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负压法检定气体旋进旋涡量计的计量特性分析
点击次数:722 发布时间:2016-11-24

概述
气体旋进旋涡流量计采用微处理技术,具有功能强、流量范围宽、操作维修简单,安装使用方便等优点,主要技术指标达到国外同类产品先进水平。广泛应用于石油、化工、电力、冶金煤炭等行业各种气体计量。负压法音速喷嘴气体流量标准装置由于系统能够提供的流量足够大、流场稳定,加之现在的音速喷嘴加工精度越来越高,被广泛应用于计量检测行业作为标准使用。用负压法检定气体旋进旋涡流量计可以保证计量的准确性。
1、结构组成及工作原理
1.1 结构及作用
气体旋进旋涡流量计主要构成部分有由传感器和转换显示仪组成,传感器包括旋涡发生器、检测元件、整流器和壳体;旋涡发生器由特定螺旋形叶片组成,它固定在壳体收缩段前端,强迫流体产生强烈的旋涡流;检测元件安装在靠近扩张管的喉部,用热敏、压电、应变、电容或光纤等检测元件可测出旋涡进动的频率信号;整流器固定在流量计表体出口,其作用是消除旋涡流,以减小下游流态对仪表测量的影响;壳体设计成一定形状的流道,使旋涡形成,固定和保护安装在内部的零部件,并通过法兰与管道相连接。转换显示仪主要压电传感器和显示器组成,由压电传感器检测到的微弱电压信号经过放大、滤波、整形后,变成频率与流量成正比的脉冲信号,然后由显示仪计数显示;显示仪配有外输接口,输出各种信号,对测量的气体介质可进行温度和压力的补偿,转换为标准状况下的体积流量显示。
1.2 工作原理
流量计采用了旋涡进动频率与流量相关的工作原理。当流体通过由螺旋形叶片组成的旋涡发生器后,流体被迫绕着发生体轴剧烈旋转,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,不受流体物理性质和密度的影响。检测元件测得流体二次旋转进动频率为为流量。且能在较宽的流量范围内获得良好的线性度。
流量计算式为:  K = f / q
式中:
K 为流量仪表系数,l/m;
f 为旋涡频率,Hz;
q 为体积流量,m 3 /h;
原理图如图1所示。

2 测量条件及方法
2.1 测量依据
JJG1121-2015 《旋进旋涡流量计》检定规程。
2.2 环境条件
大气温度为(23.8±1)℃;大气相对湿度为(39±1)%RH;大气压为(93.2±0.5)kPa,检定用介质温度(18.9±0.2)℃;电源电压应为(220±22)V,电源频率应为(50±2.5)Hz;外界磁场、机械振动小到对流量计的影响可以忽略不计。
2.3 测量标准
0.25级气体流量标准装置,流量范围:(0-15000)m 3 /h,检定介质为空气。
2.4 被测对象
依据JJG1121-2015 《旋进旋涡流量计》 检定规程,取一台气体旋进旋涡流量计DN80mm, 准确度等级为1.0级作为被测对象, 流量范围: (8.0~200.0)m 3 /h。
2.5 测量过程
在规定的环境条件下,按JJG1121-2015 《气体旋进旋涡流量计》,将气体旋进旋涡流量计安装在气体流量标准装置上,保证流量计与前后直管段同轴安装。以空气为检定介质,调节流量点至zui大流量的100%流量点,运行5min,等待介质温度、压力和流量稳定后进行正式检定。依据检定规程,气体旋进旋涡流量计检定流量点分别为:qmin、qt、0.40qmax和qmax,每个检定流量点检定3次。均取其平均值作为该检定流量点的示值误差。
把流量调到规定的流量值, 运行至流体状态稳定。 记录装置和被检流量计的初始示值, 同时启动装置和被检流量计进行测量, 按装置操作要求运行一段时间后, 同时停止装置和被检流量计测量,记录两者的zui终示值。 分别计算装置和被检流量计的累积流量值, zui终计算出气体旋进旋涡流量计各流量点的示值误差。
2.6 评定结果的使用
符合上述条件的测量结果,可直接使用本不确定度的评定结果。对于其它气体旋进旋涡流量计,可根据其口径和等级,参照本不确定度的评定方法。
3、数学模型
3.1 数学模型
E = E L + E S
式中:
E 为被测旋进旋涡流量计的示值误差,%;E L 为标准装置测量被测流量计所得到的示值误差,%;E S 为标准装置对测量结果的影响,%。
3.2 灵敏系数
对上式中各参量求偏导,得到灵敏系数如下:

3.3 传播率公式
根据上述数学模型,建立传播率公式为:
4、全部输入量的标准不确定度评定
4.1 输入量 E L 的标准不确定度 u ( E L )的评定输入量 E L 的标准不确定度来源主要是被测流量计测量的重复性,可以通过连续测量得到测量列E L1 、 E L2 ??  E Ln 的方法计算得出,采用A类方法进行评定。
取一台稳定性较好的属于第1类的气体旋进旋涡流量计,流量点选择为 q max ,即200m 3 /h。用标准装置测量流量计,连续测量15次,得到一组示值误差的测量列,见表1。

实际测量情况,在重复性条件下连续测量6次,以6次测量算术平均值为测量结果,则可得到:
4.2 输入量 E S 标准不确定度 u ( E S )的评定输入量 E S 标准不确定度 u ( E S )主要来源于标准装置的扩展不确定度,采用B类方法评定。
依据检定证书,气体流量标准装置的扩展不确定度为: U rel =0.25%; k =2,所以其标准不确定度为: u ( E S )=0.25%/2=0.125%。
4.3 标准不确定度汇总表
根据以上标准不确定度分量汇总见表2。

通过以上的分析和论述可知,该气体旋进旋涡流量计校准结果的湘桂扩展不确定度为0.25%,满足检定规程中规定的灵敏度的校准不确定度要求。通过对该流量计的准确测量和合理评定,为该技术领域的
计量检测工作提供了一定的参考价值,进一步保证了城市燃气计量的准确性和可靠性,保障了交易双方的切身利益,提供了有力的技术保障。

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