標(biāo)定介質(zhì)對(duì)流量計(jì)儀表系數(shù)影響

                     標(biāo)定介質(zhì)對(duì)流量計(jì)儀表系數(shù)影響

    為了解決蒸汽流量量值溯源的問題，用于蒸汽流量計(jì)標(biāo)定的實(shí)驗(yàn)裝置按照標(biāo)定使用的介質(zhì)可分為三類。一類是以蒸汽為介質(zhì)的蒸汽實(shí)流標(biāo)準(zhǔn)裝置，這種裝置的檢測(cè)條件與表計(jì)使用的工況條件zui為相近，但由于該裝置設(shè)計(jì)要求高、檢測(cè)成本高等特點(diǎn)，目前使用很少。第二類是以水為介質(zhì)的液體流量計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置，此類裝置精度高，但是與蒸汽的實(shí)際工況條件相差較大。第三類是以空氣為介質(zhì)的氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置。
　　目前國(guó)內(nèi)外普遍采用后兩類裝置替代蒸汽實(shí)流裝置對(duì)蒸汽流量?jī)x表進(jìn)行標(biāo)定，但這兩種方法無法模擬蒸汽流量計(jì)實(shí)際的工況條件。利用計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置對(duì)渦街流量計(jì)開展了水、空氣、蒸汽3種不同介質(zhì)的比對(duì)測(cè)試實(shí)驗(yàn)，并從渦街流量計(jì)漩渦產(chǎn)生機(jī)理出發(fā)，利用流體力學(xué)及卡門渦街原理，結(jié)合蒸汽*的熱力學(xué)性質(zhì)，對(duì)渦街流量計(jì)在3種不同介質(zhì)下儀表系數(shù)存在規(guī)律性偏差實(shí)驗(yàn)結(jié)論進(jìn)行了解釋，得出各種流體介質(zhì)與渦街流量計(jì)儀表系數(shù)的關(guān)系。
渦街流量計(jì)的原理

　　渦街流量計(jì)是根據(jù)“卡門渦街”原理研制成的流體振蕩式流量測(cè)量?jī)x表。在測(cè)量管道流動(dòng)的流體中插入一根其軸線與流向垂直的非流線型柱形體，稱之為旋渦發(fā)生體。當(dāng)雷諾數(shù)達(dá)到一定值時(shí)，從旋渦發(fā)生體兩側(cè)交替地分離出兩串規(guī)則地交錯(cuò)排列的旋渦。在滿足雷諾數(shù)要求時(shí)，旋渦分離產(chǎn)生的頻率僅僅只與旋渦發(fā)生體及所在的測(cè)量管道的幾何尺寸有關(guān)。旋渦的分離產(chǎn)生的頻率于流量的大小成正比。渦街流量計(jì)的原理如圖1所示。
經(jīng)過推導(dǎo)，流體的體積流量Q與漩渦頻率f符合下面公式:
Q=f/K
　　式中:K為流量計(jì)的流量系數(shù)。在一定雷諾數(shù)范圍內(nèi)儀表系數(shù)K為常數(shù)，流量Q與漩渦頻率f成線性關(guān)系。因此，只要檢測(cè)出頻率f值，就能通過相應(yīng)的公式求得體積流量Q的值。
2實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)介
　　本次試驗(yàn)我們共采用的三套裝置，分別為國(guó)家蒸汽流量站蒸汽實(shí)流標(biāo)定裝置和我所的負(fù)壓法音速噴嘴氣體流量計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置和質(zhì)量法水流量計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置。其中冷凝稱重法蒸汽流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，以過熱及飽和蒸汽作為檢定介質(zhì)，將通過蒸汽流量?jī)x表的蒸汽進(jìn)行冷凝稱重的原理，對(duì)蒸汽流量?jī)x表進(jìn)行實(shí)流標(biāo)定。擴(kuò)展不確定度為0.1%(k=2)，檢定流量范圍為（2.5～10000）kg/h。音速噴嘴氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置是以空氣為介質(zhì)的流量檢測(cè)裝置,設(shè)計(jì)依據(jù)JJG620-1994《臨界流流量計(jì)》、《臨界流文丘里噴嘴氣體流量裝置的測(cè)量》、JJG619-2005《標(biāo)準(zhǔn)表法流量標(biāo)準(zhǔn)裝置》等。擴(kuò)展不確定度為0.25%(k=2)，檢定流量范圍為（2.5～6500）m3/h。靜態(tài)質(zhì)量法水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，擴(kuò)展不確定度為0.1%(k=2)，檢定流量范圍為（0.28～1200）m3/h。
3實(shí)驗(yàn)方案
　　將一臺(tái)準(zhǔn)確度等級(jí)符合1.0級(jí)脈沖輸出、儀表線性和重復(fù)性較好的50mm口徑渦街流量計(jì)樣機(jī)，分別在蒸汽、水、空氣三種流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上進(jìn)行標(biāo)定實(shí)驗(yàn)。前后直管段符合檢定規(guī)程要求，前直管段大于10倍公稱通徑（10DN）、后直管段大于5倍公稱通徑（5DN），依次從zui小流量qmin、分界流量qt、zui大流量qmax的25%、40%、70%和，共計(jì)6個(gè)流量點(diǎn)，每個(gè)流量點(diǎn)重復(fù)檢定3次，每次檢定60s。分別計(jì)算其儀表系數(shù)、線性誤差、重復(fù)性誤差數(shù)據(jù)，比較在不同介質(zhì)的檢定裝置下測(cè)量數(shù)據(jù)差異和。
4實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
　　按照渦街流量計(jì)的檢定規(guī)程對(duì)該試驗(yàn)樣機(jī)各流量點(diǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)、檢定，在3套不同介質(zhì)的檢定裝置下的實(shí)驗(yàn)的儀表系數(shù)、線性度、重復(fù)性如下表1所示，流量曲線關(guān)系如圖2所示。
表1不同介質(zhì)的檢定裝置下的實(shí)驗(yàn)的儀表系數(shù)、線性度、重復(fù)性

　　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖可以看出，發(fā)現(xiàn)儀表系數(shù)偏差的正負(fù)方向上基本相同。渦街流量計(jì)在空氣、水、蒸汽三種不同介質(zhì)的儀表系數(shù)存有差異且差異還是比較明顯的，在其流量范圍內(nèi)儀表系數(shù)依次減小。綜合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，空氣測(cè)定的儀表系數(shù)值比水為介質(zhì)測(cè)量?jī)x表系數(shù)值偏大在（0.5～1.4）%之間的數(shù)值，比蒸汽條件下測(cè)量的儀表系數(shù)偏大（1.6～2.0）%之間的數(shù)值。
 
5實(shí)驗(yàn)結(jié)論
　　通過標(biāo)定實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)渦街流量計(jì)在蒸汽、水、空氣3種不同介質(zhì)下，其主要計(jì)量性能如儀表系數(shù)、線性誤差和重復(fù)性誤差會(huì)有所差別，具體表現(xiàn)為：（1）在小流量qmin時(shí)，以蒸汽為標(biāo)定介質(zhì)，此時(shí)的儀表系數(shù)zui小，此時(shí)由于受蒸汽的溫度的影響，造成儀表系數(shù)偏小。（2）隨流量的逐漸增大，以空氣為標(biāo)定介質(zhì)的儀表系數(shù)變化逐漸增大且變化率zui快，蒸汽介質(zhì)的儀表系數(shù)變化次之，以水為介質(zhì)的儀表系數(shù)變化zui小。