流量計范圍度的拓寬

與均速管差壓流量計相比,節流式差壓流量計的滿量程差壓可根據測量點條件選擇一個最佳值,這是其優點。但是流出系數的非線性和可膨脹性系數變化影響大是它固有的不足。如果不顧C和 的影響,只是簡單地換上高精確度差壓變送器,百分率流量較小時系統精確度仍舊提不高,所以范圍度仍然得不到拓寬。值得慶幸的是,自從儀表實現智能化以后,人們獲得了有力的工具,因為儀表的計算功能大大增強,可以根據式(1)在線計算流出系數,從而修正雷諾數對流出系數的影響。

在節流式差壓流量計用來測量蒸汽或氣體流量時,人們不僅可經智能流量二次表對溫度壓力工況的變化進行恰到好處的補償,而且能根據式(2)對 影響進行在線修正,從而將差壓流量計的范圍度拓寬到10∶1。

將節流裝置、差壓變送器、壓力變送器、溫度傳感器及它們的輔助裝置組合起來組成的智能一體化節流式流量計,不僅安裝簡單,工期縮短,而且因為引壓管線短,配置合理,所以不會產生差壓信號傳送失真,對保證系統精確度有顯著效果。

智能一體化節流式流量計中的顯示裝置除了可引入流出系數在線校正、 自動補償之外,還可用折線法對差壓變送器各校驗點的誤差進行自動修正,因而系統精確度大大提高。在此基礎上,范圍度可提高到10∶1以上[5~6]。

在流量標準裝置上的驗證

   上面對差壓式流量計范圍度的分析和所提出的拓寬范圍度、提高系統精確度的方法是否真的有效,須由實踐來檢驗。為此作者分別在(容積法)水流量標準裝置和(鐘罩)空氣流量標準裝置上作了驗證。

   其中差壓測量采用EJA110A型差壓變送器,雷諾數對流出系數影響和可膨脹性系數對計量精確度的影響(介質為空氣時)均按GB2624-93中的表達式,在流量顯示裝置中進行補償(測量空氣流量時,還進行了溫度壓力補償和壓縮系數補償),驗證結果如下:

   在水流量標準裝置上,驗證了 一體化節流式流量計,在滿量程的10%~100%范圍內,取6個試驗點,最大系統誤差為示值的0.80%(各點誤差數據從略)。

在空氣標準裝置上,驗證了DN100和DN150一體化節流式流量計,在滿量程的10%~50%范圍內,取5個試驗點,(由于鐘罩的壓頭不足,流量只能升到50%FS)最大系統誤差為示值的1.40%(各點誤差數據從略)。

展望未來,前景更加光明。我國現在實施的國家標準GB/T2624-93流量測量節流裝置,用孔板、噴嘴、文丘里管測量充滿圓管的流體流量,是等效采用國際標準ISO5167-1(1991),國際上經過十多年的大量實驗研究與總結,在2003年3月由國際標準化組織ISO正式公布了最新的國際標準ISO5167:2003(E),流出系數和可膨脹性系數采用了精確度更高的公式,可以相信,待我國采用最新的國際標準化后,我們按照新的國家標準制造和使用的節流式差壓流量計,能獲得的系統精確度將更高。

4         結束語

   ①節流式差壓流量計由于受差壓計精確度流出和系數C非線性的制約以及可膨脹性系數 變化影響,在引入先進的校正方法之前,范圍度一般只能達到3∶1。

②均速管差壓流量計由于其原理和結構的特殊性,使其受雷諾數和可膨脹性系數變化影響可忽略不計,但因均速管輸出的差壓信號值往往很小,差壓信號傳送失真和差壓測量精確度的矛盾突出,系統精確度和范圍度仍然提不高。

③節流式差壓流量計實現智能化后,流量系數非線性和可膨脹性系數影響可得到恰到好處的校正,差壓變送器所固有的誤差也可用折線法得到校正,因而系統精確度大大提高,范圍度可提高到10∶1以上。

④智能一體化節流式差壓流量計由于其結構特點,使其安裝簡單,工程量減小,工程費用降低。而且因為引壓管線短,不會產生差壓信號傳送失真,因而系統精確度和范圍度均得以提高。

 

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