【摘要(yao)】在氣體渦輪(lun)流量計
實際(jì)應用的基礎(chu)上，氣體渦輪(lún)流量計的性(xìng)能特點✏️，分析(xi)了影響🔴氣體(ti)渦輪流量計(jì)精度的各種(zhǒng)因素，并基于(yú)💋該精⁉️度測量(liang)了💃🏻氣體渦輪(lún)流量計，總結(jie)了提高🔴數據(ju)正确率的基(jī)礎方法。
一、引(yin)言
儀器的精(jīng)度一般有準(zhun)确度、正确度(dù)和精密度。準(zhun)确度A是檢測(cè)真實值和結(jié)果二者的相(xiàng)同程度，并且(qie)由A=ε±U表示，其中(zhōng)U是不确定性(xing)系統誤差±e和(he)随機不确定(dìng)度ΔM綜合的不(bu)确定性。精度(du)是測量結果(guo)的系統誤差(chà)程度。由于系(xi)👅統誤差E包括(kuo)兩部分，确定(dìng)的系統誤差(cha)和未定義的(de)系🈲統誤差±e，所(suǒ)以精度可以(yi)表示爲E=±e。測量(liàng)精度高，精度(du)等級可達1級(ji)、1.5級。測量💜範圍(wéi)寬度，測量範(fan)圍寬度一般(bān)🌈爲1:20。
二、機械摩(mo)擦與流體阻(zǔ)力對精度的(de)影響
(一)氣體(tǐ)渦輪流量計(jì)的數學模型(xíng)
用于渦輪機(jī)的轉矩一般(bān)分爲由流過(guò)渦輪機的流(liú)體産🙇♀️生的驅(qū)動轉矩Tr。由渦(wo)輪機表面流(liú)動的流體引(yǐn)起的粘性摩(mó)擦以及渦輪(lún)機軸和軸承(cheng)，齒輪和齒輪(lun)施加到渦輪(lún)機的機械摩(mo)擦力矩Trm。當流(liu)體通過渦輪(lun)機時流向渦(wō)輪機的流體(tǐ)阻力轉矩Trf和(he)渦輪機中的(de)♋磁電轉換器(qì)産生的電磁(cí)反沖轉矩Tre。
(二(er))機械摩擦阻(zǔ)力矩Trm對精度(du)的影響
對于(yú)真正的氣體(tǐ)渦輪機流量(liàng)計，渦輪機必(bi)須首先✂️通過(guò)🈲靜✏️摩擦的阻(zǔ)礙力矩才能(neng)旋轉，克服渦(wo)輪靜摩擦扭(niu)矩所需的🧑🏽🤝🧑🏻最(zui)小🏒值稱👌爲流(liú)量計的初始(shi)流量qvmin。如果流(liú)量計小于qvmin，則(ze)渦輪🈲不會旋(xuan)轉，并且不會(hui)輸出脈沖信(xin)号。當流量等(deng)于起始流量(liàng)時，渦輪機啓(qǐ)動，但此時的(de)角速度非常(chang)小，并且流體(ti)阻力轉矩Trf的(de)影響可忽略(lue)不計。
(三)流體(ti)阻力矩Trf對精(jing)度的影響
當(dāng)流量大于初(chū)始流量的時(shí)候，渦輪機旋(xuán)轉角速度随(sui)着流量增加(jiā)而增加，并且(qie)影響流量計(jì)精度的主要(yao)原因變成了(le)由流體産生(shēng)的牽引扭矩(ju)Trf。
1.層流流動狀(zhuàng)态時的流量(liang)計特性
在層(ceng)流狀态下，流(liu)體流動阻力(li)與流體粘度(dù)μ和渦輪機旋(xuan)轉角速度ω成(chéng)正比。ω與流體(tǐ)流量成正比(bǐ)。
在層流狀态(tài)下，儀器系數(shu)K與流體粘度(du)μ的變化有關(guān)。如果粘度不(bú)變，則随着流(liú)量qV的增加儀(yí)器系數K也将(jiang)增加。
2.紊流流(liu)動狀态時的(de)流量計特性(xing)
