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)是種速度式流量測量儀表，具有高精度、寬量程、脈沖輸出等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)過程被廣泛應(yīng)用［1-4］。由于被測對象的流動狀態(tài)和黏度等因素會對渦輪流量計(jì)的特性造成較大影響，因此如不采取相應(yīng)修正措施，會導(dǎo)致測量結(jié)果產(chǎn)生較大誤差。可見，了解和掌握各類因素對渦輪流量計(jì)特性的影響機(jī)理，并研究補(bǔ)償措施，對提高渦輪流量計(jì)的測量精度具有重要意義。
    1流量測量精度影響因素
    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)輸出的信號脈沖頻率F與通過渦輪流量計(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。
    將測得的信號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)際使用中會受到漩渦流動、脈動流等的影響。漩渦流動狀態(tài)與上游管道狀況有關(guān)，脈動流則由壓氣機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、旋轉(zhuǎn)式機(jī)械等產(chǎn)生，會影響渦輪流量計(jì)的特性。
    1.2.1漩渦流動
    漩渦流動會直接影響渦輪流量計(jì)葉片的受力情況，進(jìn)而對測量精度產(chǎn)生影響。針對漩渦流動對渦輪流量計(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)流存在的流場作為研究對象，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)，需要通過試驗(yàn)確定，對于不可壓縮流體，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度的增加，漩渦流動的旋轉(zhuǎn)流強(qiáng)度會隨之衰減，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度以削弱漩渦流動對渦輪流量計(jì)精度的影響是有益的。
    對渦輪流量計(jì)在漩渦流動中的特性進(jìn)行了研究，計(jì)算了上游直管段長度變化時(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)分別在正旋來流、負(fù)旋來流的條件下，儀表常數(shù)隨體積流量的變化趨勢。由圖3可看出：渦輪流量計(jì)上游直管段越長，漩渦流動對儀表常數(shù)影響就越小，這趨勢與張新平所得結(jié)論致；正旋轉(zhuǎn)來流會使儀表常數(shù)偏大，而負(fù)旋轉(zhuǎn)則會使儀表常數(shù)偏小。
    1.2.2脈動流
    脈動流指流體在測量區(qū)域流速是時(shí)間的函數(shù)，但在個足夠長的時(shí)間段內(nèi)有個恒定的平均值。國內(nèi)外學(xué)者針對進(jìn)口脈動流脈動頻率對渦輪流量計(jì)的影響規(guī)律進(jìn)行了系列研究，并得出進(jìn)口脈動流對渦輪流量計(jì)測量誤差的影響規(guī)律。為李文、應(yīng)啟戛針對進(jìn)口脈動流不同的脈動頻率對測量誤差的影響進(jìn)行研究所得到的結(jié)果，由可以看出：進(jìn)口脈動流會導(dǎo)致渦輪流量計(jì)測量結(jié)果出現(xiàn)正誤差，即測量值與真值相比偏大；當(dāng)進(jìn)口脈動流的脈動頻率小于渦輪流量計(jì)葉輪角頻率時(shí)，渦輪流量計(jì)測量結(jié)果接近真實(shí)值，進(jìn)口脈動流所引起的測量誤差很?。划?dāng)進(jìn)口脈動流的脈動頻率大于渦輪流量計(jì)葉輪角頻率時(shí)，進(jìn)口脈動流所引起的測量誤差則較大。