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渦輪流量計(jì)的液體計(jì)量控制系統(tǒng)計(jì)量的不確定度
發(fā)布時間:2020-11-26 08:02:01??點(diǎn)擊次數(shù):1731次
摘要:介紹了用較低精度和重復(fù)性好的渦輪流量計(jì)構(gòu)成的較高準(zhǔn)確度的計(jì)量系統(tǒng),以及計(jì)量系統(tǒng)不確定度的合成方法,并列出了確定流量系數(shù)的計(jì)算公式。
渦輪流量計(jì)是人們常用的一種流量測量儀表,由于它具有重復(fù)性好、適應(yīng)性強(qiáng)、量程比寬等優(yōu)點(diǎn),加上智能化顯示控制儀表的出現(xiàn),在準(zhǔn)確度要求較高的計(jì)量場合得到了廣泛的采用。雖然近年來出現(xiàn)的科里奧利質(zhì)量流量計(jì)能直接測量流體的質(zhì)量,且準(zhǔn)確度高,但價格昂貴,安裝要求較高,阻礙了它的應(yīng)用。這樣,用渦輪流量計(jì)間接測量液體的質(zhì)量流量就成為人們*選方案之一。這里*先說明一下,儲罐液位的高度不同,流過流量計(jì)的流量也不同。如果液體有幾m的高度差,瞬時流量就有較大的變化,以致使計(jì)量大大超差。當(dāng)選用精度為0.5%的渦輪流量計(jì)時,如何保證計(jì)量要求的精度(不大于0.3%)呢?從下文可以看出,渦輪流量計(jì)的精度是表示流量變化范圍內(nèi)的流量系數(shù)的變化大小,那么要準(zhǔn)確測量液體流量就有兩種方法:*一種方法是固定通過渦輪的液體流量(即恒定流速法),這種方法構(gòu)成的計(jì)量系統(tǒng)安裝量大,但檢定很容易;*二種方法是根據(jù)流量的不同來修正流量系數(shù),這種方法雖然安裝量小,但檢定比較麻煩,因?yàn)橐鶕?jù)儲罐內(nèi)液面的不同高度,來確定幾個流量系數(shù),以精確計(jì)算流量。下面詳細(xì)介紹*一種方法。
1、渦輪流量計(jì)的工作特性
1.1工作原理
定量控制渦輪流量計(jì)是利用置于流體中的葉輪感受流體平均速度的流量計(jì),與流量成正比的葉輪轉(zhuǎn)速通常由安裝在管道外的檢測裝置檢出,它由渦輪流量傳感器和顯示儀表組成。
流經(jīng)變送器的流體體積流量qv可用下式表示:
qv=f/K (1)
qv=f/K (1)
式中:f為電信號的頻率,它同葉輪轉(zhuǎn)動頻率有正比關(guān)系;K為常數(shù),亦稱儀表系數(shù)。
式(1)也可改成
K=f/qv
由上式可看出,儀表系數(shù)K是變送器輸出電信號的頻率f(次/s)同流經(jīng)儀表的液體體積流量qv(L/s)的比值,K的單位是次/L。輸出頻率信號的流量計(jì)都有儀表系數(shù)這一特征常數(shù),它能幫助了解和掌握儀表性能,同時也對流量儀表的檢定有重要意義。
1.2工作特性
K-qv的關(guān)系曲線稱為渦輪流量計(jì)的特性曲線如圖1所示。
理論上,K-qv關(guān)系應(yīng)該是確定的,但實(shí)際上由于在不同的流動狀態(tài)下,流體產(chǎn)生阻力機(jī)理不同,效果也不同,所以使特性曲線成為曲線形狀。
①在層流區(qū),當(dāng)qv>qmin時為層流流動狀態(tài),儀表系數(shù)K將隨流量qv的增加而增大。
②在紊流流動狀態(tài)下,儀表系數(shù)K僅與儀表本身結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān),而與流量qv、流體粘度μ等參數(shù)無關(guān),可近似為一常數(shù)。只有在這種狀態(tài)下,儀表系數(shù)K才真正顯示了常數(shù)的性質(zhì)。儀表系數(shù)K為常數(shù)的這個區(qū)間,也就是該流量計(jì)的流量測量范圍。
③圖1中虛線為渦輪流量計(jì)的理想特性,若只有這種特性,不論流量如何變化,總可以使累積流量、瞬時流量的誤差為零。圖1中實(shí)線為一般渦輪流量計(jì)特性曲線的大致趨勢,在進(jìn)入測量范圍(即進(jìn)入紊流流動
狀態(tài))以內(nèi),隨流量的變化其儀表系數(shù)K也會有變化,通常其變化幅度左右流量計(jì)的測量精度。
