涡轮流量计测量误差分析.pdf

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1、 b一 删控 技术 1 9 9 5 年 茅J d 卷 第2 期 涡轮流量 计测量误差分析 An a l y s i s o f Me a s ur e me n t Er r o r s o f Tu r b i n e Fl o wme t er s 【摘要】阐述祸轮 流 量计 的基 表工作 原理覆 其特 点，着 重 分析 测量误 差 来塬 包括 流体 压 力 蓝度、拈度、密 度 和洲 量 范围 等，为制 定误 差修正 方 案提 高驯量 精度 提 供 依 据。关 键 词：遵 曼 型曼 苎坌 蚯 涡 丝塞 曼 盐一 A b s t r a c t The p r i nc i p l e an

2、 d s p e c ifi c c h ar a c t e r o f t ur bi n e f owme t e r s E t I e de s c r i b e d Tb c s o ur o e s o f me a s ur e me nt 6 r r ot s r e s u l t i ng f r om pr e s sur e t e m p e r at u r e s t i c k a b fli t y a nd d en s i o f t he nu i d a s we l l a s f r o m m e a s u r e ment r a n g

3、e ar e a na l yz e d p r i m ar i l y Ke y wor d s flo w me as ur e m e nt,e n柙a na l y s is t u r b i n e “owm e u s 1 前 言 涡轮流量计是一种速度式 流量测量仪器，由变送 器 和显 示仪 表 两部分 组 成 它 通过 测量 被测 流体 中的 涡 轮转速 来检测 流量，输 出与 流量 成正 比的频率 信号；频 率信 号 的优 点是 便于 远 传和 处理，尤 其便 于计 算 机 处理。另外 涡轮流量计具有测量精度高、测量范围广、压力损失小、反应快等优点。其精度可达士0 1 土0

4、 2 ，最小流量可测0 0 4 t h，最大可达1 6 0 0 0 t b，工 作 压 力 可 达 1 6 MP a，压 力 损 失 一 般 在 0 0 0 5 0 0 7 5 MP a，最大不超过0 1 2 MP a，时间常数只有几毫 秒 至几 十毫 秒，可删 瞬 时值，适于 动 态过 程 的谢 量；也 可以铡某 一定 时间 内的平均值，同时可 以累计。鉴于 满 1卜 1 f 南 京 航 空航 天大 学(2】0 o 1 6)韩文卿 轮 流量计具 有众 多优点，在工 业上应 用十分 广泛。由于涡轮流量计必须安装在管道 内，对流体的清 洁度要求较高，流体的温度、粘度、密度、压力影响测量 精度。另

5、外，转动部件的磨损也造成测量误差。为了提 高测量精度 必顽采取参数修正和定期标定的方法 2 涡轮流量计基本工作原理 涡轮流量计的叶轮置于流体流动的管道 中，啻 c 体 流动冲击涡轮叶片使满轮转动 涡轮的转速决定于作 用在 叶片上力的大小 这个力与流体容积、流量、流体 密 度和 流速的 乘积 有关 图 1搋 量 计 叶轮 设 叶轮 的平均半径为(图1)，满轮转速为 n，则 平 均半径 r o 处 流体 的切 向速 度为：一2 0”设叶栅的流通截面为 S。，则被测流体流过叶轮的 轴 向平均速 度 为：=一 Q 4 一导一 口=(1 式 中，Q 为容积流量，n为叶片对 涡轮轴 的倾角。由(1)式 可

6、 知 当 涡轮 结 构 一 定 时 r c s。为定 值，2 r r；S c t g r c 为 常数，则 容襁 流 量 Q正 比于 涡轮 转 速 r l。设 常数 c一印 2 耐 S 则 一(2)由于 涡轮 转动 过程 中存 在机 械摩 擦 力，流 体的 牯 滞摩擦力、电礴反作用力等 实际流量与涡轮转速间并 维普资讯 http:/ 竭轮 流量 计洲量 误差 分析 非按(2)式那样简单的线性关系 而是：=一(3)其 中 为 与变送 器结 构参 数、流 体性 质 及 流 动状 态 有关 的系 数；为 涡轮 流 量计 流量与 转速 之 间的转 换 系 数(3)式 为 涡轮 流量 计 实际 的特 性

7、方 程式。实际 的 特性 曲线如 图2 所示 当流量小 于 时，祸轮 流量 计的 转速 与 流量之 间不呈 线性 关 系。这主 要是 因 为在 低 流 量 下雷诺 数较 低，流动 阻力 变大 造成 的反 作 用 力矩 增 大所致。当流量增大超过 时，流体的牯滞摩擦力增 加 同时叶轮与壳体之间间隙泄漏量增大，从而改变了 变送 器的流 量系数 进 非线性 区 所以 每一 涡轮流 量 计 出厂校 准 时都规 定 了 它的 非线性 区。也 就限 定 了它 的最大 和最 小可测流 量范 围。涡轮 转速 的测量 多采 用非接触测 量法，如磁 电、光 电 霍尔效应等将祸轮转速变换为电信号接二次仪 表 我国

