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涡轮流量计的水流量标定控制系统的构成原理


文章日期:2018-05-01|阅读数:


水流量标定系统的标定原理和特点:
  基于涡轮流量计的水流量标定系统是一种利用静态容积法原理的标定系统,即是以实际流量流过被校验仪表,再用别的标准装置标准流量计或流量标准装置测出流过被校验仪表的实际流量,与被校验仪表的流量值作比较,或将待标定的仪表进行分度。基于涡轮流量计的水流量标定系统以工业控制计算机为核心,以工系列数据采集卡和控制卡作为检测和控制模块,以电动流量调节阀作为流量控制执行机构,以激光打印机为资料打印输出设备。通过数据采集卡把标准涡轮流量计信号进行前置处理后反馈给计算机,然后计算机根据各流量点的流量通过过程控制卡输出相应的阀门控制信号,从而实现由计算机直接控制流量的目的。此流量标定系统自动化程度高,能够稳定可靠的完成过程控制和数据记录。由于操作软件设置了完整的中文提示,使操作变得非常简便容易。电脑的运算及改变了以往的运算方法,使运算结果更,大大提高了流量标定的工作效率和标定的准确性。

基于涡轮流量计的水流量标定系统的特点如下:
  此系统采用涡轮流量计作为标准流量计,涡轮流量计由于其高度,压力损失小,测量范围宽,环境适应性强等优点,满足标定系统的可靠性和精度要求。
  此系统以工业控制计算机为核心,以电动调节阀为流量控制执行机构,通过数据采集卡采集涡轮流量计发出的脉冲信号,然后计算机根据各流量点的流量通过过程控制卡输出相应的阀门控制信号,对流量进行控制并打印输出报表。
  此系统提供标准的流量环境,通过此系统提供的数据,可以完成对速度式和容积式等存储式液体流量计的标定。
  此系统利用标准容器法,可完成对作为标准流量计的涡轮流量计的标定,保证了标准流量计的精度和可靠性。此系统采用了一种开环的阀门开度自适应方法,利用每次流量和阀门开合度的数据,通过曲线拟合的方法提高了阀门的控制的精度和稳定性。

水流量标定系统的工艺过:
  程基于涡轮流量计的水流量标定系统的工作过程如图所示蓄水池中存储的水,经过水泵抽取打入稳压罐中,经过一段时间稳流后,水流流出稳压罐稳压罐的作用是使水流尽可能的稳定,以保证测量精度。水流经过稳压罐后,进入模拟井,被测流量计置于模拟井内,通过模拟井后,水流进入过滤器用于过滤水中的固体杂质,以免堵塞细径流量计。经过过滤器后,管路分为三路,其中的每一路都由一个标准流量计和一个电动调节阀组成。根据各个流量点的不同,计算机自动选择其中的一路,并调节该流量的大小,其余两路电动阀关闭。
    经过电动阀后,根据标定方法的不同,水流向两个不同的方向,当球阀4打开,球阀3关闭时,水流直接流向蓄水池,此时系统采用标准表法标定被测流量计。当球阀3打开,球阀4关闭时,水流通过标准容器流回蓄水池,此时系统采用标准容器法标定标准流量计。
图2. 1流量标定系统框图
图2. 1流量标定系统框图

标准表法:
   标准表法用来对被检流量计进行标定[I91。该方法使用标准流量计作为标准对被检流量计进行标定。此流量标定系统由三路标准流量计组成,这三路流量计量程完全相互覆盖。当选定某量点时,只有一条管路导通,其余两条管道完全关闭,这样,流经模拟井内被测流量计的水流量就和导通管路的水流量相等,由此,以导通管路的标准流量计检测的流量值作为标准流量值,就可以对被测流量计进行标定。

标准容器法:
   标准容器法主要用来对标准流量计进行标定,它是以标准容器作为标准对标准流量计进行标定。此流量标定系统采用两个标准容器1和2。根据要标定的流量计的流量大小,选定某一个标准容器作为主容器(要进行标定使用的容器),另外一个标准容器作为辅容器(只起回流作用)。标定开始时,由电动换向器控制水流通过辅容器流回蓄水池,当流量达到稳定时,控制电动换向器转向主容器,并开始计时,当主容器中的水面到达容器颈部显示标尺时,迅速把电动换向器换向辅容器,同时结束计时。由主容器的读数可以计算出计时时间内流向主容器的水的体积,并由此可以计算出该流量点的流量值。从而达到对标准流量计的标定。
   该标定系统的两个标准容器的容积分别是400L, 50+150L,在标定不同流量点时,可以选用不同的标准容器作为主容器,以达到必需的检测精度。(小流量时选用小容器,大流量时选用大容器)。