狀態(tài))以內(nèi),隨流量的變化其儀表系數(shù)K也會有變化,通常其變化幅度左右流量計(jì)的測量精度。
④在層流與紊流叫交界點(diǎn)(Re=2300)上,特性曲線上K有一個峰值,其位置受流體粘度的影響較大。
由圖1可以看出,如果流速恒定,那么系數(shù)K也就有**確定的值。下面提出通過恒定液位(即系統(tǒng)壓頭)的方法來恒定流速,構(gòu)成一個恒流速計(jì)量系統(tǒng)。
2、液體計(jì)量控制系統(tǒng)
2.1系統(tǒng)構(gòu)成
2.2各部分說明
①渦輪流量計(jì):由于這里渦輪流量計(jì)是用于發(fā)貨計(jì)量,所以應(yīng)選擇較高的精度,如0.5%~0.1%,由于它的再現(xiàn)性可達(dá)0.05%,所以即使選擇0.5%精度的,系統(tǒng)的計(jì)量也可望達(dá)到很高的準(zhǔn)確度。
②顯示控制儀:現(xiàn)在有不少的流量顯示控制儀,它不僅能夠顯示流體的瞬時流量和累積流量,還可實(shí)時檢測流體溫度,對流量進(jìn)行溫度補(bǔ)償,同時當(dāng)累積流量達(dá)到某一設(shè)定值時,發(fā)出控制信號,以關(guān)閉電磁閥和流量泵。
③高位槽:也稱高位溢流槽,它通過溢流堰板保證高位槽液面的恒定,這樣可保證整個液體流程中的壓頭一定,那么流體的流速也就一定,從圖1中可以看出,瞬時流qv一定時,儀表系數(shù)K也就有**確定的值。
④溫度計(jì):用于質(zhì)量流量計(jì)量時的密度補(bǔ)償。因?yàn)樵谟脤?shí)流標(biāo)定流量計(jì)時,總是在某一溫度下進(jìn)行,那么偏離這一溫度的流量計(jì)量也就存在著較大偏差,通常通過檢測實(shí)際溫度來補(bǔ)償這一偏差。這里要選擇反應(yīng)時間很短的熱電阻,以及時有效地進(jìn)行補(bǔ)償,因?yàn)橛行┮后w不僅不同批次溫度不同,就是同一次發(fā)貨,剛開始的一段時間與其后的溫度也大不一樣。
3、系數(shù)的確定
計(jì)量系統(tǒng)的校驗(yàn)分兩項(xiàng)內(nèi)容,*一是對系數(shù)K的確定,*二是對系統(tǒng)溫度補(bǔ)償?shù)挠行赃M(jìn)行評定。液體的密度ρ是溫度t的函數(shù),在一定的溫度范圍內(nèi),可用二次多項(xiàng)式來表示,也可通過回歸法求得函數(shù)式ρ=f(t),都能得到較好的擬合效果。當(dāng)然溫度補(bǔ)償?shù)挠行匀绾危€要通過校驗(yàn)來證明,這個工作可以在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行。
系數(shù)K的確定方法:*先以渦輪上的系數(shù)記為K'輸入顯示控制儀表,把標(biāo)定所用的流體重量設(shè)定為G'm;啟動流量系統(tǒng);然后把計(jì)量過的流體用汽車衡或磅秤稱重,其值設(shè)為Gm。這時的流量系數(shù)K可通過下式計(jì)算出來:
K=K'G'm/Gm (2)
把K值輸入顯示儀表,再計(jì)量重量Gm的液體,通過稱量法來校對是否超差。
確定系數(shù)K時所用的流體重量要大于1~2t,以減少其它因素對計(jì)算K值的影響。當(dāng)發(fā)貨的批量較少時,如幾十kg,這時的計(jì)量可能超差,這主要是由于電磁閥不能及時關(guān)閉造成的,有的顯示控制儀對此有特別的考慮。
實(shí)際上,其它輸入頻率信號的流量計(jì),如橢圓齒輪流量計(jì)、腰輪流量計(jì)、渦輪流量計(jì)等都可以用式(2)來確定流量系數(shù)。
4、系統(tǒng)計(jì)量的不確定度
此系統(tǒng)的計(jì)量誤差來源由以下幾項(xiàng):
①流量系數(shù)的重復(fù)性誤差:δ1=0.05%;
②流量顯示儀表的誤差:接受頻率信號的流量儀表,其積算精度一般可達(dá)0.1%,這里取δ2=0.1%;
③系數(shù)標(biāo)定時所用衡器的誤差:δ3=0.1%;
④由于溫度不能完全有效補(bǔ)償而引入的誤差;這個誤差通常很小,在此不予考慮。
用方和根法合成的總不確定度為
這個結(jié)果用于貿(mào)易結(jié)算的計(jì)量是完全符合要求的。
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