8、生产的 涡轮 流量计 都采 用磁 电转换 装置 叶片 用铁磁性材料制成，当每一叶片转动时通过固定在壳 体上 的永久 磁锕 磁 场时，避 路中磁 阻发生变 化，从而 使 绕在永久磁铜 外的线圈感生出脉冲电信号。该信号的 频率 与 涡艳 的转 速成 正 比，园此 与被测 流体 的容 积 流 量成正 比。通常以变送器单位容积流量所产生的电脉冲数表 示 流 量与转 速 的关 系。单 位 时间所 产生 的脉 冲数 为 瞬 时流量 脉冲总数即为流过流体的总量。流过涡轮流量 计的单位容积流体所产生的电脉冲数称为流量计的仪 表 常数或称 流量 系数，常 以 表 示。,V Q(次 m )(4)式中 为流过容积为

9、 口时变送器发出的脉冲数。；值 由试验方法求取，制造厂通过标定逐台给出。影 响涡 轮 流 量计 测 量 精 度 的 主 要参 数 有 介 质 温 度、压力、密度、粘度 以及 流量计 车 身的非 线性。当使 用 状 态 与标 定状 态不 同 时，仪 表 常数 变 化会 带来 测 量误 差。3 1 流体 压 力 变送器前流体的压力必须保证介质不在变送器内 发 生气 蚀。一 旦发 生气 蚀，流量 指 示值 将 偏大。一般情 况 下进 口压力 P P +(5)其 中，为 流 体通 过 涡轮 流量 计 时 的 压力 损 失，它 与 流 量的平方 成正 比 随 不同 口径而 不同，13 径麻大 损失 愈

10、小。通 常在 额 定 流 量 时 0 0 3 5 0 0 7 MP a P 为 加速流体进流量计以驱动叶轮旋转井达到一定速度 所需要 的压力，它取决于涡轮流量变送器 的构造和制 造工艺，在额定流量时 一般 P 一0 0 3,5 O I O S MP a 为液 体介 质 在最 高 温度最 大 流 量下 的汽化 压 力，秫 为 防止流 量计 气蚀的最 小反压 3 2 温 度 温度 变化 会 引起 涡轮 流量计 金属 材 料 热胀 拎缩。几何R寸 的变化会弓 f 起转速变化。对于叶轮和壳体材 料相同的祸轮流量计 转速变化 与温度变化的关系可 用 下简单关 系表示：等 一 3 (8)其 中，抽 为叶轮

11、角速度变化量(t a d s)I 为 叶轮在标 定 温 度下 的 角速 度(t a d，s)；为 叶轮和 壳 体 金属 材料 的膨 胀系 数(ram ram)一 b，c 为工 作 状 态温 度，为 标定状 态温度。由上式 可知，叶轮转 速随 温度差呈 线性变化，它对 测量精 度 的影 响 必须考 虑。例 如夏 季标 定的 涡轮 流 量 计冬季使 用，在 温差为 5 0 (2 时造成 误差 可达0 2 3 3 流体牯赓 被1测流体的粘滞性影响叶轮的阻尼力，即影响叶 轮的转速。目此 流量 系数(仪表常数)和流体 的粘滞 性 有关，粘度麻大 流量的线性测量范围愈小。粘滞效应 造成转速的变化符合下述关

12、系：吾 D 式 中，D为管道 通 径，即 变进 器 内径；d为边 界 层厚 度，是雷 诺数 的函数。：素 北京长城工业控制计算机技术公司 商标准 工业 控 制 鞭机 md3 0 2 J，S Y S O 8 6 3】0 3 5 B 国产 长 城a s i 0 3 5 B 照 运行 R M X 实 时操作 系统 并 配有汉 匕C RM X 操 作 系统 各 种 h侧 芯片，O E M模板，最赫塑 各娄徽帆 灵活方 便的 尸 s l A3 8 6 d 日 s，各种进 口 P C机箱(包装)墨 3 8 6 3 主板。维普资讯 http:/ 洲控 技术 1 9 9 5 年 第1 4 卷 第2 期 指数

13、与 粘度 有关，由实验方 法求取 o：志 m “，其 中，丑一V D y，可得(7)式 中，D为管道 直径，为 管道 中流体 平均 速 度，为 被 测流体 的运 动牯 度，单位 为厘拖(c s t)由式(7)可 知，叶轮转 速变 化 率 。随 流体 的运 动粘度 增加而增 加，其关 系 其能 由实验 方法求 出 用于 波体 的 涡轮流 量计 出厂前 一般 用 常温水 标 定。使 用运 动牯 度 l e s t 左 右 的 轻质 油及 其 他液 体 介 质 时，可获 得 满意结 果。不必 另行 标 定。用于牯度 在 l c s t 至 l S c s t 之 间 的液体，尚能满足工业测量的要求

