涡轮流量计在蒸汽流量量值传递中的应用
随着科学技术的进步和国民经济飞速发展的需要 ,节约能源 ,合理使用能源已成为我国的一项重要国策 。蒸汽及其它气体流量的计量 ,属于重要的能源计量。蒸汽流量计的检定技术, 目前在国内仍处于研究阶段, 国内一些生产厂相继建立了以蒸汽为工作介质的标准装置。但因耗能太多 ,工作条件不好等原因而在努力寻求以空气为工作介质检定的新途径。经调查 ,目前国内已出现的以空气为工作介质的标准装置主要有二种 。一是音速喷咀式 ,其装置测量精度虽满足了检定要求 ,但装置造价高昂, 每台约 100 万元。
实践证明 ,其技术是可行的,但投资费用及管理运行费用庞大 ,一般计量检定机构不可能普遍采用。其二是风机孔板式 ,该装置虽造价不高 ,但准确度为 20 %, 加之该类装置压力损失大 ,而风源压力低 ,故量程往往不能满足检定要求 ,计量部门已确认这一点 。另外国内有些单位也在寻求用涡街流量计来替代喷咀或孔板的尝试, 但实用参数尚不成熟。为解决上述蒸汽计量计检定难的问题 。我们研制了 LOP -KJ -100 型气体流量标准装置 。首次把涡轮流量计应用于气体(含蒸汽)流量量值传递中,并获得了较为满意的结果 。
1、气体流量标准装置简介：
1.1、该装置结构如图所示：
图1汽体流量标准装置图
装置主要由风源 、标准流量、被检流量和数据处理等 4 部分构成 。风源部分由柴油机和罗茨鼓风机构成静压力(表)为 0.05m Pa ,风量为 40m3/min , 满足被检表流量上限要求 。标准流量部分由涡轮流量计 、压力表和温度计等构成 。以产生具有规定准确度的标准流量值。被检流量由被检表(如分流旋翼式蒸汽流量计)、压力表、温度计和消音器等构成。数据处理部分由便携式微机 、工作台等构成 ,此外还有手动葫芦 、支架 、阀门和管路等辅助部件 。
1.2、该装置的工作原理 :
从风源排出的具有一定流量的空气经标准表和被检流量计时 , 在标准表中即产生一定频率的电脉冲信号, 经与之配合的二次显示仪表输入电路放大整形后 ,送入系数单元, 把脉冲单位转换为流量单位, 再送入显示单元进行累计量的数字显示 ,然后通过介质换算系数及温度 、压力等全面修正得出流经标准表的标准质量流量 ,然后通过与被检表的指示质量流量进行比较,即可得出被检表在该流量下的相对误差。
1.3、该装置的主要技术指标(由河北省计量所检定认可)：
(1)装置风源流量上限:40m3min
(2)风源压力:0.035 ～ 0.05MPa
(3)量程:10 、L/S ～ 440L/S
(4)流量稳定度 ≤1 %
(5)装置准确度 ±1.15 %(置信概率 P =95 %)
注:(1)压力表为 0.25 级的标准压力表, 温度计为分度值为 0.1 ℃的二等标准温度计。(2)装置准确度的评定公式为 :δ=(δV2+4δD +3 δP +3δT)1/ 2式中:δ—装置准确度 ;δV —标准表的流速准确度 ;δD —标准表前的管道内径准确度;δP —压力表的准确度;δT —温度计的准确度。
2、气体流量标准装置的关键技术及创新：
2.1、标准流量部分是该装置的关键：
标准表的选择可以有多种 ,本装置选择涡轮流量传感器做标准表 ,充分利用了该表量程宽 、压力损失小 、易躯动、重复性好、便于控制和调节等诸多优点。一是扩展了装置的流量测量范围 ,满足了被检表的量程要求 。二是大大降低了标准表的成本 。
2.2、装置的测量精度是装置的主要技术指标：
本装置的数据处理利用了计算机技术,在国内首次采用了国外流量界提出的一种理论———误差跟踪法 。其原理是 :在流量计的性能稳定即重复性好的前提下 ,用计算机技术把该标准表检定时流量标准值(相对真值)加以对应复现(标准表检定时的检定点与作为标准表使用时的使用点相吻合),从而逐点消除了该表的系统误差,只剩下了随机误差(实际是重复性误差)表征标准表的实际准确度,这样便将名义精度等级为 1.5 级的气体涡轮流量计的准确度提高到±0.5 %左右 。
2.3、空气与蒸汽的换算系数的确定：
这是影响装置准确度的一个重要因素。我们在查阅了国内外大量有关资料的基础上, 分别在空气及蒸汽量装置上 ,进行了上百次系列实验 ,通过对大量大不同介质、不同流量范围及不同测量条件下的实验数据, 进行了回归处理后 ,确定了空气一蒸汽换算的***佳换算系数 ,为用涡轮流量计 ,以压缩空气为介质检定蒸汽流量计提供了必要条件。
3、气体流量标准装置的比对实验数据：
3.1、对同一台蒸汽流量计在该装置上的检定结果与在蒸汽流量检定装置上检定结果的比对如表 1 所示:
(2)上表所列数据为误差 ,***大值。
3.2、装置主要技术参数与同类装置的比对(与泊头仪表厂孔板式装置的比对)见表 2 所示 。
表 2
4、结论：
(1)用涡轮流量计做为传递标准的该装置 ,具有量程宽、压损小、重复性好等优点 ,克服了其它类型装置压损大量程不够的缺陷, 且造价低廉 ,其投资相当喷咀式装置的 20 %左右。
(2)对标准表的主要误差项(系统误差)采用误差跟踪法进行了消除,大大提高了装置测量准确度。
(3)对蒸汽流量量值传递中的空气一蒸汽换算系数 ,由大量实际实验数据通过回归处理来确定置信度较高。因此 ,用涡轮流量计做传递标准的该装置 ,在经过上述技术处理之后, 具有精度高、性能稳定 、造价低、运行费用低等优点,具有其它装置无法比拟的特点 。该装置的研制也丰富和发展了流量计量新技术 。