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隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，渦輪流量計(jì)作為速度式流量計(jì)的典型代表，被廣泛應(yīng)于貿(mào)易結(jié)算、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境保護(hù)、科學(xué)研究等重大領(lǐng)域。由于許多用戶對(duì)該流量計(jì)的參數(shù)及計(jì)量概念不太了解，所以經(jīng)常錯(cuò)誤地認(rèn)為渦輪流量計(jì)在同一種介質(zhì)不同黏度下，線性度、系數(shù)也是一樣的，從而出現(xiàn)了測(cè)量數(shù)據(jù)與真實(shí)數(shù)據(jù)相差甚遠(yuǎn)的情況。本文將用一系列實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)清楚地說明黏度對(duì)渦輪流量計(jì)特性曲線、線性度的影響。
1、原理結(jié)構(gòu)及概念
渦輪流量計(jì)利用置懸流體中葉輪感受流體的平均流速而推導(dǎo)出被測(cè)流體的瞬時(shí)流量和累積流量，一般由葉輪、導(dǎo)流器、*磁鋼、感應(yīng)線圈、前置放大器等部分組成。渦輪流量計(jì)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。
(1)流體黏度。由于流體流動(dòng)時(shí)內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生魔擦，所以各層的速度是不同的，在相鄰層的接觸面存在一對(duì)等值反向的力，速度較快的流層帶動(dòng)速度較慢的層，使之加快速度，速度較慢層阻滯較快層，使之減速，這種阻滯力稱為內(nèi)摩擦力，而流體黏度是內(nèi)摩擦的量度，是流體反抗形變的能力。各類流體的黏度不一，對(duì)于一般流體，黏度是溫度與壓力的函數(shù)。文中提到的黏度均為運(yùn)動(dòng)黏度，單位為cSt，1cSt=10－6m2/s。
(2)系數(shù)。儀表系數(shù)K是指單位體積的流體通過流量計(jì)發(fā)出的脈沖數(shù)，單位為L=1，計(jì)算公式如下:
式中:Kij為第i檢定點(diǎn)第j次檢定時(shí)的系數(shù)，L=1;Nij為第i檢定點(diǎn)第j次檢定時(shí)的流量計(jì)顯示儀表測(cè)得的脈沖數(shù);Vij為第i檢定點(diǎn)第j次檢定時(shí)標(biāo)準(zhǔn)裝置測(cè)得的實(shí)際體積，L;β為檢定用液體在檢定狀態(tài)下的體膨脹系數(shù);(θs)ij、(θm)ij分別為第i檢定點(diǎn)第j次檢定時(shí)標(biāo)準(zhǔn)裝置和流量處的液體溫度，℃;κ為檢定用液體在檢定狀態(tài)下的壓縮系數(shù);(ps)ij、(pm)ij分別第i檢定點(diǎn)第j次檢定時(shí)標(biāo)準(zhǔn)裝置和流量處的液體表壓力，Pa;n為每點(diǎn)檢定次數(shù);(Ki)max為流量計(jì)在流量檢定點(diǎn)得到的Ki中的zui大值;(Ki)min為流量計(jì)在流量檢定點(diǎn)得到的Ki中的zui小值。
(3)線性度。在規(guī)定條件下，渦輪流量計(jì)校準(zhǔn)曲線與擬合直線間的zui大偏差與滿量程輸出間的百分比稱為線性度。該值越小，表明線性特性越好。計(jì)算公式如下:
式中:E為流量計(jì)的線性度。
2、檢測(cè)設(shè)備及條件
(1)大氣壓:101818Pa。
(2)介質(zhì):航空潤滑油。
(3)檢定裝置:航空潤滑油流量標(biāo)準(zhǔn)裝置。
(4)被檢表:型號(hào)為ABGYLW-1，編號(hào)為0906280，生產(chǎn)商為ABG儀表集團(tuán)。
3、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析