14、当测量精度要求高 或 介质牯度 大 于 1 5 t 时 必须 在工作 条件 下重新 标 定 或 进行 修正。3 4 流体 密度 涡轮流量计属于速度式仪表，流体密度变化会造 成 在同一质 量流 量下祸轮 流量计 所显示 的容积 流量 不 同 液体 参数 如压 力、温 度变 化 都会 引起 密 度的变 化，随 机性 较大 比较 方便 的方 法是 进行 实 时修 正 即随 着 实用 介质参 数的 变化 自动随 时进行 修正。3 5刹量范围 由图2 特性 线 可知 必须 在流量计 线性 范围内使 用 才能 保证 测量精 度，一般 指仪表 常数变化 量在 士0 2 5 范 围 内所 对 应的 流量 上下

15、 限 为线性 范 围。超 出线性 范 围应选 用不 同规 格的变送 器或两 种规 格的 变 送器 进行必 要的 切换 也 可以进行超 量程标 定，用不 回 仪表常数进行修正。参 考文 献 1 精 诗波 液压测试 技术 机槭 工业出版 社，1 9 8 2 2 刘 欣荣 流量计 水 力电力 出版 社，1 9 0 D 3 应启夏，赵学瑞 流量检测厦仪表 上海交通大学出舨社 1 0 87 (本文 坡稿 日期：1 9 9 4 0 7)读者 服务卡 编号 0 0 8 口 微机在油田监控上的应用 石 油是一个 国家 的命脉 随着 微机 产业 飞速发展 油 田管 理和监控 巳成 为一个重 要的 课题。油田监控

16、一般由油井计量间、中转站、联台站等若 干 环 节组成。数据 采 集 为主，控制 为辅，并 要 考虑 今 后 的油 田 网的管 理。工业 P C以 其坚 固耐 用、抗 于扰 能 力强 和 与 P C兼 容 等特 点 成 为组 成 现场 级 控制 单 元 的理想选择。研华 I P C以其优良的品质赢得了众多客 户t 也在油田系统的开发与研制中同样发挥着积极的 作 用。油 田 中转站 需 要采 集和 监 测温 度、压 力、密度、流 量 等多 种现 场 信号，计 算产 液 量、产 油、产气 量及 控 制 水 温、油温、液压 等参数，需 要显示 工艺流 程、历史 趋势 图、棒形 图，报 警处理，还需要

17、计算 存储数据，定时打 印 报 表输 出。联台站则除具备前述要求外，还需对污水处理，循 环 利用。大庆采 油一 厂和 四厂采用研 华 眦 一2 8 6 3 8 6，P C L一8 3 0 计数卡、P C L一8 1 2 多功能卡、P c L 一7 2 6 模出 卡、P C L D一7 7 0，7 7 9 等 前端 信 号 调理 板及 现 场 各 类仪 表组 成功 能完 善的应 用系统，并 已投入运 行，取得 了 良 好 的社会 效益和 经济效 益。据悉 大庆 n个采油 厂已有数家采用了研华 P C 一6 1 0，并在油 田系统逐 步推 广。(替 英健)读 者服 务卡编号 0 0 9 I PC-

18、61 0 2 8 6 在铁路驼峰编组站 自动化 中的应用 铁路 驼 峰 编组 站 是铁 路 货 物运 输 的集 散 生 产 基 地，编组 和 解体 能 力及速 度 的快 慢直 接影 响 到货 物 运 输 的周 期，加上 铁路运 输又是 2 4 小 时不 阿断 运行 这 就 要 求 上位机 有 良好 的性 能和 可靠性。石家 庄铁 路分 局经 严 格撬选，决 定采 用研 华 公 司 生产 的 I P c 一 6 1 0 2 8 6 作 为 上 位机 组 成 铁路 驼 峰 编组 站生产过程与管理综合自动化系统。该 系统 具有 下几个 主要特点：1 提高 了生产过 程的安 垒性；2 大大提 高 了驼峰 编组站 的 生产能 力，经 济效 益 显著；8 加速了货物运输信息的自动化管理；4 节省 人力及 减轻工 劳动 强度；5 维护方 便。I P c一6 1 0 2 8 6 主要 负责对驼 峰编组 站 自动化 生产 过程的管理及监督。该系统采用2 台 l P c一6】0 双机热 备方式工作，并通过 同络来实现各控翩于站的数据交 换，还同上一级铁路货物运输管理信息嗣交换信息，实现对货物运输的跟踪和管理。同时 I P c 一6 1 0 还负责 记录、分 析、打 印生产 过程 中的 数据。目前 该系统运行 状态 良好(余世 勇)读 者服 务卡编 号0 1 0 口 维普资讯 http:/