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渦街流量計的標(biāo)定誤差來源分析 |
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| 發(fā)布日期：2021-06-17 點擊：1623次 |
渦街流量計本質(zhì)上是一種速度式流量計，其直接測量的量為介質(zhì)的流速，考慮到由于體積流量僅以介質(zhì)流速及截面積確定，不受其他因素影響，因此，一般以體積流量進行示值誤差或儀表系數(shù)的計算依據(jù)。
在使用文丘里噴嘴氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置對流量計進行標(biāo)定時，根據(jù)連續(xù)性原理，達到臨界條件后，只要分別測得被檢流量計、噴嘴兩處的氣體溫度、靜壓、濕度，則可通過密度關(guān)系計算被檢表處流量標(biāo)準(zhǔn)值，即標(biāo)準(zhǔn)裝置示值，再讀取流量計示值即可計算示值誤差。但如上文所示的流量計一般無法直接測量其內(nèi)部氣體狀態(tài)參數(shù)，而只能在儀表上、下游的管道上進行開孔測量作近似估值，通過此方式所測流量標(biāo)準(zhǔn)值實際為測量孔截面處氣體流量�？紤]到在實驗室條件下，氣體的溫度、濕度基本恒定，而在不同的位置測量的靜壓值則有較大差異，因此，測壓位置的選取對體積流量標(biāo)準(zhǔn)值的計算準(zhǔn)確性起重要影響。根據(jù)JJG1029－2007《渦街流量計檢定規(guī)程》，一般于儀表下游段2至7倍內(nèi)徑距離的范圍內(nèi)都可認(rèn)為是合理的測壓位置，所測靜壓與儀表內(nèi)部實際值近似視作相等，但當(dāng)被檢儀表為上文所述E+H流量計時，由于其表體管道內(nèi)徑稍大于標(biāo)準(zhǔn)裝置管道，則儀表與直管段間連接處將出現(xiàn)突變轉(zhuǎn)折截面，如圖4所示，當(dāng)氣體流經(jīng)轉(zhuǎn)折面時，將產(chǎn)生一定壓力損失，此時下游段測壓處所測得氣體靜壓理論上比儀表內(nèi)部實際值小，導(dǎo)致計算所得標(biāo)準(zhǔn)體積流量比儀表處實際值大，且流量越大該過程的壓能損失越多，下游測壓計算所得標(biāo)準(zhǔn)值越偏離真值，這種誤差可認(rèn)為是實驗方法引起的系統(tǒng)誤差［6］。
4.1機械能損失分析
因流量計傳感器組成部分前后均有一定長度表體直管段且與標(biāo)準(zhǔn)裝置管道間內(nèi)徑差異較小，流場擾動基本被儀表本身抗干擾能力克服，可認(rèn)為流量計計量性能不受影響，則只需考慮氣體靜壓測量值的準(zhǔn)確性。從能量損失角度分析:如圖5所示，由于流線不能轉(zhuǎn)折，流體在流經(jīng)突然收縮斷面時，將形成流股收縮，至c－c斷面后逐漸擴散，在此過程中，流體先有加速的收縮流后減速的擴散流兩者都產(chǎn)生阻力［7］。為簡化分析此過程中的能量損失，設(shè)流體為不可壓縮流體，設(shè)c－c斷面處的理想平均流速為v0，根據(jù)伯努利方程:
式中，α1為動能修正系數(shù)，無量綱;v1為斷面1－1處流體平均流速，m/s;P1為斷面1－1處流體靜壓，N/m2;α0為動能修正系數(shù)，無量綱;v0為斷面c－c處流體理想平均流速，m/s;PC為斷面c－c處流體靜壓，N/m2;ρ為流體密度，kg/m3;g為重力加速度，N/kg或m/s2。
實際上從1－1斷面至c－c斷面間存在一定能量損失，假設(shè)為U1，再者c－c斷面的實際平均流速νC要比v0稍小一些，它們的比值νC/v0=Cν，稱為流速系數(shù)，一般約為0.99～0.97［7］，基于本文所討論情況，該斷面收縮較小，取Cν=0.99計算，且在紊流狀態(tài)下α1=α0=1，即:
由于在標(biāo)定實驗中，流體介質(zhì)一般為空氣，而空氣是一種可壓縮流體，考慮到在重力場中，可壓縮性流體的勢能與壓力能、動能比較起來是小得可以忽略不計的［7－8］，即伯努利方程可簡化為以下形式:
其中C為常數(shù)，且氣體在流量計內(nèi)(斷面1－1處)流至測壓處(斷面2－2)的過程中可近似地看作等熵過程，因此，有P1/ρk1=P2/ρk2，ρ1=P1/P2()1/kρ2，對于空氣的等熵指數(shù)k≈1.4，由于在此過程中單位質(zhì)量流體的能量損失U很小，為簡化分析直接用ρ2計算其機械能損失，則方程可寫為：
式中，P1為渦街流量計內(nèi)(斷面1－1處)空氣靜壓，N/m2;ρ1為流量計內(nèi)(斷面1－1處)空氣密度，kg/m3;v1為流量計內(nèi)(斷面1－1處)空氣平均流速，m/s;P2為測壓點(斷面2－2處)空氣靜壓，N/m2;ρ2為測壓點(斷面2－2處)空氣密度，kg/m3;v2為流量計內(nèi)(斷面2－2處)空氣平均流速，m/s。
由于在標(biāo)定實驗中，空氣的質(zhì)量流量Qm可通過文丘里噴嘴測量換算得到，設(shè)斷面1－1處、斷面2－2處管道面積為S1、S2，則空氣在兩處的流速分別為:
式中，Qm為空氣的質(zhì)量流量，kg/s;S1為斷面1－1管道截面積，m2;S2為斷面2－2管道截面積，m2。
經(jīng)過變換得到一個一元方程，僅有ρ1為未知量，各項參數(shù)均能在實驗中直接測量或換算所得，通過使用軟件工具如MATLAB、Excel或其他方式解出ρ1，則P1=P2ρk1/ρk2，流量計內(nèi)體積流量的理論值QV為:
式中，QV為空氣的體積流量，m3/s。 |
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