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不同介質(zhì)對標(biāo)定渦街流量計系數(shù)的影響
發(fā)布日期：2022-03-14 來源：甘肅蘭州石化公司 作者：喬金龍，張曉平 瀏覽次數(shù)：
【導(dǎo)讀】：本文對渦街流量計測量特性做了簡要的介紹，采用現(xiàn)場實驗的方法，通過在蘭州石化公司水、氣兩套標(biāo)準(zhǔn)裝置上檢定數(shù)據(jù)的對比，試著分析探討在一定雷諾數(shù)范圍內(nèi)，檢定介質(zhì)是否會對渦街流量計的儀表系數(shù)產(chǎn)生影響。......
【摘要】: 流量計檢定工作是在實驗室標(biāo)準(zhǔn)裝置下完成的，對渦街流量計來說，出廠檢定不但對于確定儀表性能參數(shù)是必不可少的，對于發(fā)現(xiàn)整體安裝乃至零部件制造質(zhì)量問題也是至關(guān)重要的。對渦街流量計測量特性做了簡要的介紹，采用現(xiàn)場實驗的方法，通過在蘭州石化公司水、氣兩套標(biāo)準(zhǔn)裝置上檢定數(shù)據(jù)的對比，試著分析探討在一定雷諾數(shù)范圍內(nèi)，檢定介質(zhì)是否會對渦街流量計的儀表系數(shù)產(chǎn)生影響。
渦街流量計原理
在流動的流體中插入一個斷面為非流線型的柱狀物體時，從柱狀物體兩側(cè)會產(chǎn)生兩列交替產(chǎn)生的旋渦。這個現(xiàn)象被稱為“卡門渦街”現(xiàn)象。漩渦列在漩渦發(fā)生體下游非對稱地排列。研究表明旋渦分離的頻率與介質(zhì)流速成正比，與柱體的寬度成反比。根據(jù)卡門渦街原理，有如下關(guān)系式:
f = SrV /d ( 1)
式中: 漩渦的發(fā)生頻率為f，被測介質(zhì)流動的平均速度為V，漩渦發(fā)生體迎面寬度為d，管道內(nèi)徑為D，Sr為斯特勞哈爾數(shù)。根據(jù)卡門渦街原理，有如下關(guān)系式:
管內(nèi)體積流量qv = S裁V = πD2/4 × fd/Sr= πD2 fd /4Sr ( 2)
由上面的式子可見，在管徑和柱體寬度已知的情況下，只要測量旋渦頻率便可測出流體流速和瞬時流量。
所以: K = f /qv =［4Sr /πD2d］ ( 3)
式中: K———流量計的儀表系數(shù)，脈沖數(shù)/m3 ( P /m3 ) 。
K 除了與漩渦發(fā)生體、管道的幾何尺寸有關(guān)外，還與斯特勞哈爾數(shù)有關(guān)。圖1 所示為漩渦發(fā)生體的斯特勞哈爾數(shù)與管道雷諾數(shù)的關(guān)系。
斯特勞哈爾數(shù)( Sr) 是通過試驗確定的無因次數(shù)。圖1 中表示出了斯特勞哈爾數(shù)( Sr) 和雷諾數(shù)( Re) 的關(guān)系，曲線的平直部分對應(yīng)渦街流量計正常測量的范圍。只要檢測出頻率f 就可以求得管內(nèi)的流速.
由以上的分析可以看出在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)，渦街流量計輸出頻率信號同流過測量管的體積流量之間的關(guān)系不受流體物性( 密度、黏度) 和組分的影響，即流量系數(shù)只與旋渦發(fā)生體及管道的形狀尺寸有關(guān)，與檢定介質(zhì)無關(guān)。因此，只要在一種典型介質(zhì)中標(biāo)定其流量系數(shù)，就可以適應(yīng)于各種介質(zhì)。但是超過這一范圍，就可能要產(chǎn)生影響了。為了解決本為前言中提出的疑問，我們進行了實際檢定，驗證該結(jié)果在實際工作中可以參考
試驗準(zhǔn)備
本次測試采用的兩套標(biāo)準(zhǔn)裝置具有較高的不確定度和穩(wěn)定度，并且通過甘肅省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局的考核認(rèn)證，可以作為計量標(biāo)準(zhǔn)向下傳遞。
裝置1: 0.5 級負(fù)壓法音速噴嘴氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置———氣標(biāo)。
裝置2: 0.05 級質(zhì)量法水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置———水標(biāo)。
被檢對象: 選用一臺脈沖輸出、準(zhǔn)確度等級1． 0級、儀表線性和重復(fù)性較好的北京菲薄DN150 渦街流量計作為被測流量計。
實驗數(shù)據(jù)
實驗數(shù)據(jù)分析
1) 首先，檢定時盡量選擇流量點對應(yīng)的雷諾數(shù)在2 × 104～ 7． 2 × 106范圍內(nèi)，確保流量計的測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，且在兩套裝置上流量點的雷諾數(shù)盡量相近，從而可以驗證公式 ( 3) 是否在實際應(yīng)用中可以成立，即渦街流量計在檢定范圍內(nèi)，儀表系數(shù)是否和檢定介質(zhì)無關(guān)。
2) 表1、2 分別是流量計在液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置、氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上通過實際檢定得到的檢定數(shù)據(jù)，兩套裝置各自檢定結(jié)果的儀表線性、重復(fù)性均合格。但從兩個裝置檢測數(shù)據(jù)比對分析看來，在合適雷諾數(shù)范圍內(nèi)，同樣一臺檢定合格的渦街流量計，在不同介質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)裝置上檢定數(shù)據(jù)相差還是很明顯的，儀表系數(shù)相差2． 5%左右，而且k 系數(shù)曲線趨勢也并不相同，如圖2 所示。
3) 從結(jié)果看來，至少在這兩套標(biāo)準(zhǔn)裝置上，在蘭州石化所使用流量計的檢定中，不同檢定介質(zhì)會對標(biāo)定出來的儀表系數(shù)有較大影響。用水標(biāo)定的智能渦街流量計，用來測量空氣或者蒸汽，需要重新用空氣再進行一次標(biāo)定，調(diào)整系數(shù)。
實驗不足
通過在本單位兩套標(biāo)準(zhǔn)裝置上的實際檢定，可以看到蒸汽渦街流量計的儀表系數(shù)的確在不同介質(zhì)的檢定裝置上有一定誤差。但是，實驗中也仍然存在很多不足: 兩套裝置一個是正壓檢定、一個是負(fù)壓檢定，而且前后直管段的長度也不同等這些因素也可能是引起儀表系數(shù)誤差的原因。如何能更好、更科學(xué)地驗證渦街流量計儀表系數(shù)不受標(biāo)定介質(zhì)的影響，仍需要進一步的工作
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