气体涡轮流量计仪表系数的计算方法

  如图 1所示, 气体涡轮流量计主要由涡轮流量变送器和指示积算仪组成[ 1] 。 涡轮流量变送器把流量信号转换成电信号, 由指示积算仪显示被测介质的体积流量和流体总量。
 

2 、气体涡轮流量计的工作原理：

  流体流经传感器壳体, 由于叶轮的叶片与流向有一定的角度 ,流体的冲力使叶片具有转动力矩 ,克服摩擦力矩和流体阻力矩之后叶片旋转 , 在力矩平衡后转速稳定 ,在一定条件下, 转速与流速成正比 ,由于叶片具有导磁性 ,它处于信号检测器 (由磁钢和线圈组成)的磁场中, 旋转的叶片切割磁力线, 周期性地改变线圈地磁通量 ,从而使线圈两端感应出电脉冲信号,此信号经过放大器的放大整形, 形成有一定幅度的连续的矩形波 ,可远传至显示仪表 ,显示出流体的体积流量或总量。
 

3、 气体涡轮流量计仪表系数的理论表达式：

  作用在涡轮上的力矩可分为以下几个 :流体通过涡轮时对叶片产生的切向推动力矩 M 1 ;流体沿涡轮表面流动时产生的粘滞摩擦力矩 M 2 ;轴承的摩擦力矩M3 ;磁电转换器对涡轮产生的电磁反作用阻力矩 M4 。

M 3	=a4 ω2 /3	(4)
M 4	=a5 ω3	(5)

分别将式(2)、(3)、(4)、(5)带入式 (1)并经整理可得:

2	ωqV  =a7	2 /3	3	(6)
qV  – a6		ω	+a8 ω

式中:a6 、a7 、a8 为经整理后的综合系数。
 
通过以上的推导过程可以看出 , 涡轮的流量与转速并不是简单的线性关系。相互之间是一个比较复杂的高次表达式关系。

4、气体涡轮流量计仪表系数的计算方法：
表 1  某一涡轮流量计出厂校验数据
 

序号	流量		频率	仪表系数
	qV  /(L s– 1 )		f H/ z	K /L– 1
1	28.	06	1 766	62.	88
2	19.	62	1 233	62.	90
3	11.	42	724	63.	41
4	6.	82	437	64.	02
5	5.	52	352	63.	81
平均仪表系数				63.	03

	由式 (6)可以看出, 涡轮的流量与转速的关系比	一个多项式近似代替比较复杂的解析表达式。 根据傅
较复杂。为了简化应用 ,通常省略影响比较小的等式		立叶定律,在提高多项式次数的情况下即可得到更高
右边部分,这样即可得出一个线性表达式 ,将角速度转		的计算精度。
换为频率后即为 qV  =f K/ 。表 1是某一涡轮流量计出		结合表 1的数据和式 (6), 对表 1 的数据分别进
厂时的校验数据 ,其流量的计算表达式为 :流量 =频		行了不同次数的多项式拟合。 多项式拟合方法有许
率 ÷ 平均仪表系数。 虽然其度已经达到了 1. 5		多 ,例如在 M TALB中、Exce ll中均可实现数据的拟合。
级 ,但在实验室条件和对精度要求比较高的场合中,		笔者为了计算方便及多方面的要求 , 使用 VB 语言编
	1. 5级并满足不了其精度要求。 为了提高计算精度, 现	写了一个多项式拟合程序, 拟合方法参考于文献 [ 4]
考虑采用多项式曲线拟合的方法, 在其量程范围内用		中曲线拟合部分。结果见表 2。

 

						表 2		不同仪表系数计算方法的比较
				采用平均仪表系数						采用一次多项式拟					采用二次多项式拟					采用三次多项式拟
序号	频率	标准流量			计算结果					合方法计算结果					合方法计算结果					合方法计算结果
		qV  (/L s– 1)
	f H/ z			计算流量		相对误差				计算流量		相对误差			计算流量		相对误差			计算流量		相对误差
				q'/(L s -1 )		%				q'/(L s – 1)		%			q'/(L s– 1)		%			q'(/L s– 1 )			%
				V						V					V					V
1	1 766	28.	06	28.	018	0.	150	28.			085	0.	089	28.		070	0.	036	28.		059	0.	004
2	1 233	19.	62	19.	562	0.	296	19.			570	0.	255	19.		588	0.	163	19.		623	0.	015
3	724	11.	42	11.	487	0.	587	11.			438	0.	158	11.		451	0.	271	11.		411	0.	079
4	437	6.	82	6.	933	1.	657	6.			853	0.	484	6.		848	0.	410	6.		840	0.	293
5	352	5.	52	5.	585	1.	178	5.			495	0.	453	5.		483	0.	670	5.		507	0.	236

  通过表 2的比较可以发现在使用一次多项式拟合的情况下,流量误差比原来平均减小了一半,在使用三次多项式拟合的情况下 ,流量误差则减小了一个数量级。精度有显著提高。

5 、结论：

  在有计算机参与数据处理的情况下 ,还可以提高拟合多项式的次数来得到更的数据。 同时还应该引入压力和温度的修正。