在湍流狀态(tai)下，流體的流(liú)動阻力與其(qí)密度ρ和速度(dù)qV成正比㊙️。此刻(kè)，不可以算出(chu)流體粘度的(de)影響。
三、提高(gao)精度的方法(fǎ)
(一)減少機械(xiè)阻力
首先，應(yīng)該完成渦輪(lún)機的平衡，因(yīn)爲如果渦輪(lun)機的質量🚩中(zhong)心不在軸上(shàng)，則渦輪機本(ben)身的重量會(huì)爲軸承增加(jia)額㊙️外的慣性(xìng)力矩❄️，爲了提(tí)高流量計流(liú)量低時的精(jīng)度，需要提高(gao)加工品質♻️，降(jiàng)低機械摩擦(cā)阻力。
(二)克服(fú)流體阻力的(de)影響
首先，氣(qi)動渦輪機的(de)表面應平滑(huá)以減少氣體(tǐ)和渦輪機之(zhī)間的粘性摩(mó)擦。其次，根據(jù)Trf=C1μqv的特性和層(ceng)流狀态Trf中的(de)流🐕體阻力矩(ju)，随着qv的增加(jia)儀器系數K也(ye)增加🈲。另外，渦(wo)輪葉片的重(zhong)疊率不宜過(guo)高。否則流體(tǐ)阻力将會非(fēi)常高，流量計(ji)的測量精度(du)也會降低。
(三(san))減少漏氣對(dui)氣體渦輪流(liu)量計精度的(de)影響
流向葉(yè)片的驅動扭(niu)矩Tr變小，影響(xiǎng)流量計的精(jīng)度。所以，氣動(dong)渦💞輪機與内(nei)壁之間的間(jiān)隙通常小于(yu)0.5至1mm。重疊系數(shù)通常用于指(zhi)示兩個相鄰(lin)渦輪葉片相(xiàng)互重😘疊的程(chéng)度。重複的元(yuan)素不應該太(tai)小。否則，洩漏(lòu)增加，重疊因(yin)子通常從1－1.1中(zhōng)選擇。
四、壓力(lì)、溫度及壓縮(suo)系數的修正(zheng)
氣體的體積(ji)與壓力、溫度(dù)和壓縮系數(shù)有關。氣體渦(wo)👄輪流量計必(bi)💃🏻須通過壓力(lì)和溫度校正(zhèng)将在運行條(tiáo)件下測量的(de)體積轉🛀🏻換爲(wèi)👣标準條件下(xia)的體積值。當(dang)✂️氣體溫度較(jiào)低并且壓力(li)較高時，必須(xū)考慮壓縮因(yīn)子的影響⁉️，以(yǐ)确保高精度(dù)的氣體流量(liang)測量。
(一)壓力(lì)、溫度修正的(de)必要性
流量(liang)計的校準溫(wēn)度設置爲25°C，設(she)壓力爲0.1MPa。在氣(qì)體介質👣的🥵現(xiàn)實操作🛀溫度(du)爲0℃，氣壓爲0.1MPa時(shi)，忽略溫度的(de)影響會導緻(zhi)以下誤差:
在(zài)氣态介質溫(wēn)度的實際操(cao)作中，測量值(zhí)爲25°C，壓力爲0.105MPa，如(rú)果流量計溫(wēn)度在25°C，0.1MPa壓力下(xià)校準，則會導(dǎo)緻忽略壓🌍力(lì)的誤差:
忽略(luè)溫度和壓力(li)的影響，發生(shēng)較大的誤差(chà)，因此有必要(yao)對溫度和壓(ya)力進行校正(zheng)，壓力傳感器(qì)和溫度傳感(gǎn)🤟器盡可能🔆使(shi)用🐅高精♋度産(chan)品。如果流量(liàng)計的精度爲(wei)1%，則溫度傳感(gǎn)器的精度必(bì)🏃♂️須高于0.2°C，壓力(li)傳感器的精(jīng)度必須高于(yu)0.2%。
(二)修正氣體(ti)壓縮系數
1.壓(ya)縮系數修正(zhèng)的必要性
