1 前言

 

      渦輪流量計是基于力矩平衡原理，屬于速度式流量儀表。它具有如下特點：（1）它的量程比寬，量程比可達8~10，在同樣的口徑下，它的最大流量值大于很多其它流量計。（2）它輸出的信號是與流量成正比的脈沖信號，在傳輸過程準確度不降低，易于累積，易于送入計算機系統。（3）結構簡單、反應靈敏、安裝維修方便。因而在流量計量過程中具有廣泛應用。

 

      目前渦輪流量計出廠一般都是用水或粘度比較低的柴油進行檢定，渦輪流量計所適用的流體一般都是低粘度（一般應低于15×10-6 m2/s）流體，但當流體的粘度大于15×10-6 m2/s時，流體的流動狀態會發生變化。在層流狀態時，流體的阻力矩與流體的粘度、渦輪的旋轉角速度成正比。而在素流狀態下，流體流動阻力矩與流體密度和流量成正比。因此，流體在不同的流動狀態下，流體流動對渦輪流量計的影響是不相同的。

 

      本文用標準體積管作為基準，通過實驗研究流體的粘性變化對渦輪流量計儀表系數的影響。

 

      2 試驗設備與方法

 

      2.1 試驗介質

 

      對于粘度較低的流體，選用清水和-35#軍用柴油作為試驗介質。對于其它粘度的試驗介質，獲得方法為用粘度較高的120BS基礎油與粘度較低的-35#軍用柴油按不同的比例混合，得到試驗所需粘度的介質。試驗方法是在實驗室用較精確地配置比倒，如用10%、20%、30%、50%及100%的粘度較高的120BS基礎油與-35#軍用柴油混合，混合均勻后，在一定的溫度下測量混合后的粘度，根據測量的數據，回歸出介質的粘度與混合比的關系（如圖1）。然后配置所需要的試驗介質。本試驗共選用6種粘度進行試驗，它們粘度分別是1×10-6、2×10-6、55×10-6、105×10-6、210×10-6、290×10-6 m2/s。

 

 

 

      2.2 主要的試驗裝置

 

      活塞式液體標準體積管的型號為JHYG-100，流量范圍：0.4~400 m3/h、精度：0.03%。

 

      它在使用之前，必須進行檢定，以確保在標定流量計時，從體積管標準段內置換出的液體數量。

 

      對活塞式液體標準體積管進行標定時所用的儀表設備如下：二等標準金屬量器容積100L準確度±0.025%；標準壓力表0~1.0 MPa、精度等級0.4級；標準溫度計0~50℃，其分度值0.1℃。秒表分度值0.01秒。

 

      每次標定時記錄體積管進、出口水的溫度和進口處的壓力，記錄體積管光電檢測筒內殷鋼棒的溫度；等標準罐內水位穩定之后再記錄標準罐刻度尺上的數值，在放水時測量水溫。根據要求，檢定次數N≥6，檢定數據見表1。

 

表1 JHYG-100型標準體積管標準體積檢定數據 

 

測試次數N

 

體積管處溫度ts(℃)

 

量器內水溫tp(℃)

 

殷鋼棒溫度tr(℃)

 

體積管處水壓PP(MPa)

 

量器標尺讀數L(mm)

 

1

 

18.9

 

19.0

 

19.5

 

0.050

 

127.40

 

2

 

19.0

 

19.0

 

20.0

 

0.052

 

127.50

 

3

 

18.7

 

19.0

 

20.0

 

0.052

 

129.90

 

4

 

18.5

 

18.9

 

19.9

 

0.054

 

129.46

 

5

 

18.2

 

18.9

 

19.9

 

0.053

 

130.00

 

6

 

17.9

 

18.5

 

20.0

 

0.053

 

130.00

 

        Vs=100+（L-70.16）·5.03/1000     （1）

      式中，L為標準量器標尺讀數mm，Vs未經溫度、壓力修正的體積管標定容積（L）、根據文獻[3]可求得標準體積管的體積。

 

      （2）

 

      式中，VPa為經過壓力溫度修正后的體積（L）；

               βs為標準量器材質的體膨脹系數，βs=3.3×10-5 （1/℃）：

               βω為水的體膨脹系數，βω=2.015×10-4（1/℃）；

               Fω為水的壓縮系數，Fω=4.91×10-10（1/Pa）：

               E為體積管材質的彈性模量，E=2.0×1011（Pa）；

               D為體積管內徑，D=0.375（m）；

               e為體積管的厚度，e=0.012（m）；

               αP為體積管材質的線脹系數，αP=1.22×10-5 （1/℃）

               αr為測量桿材質的線脹系數，αr=1.44×10-5 （1/℃）；

               ta、tP分別為標準量器和體積管的壁溫（℃）；

               tr為測量桿的溫度（℃）：

               PP為體積管內液體壓力（Pa）

 

      取6次測量的平均值作為體積管的基本體積 Vn=100.2856（L）

 

      標準體積管標準偏差σ

 

      

 

      標準體積管的重復性ER

 

      

 

      式中，ta（k）為置信度為95%的t分布系數

 

      ta（k）=2.57

 

      活塞式液體標準體積管的準確度E

 

      

 

      式中，Es為標準量器的準確度，Es=0.O25%

 

      2.3 試驗裝置流程圖

 

      進行流量計檢定時，根據[3]要求，在流量計的上游安裝壓力表，在流量計的下游安裝溫度計。渦輪變送器與計算機采用屏蔽線連接，為便于調節流量同時把變送器與流量積算儀連接，根據積算儀的瞬時流量顯示，調節每個檢定點流量的大小，保證要檢定點的流量符臺檢定規程的要求檢定流程圖2如示。