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气体涡轮流量计的不同检测方式测量结果特性分


文章日期:2017-11-04|阅读数:


【摘 要】音速喷嘴法气体流量标准装置是采用气路循环经过涡轮流量计到喷嘴,然后到气泵抽气的全过程进行检定。采用的是负压法检定涡轮流量计,也是目前检定流量计的重要方法之一,用之比较广泛。钟罩式气体流量标准装置采用的是正压法,它是用一定体积量的标准气体流经涡轮流量计,从而实现了对流量计的检定,其本身流量范围比较小,适合检定口径比较小的流量计,符合流量计在实际工作中的状态。本文就两种检测方法,检定同一涡轮流量计的结果进行分析比较,同时对测量结果进行不确定度评定,为以后的研究做出了一定的指导意义。

Abstract:The method of sonic nozzle gas flow standard device is to use pneumatic loop through the turbine flowmeter to the nozzle, and then to the whole process of pump suction for verification. Test of turbine flow meter is negative pressure method, is also one of the important methods of verification flow meter at present, with the more extensive. Bell jar type gas flow standard device USES a positive pressure method, it is to use a certain volume of standard gas flows through the turbine flowmeter, and realizes the calibration of flowmeter, its flow range is small, is suitable for the flow meter calibration diameter smaller, in line with the flow meter in the actual work condition. In this paper, two methods of testing, test analyzes and compares the results of the same turbine flowmeter to uncertainty evaluation of measurement results, at the same time made a certain guiding significance for future research..
 
Key words:Sonic Nozzle  Bell  Uncertainty of Measurement Results

  钟罩式气体流量标准装置(如图1)是以气体为介质,对气体流量计进行检定、校准和检验的标准设备。一般有钟罩、液槽、发讯机构、压力补偿机构、气源和试验管路构成。装置是由可动的钟罩和固定的液槽构成一个容积可变的密封空腔。钟罩下降过程中通过压力补偿机构,使其内部气体压力保持一定值,不随钟罩浸入密封液中的深度而变化。钟罩两挡板之间的容积是固定的,测出两挡板先后通过光电发讯器所经历的时间,可计算出瞬时流量。
  音速喷嘴法气体流量标准装置(如图2)是以洁净空气为介质,其检测原理是用真空泵1将空气由被检表的上游直管段入口吸入,经过被检表前直管段、被检表11和被检表下游直管段进入滞止容器8,在滞止容器的下游,有一组音速喷嘴5,控制音速喷嘴下游的开挂阀门4,可以任意选择所要开关的音速喷嘴,以达到改变被检表流量的目的,滞止容器需要测温6测压7,代入公式计算可以得到通过音速喷嘴的质量流量,从而实现对被检表的检定。
1-钟罩 2-标尺 3-挡板 4-电讯发生器 5-液槽 6-调 节阀门 7-底座 8-滑轮 9-导柱 10-外导轮 11-水位  计 12-水平重锤 13-压力补偿机构 14-温度计  图1 钟罩式气体流量标准装置
1-钟罩 2-标尺 3-挡板 4-电讯发生器 5-液槽 6-调
节阀门 7-底座 8-滑轮 9-导柱 10-外导轮 11-水位
 
计 12-水平重锤 13-压力补偿机构 14-温度计
 
图1 钟罩式气体流量标准装置

图2 音速喷嘴法气体流量标准装置

图2 音速喷嘴法气体流量标准装置

1、 概述:
 
1.1、测量依据:JJG1037-2008 《涡轮流量计》。
 
1.2、环境条件:

 
  大气温度为(23.5±1)℃;大气相对湿度为(38±1)%RH;大气压为(93.2±0.5)kPa,检定用介质温度(18.5±0.2)℃;电源电压应为(220±22)V,电源频率应为(50±2.5)Hz;外界磁场、机械振动小到对流量计的影响可以忽略不计。
 
1.3、测量标准:
   0.1级钟罩式气体流量标准装置,测量范围:
(0.5~120) m3/h、 DN(25~80)mm,检定介质:空气。0.25级音速喷嘴法气体流量标准装置,测量范围:(0.1-15000)m3/h、DN(15~400)mm,检定介质:洁净空气
 
1.4、被测对象:
 依据JJG1037-2008涡轮流量计检定规程,上述0.1级钟罩式气体流量标准装置能够开展的气体涡轮流量计准确度等级为(0.5-1.5)级。因此选用DN25mm,流量范围为(0.5~15.0)m3/h,1.5级的气体涡轮流量计。
 
1.5、涡轮流量计工作原理及特点:
 涡轮流量计是速度式流量计中的主要种类,当被测流体流过涡轮流量计传感器时,在流体的作用下,叶轮受力旋转,其转速与管道平均流速成正比,同时,叶片周期性地切割电磁铁产生的磁力线,改变线圈的磁通量,根据电磁感应原理,在线圈内将感应出脉动的电势信号,即电脉冲信号,此电脉动信号的频率与被测流体的流量成正比。涡轮流量计具有精度高、重复性好、无零点漂移、高量程比等优点。涡轮流量计拥有高质量轴承、特别设计的导流片,因此极大降低了磨损,对峰值不敏感,甚者恶劣的条件下也可以给出可靠的测量变量。涡轮流量计输出信号为脉冲,易于数字化。涡轮流量计压力损失小,叶片能防腐,可以测量粘稠和腐蚀性的介质。
 
