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渦街流量計(jì)的標(biāo)定誤差來(lái)源分析 |
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| 發(fā)布日期：2021-06-17 點(diǎn)擊：1675次 |
渦街流量計(jì)本質(zhì)上是一種速度式流量計(jì)，其直接測(cè)量的量為介質(zhì)的流速，考慮到由于體積流量?jī)H以介質(zhì)流速及截面積確定，不受其他因素影響，因此，一般以體積流量進(jìn)行示值誤差或儀表系數(shù)的計(jì)算依據(jù)。
在使用文丘里噴嘴氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置對(duì)流量計(jì)進(jìn)行標(biāo)定時(shí)，根據(jù)連續(xù)性原理，達(dá)到臨界條件后，只要分別測(cè)得被檢流量計(jì)、噴嘴兩處的氣體溫度、靜壓、濕度，則可通過(guò)密度關(guān)系計(jì)算被檢表處流量標(biāo)準(zhǔn)值，即標(biāo)準(zhǔn)裝置示值，再讀取流量計(jì)示值即可計(jì)算示值誤差。但如上文所示的流量計(jì)一般無(wú)法直接測(cè)量其內(nèi)部氣體狀態(tài)參數(shù)，而只能在儀表上、下游的管道上進(jìn)行開(kāi)孔測(cè)量作近似估值，通過(guò)此方式所測(cè)流量標(biāo)準(zhǔn)值實(shí)際為測(cè)量孔截面處氣體流量�？紤]到在實(shí)驗(yàn)室條件下，氣體的溫度、濕度基本恒定，而在不同的位置測(cè)量的靜壓值則有較大差異，因此，測(cè)壓位置的選取對(duì)體積流量標(biāo)準(zhǔn)值的計(jì)算準(zhǔn)確性起重要影響。根據(jù)JJG1029－2007《渦街流量計(jì)檢定規(guī)程》，一般于儀表下游段2至7倍內(nèi)徑距離的范圍內(nèi)都可認(rèn)為是合理的測(cè)壓位置，所測(cè)靜壓與儀表內(nèi)部實(shí)際值近似視作相等，但當(dāng)被檢儀表為上文所述E+H流量計(jì)時(shí)，由于其表體管道內(nèi)徑稍大于標(biāo)準(zhǔn)裝置管道，則儀表與直管段間連接處將出現(xiàn)突變轉(zhuǎn)折截面，如圖4所示，當(dāng)氣體流經(jīng)轉(zhuǎn)折面時(shí)，將產(chǎn)生一定壓力損失，此時(shí)下游段測(cè)壓處所測(cè)得氣體靜壓理論上比儀表內(nèi)部實(shí)際值小，導(dǎo)致計(jì)算所得標(biāo)準(zhǔn)體積流量比儀表處實(shí)際值大，且流量越大該過(guò)程的壓能損失越多，下游測(cè)壓計(jì)算所得標(biāo)準(zhǔn)值越偏離真值，這種誤差可認(rèn)為是實(shí)驗(yàn)方法引起的系統(tǒng)誤差［6］。
4.1機(jī)械能損失分析
因流量計(jì)傳感器組成部分前后均有一定長(zhǎng)度表體直管段且與標(biāo)準(zhǔn)裝置管道間內(nèi)徑差異較小，流場(chǎng)擾動(dòng)基本被儀表本身抗干擾能力克服，可認(rèn)為流量計(jì)計(jì)量性能不受影響，則只需考慮氣體靜壓測(cè)量值的準(zhǔn)確性。從能量損失角度分析:如圖5所示，由于流線不能轉(zhuǎn)折，流體在流經(jīng)突然收縮斷面時(shí)，將形成流股收縮，至c－c斷面后逐漸擴(kuò)散，在此過(guò)程中，流體先有加速的收縮流后減速的擴(kuò)散流兩者都產(chǎn)生阻力［7］。為簡(jiǎn)化分析此過(guò)程中的能量損失，設(shè)流體為不可壓縮流體，設(shè)c－c斷面處的理想平均流速為v0，根據(jù)伯努利方程:
式中，α1為動(dòng)能修正系數(shù)，無(wú)量綱;v1為斷面1－1處流體平均流速，m/s;P1為斷面1－1處流體靜壓，N/m2;α0為動(dòng)能修正系數(shù)，無(wú)量綱;v0為斷面c－c處流體理想平均流速，m/s;PC為斷面c－c處流體靜壓，N/m2;ρ為流體密度，kg/m3;g為重力加速度，N/kg或m/s2。
實(shí)際上從1－1斷面至c－c斷面間存在一定能量損失，假設(shè)為U1，再者c－c斷面的實(shí)際平均流速νC要比v0稍小一些，它們的比值νC/v0=Cν，稱為流速系數(shù)，一般約為0.99～0.97［7］，基于本文所討論情況，該斷面收縮較小，取Cν=0.99計(jì)算，且在紊流狀態(tài)下α1=α0=1，即:
由于在標(biāo)定實(shí)驗(yàn)中，流體介質(zhì)一般為空氣，而空氣是一種可壓縮流體，考慮到在重力場(chǎng)中，可壓縮性流體的勢(shì)能與壓力能、動(dòng)能比較起來(lái)是小得可以忽略不計(jì)的［7－8］，即伯努利方程可簡(jiǎn)化為以下形式:
其中C為常數(shù)，且氣體在流量計(jì)內(nèi)(斷面1－1處)流至測(cè)壓處(斷面2－2)的過(guò)程中可近似地看作等熵過(guò)程，因此，有P1/ρk1=P2/ρk2，ρ1=P1/P2()1/kρ2，對(duì)于空氣的等熵指數(shù)k≈1.4，由于在此過(guò)程中單位質(zhì)量流體的能量損失U很小，為簡(jiǎn)化分析直接用ρ2計(jì)算其機(jī)械能損失，則方程可寫(xiě)為：
式中，P1為渦街流量計(jì)內(nèi)(斷面1－1處)空氣靜壓，N/m2;ρ1為流量計(jì)內(nèi)(斷面1－1處)空氣密度，kg/m3;v1為流量計(jì)內(nèi)(斷面1－1處)空氣平均流速，m/s;P2為測(cè)壓點(diǎn)(斷面2－2處)空氣靜壓，N/m2;ρ2為測(cè)壓點(diǎn)(斷面2－2處)空氣密度，kg/m3;v2為流量計(jì)內(nèi)(斷面2－2處)空氣平均流速，m/s。
由于在標(biāo)定實(shí)驗(yàn)中，空氣的質(zhì)量流量Qm可通過(guò)文丘里噴嘴測(cè)量換算得到，設(shè)斷面1－1處、斷面2－2處管道面積為S1、S2，則空氣在兩處的流速分別為:
式中，Qm為空氣的質(zhì)量流量，kg/s;S1為斷面1－1管道截面積，m2;S2為斷面2－2管道截面積，m2。
經(jīng)過(guò)變換得到一個(gè)一元方程，僅有ρ1為未知量，各項(xiàng)參數(shù)均能在實(shí)驗(yàn)中直接測(cè)量或換算所得，通過(guò)使用軟件工具如MATLAB、Excel或其他方式解出ρ1，則P1=P2ρk1/ρk2，流量計(jì)內(nèi)體積流量的理論值QV為:
式中，QV為空氣的體積流量，m3/s。 |
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