摘(zhai)要:在天然氣輸送(song)管道與貿易計量(liang)、城市燃氣工商業(ye)用戶的流量計量(liang)中，常采用氣體渦(wo)輪流量計 。氣體渦(wō)輪流量計發展曆(li)史悠久，也積累了(le)相當的天然🌐氣應(ying)用數據，被認爲計(jì)量精度高、适用性(xìng)良好的天🔴然氣流(liú)量😍計量儀表。由于(yu)使用場所的工作(zuò)條件各不相同，工(gōng)作壓力根據應用(yong)的需要一般從幾(ji)🈲千帕到幾兆帕，而(er)在我國的計量機(jī)構一般采用負☁️壓(ya)裝置檢定。對于在(zài)不同壓力條件下(xia)，氣體渦輪流量計(ji)的計量特性的數(shù)據還非常缺乏。
　　天(tian)然氣作爲重要的(de)潔淨能源，近幾年(nian)在城市中的應用(yong)迅猛發展。城市高(gao)壓天然氣管網，給(gei)城市提供天然⛱️氣(qi)關系到千家萬戶(hu)，然而天然氣是一(yi)種非理📞想氣體，實(shi)際輸♉送的壓力高(gāo)于常壓。在遇到天(tian)然氣輸送管線洩(xiè)漏或檢修時會導(dao)緻天然氣壓力大(dà)幅🆚波動;或者由于(yu)天然氣輸送管線(xian)中出現民用高峰(feng)👄期時，也會造成天(tiān)然氣壓力波動等(děng)。
　　現在國内的 氣體(tǐ)流量計生産廠家(jiā) 一般采用音速噴(pēn)嘴或鍾罩法來進(jin)行産品檢定，而出(chu)于經濟上🏃🏻和技術(shù)上的考慮，它們中(zhong)的大多數使用的(de)是負壓法的音速(su)文丘裏噴嘴檢定(dìng)裝置。而采用負壓(yā)法的裝置上隻能(néng)用空氣作介質對(dui)流量計進行常壓(ya)檢定，但是💜流量計(ji)的實際工作🐕環境(jìng)要遠🌂比此複雜。在(zai)低壓力下标定後(hou)在高壓力下使用(yong)，在低密度下标定(dìng)後在高密度下使(shi)用，流量計儀表系(xì)🏃‍♀️數都有改變的可(kě)能，那麽🤞，壓力的增(zēng)加、密度的變化會(huì)對氣體流量計的(de)儀表系數産生多(duo)大的影響［1］根據國(guo)内外💰相關文獻研(yán)究得出，影響儀表(biǎo)系數變化的因素(su)有:(1)介質密度的影(yǐng)響。(2)粘度變化的影(ying)響。(3)溫度🔴變化的影(yǐng)響💃🏻。(4)壓力變化的影(ying)響等。
　　氣體渦輪流(liu)量計作爲目前國(guo)内少數能在高壓(yā)下🐕計量的流量🔱計(jì)，對其在不同氣體(ti)流體壓力下的計(ji)量性能進行試驗(yan)，主😄要分析渦輪流(liu)量計在氣體流體(tǐ)的不同壓力下，流(liú)量計儀表系數的(de)變化情況，驗證其(qi)計量性能是否😘能(néng)夠滿足計量要求(qiú)。
1氣體渦輪流量計(ji)的基本結構和工(gong)作原理
　　 渦輪流量(liang)計 由渦輪流量傳(chuan)感器和流量顯示(shì)儀表組成。将渦輪(lún)流量計感🔞知流體(ti)流速的渦輪組件(jian)(包括前後導流體(tǐ)、葉輪、軸承、殼體、信(xin)🈲号檢測組件)統稱(chēng)爲渦輪流量☔傳感(gǎn)器。圖1爲渦輪流量(liang)計的基☁️本結構圖(tu)。

