流體黏度對(duì)渦輪流量計(jì)性能的影響

摘 要：為了了解流體黏度對(duì)渦輪流量計(jì)特性曲線的影響，采用同*量計(jì)分別在四種不同黏度下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比對(duì)找出流體黏度變化對(duì)渦輪流量計(jì)特性曲線、線性度的具體影響，進(jìn)而指導(dǎo)相關(guān)人員在工業(yè)計(jì)量中正確使用該流量計(jì)，保證工業(yè)計(jì)量的準(zhǔn)確性和可靠性。

關(guān)鍵字：流體黏度 線性度 系數(shù) 渦輪流量計(jì)

  隨著我國(guó)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。1—葉輪；2—導(dǎo)流器；3—*磁鋼；4—感應(yīng)線圈；

5—前置放大器；6—外殼。

  （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(zhǎng)-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(rùn)滑油。

（3）檢定裝置：航空潤(rùn)滑油流量標(biāo)準(zhǔn)裝置。

（4）被檢表：型號(hào)為L(zhǎng)WGY-1，編號(hào)為0906280，生產(chǎn)商為上海自儀九儀表有限公司。

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553.89L-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。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。

4 結(jié)束語

  隨著流體黏度的變化，流量計(jì)的系數(shù)、線性度都會(huì)發(fā)生變化，黏度越大，線性度范圍越小。同時(shí)黏度變化對(duì)特性曲線的下限流量影響zui大，影響隨著流量的增大而減小。大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，口徑越大的流量計(jì)，黏度變化對(duì)線性的影響越小；口徑越小，影響越大。

  江蘇進(jìn)源儀表有限公司作為江蘇品牌流量計(jì)生產(chǎn)廠家，主營(yíng)產(chǎn)品：污水流量計(jì)，電磁流量計(jì),蒸汽流量計(jì),汽油流量計(jì),渦輪流量計(jì),超聲波流量計(jì),平衡流量計(jì),蒸汽流量計(jì)等，為廣大消費(fèi)者提供誠(chéng)心誠(chéng)信的服務(wù)。歡迎廣大新老客戶咨詢與采購，我們攜誠(chéng)為您服務(wù)！

  我廠坐落在三湖環(huán)繞、日出斗金，由*總理親自命名的美麗荷鄉(xiāng)小城：金湖，若您需要來我廠考察觀摩，也歡迎您領(lǐng)略我們小城的三河風(fēng)光、十里河蕩、晨鼓鐘鳴，享受我們小城的鄉(xiāng)情漁趣、湖鮮美食、森浴芬芳！