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分析压缩气体流量表取压方式对检定结果的影响及优化措施

压缩气体流量表是根据卡门涡街原理研究生产的,主要用于工业管道介质流体的流量测量,如气体、液体、蒸气等多种介质。其特点是压力损失小,量程范围大,精度高,在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响。无可动机械零件,因此可靠性高,维护量小。仪表参数能长期稳定。涡街流量计采用压电应力式传感器,可靠性高,可在-20℃~+250℃的工作温度范围内工作。有模拟标准信号,也有数字脉冲信号输出,容易与计算机等数字系统配套使用,是一种比较先进、理想的测量仪器。
在特定的流动条件下,一部分流体动能会转化为流体振动,其振动频率与流速(流量)有确定的比例关系,依据这种原理工作的流量计称为流体振动流量计。目前流体振动流量计有三类:涡街流量计、旋进(旋涡进动)流量计和射流流量计。涡街流量计具有以下一些特点:
①输出为脉冲频率,其频率与被测流体的实际体积流量成正比,不受流体组分、密度、压力、温度的影响;
②测量范围宽,一般范围度可达10:1以上;
③精确度为中上水平;
④无可动部件,可靠性高;
应用范围广泛,可适用液体、气体和蒸汽。在特定的流动条件下,一部分流体动能会转化为流体振动,其振动频率与流速(流量)有确定的比例关系,依据这种原理工作的流量计称为流体振动流量计。
1、流量计工作原理及数据处理
1.1压缩气体流量表的工作原理
图1为压缩气体流量表的结构图。当流体通过由螺旋形叶片组成的旋涡发生器后,流体被迫绕着发生器剧烈旋转,形成旋涡。当流体进入扩散段时,旋涡流受到回流的作用,开始作二次旋转,形成陀螺式的涡流进动现象。该进动频率与流量大小成正比,不受流体的物理性质及密度的影响。检测元件测得流体二次旋转进动频率,通过计算就可得到流量值,且所测流量值能在较宽的范围内获得良好的线性度。流量计算式为:qv=f/K(1)
式中qv为体积流量,m3/s;f为旋涡频率,Hz;K为流量仪表系数,m-3。

压缩气体流量表检定过程中使用的取压孔在表体的下部或侧部。为了弄清楚取压方式对流量计检定准确度的影响,分别在流量计表体取压孔取压和管道取压孔取压两种取压方式下进行了流量计检定试验。
1.2试验数据处理
试验采用的标准装置为负压法临界流音速喷嘴法气体流量标准装置,其准确度等级为0.3级,可以满足一般准确度等级为1.5级的压缩气体流量表的检定要求,检定依据为JJG 198—1994速度式流量计检定规程。试验以不同厂家、不同口径的压缩气体流量表为例,对采用表体取压孔取压和管道取压孔取压方式下
不同流量点的流量计误差进行比较。
以使用广泛的DN100B压缩气体流量表为例,系统运行时间为60s,标准装置的滞止平均温度为28.9℃,空间平均湿度为30%,流量计的平均温度为28.3℃,在表体取压孔取压和管道取压孔取压的流量计检定试验数据分别如表1、2所示。

由表1、2得到DN100B压缩气体流量表在两种取压方式下的流量计相对误差曲线如图2所示。
以某公司生产的TDS200BT压缩气体流量表

例,系统运行时间为60s,标准装置的滞止平均温度为29.7℃,空间平均湿度为42%,流量计的平均温度为29.3℃,在表体取压孔取压和管道取压孔取压的流量计检定试验数据分别如表3、4所示。两种取压方式下的流量计相对误差曲线如图3所示。

表1~4中的仪表系数计算方法参见JJG 198—1994速度式流量计检定规程。流量计相对误差的计算公式为:
式中E为流量计相对误差,%;Ki为检定过程中计算得出的仪表系数,m-3;K0为原始状态的仪表系数,m-3。

2、取压方式的影响分析
从以上数据表和曲线图中可以看出:压缩气体流量表型号一定的情况下,用表体取压孔取压方式检定流量计时流量计的线性度较好,用管道取压孔取压方式检定流量计时流量计的线性度较差;流量测点相同的情况下,表体取压孔取压检定方式的流量计误差较小,管道取压孔取压检定方式的流量计误差较大;两种取压方式引起的误差随着流量的增大而逐渐增大,在流量为2 900m3/h时两者相差近6.2%,远远超出了流量计的准确度等级。所以,在压缩气体流量表的检定过程中,应避免在流量计表体取压孔以外的地方取压进行检定。
3、流量计使用改进措施
综上所述,压缩气体流量表在检定过程中,管道取压孔取压方式对流量计检定结果的影响较大。为了保证压缩气体流量表检定工作的准确性、科学性和公正性,避免由于流量计表体取压孔堵塞而导致检定员在管道取压孔取压对流量计进行检定,提出以下改进措施。
1)建议压缩气体流量表生产厂家在不影响流量计性能的前提下,适当改进流量计的结构,比如可以提高取压孔的位置,避免其被杂物堵塞。
2)用户在使用现场可在压缩气体流量表前端安装过滤装置,将杂物滤除掉。
3)压缩气体流量表出厂时将取压孔外部螺丝涂抹润滑油,同时将取压孔内部用橡皮塞堵上,防止杂物堵塞和取压孔生锈。
4)压缩气体流量表检定过程中,如果点流量变化较大,而流量计压力变化不明显时,检定系统应设置取压无效报警,以提示检定人员采取相应补救措施。