　　根據動量(liàng)守恒定律通過渦(wo)輪受理過程進行(háng)分析，可以🎯比較直(zhí)觀地描述基本工(gōng)作過程，流體通過(guo)時推動葉輪，産生(sheng)主動力矩。氣體渦(wō)輪流量計屬于速(su)度式流量計，渦輪(lún)流量傳感器輸出(chū)與⛷️流量成正比關(guān)系的脈沖頻率，輸(shū)入到流量顯示儀(yí)表或計算機。在某(mǒu)一流量範圍和一(yī)定🐅粘度範圍内，渦(wō)輪流量計輸出的(de)信号🤞脈🌈沖頻率f與(yǔ)通過渦輪流量計(jì)的體積流量qV成正(zheng)比［4］，即:
f=KqV　　　　　　　　　(1)
　　式中，K爲渦輪(lun)流量計的儀表系(xì)數，1/L或1/m3，儀表系數K應(ying)爲一常數，其數值(zhí)由實驗标準标定(dìng)得到。每台渦輪流(liu)量傳感器的校準(zhun)(或合格)證上都标(biao)明經過實流檢定(dìng)測得分段不🍉同流(liú)量💁範圍的♈儀表系(xì)數K值。
儀表系數K的(de)意義是單位體積(jī)流量通過渦輪流(liu)量傳感器輸出的(de)信号脈沖頻率f(或(huò)信号脈沖總數N)。所(suo)以，當測得傳感器(qi)輸🤩出的信号脈沖(chòng)頻率或某一時間(jian)内的脈沖總數N後(hou)，分别除以儀表系(xi)數K，就可得到體積(ji)流量✍️qV或流量總量(liang)Q，即:

　　要使渦輪流量(liang)計能夠較準确的(de)工作，其儀表系數(shù)K必須❗爲📱常數。但實(shi)際上渦輪流量計(jì)的工作特性并非(fēi)如此，即㊙️:

　　式中，r爲葉(ye)輪的平均半徑;ρ爲(wei)流體的密度;A爲流(liu)通截面積;θ爲渦輪(lún)葉片與軸線的夾(jia)角;Trm爲機械摩擦阻(zu)力矩;Trf爲流體阻力(lì)矩。
以DN50爲例，其流量(liang)特性曲線如圖2所(suǒ)示。

　　在理想狀态下，也(yě)就是假定渦輪處(chu)于勻速運動的平(píng)✊衡狀态，機械摩擦(cā)阻力矩Trm和流體阻(zǔ)力矩Trf都足夠小至(zhì)可以📞忽略不計的(de)狀态，儀表系數與(yu)流量的關系爲

　　可(ke)見，理想特性僅僅(jin)與渦輪流量計的(de)結構參數有關，儀(yi)表系數爲一個常(cháng)數，與流體變化無(wú)關。
2試驗
　　試驗選用(yong)1台TBQM-G65-DN50和1台TBQM-G100-DN80口徑的氣(qi)體渦輪流量計作(zuo)爲對💛象，流量❤️範🙇‍♀️圍(wei)分别爲6.5～100m3/h和8～160m3/h。依照JJG1037—2008《渦(wo)輪流量計檢定規(gui)程》規定，流量🔅檢定(ding)點應包括qmax、0.7qmax、0.40qmax、0.25qmax、qt、0.1qmax、qmin。所以，相(xiang)應的TBQM-G65-DN50的流量檢定(dìng)點爲:100、70、40、25、20、10、6.5m3/h;TBQM-G100-DN80的流量檢定(dìng)點爲📱:160、112、64、40、32、16、8m3/h，其中每個流(liu)量♋點測試3次。
2.1檢定(ding)所用的裝置
　　采用(yong)DresserInnovativeGasMeteringSolutions裝置進行負壓檢(jiǎn)定，如圖3所示，其流(liu)量範圍爲0.5～1600m3/h，檢測🐇口(kǒu)徑爲DN25～DN150，不确定度爲(wèi)0.25%。

　　高壓環道氣體流(liú)量标準裝置，如圖(tu)4所示，該裝置可✌️在(zai)實♍際工作的壓力(li)狀态下檢測流量(liang)計的性能，其🆚流量(liang)範圍爲1～2500m3/h，檢🔱測口徑(jìng)爲💯DN20～DN250，工作壓力範圍(wei)爲0.1～2.0MPa，不确定度爲0.33%。采(cǎi)用該套裝置進行(hang)壓力爲0.1MPa、0.8MPa和2.0MPa的檢定(dìng)。

2.2檢定所得儀表系(xi)數
　　不同壓力下每(měi)個流量計的儀表(biao)系數如表1和表2所(suǒ)✊示。

流量計儀表系(xi)數:

　　式中，K爲流量計(jì)的儀表系數，1/m3;(Ki)max爲流(liu)量計在qt到qmax流量範(fan)圍各🔴流量檢定點(diǎn)得到的Ki中的最大(da)值，1/m3;(Ki)min爲流量計在☎️qt到(dao)qmax流量範圍各流量(liàng)檢定🌈點得到的Ki中(zhōng)的最小值，1/m3。
計算所(suo)得的不同壓力下(xia)儀表系數如表3和(he)表4所示🍓。