涡轮流量计概述:
   此系统采用涡轮流量计作为标准流量计测出流过被校验仪表的实际流量,与被校验仪表的流量值作比较从而进行标定工作。    涡轮流量计是一种典型的速度流量计[Lion0涡轮流量计利用流体流动推动涡轮转动,流体流速与涡轮转速成正比,通过测量涡轮转速可得到流体流速进而得到流量值。在工业上,可采用涡轮流量计测量粘度较低的各种液体和气体的流量。这种流量计具有测量准确度高、量程范围宽、线性好、脉冲输出等优点。
   如图2. 2所示L;1涡轮流量计由涡轮流量传感器(变送器)和接收电脉冲信号的显示仪表组成。通过磁电转换装置,将涡轮转数变换成电脉冲,送入二次仪表进行计数和显示,由单位时间内的脉冲数反映出瞬时流量和累计流量。
图2. 2流量计的结构
图2. 2流量计的结构

涡轮流量计的计量原理:
   涡轮流量计的原理[(2J是:当被测流体流过传感器时,在流体作用下,叶轮受力旋转,其转速与管道平均流速成正比,叶轮的转动周期的改变磁电转换器的磁阻值,检测线圈中的磁通随之发生周期性变化,产生周期性的感应电势,即电脉冲信号。    涡轮流量传感器的电脉冲信号的频率f(次/秒)与流过管道的体积流量9} ( m3/)正相关时,其比例系数即为传感器的仪表系数K(Hz/m3 ),如式((2.1)所示:
计算公式


    在同一时间内,传感器发出的脉冲数N与流过管道的液体体积v(m3)也成正相关,其比例系统也为传感器的仪表系数K (Hzlm3),如式(2.3 )所示:
计算公式
根据((2.2)和((2.4)可以计算出液体的体积流量。流量计的仪表系数与流量的关系曲线如图2. 3所示。
图2. 3涡轮流量计特性曲线


    由图可见,仪表系数可分为二段,即线性段和非线性段[13]。线性段约为其工作段的三分之二,其特性与传感器结构尺寸及流体粘性有关。在非线性段,特性受轴承摩擦力,流体粘性阻力影响较大。当流量低于传感器下线时,仪表系数随着流量迅速变化。压力损失与流量近似为平方关系。当流量超过流量上限时要注意防止空穴现象。传感器的仪表系数由流量标定装置标定得出,它完全不问传感器内部流量的流动机理,把传感器作为一个黑匣子,根据输入(流量)和输出(频率脉冲信号)确定其转换系数,便于实际应用。但此转换系数(仪表系数)是有条件的,其检验条件是参考条件,如果使用时偏离此参考条件,系数将发生变化,变化的条件将视传感器类型,管道安装条件和流体物性参数的情况而定。

涡轮流量计的主要特点:
    涡轮流量计是一种速度式流量测量仪表,多年来用于工业和实验室测量,一直得到广泛的应用,其具有如下主要的特点.  
   (1)测量精度高。涡轮流量计的测量精度是指示值的士0.05%一士0.2%之间,在线性范围内,即使流量发生变化,累计流量准确度也不会发生变化。
   (2)压力损失较小。在***大流量下其压力损失为0.01-0.1 MPa o    (3)测量流量范围宽。***大和***小流量比通常为6:1到10 : 1,故相对适用于流量大幅度变化的场合。
   (4)重复性好。短期重复性可达0. 05%-0. 2%,这是由于良好的重复性,如经常校准或在线校准可得很高的度。
    (5)耐高压、耐腐蚀。由于具有较简单的外形且采用磁电感应结构,容易实现耐高压设计,故可适用于高压管路液体的测量:采用抗腐蚀材料制造,使得流量计耐腐蚀性能良好。
   (6)可获得很高的频率信号(3-4kHz),信号分辨能力强。通过传输线路不会降低其精度,容易进行累积显示,易于送入计算机进行数据处理,无零点漂移,抗干扰能力强。
   (7)结构紧凑轻巧,安装维护方便,流通能力大。    (g)专业性传感器类型多。可根据用户特殊需要设计为各种专用型传感器,例如低温型、双向型、井下型及混沙专用型等。
   (9)一般液体涡轮流量计不适用于较高粘度介质(高粘度型除外),随着粘度的增大,流量计测量下限值提高,范围度缩小,线性度变差。
   (10)流体的物性对仪表的特性有较大影响。气体流量计易受密度影响,而液体流量计对粘度变化反应敏感。


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