[導讀] 流體的粘性對渦輪流量計的儀表系數有很大影響，本文使用活塞式液體標準體積管在不同粘度下對輪流量計進行了實驗研究，得出了儀表系數與流量、流體的粘度之間關系曲線。
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。