2.3檢定數據(jù)處理與分析
2.3.1儀表(biǎo)系數分析
　　根據表(biǎo)1和表2繪制得到不(bu)同壓力下氣體渦(wo)輪流量計的儀表(biǎo)系數特性，如圖5和(he)圖6所示。


　　随着工作壓(ya)力的變化，渦輪流(liú)量計儀表系數的(de)變化很🧑🏽‍🤝‍🧑🏻小。參考JJG1037—2008《渦(wō)輪流量計檢定規(gui)程》計量檢定規程(chéng)📧中流量計的重複(fú)性的計算方法，可(ke)以定義不同壓力(lì)下渦輪流量計儀(yí)表系數的重複性(xìng)爲:

　　式中:(Er)i爲不同工(gōng)作壓力下流量計(jì)儀表系數的重複(fu)性，%;Ki爲不同工✉️作壓(yā)力下流量計儀表(biǎo)系數的平均系數(shu)，1/m3;Kij爲🔴第i種工作壓力(lì)下流量計的儀表(biǎo)系數，1/m3;n爲不同工作(zuò)壓🏃力的個數。
計算(suàn)得出TBQM-G65-DN50在不同工作(zuo)壓力下流量計儀(yi)表系數的重複性(xìng):

2.3.2線性度分析
　　歐洲(zhou)标準EN12261:2002的有關規定(dìng)———第5.2.1.1款［5］，本款對于儀(yí)表的固有性能提(tí)出了嚴格的要求(qiu)，即如果儀表特性(xìng)試驗在🔞多于一個(gè)壓力下進行，對于(yú)公稱口徑大于100mm的(de)流量🛀🏻計，在0.25qmax和🔞qmax之間(jian)的所有結果間的(de)差不得🔴大于0.5%，對于(yú)公稱口徑小于等(děng)于100mm的流量計，在0.25qmax和(he)qmax之間的💜所有結果(guo)🐅間的差不得大于(yu)1.0%。
　　根據表1和表2中的(de)數據進行計算，對(dui)于TBQM-G65-DN50，所有檢定結果(guǒ)最大差值爲0.558%;TBQM-G100-DN80的所(suo)有檢定結果最大(da)差值爲0.904%，結果均符(fu)🔞合标準。
2.4小結
(1)根據(ju)式(6)計算出的在不(bu)同工作壓力下流(liú)量計儀表系數的(de)重複性，說明渦輪(lun)流量計儀表系數(shù)受壓力變化的敏(mǐn)✏️感性💁較小。TBQM-G65-DN50在4種不(bú)同壓力下流量計(ji)儀表💁系數變化的(de)重複性僅爲0.502%，而TBQM-G100-DN80的(de)重複性僅爲0.282%。
(2)随着(zhe)工作壓力的變化(hua)，渦輪流量計線性(xìng)度變化不💚大。說明(míng)流體工作壓力的(de)變化對渦輪流量(liang)計的線💁性度影響(xiǎng)很小。圖5和💜圖6是在(zai)4種不同壓力下2台(tái)氣體渦輪流量計(ji)的儀表系數随流(liu)😍量變化的曲線。從(cong)圖中可以很直觀(guan)地看出，在流量⭕的(de)上下限之間，壓力(lì)對渦輪流量計儀(yí)表系數的影響。4種(zhong)不🈲同壓力下的曲(qu)線型一緻性很好(hǎo)，也與圖2中理論的(de)特性曲線有較好(hǎo)的符合性，隻是高(gāo)壓相較于低壓曲(qǔ)線整體向上漂移(yí)。
(3)經過計算分析，流(liu)量計符合歐洲标(biao)準EN12261的有關規定———第(di)5.2.1.1款。
(4)此外，根據所有(yǒu)線性度結果計算(suàn)得出，壓力的變化(huà)🏒對儀💚表系數的影(ying)響小于流量變化(hua)的影響。
3儀表系數(shu)研究讨論
3.1流量顯(xiǎn)示裝置
　　前文已經(jing)提到，渦輪流量計(ji)是由渦輪流量傳(chuan)感器和流量顯示(shi)♉儀表組成。目前公(gōng)知的渦輪流量計(jì)大概采用以下幾(jǐ)種流量顯示儀表(biao):帶字輪的機械計(ji)算器、帶溫度和壓(ya)力補償的電子顯(xian)示裝置、流量計💋算(suan)機和帶無線遠傳(chuan)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼功能的電子顯示(shì)裝置等。
