【摘要】在(zài)氣體渦(wo)輪流量(liàng)計
實際(ji)應用的(de)基礎上(shang)，氣體渦(wō)輪流量(liang)計的性(xìng)能特點(dian)，分析了(le)影響氣(qi)體渦輪(lun)流量計(ji)精度的(de)各種因(yīn)素，并基(ji)于🔱該精(jing)度測量(liàng)了氣體(ti)渦輪流(liu)量計，總(zǒng)結了提(ti)高數據(ju)正确率(lü)的基礎(chǔ)方法。
一(yi)、引言
儀(yí)器的精(jīng)度一般(bān)有準确(que)度、正确(que)度和精(jīng)密度。準(zhun)确度A是(shi)檢測真(zhen)🌍實值和(he)結果二(èr)者的相(xiang)同程度(du)，并且由(you)A=ε±U表示，其(qí)中🍉U是不(bú)确定性(xìng)系統誤(wù)差±e和随(sui)機不确(què)定度ΔM綜(zōng)合的😄不(bú)确定性(xing)。精度🌈是(shi)測量結(jié)果的系(xi)統誤差(chà)程度。由(yóu)于系統(tong)誤差E包(bao)括兩部(bu)分，确定(dìng)的系統(tǒng)誤差和(hé)未定義(yì)的系統(tǒng)誤差±e，所(suo)以精度(dù)可以表(biǎo)示爲E=±e。測(cè)量精度(dù)高，精度(dù)等級可(ke)達1級、1.5級(jí)。測量範(fàn)圍寬度(du)，測量範(fàn)圍寬度(du)一般爲(wei)1:20。
二、機械(xie)摩擦與(yu)流體阻(zu)力對精(jing)度的影(ying)響
(一)氣(qì)體渦輪(lun)流量計(ji)的數學(xué)模型
用(yòng)于渦輪(lún)機的轉(zhuǎn)矩一般(bān)分爲由(yóu)流過渦(wō)輪機的(de)流體産(chan)生的㊙️驅(qū)動轉矩(jǔ)Tr。由渦輪(lún)機表面(mian)流動的(de)流體引(yǐn)起的粘(zhan)性摩擦(ca)以及渦(wo)輪🌂機軸(zhóu)和軸承(cheng)，齒輪和(hé)齒輪施(shi)加到渦(wō)輪機的(de)機械♉摩(mó)擦力矩(jǔ)Trm。當流😍體(ti)通過渦(wo)輪機時(shí)流向渦(wō)輪機的(de)流體阻(zu)力🔱轉矩(ju)Trf和渦輪(lún)機中的(de)磁電轉(zhuan)換器産(chǎn)生的電(diàn)磁反沖(chong)轉矩Tre。
(二(er))機械摩(mó)擦阻力(lì)矩Trm對精(jing)度的影(yǐng)響
對于(yú)真正的(de)氣體渦(wo)輪機流(liú)量計，渦(wō)輪機必(bì)須首先(xian)通過靜(jing)摩擦的(de)阻礙力(lì)矩才能(neng)旋轉，克(ke)服渦輪(lún)靜摩☁️擦(cā)扭矩所(suo)需的最(zui)小👈值稱(chēng)爲流量(liàng)計的初(chū)始流量(liàng)qvmin。如🔞果流(liu)量計小(xiao)于qvmin，則渦(wō)輪💘不會(huì)旋轉，并(bìng)且不會(huì)輸出脈(mò)🌐沖信号(hào)。當流量(liàng)等于起(qi)始流量(liang)時，渦輪(lún)機啓動(dòng)，但此時(shí)的角速(sù)度非常(cháng)小，并且(qie)流體阻(zu)力轉矩(ju)Trf的影響(xiang)可忽略(luè)不計。
(三(sān))流體阻(zu)力矩Trf對(dui)精度的(de)影響
當(dang)流量大(da)于初始(shǐ)流量的(de)時候，渦(wō)輪機旋(xuán)轉角速(sù)度随着(zhe)✔️流量☂️增(zēng)加而增(zēng)加，并且(qie)影響流(liu)量計精(jing)度的主(zhǔ)要原🧑🏽🤝🧑🏻因(yīn)變成了(le)由流體(ti)産生的(de)牽引扭(niu)矩Trf。
1.層流(liu)流動狀(zhuàng)态時的(de)流量計(ji)特性
在(zài)層流狀(zhuang)态下，流(liú)體流動(dong)阻力與(yǔ)流體粘(zhān)度μ和渦(wo)輪機⁉️旋(xuán)轉角😄速(sù)度ω成正(zheng)比。ω與流(liú)體流量(liàng)成正比(bǐ)。
在層流(liu)狀态下(xià)，儀器系(xi)數K與流(liu)體粘度(du)μ的變化(hua)有關🈲。如(ru)果♉粘度(du)🤞不變，則(ze)随着流(liú)量qV的增(zeng)加儀器(qì)系數K也(ye)将增加(jia)。