1.6、测量过程:
  在规定的环境条件下,按JJG1037-2008涡轮流量计检定规程,将涡轮流量计安装在(音速喷嘴法)气体流量标准装置上,保证流量计与前后直管段同轴安装。以空气为检定介质,调节流量点至***大流量的70%流量点,运行5min,等待介质温度、压力和流量稳定后进行正式检定。
 依据检定规程,1.5级的涡轮流量计检定流量点分别为:qminqt、0.40qmaxqmax。对于量程比≤20:1的流量计,其分界流量q t=0.2q max。将在第i点第j次测得的被检流量计脉冲信号与标准气体流量装置在该点该次测得的标准体积流量之比作为第i点第j次测量的仪表系数。每个检定流量点检定3次,取其平均值作为该流量点的仪表系数。

2、建立数学模型:
2.1、数学模型:

 计算公式
(1)K为第i次测量被检流量计的仪表系数,(m3)-1 Ni 为第i次测量被测流量计显示仪表测得的脉冲数;Vi为第i次测量标准装置的累积流量值,m3
 
2.2、传播率公式:
 传播率公式
3、钟罩式气体流量标准装置:
  输入量的相对不确定度的评定 3.1 输入量Ni的相对不确定度urei(Ni)评定输入量Ni的不确定度来源主要是流量计测量的不重复性,采用A类评定方法评定。
 用一台DN25mm,测量范围为:(0.5~15)m3/h的气体涡轮流量计,流量选择在***大流量的100%处测量60秒,累计流量250L,用工控测量设备连续测量6次得到的一组测量列,如表1所示。
 
表1 流量计重复测量结果(脉冲个数)
 
1 2 3 4 5 6
           
3964 3952 3961 3948 3954 3976
           


单次实验标准差
 计算公式
 
通常取3次平均值,故
 
 
 
3.2、输入量Vi相对不确定度urei(Vi)的评定:
 输入量Vi相对不确定度Urei(Vi)不确定度主要来源于气体流量标准装置的测量误差,其不确定度采用B类方法评定。
由于厂家给出该气体流量标准装置的扩展不确定度U=0.1%;k=2。
 
所以Urei(Vi)=0.1%/2=0.05%根据以上标准不确定度分量汇总见表2。
 
表2 不确定度分量汇总表
 
标准不 不确定 标准不确 概率      
确定度ui 度来源 定度值 分布 ci |ci|u(xi) vi
             
u(Ni) 被测流量计 0.15 % 正态 1 0.15 45
  的重复性          
             
u(Vi) 标准装置 0.05%   -1 0.05 50
的***大允 正态
  许 误差          
             
 
3.3、合成相对标准不确定度故有:
 
3.4、其他给点的测量结果(如表3所示):
 
表3 其他给点的测量结果
 
测量流量点 不确定度分量(%) urel(K)(%) urel(%)(k=2)
   
(m3/h) urel(Ni) urel(Vi)
     
0.5 0.105 0.050 0.183 0.37
         
3.0 0.150 0.050 0.212 0.42
         
6.0 0.082 0.050 0.171 0.34
         
 
3.5、扩展不确定度的评定:
 
取其测量结果重复性作为其***大值 ,则扩展不确定度为:
 
U(K)=0.21%×2=0.42%;k=2
 
4、音速喷嘴法气体流量标准装置:
  输入量的相对不确定度的评定 4.1 输入量Ni的相对不确定度urei(Ni)评定输入量Ni的不确定度来源主要是流量计测量的不重复性,采用A类评定方法评定。用一台DN25mm,测量范围为:(0.5~15)m3/h的气体涡轮流量计,流量选择在***大流量的100%处测量60秒,累计流量250L,用工控测量设备连续测量6次得到的一组测量列,如表4。
表4 流量计重复测量结果(脉冲个数)
 
1 2 3 4 5 6
           
3960 3982 3991 3998 3994 3986
           
 
  单次实验标准差通常取3次平均值,故.2 输入量Vi相对不确定度urei(Vi)的评定输入量Vi相对不确定度Urei(Vi)不确定度主要来源于气体流量标准装置的测量误差,其不确定度采用B类方法评定。由于厂家给出该气体流量标准装置的扩展不确定度U=0.25%;k=2。
 
所以Urei(Vi)=0.125%/2=0.05%根据以上标准不确定度分量汇总见表5。
 
表5 不确定度分量汇总表
 
  标准不     不确定 标准不确   概率          
  确定度ui     度来源 定度值   分布   ci |ci|u(xi) vi
                     
  u(Ni)   被测流量计 0.20 %   正态   1 0.20 45
      的重复性                  
                         
  u(Vi)   标准装置 0.125%       -1 0.125 50
  的***大允   正态  
        许误差                  
                     
4.3 合成相对标准不确定度              
  故有                      
4.4 其他给点的测量结果(如表6所示)        
        表6 其他给点的测量        
                         
  测量流量点 不确定度分量(%)   urel(K)(%) urel(%)(k=2)
  (m3/h)   urel(Ni)   urel(Vi)  
  0.5     0.19   0.125 0.227       0.45  
                           
  3.0     0.21   0.125 0.244       0.49  
                           
  6.0     0.25   0.125 0.270       0.54  
                           
 
4.5、扩展不确定度的评定:
 
取其测量结果重复性作为其***大值 ,则扩展不确定度为:UK)=0.257%×2=0.54%;k=2
 
5、结论:
 
(1)钟罩式气体流量标准装置测得气体涡轮流量计的扩展不确定度为0.42%(k=2);音速喷嘴法气体流量标准装置测得气体涡轮流量计的扩展不确定度为 0.54%(k=2);两种测量结果都满足规程的要求,说明了其检测结果都可信。
 
(2)钟罩式标准装置在在检测的过程中,来回升降好多次,耗费时间比较长检测效率大大下降;而音速喷嘴装置耗时较短,减低了劳动强度,提高了了检测效率。
 
(3)两种检测方法都可以说明,无论选择哪种检测方式,都能达到预期效果。


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