壓(yā)縮系數是測(ce)量實際氣體(tǐ)接近理想氣(qì)體程度的參(can)數。壓縮因子(zi)随着溫度和(hé)壓力而變化(huà)，并且一般來(lái)說該功能通(tōng)過比較壓🐆力(lì)Pr和溫度Tr來表(biǎo)示。Pr=P/Pm;Tr=T/Tm。比如說，天(tiān)然氣臨界溫(wen)度Tm是191.16k，臨界壓(ya)力Pm是4.64mpa。在溫度(du)爲0℃時和壓👨❤️👨力(lì)爲0.2MPa時，Pr=0.2/4.64，Tr=273/191，16;Z=0.995。忽略Z的(de)值則誤差爲(wèi)0.502%。
由于流量計(jì)的相對誤差(chà)必須保持在(zai)1%或1.5%以内，如果(guǒ)壓力🎯大于🔞0.2Mpa，則(zé)必須考慮壓(ya)縮系數。
可以(yi)從一般曲線(xian)或使用狀态(tài)方程計算Z值(zhí)。爲了便于計(jì)🐪算，使用二次(ci)拟合曲線的(de)方法近似Z值(zhi)。求解Z值時，選(xuan)擇在研究範(fàn)圍内均勻分(fèn)布的6個Tr點作(zuo)爲比較🔞溫度(du)範圍内的參(can)考點✉️，以及Z和(he)Pr之間的簡單(dan)函數關系我(wo)明白了。在溫(wēn)度爲T1的時候(hou)，對比溫度⭐是(shì)Tr1，壓縮系數是(shi)ZT1;在溫度爲T2的(de)時候，對比溫(wēn)度是Tr2，壓縮系(xi)數是ZT2;在現實(shi)中的氣體測(ce)量時，氣體成(chéng)分的變化通(tong)常♋來說不會(hui)太大🌈，所以Tm和(hé)Pm的值應⁉️該保(bǎo)持不變。
五、結(jié)束語
(1)校準小(xiǎo)直徑、小流量(liàng)渦輪流量計(ji)應使用标準(zhun)鍾形裝置。校(xiào)準大直徑大(dà)流量渦輪流(liú)量計應使用(yong)聲波噴嘴。标(biāo)準渦輪流量(liàng)計也可以用(yong)作内徑爲100mm，大(da)于100mm的渦輪流(liú)量計的标準(zhǔn)設備，但需要(yao)每年重新驗(yan)證一次。
(2)合理(lǐ)設計校準系(xì)統，确保燃氣(qi)輪機流量計(ji)前後有足夠(gou)的直管段，如(rú)果由于管路(lù)限制導緻直(zhí)管段長度不(bú)夠，在流量計(jì)前安裝整流(liú)器。當氣體質(zhì)量較差時，應(yīng)安裝過濾器(qì)以避免雜質(zhi)對系統🈲的影(yǐng)響。當氣體含(han)水量較大時(shí)，應安裝脫水(shuǐ)幹燥裝置。
(3)在(zài)選擇最佳設(shè)計和選擇高(gāo)精度輔助設(she)備(如壓力傳(chuan)感器、溫度和(hé)計時設備)時(shí)，精度必須高(gāo)于被測渦輪(lun)機🌈表的要求(qiu)精度📐。并将系(xì)統誤差降至(zhi)最低。
(4)遵循嚴(yan)格的校準程(chéng)序以符合校(xiao)準所需的溫(wēn)度、壓力、濕度(dù)和其他環境(jing)條件。
(5)正确處(chù)理數據并充(chōng)分考慮通過(guo)标準設備、測(cè)試表和标準(zhǔn)🔞設‼️備本身的(de)錯誤時氣體(ti)狀态的差異(yi)。标準設備必(bi)須💔認真㊙️管理(lǐ)⭐，并按🏃🏻照技術(shu)監督局的規(gui)定進行定期(qī)測試。
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