2.紊流流(liu)動狀态(tài)時的流(liu)量計特(tè)性
在湍(tuan)流狀态(tài)下，流體(tǐ)的流動(dòng)阻力與(yǔ)其密度(dù)ρ和速度(du)qV成正🛀🏻比(bǐ)🐇。此刻，不(bú)可以算(suàn)出流體(tǐ)粘度的(de)影響。
三(san)、提高精(jing)度的方(fāng)法
(一)減(jiǎn)少機械(xiè)阻力
首(shou)先，應該(gai)完成渦(wo)輪機的(de)平衡，因(yin)爲如果(guo)渦輪機(ji)的質量(liàng)中心不(bu)在軸上(shang)，則渦輪(lun)機本身(shen)的重量(liàng)會爲軸(zhóu)承增加(jiā)額外的(de)💃🏻慣性📐力(lì)矩，爲了(le)提高流(liu)量計流(liú)量低時(shi)的精度(dù)，需要🍉提(tí)高加工(gōng)品質，降(jiàng)低機械(xie)摩擦阻(zu)力。
(二)克(ke)服流體(tǐ)阻力的(de)影響
首(shǒu)先，氣動(dong)渦輪機(ji)的表面(mian)應平滑(huá)以減少(shǎo)氣體和(hé)渦輪機(ji)✏️之間的(de)粘性摩(mo)擦。其次(ci)，根據Trf=C1μqv的(de)特性和(he)層流狀(zhuang)态Trf中✉️的(de)流體阻(zu)力矩，随(sui)着🐉qv的增(zeng)加儀器(qi)系數K也(ye)增加。另(ling)外，渦⛱️輪(lun)葉片的(de)重疊率(lü)不宜過(guò)高。否則(ze)流體阻(zǔ)力将會(hui)非常👉高(gao)，流量計(ji)的測量(liang)精♉度也(yě)會降低(di)。
(三)減少(shao)漏氣對(dui)氣體渦(wo)輪流量(liàng)計精度(dù)的影響(xiang)
流向葉(ye)片的驅(qū)動扭矩(ju)Tr變小，影(yǐng)響流量(liàng)計的精(jīng)度。所以(yi)，氣⭐動渦(wo)輪機與(yǔ)内壁之(zhi)間的間(jian)隙通常(cháng)小于0.5至(zhi)1mm。重疊系(xi)數通常(chang)用于指(zhi)🍉示兩❓個(gè)相鄰渦(wo)輪葉片(piàn)相互重(zhong)疊的程(chéng)度。重複(fú)的元素(sù)不應該(gāi)太小。否(fǒu)則，洩漏(lòu)增加，重(zhòng)疊因子(zi)通常從(cong)1－1.1中選擇(zé)。
四、壓力(lì)、溫度及(jí)壓縮系(xì)數的修(xiū)正
氣體(tǐ)的體積(jī)與壓力(li)、溫度和(hé)壓縮系(xì)數有關(guān)。氣體渦(wo)💁輪流量(liàng)🙇🏻計必🔴須(xū)通過壓(yā)力和溫(wēn)度校正(zheng)将在運(yun)行條件(jian)下測量(liàng)的體積(ji)轉換爲(wei)标準條(tiáo)件下的(de)體積值(zhí)。當氣體(ti)溫度較(jiào)低并且(qiě)壓🈲力較(jiào)高🐕時，必(bì)須考慮(lü)壓縮因(yin)子的影(ying)響，以确(que)保高精(jing)度的氣(qi)體流量(liàng)測🚩量。
(一(yi))壓力、溫(wen)度修正(zhèng)的必要(yao)性
流量(liang)計的校(xiao)準溫度(dù)設置爲(wèi)25°C，設壓力(lì)爲0.1MPa。在氣(qì)體介質(zhì)的現🌐實(shí)操作溫(wēn)度爲0℃，氣(qi)壓爲0.1MPa時(shí)，忽略溫(wēn)度的影(yǐng)響會導(dǎo)緻以下(xia)誤差:
在(zài)氣态介(jiè)質溫度(dù)的實際(ji)操作中(zhōng)，測量值(zhi)爲25°C，壓力(lì)爲0.105MPa，如果(guǒ)流量計(jì)🏃♀️溫度在(zai)25°C，0.1MPa壓力下(xià)校準，則(zé)會導緻(zhì)忽略壓(yā)力的誤(wu)差:
忽略(luè)溫度和(he)壓力的(de)影響，發(fā)生較大(dà)的誤差(cha)，因此有(you)必要對(duì)溫💞度和(he)壓力進(jìn)行校正(zheng)，壓力傳(chuán)感器和(he)溫度傳(chuan)感器盡(jin)📐可能使(shǐ)用高精(jing)👨❤️👨度産品(pǐn)。如果流(liú)量計的(de)精度爲(wei)1%，則溫度(dù)傳㊙️感器(qi)的精度(du)必須高(gāo)于🐕0.2°C，壓力(lì)傳感器(qi)的精度(dù)必⁉️須高(gao)于0.2%。
(二)修(xiū)正氣體(tǐ)壓縮系(xì)數