根據(jù)上述檢測(cè)設(shè)備及條件，按照J(rèn)JG1037—2008《渦輪流量計(jì)檢定規(guī)程》，在四種不同黏度下各檢定5個(gè)點(diǎn)，每點(diǎn)檢定3次，得到的數(shù)據(jù)如表1～表4所示，數(shù)據(jù)表中的頻率、流量、溫度、系數(shù)均為每點(diǎn)檢定3次各自的平均值。由表1得到儀表線性度為8.9%，儀表系數(shù)為528.61L－1;由表2得到儀表線性度為6.3%，儀表系數(shù)為553.89
L－1;由表3得到儀表線性度為2.6%，儀表系數(shù)為596.18L－1;由表4得到儀表線性度為2.2%，儀表系數(shù)為622.44L－1。
由于流體具有黏性，所以滑油在通過流量計(jì)時(shí)產(chǎn)生黏滯阻力矩。從表1～表4可看出，滑油黏度從93.24cSt→52.14cSt→16.28cSt→7.16cSt變化時(shí)，渦輪流量計(jì)的系數(shù)(528.61L－1→553.89L－1→596.18L－1→622.44L－1)、線性度(8.9%→6.3%→2.6%→2.2%)都在逐步發(fā)生明顯的變化。當(dāng)流量計(jì)的黏度zui大為93.24cSt時(shí)(數(shù)據(jù)表1)，整個(gè)流量計(jì)的線性度只有8.9%，根本無法使用，要想達(dá)到使用要求只有縮小量程。通過觀察、計(jì)算發(fā)現(xiàn)，只有流量為2.8990～4.1497m3/h時(shí)，線性度為(575.86－569.50)/(575.86+569.50)×=0.56%，才滿足JJG1037—2008《渦輪流量計(jì)檢定規(guī)程》允許的zui大誤差1.0%，也就是說只有在這兩點(diǎn)范圍內(nèi)使用，這個(gè)流量計(jì)才算是合格的。當(dāng)黏度變小為7.16cSt時(shí)，線性度范圍則變寬，流量為1.0196～4.0465m3/h時(shí)，線性度為(631.96－620.88)/(631.96+620.88)×=0.88%，*符合規(guī)程zui大允許誤差。
另外，從表1～表4均可看出，流量計(jì)黏度的變化對(duì)流量zui小點(diǎn)影響也比較大，在四種不同黏度下，系數(shù)都在流量zui后一點(diǎn)時(shí)發(fā)生了明顯的下降;而且黏度zui大為93.24cSt時(shí)，系數(shù)從524.93L－1變?yōu)?81.35L－1，系數(shù)下降了43.58L－1;黏度為7.16cSt時(shí)，系數(shù)從620.88L－1變?yōu)?08.97L－1，系數(shù)僅下降了11.91L－1。從中可看出，隨著黏度的變小，對(duì)流量計(jì)下限的影響也越來越小。黏度變化對(duì)渦輪流量計(jì)特性曲線的影響如圖2所示。圖2中特性曲線從下至上依次對(duì)應(yīng)表1、表2、表3和表4，儀表系數(shù)隨著黏度的升高而下降，用于較高黏度時(shí)，儀表系數(shù)與流量之間不再保持線性關(guān)系，因此，渦輪流量計(jì)測(cè)量高黏度時(shí)，必須根據(jù)黏度和流量進(jìn)行修正。圖2
中特性曲線的擬合公式為:
y4=－5.0312x2+28.554x+596.52
y3=－3.1937x2+21.843x+573.19
y2=－8.474x2+57.668x+492.15
y1=－12.385x2+83.129x+441.24
用于測(cè)量液體的渦輪流量計(jì)，生產(chǎn)廠所給的儀表系數(shù)K通常是用常溫水標(biāo)定的，黏度只有1cSt，為了保證測(cè)量的準(zhǔn)確度，必須注意被測(cè)流體黏度對(duì)流量計(jì)特性的影響。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)液體黏度大于15×10－6m2/s時(shí)，即使同*量計(jì)同一介質(zhì)，測(cè)量誤差也會(huì)明顯增大，所以必須盡量在接近的工作條件下重新標(biāo)定，從而減小誤差。
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