分享BURKERT流量計(jì)特性影響因素分析

分享BURKERT流量計(jì)特性影響因素分析
    BURKERT流量計(jì)是種速度式流量測(cè)量?jī)x表，具有高精度、寬量程、脈沖輸出等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)過(guò)程被廣泛應(yīng)用［1-4］。由于被測(cè)對(duì)象的流動(dòng)狀態(tài)和黏度等因素會(huì)對(duì)渦輪流量計(jì)的特性造成較大影響，因此如不采取相應(yīng)修正措施，會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生較大誤差。可見，了解和掌握各類因素對(duì)渦輪流量計(jì)特性的影響機(jī)理，并研究補(bǔ)償措施，對(duì)提高渦輪流量計(jì)的測(cè)量精度具有重要意義。
    1流量測(cè)量精度影響因素
    BURKERT流量計(jì)的原理如圖1所示，結(jié)構(gòu)如圖2所示。渦輪流量計(jì)主要由殼體組件、葉輪組件、前后導(dǎo)向架組件、壓緊圈和帶前置放大器的磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換器等組成。在被測(cè)流體沖擊下，渦輪沿管道軸向旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)速度隨流量的變化而變化，流量大則渦輪轉(zhuǎn)速也大。磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換器將渦輪的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為相應(yīng)頻率的電脈沖，送入顯示儀表進(jìn)行累積和顯示。根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)脈沖數(shù)和累積脈沖數(shù)，即可求出瞬時(shí)流量和累積流量。
    在定流量和流體黏度范圍內(nèi)，渦輪流量計(jì)輸出的信號(hào)脈沖頻率F與通過(guò)渦輪流量計(jì)的體積流量qv成正比，即：
    F=Kqv（1）
    式中：K為渦輪流量計(jì)儀表常數(shù)，1/L。
    將測(cè)得的信號(hào)脈沖頻率除以儀表常數(shù)，即可得到體積流量。
    渦輪流量計(jì)的理想工作狀態(tài)是儀表常數(shù)K為常數(shù)，但實(shí)際使用中渦輪流量計(jì)的儀表常數(shù)與體積流量呈函數(shù)關(guān)系，即K=f（qv），影響該函數(shù)關(guān)系的主要因素有外部流狀態(tài)、流體黏度等，因此在實(shí)際使用時(shí)，需要考慮消除或修正這些因素的影響［5］。
    1.2外部流狀態(tài)對(duì)渦輪流量計(jì)特性的影響
    渦輪流量計(jì)的在實(shí)際使用中會(huì)受到漩渦流動(dòng)、脈動(dòng)流等的影響。漩渦流動(dòng)狀態(tài)與上游管道狀況有關(guān)，脈動(dòng)流則由壓氣機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、旋轉(zhuǎn)式機(jī)械等產(chǎn)生，會(huì)影響渦輪流量計(jì)的特性。
    1.2.1漩渦流動(dòng)
    漩渦流動(dòng)會(huì)直接影響渦輪流量計(jì)葉片的受力情況，進(jìn)而對(duì)測(cè)量精度產(chǎn)生影響。針對(duì)漩渦流動(dòng)對(duì)渦輪流量計(jì)的影響，學(xué)者們進(jìn)行了大量研究。
    將管道內(nèi)有旋轉(zhuǎn)流存在的流場(chǎng)作為研究對(duì)象，研究了旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度、渦輪流量計(jì)儀表精度與上游直管段長(zhǎng)度之間的關(guān)系，得到了旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度與上游直管段的關(guān)系：
    Sw=be-cx（2）
    式中：Sw為旋轉(zhuǎn)因數(shù)，用于表征漩渦強(qiáng)度；b和c為與流體性質(zhì)、雷諾數(shù)和流量有關(guān)的常數(shù)，需要通過(guò)試驗(yàn)確定，對(duì)于不可壓縮流體，b取值為0.030～0.085，c取值為0.10～0.50；x為上游直管段長(zhǎng)度X與上游直管段直徑D的比值。
    儀表精度δ與x的關(guān)系為：
    式中：α、d為待定因數(shù)；K0為出廠所標(biāo)定的儀表常數(shù)。
    將試驗(yàn)所得b、c值代入式（2），可知隨著上游直管段長(zhǎng)度的增加，漩渦流動(dòng)的旋轉(zhuǎn)流強(qiáng)度會(huì)隨之衰減，即Sw值變小。由式（3）可知，渦輪流量計(jì)越靠近漩渦流動(dòng)的源頭，渦輪流量計(jì)的精度就越差，即x越小，δ越大。因此，在安裝渦輪流量計(jì)時(shí)，增加其上游直管段長(zhǎng)度以削弱漩渦流動(dòng)對(duì)渦輪流量計(jì)精度的影響是有益的。
    對(duì)渦輪流量計(jì)在漩渦流動(dòng)中的特性進(jìn)行了研究，計(jì)算了上游直管段長(zhǎng)度變化時(shí)儀表常數(shù)的變化情況。圖3為X=3D、X=9D、X=15D時(shí)，渦輪流量計(jì)分別在正旋來(lái)流、負(fù)旋來(lái)流的條件下，儀表常數(shù)隨體積流量的變化趨勢(shì)。由圖3可看出：渦輪流量計(jì)上游直管段越長(zhǎng)，漩渦流動(dòng)對(duì)儀表常數(shù)影響就越小，這趨勢(shì)與張新平所得結(jié)論致；正旋轉(zhuǎn)來(lái)流會(huì)使儀表常數(shù)偏大，而負(fù)旋轉(zhuǎn)則會(huì)使儀表常數(shù)偏小。
    1.2.2脈動(dòng)流
    脈動(dòng)流指流體在測(cè)量區(qū)域流速是時(shí)間的函數(shù)，但在個(gè)足夠長(zhǎng)的時(shí)間段內(nèi)有個(gè)恒定的平均值。國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)進(jìn)口脈動(dòng)流脈動(dòng)頻率對(duì)渦輪流量計(jì)的影響規(guī)律進(jìn)行了系列研究，并得出進(jìn)口脈動(dòng)流對(duì)渦輪流量計(jì)測(cè)量誤差的影響規(guī)律。為李文、應(yīng)啟戛針對(duì)進(jìn)口脈動(dòng)流不同的脈動(dòng)頻率對(duì)測(cè)量誤差的影響進(jìn)行研究所得到的結(jié)果，由可以看出：進(jìn)口脈動(dòng)流會(huì)導(dǎo)致渦輪流量計(jì)測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)正誤差，即測(cè)量值與真值相比偏大；當(dāng)進(jìn)口脈動(dòng)流的脈動(dòng)頻率小于渦輪流量計(jì)葉輪角頻率時(shí)，渦輪流量計(jì)測(cè)量結(jié)果接近真實(shí)值，進(jìn)口脈動(dòng)流所引起的測(cè)量誤差很小；當(dāng)進(jìn)口脈動(dòng)流的脈動(dòng)頻率大于渦輪流量計(jì)葉輪角頻率時(shí)，進(jìn)口脈動(dòng)流所引起的測(cè)量誤差則較大。