1.壓縮(suō)系數修(xiu)正的必(bì)要性
壓(yā)縮系數(shù)是測量(liang)實際氣(qì)體接近(jin)理想氣(qì)體程度(du)的💘參數(shù)。壓📐縮因(yīn)子随着(zhe)溫度和(hé)壓力而(er)變化，并(bing)且一般(bān)來說該(gai)功能通(tōng)🔞過比較(jiao)壓力Pr和(hé)溫度Tr來(lái)表示。Pr=P/Pm;Tr=T/Tm。比(bǐ)如說，天(tian)然氣👣臨(lín)界溫度(dù)Tm是191.16k，臨界(jiè)壓力Pm是(shi)4.64mpa。在溫度(dù)爲0℃時和(hé)壓力爲(wèi)0.2MPa時，Pr=0.2/4.64，Tr=273/191，16;Z=0.995。忽略(lue)Z的值則(ze)♋誤差爲(wei)0.502%。
由于流(liú)量計的(de)相對誤(wu)差必須(xū)保持在(zai)1%或1.5%以内(nei)，如果壓(ya)力🐕大✏️于(yú)0.2Mpa，則必須(xū)考慮壓(yā)縮系數(shu)。
可以從(cóng)一般曲(qu)線或使(shǐ)用狀态(tài)方程計(ji)算Z值。爲(wei)了便于(yu)計算，使(shǐ)用二次(ci)拟合曲(qǔ)線的方(fāng)法近似(sì)Z值。求解(jie)Z值時，選(xuan)🌈擇在研(yan)究範圍(wei)内均勻(yun)分布的(de)6個Tr點作(zuò)爲比較(jiao)溫度範(fàn)⛷️圍内的(de)參考點(diǎn)💃，以及Z和(he)Pr之間的(de)簡單函(hán)數關👅系(xì)我明白(bái)了。在溫(wēn)度爲T1的(de)時候，對(duì)比溫度(du)是Tr1，壓縮(suō)系數是(shi)ZT1;在溫度(du)爲T2的時(shí)候，對✔️比(bǐ)溫度是(shì)Tr2，壓縮系(xi)數是ZT2;在(zai)現實中(zhong)的氣體(tǐ)測量時(shi)，氣體成(cheng)分的變(biàn)化通常(cháng)來說不(bú)會太大(da)，所以Tm和(he)♻️Pm的值應(yīng)該保持(chi)不變。
五(wǔ)、結束語(yǔ)
(1)校準小(xiao)直徑、小(xiǎo)流量渦(wo)輪流量(liàng)計應使(shi)用标準(zhun)鍾形裝(zhuang)置。校準(zhǔn)大直徑(jìng)大流量(liang)渦輪流(liú)量計應(ying)使用聲(sheng)波🔱噴嘴(zui)👈。标準渦(wō)輪流量(liàng)計也可(ke)以用作(zuo)内徑爲(wèi)100mm，大于100mm的(de)渦輪流(liú)量計的(de)标準設(she)👌備，但需(xu)要每年(nian)重新驗(yàn)證一次(cì)。
(2)合理設(shè)計校準(zhǔn)系統，确(què)保燃氣(qì)輪機流(liú)量計前(qián)後有☔足(zu)夠的直(zhi)管段，如(rú)果由于(yu)管路限(xian)制導緻(zhì)直管段(duan)長度不(bu)夠，在㊙️流(liú)量計前(qian)安裝整(zheng)流器。當(dang)氣體質(zhi)量較差(chà)時，應安(ān)裝過濾(lǜ)🐉器以避(bì)免雜質(zhì)對系統(tǒng)✨的影響(xiang)。當氣體(tǐ)含水量(liang)🐕較大時(shí)，應安裝(zhuāng)脫水幹(gàn)燥裝置(zhi)。
(3)在選擇(zé)最佳設(shè)計和選(xuǎn)擇高精(jīng)度輔助(zhu)設備(如(rú)壓力傳(chuan)感器、溫(wen)㊙️度和計(jì)時設備(bèi))時，精度(du)必須高(gāo)于被測(cè)渦輪機(ji)表的要(yao)求精度(du)。并将系(xì)統誤差(cha)降至最(zuì)低。
(4)遵循(xún)嚴格的(de)校準程(cheng)序以符(fu)合校準(zhǔn)所需的(de)溫度、壓(yā)力、濕度(dù)和🌐其他(tā)環境條(tiao)件。
(5)正确(què)處理數(shu)據并充(chong)分考慮(lü)通過标(biao)準設備(bèi)、測試表(biǎo)💚和🌍标準(zhǔn)💜設備本(ben)身的錯(cuò)誤時氣(qi)體狀态(tài)的差異(yi)。标準設(she)備必須(xū)認真管(guǎn)理，并按(an)照技術(shu)監督局(ju)的規定(ding)進行定(ding)期🍉測試(shì)。
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