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              如何理解渦輪流量計的液體計量控制系統計量的不確定度問題

              發表時間:2020-01-04 ??點擊次數:? 技術支持:15601403222
              渦輪流量計是人們常用的一種流量測量儀表,由于它具有重復性好、適應性強、量程比寬等優點,加上智能化顯示控制儀表的出現,在準確度要求較高的計量場合得到了廣泛的采用。雖然近年來出現的科里奧利質量流量計能直接測量流體的質量,且準確度高,但價格昂貴,安裝要求較高,阻礙了它的應用。這樣,用渦輪流量計間接測量液體的質量流量就成為人們首選方案之一。這里首先說明一下,儲罐液位的高度不同,流過流量計的流量也不同。如果液體有幾m的高度差,瞬時流量就有較大的變化,以致使計量大大超差。當選用精度為0.5%的渦輪流量計時,如何保證計量要求的精度(不大于0.3%)呢?從下文可以看出,渦輪流量計的精度是表示流量變化范圍內的流量系數的變化大小,那么要準確測量液體流量就有兩種方法:第一種方法是固定通過渦輪的液體流量(即恒定流速法),這種方法構成的計量系統安裝量大,但檢定很容易;第二種方法是根據流量的不同來修正流量系數,這種方法雖然安裝量小,但檢定比較麻煩,因為要根據儲罐內液面的不同高度,來確定幾個流量系數,以精確計算流量。下面詳細介紹第一種方法。
               
              液體渦輪流量計
               
              1、渦輪流量計的工作特性
              1.1工作原理
              渦輪流量計是利用置于流體中的葉輪感受流體平均速度的流量計,與流量成正比的葉輪轉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。
              流經變送器的流體體積流量qv可用下式表示:
              qv=f/K   (1)
              式中:f為電信號的頻率,它同葉輪轉動頻率有正比關系;K為常數,亦稱儀表系數。
              式(1)也可改成
              K=f/qv
              由上式可看出,儀表系數K是變送器輸出電信號的頻率f(次/s)同流經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都有儀表系數這一特征常數,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的關系曲線稱為渦輪流量計的特性曲線如圖1所示。
              理論上,K-qv關系應該是確定的,但實際上由于在不同的流動狀態下,流體產生阻力機理不同,效果也不同,所以使特性曲線成為曲線形狀。
              在層流區,當qv>qmin時為層流流動狀態,儀表系數K將隨流量qv的增加而增大。
              在紊流流動狀態下,儀表系數K僅與儀表本身結構參數有關,而與流量qv、流體粘度μ等參數無關,可近似為一常數。只有在這種狀態下,儀表系數K才真正顯示了常數的性質。儀表系數K為常數的這個區間,也就是該流量計的流量測量范圍。
              圖1中虛線為渦輪流量計的理想特性,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中實線為一般渦輪流量計特性曲線的大致趨勢,在進入測量范圍(即進入紊流流動
              狀態)以內,隨流量的變化其儀表系數K也會有變化,通常其變化幅度左右流量計的測量精度。
              在層流與紊流叫交界點(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K也就有唯一確定的值。下面提出通過恒定液位(即系統壓頭)的方法來恒定流速,構成一個恒流速計量系統。
               
              2、液體計量控制系統
              2.1系統構成
              2.2各部分說明
              渦輪流量計:由于這里渦輪流量計是用于發貨計量,所以應選擇較高的精度,如0.5%~0.1%,由于它的再現性可達0.05%,所以即使選擇0.5%精度的,系統的計量也可望達到很高的準確度。
              顯示控制儀:現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,還可實時檢測流體溫度,對流量進行溫度補償,同時當累積流量達到某一設定值時,發出控制信號,以關閉電磁閥和流量泵。
              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K也就有唯一確定的值。
              溫度計:用于質量流量計量時的密度補償。因為在用實流標定流量計時,總是在某一溫度下進行,那么偏離這一溫度的流量計量也就存在著較大偏差,通常通過檢測實際溫度來補償這一偏差。這里要選擇反應時間很短的熱電阻,以及時有效地進行補償,因為有些液體不僅不同批次溫度不同,就是同一次發貨,剛開始的一段時間與其后的溫度也大不一樣。
               
              3、系數的確定
              計量系統的校驗分兩項內容,第一是對系數K的確定,第二是對系統溫度補償的有效性進行評定。液體的密度ρ是溫度t的函數,在一定的溫度范圍內,可用二次多項式來表示,也可通過回歸法求得函數式ρ=f(t),都能得到較好的擬合效果。當然溫度補償的有效性如何,還要通過校驗來證明,這個工作可以在實驗室內進行。
              系數K的確定方法:首先以渦輪上的系數記為K輸入顯示控制儀表,把標定所用的流體重量設定為Gm;啟動流量系統;然后把計量過的流體用汽車衡或磅秤稱重,其值設為Gm。這時的流量系數K可通過下式計算出來:
              K=KGm/Gm   (2)
              把K值輸入顯示儀表,再計量重量Gm的液體,通過稱量法來校對是否超差。
              確定系數K時所用的流體重量要大于1~2t,以減少其它因素對計算K值的影響。當發貨的批量較少時,如幾十kg,這時的計量可能超差,這主要是由于電磁閥不能及時關閉造成的,有的顯示控制儀對此有特別的考慮。
              實際上,其它輸入頻率信號的流量計,如橢圓齒輪流量計、腰輪流量計、渦輪流量計等都可以用式(2)來確定流量系數。
               
              4、系統計量的不確定度
              此系統的計量誤差來源由以下幾項:
              流量系數的重復性誤差:δ1=0.05%;
              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0.1%,這里取δ2=0.1%;
              系數標定時所用衡器的誤差:δ3=0.1%;
              由于溫度不能完全有效補償而引入的誤差;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
              這個結果用于貿易結算的計量是完全符合要求的。

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