　　上述提到(dào)的顯示裝置除了(le)流量計算機，其餘(yu)都是通過🌈機㊙️芯上(shang)主軸的蝸杆與齒(chi)輪的配合傳遞扭(niǔ)矩，并通過齒輪減(jian)速傳動以及磁耦(ǒu)合聯接驅動字輪(lun)🌏計數器🛀轉動而得(dé)到流量累積與顯(xiǎn)示，俗稱低頻取信(xìn)号方式。流量計算(suan)🌈機包含兩種取信(xin)号🏃‍♀️方式，如前🍓文所(suo)述的低頻，另外一(yī)種是直接取葉輪(lún)轉動的信号，俗稱(cheng)高頻⛷️。
3.2機械計數器(qi)齒輪調整
　　渦輪流(liu)量計出廠前用取(qu)高頻信号方法進(jìn)行标定，然後根據(ju)得出儀表系數進(jìn)行機械計數器内(nei)齒輪配對，傳動比(bǐ)盡量接近标定出(chū)的儀表系數。也就(jiu)是說，我們可以調(diao)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼整齒輪配對以滿(mǎn)足儀表系數的變(biàn)化。
　　從上文得知，不(bú)同壓力波動是存(cún)在的，若流量計工(gong)作壓力波動範圍(wei)較小，建議其在實(shí)際工作壓力下⛱️進(jìn)行相應測試按其(qí)檢定數據配齒，使(shi)實際傳動比的理(li)論儀表系數盡可(ke)能接近在該壓💚力(li)點下測試🌈的儀表(biao)系數，流量計的計(jì)量将🐪更加準确。
　　但(dan)是，機械計數器有(you)一缺點，調配出的(de)儀表系數是固定(ding)，隻能對某一流量(liang)點進行修正，不能(neng)對所有流量點修(xiū)正。所以對于🌈某些(xiē)💛流量點來說，誤差(chà)可能還🏃🏻是存在的(de)。
3.3電子表頭修正
　　二(èr)次電子顯示裝置(zhi)、體積修正儀、流量(liang)計算機等俗稱😄電(diàn)子㊙️表頭🔞，其液晶屏(píng)幕上可顯示多種(zhǒng)信息，比如✉️瞬時流(liu)量🛀、總流量、溫度和(he)壓力等。電子表頭(tou)含有非常多的功(gōng)能，可🙇🏻以根據溫度(du)壓力對流體體積(ji)進行💛修正，可以根(gen)據流量或者表壓(yā)♌的不同進行儀表(biao)系數的調整，使在(zai)用流量計的流量(liang)特性✌️曲線接近一(yī)條直線，這就大大(dà)提高了流量計的(de)精度。帶電子表頭(tou)的渦輪流量計很(hen)好地😍解決了帶機(ji)械計數器流量🌈計(jì)存在的問題，其🏃‍♀️可(kě)以進行每個流⭐量(liang)點的儀表系數修(xiū)正。然而，它也同樣(yàng)有缺點，比如說安(ān)全防爆❓問題，還有(you)電子表頭價格昂(áng)貴，不便于普及。
4結(jié)束語
　　氣體渦輪流(liu)量計儀表系數受(shòu)壓力變化的敏感(gan)性較小💘，TBQM-G65-DN50的儀📧表💔系(xi)數變化的重複性(xing)僅爲0.502%，而TBQM-G100-DN80的重複性(xìng)僅爲🈲0.282%。随着工作壓(ya)力的變化，渦輪流(liu)量計線性度變化(huà)不大。在4種不同壓(yā)力🌍下2台氣體渦輪(lun)流量計的儀表系(xi)數曲🈲線型一緻性(xing)很好，與理論的特(te)性曲線有很好的(de)符合🌐性，隻是對于(yú)DN50口徑的氣體渦輪(lún)流量計來說，高壓(yā)相較于低壓曲線(xian)整體向上漂移，而(er)DN80口徑的氣體渦輪(lun)流量計相對穩定(dìng)，波動更小。流量計(jì)符合歐洲标準EN12261的(de)有關規定———第5.2.1.1款。壓(yā)力的變化對儀表(biao)系數的影㊙️響小于(yú)流量變化的♻️影響(xiǎng)。
雖然在不同壓力(lì)下，氣體渦輪流量(liang)計的儀表性能有(you)些許波✊動，但是靠(kao)着機械計數器和(he)電子表頭的調整(zhěng)👣或修正，其儀表性(xìng)能将能加穩定且(qiě)準确。
　　鑒于目前的(de)試驗研究還不夠(gòu)系統和全面，需開(kāi)展進一☎️步的🍉研究(jiū)才能明确不同壓(yā)力下對氣體渦輪(lún)流量計的✏️影響🏃‍♀️，特(tè)别是檢定的介質(zhì)如能用天然氣，那(nà)麽試驗結果将更(gèng)具說服力。

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