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流體黏度對渦輪流量計(jì)性能的影響

為了了解流體黏度對渦輪流量計(jì)特性曲線的影響,采用同量計(jì)分別在四種不同黏度下進(jìn)行實(shí)驗(yàn),通過大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比對找出流體黏度變化對渦輪流量計(jì)特性曲線、線性度的具體影響,進(jìn)而指導(dǎo)相關(guān)人員在工業(yè)計(jì)量中正確使用該流量計(jì),保證工業(yè)計(jì)量的準(zhǔn)確性和可靠性。

隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展,科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步,渦輪流量計(jì)作為速度式流量計(jì)的典型代表,被廣泛應(yīng)于貿(mào)易結(jié)算、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境保護(hù)、科學(xué)研究等重大領(lǐng)域。由于許多用戶對該流量計(jì)的參數(shù)及計(jì)量概念不太了解,所以經(jīng)常錯(cuò)誤地認(rèn)為渦輪流量計(jì)在同一種介質(zhì)不同黏度下,線性度、系數(shù)也是一樣的,從而出現(xiàn)了測量數(shù)據(jù)與真實(shí)數(shù)據(jù)相差甚遠(yuǎn)的情況。本文將用一系列實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)清楚地說明黏度對渦輪流量計(jì)特性曲線、線性度的影響。

1. 原理結(jié)構(gòu)及概念、

渦輪流量計(jì)利用置懸流體中葉輪感受流體的平均流速而推導(dǎo)出被測流體的瞬時(shí)流量和累積流量,一般由葉輪、導(dǎo)流器、磁鋼、感應(yīng)線圈、前置放大器等部分組成。渦輪流量計(jì)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

( 1)  流體黏度。由于流體流動時(shí)內(nèi)部會產(chǎn)生魔擦,所以各層的速度是不同的,在相鄰層的接觸面存在一對等值反向的力,速度較快的流層帶動速度較慢的層,使之加快速度,速度較慢層阻滯較快層,使之減速,這種阻滯力稱為內(nèi)摩擦力,而流體黏度是內(nèi)摩擦的量度,是流體反抗形變的能力。各類流體的黏度不一,對于一般流體,流體黏度對渦輪流量計(jì)性能的影響黏度是溫度與壓力的函數(shù)。文中提到的黏度均為運(yùn)動黏度,單位為 cSt,1cSt=10 - 6 m2 /s。

( 2)  系數(shù)。儀表系數(shù) K 是指單位體積的流體通過流量計(jì)發(fā)出的脈沖數(shù),單位為 L - 1 ,計(jì)算公式如下:

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2.檢測設(shè)備及條件

 

( 1) 大氣壓:  101 818 Pa。

 

( 2)  介質(zhì): 航空潤滑油。

 

( 3) 檢定裝置: 航空潤滑油流量標(biāo)準(zhǔn)裝置。

 

( 4) 被檢表: 型號為 LWGY - 15A,編號為

 

0906280,生產(chǎn)商為上海某儀表有限公司。

 

3.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析

 

根據(jù)上述檢測設(shè)備及條件,按照 JJG 1037— 2008 《渦輪流量計(jì)檢定規(guī)程》,在四種不同黏度下各檢定 5 個(gè)點(diǎn),每點(diǎn)檢定 3 次,得到的數(shù)據(jù)如表 1 ~ 表 4 所示,數(shù)據(jù)表中的頻率、流量、溫度、系數(shù)均為每點(diǎn)檢定 3 次各自的平均值。由表 1 得到儀表線性度為 8. 9% ,儀表系數(shù)為 528. 61 L - 1 ; 由表 2 得到儀表線性度為 6. 3% ,儀表系數(shù)為 553. 89 L - 1 ; 由表 3 得到儀表線性度為 2. 6% ,儀表系數(shù)為 596. 18 L - 1 ; 由表 4 得到儀表線性度為 2. 2% ,

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儀表系數(shù)為 622. 44L - 1 。

由于流體具有黏性,所以滑油在通過流量計(jì)時(shí)產(chǎn)生黏滯阻力矩。從表 1 ~ 表 4 可看出,滑油黏度從 93. 24 cSt→52. 14 cSt→16. 28 cSt→7. 16 cSt 變化時(shí),渦輪流量計(jì)的系數(shù) ( 528. 61 L - 1 →553. 89 L - 1 →596. 18 L - 1 →622. 44 L - 1 ) 、線性度 ( 8. 9%→6. 3% →2. 6% →2. 2% ) 都在逐步發(fā)生明顯的變化。當(dāng)流量計(jì)的黏度***大為 93. 24 cSt 時(shí) ( 數(shù)據(jù)表1) ,整個(gè)流量計(jì)的線性度只有 8. 9% ,根本無法使用,要想達(dá)到使用要求只有縮小量程。通過觀察、計(jì)算發(fā)現(xiàn),只有流量為 2. 899 0 ~ 4. 149 7 m3 /h 時(shí),線性度為 ( 575. 86 - 569. 50) / ( 575. 86 + 569. 50) ×100%=0. 56% ,才滿足 JJG 1037—2008 《渦輪流量計(jì)檢定規(guī)程》允許的***大誤差 1. 0% ,也就是說只有在這兩點(diǎn)范圍內(nèi)使用,這個(gè)流量計(jì)才算是合格的。當(dāng)黏度變小為 7. 16 cSt 時(shí),線性度范圍則變寬,流量為 1. 019 6 ~ 4. 046 5 m3 /h 時(shí),線性度為 ( 631. 96 - 620. 88 ) / ( 631. 96 + 620. 88 ) × 100%=0. 88% ,完全符合規(guī)程***大允許誤差。

 

另外,從表 1 ~ 表 4 均可看出,流量計(jì)黏度的變化對流量***小點(diǎn)影響也比較大,在四種不同黏度下,系數(shù)都在流量***后一點(diǎn)時(shí)發(fā)生了明顯的下降; 而 且 黏 度 *** 大 為 93. 24 cSt 時(shí),系 數(shù) 從524. 93 L - 1  變 為 481. 35 L - 1 , 系 數(shù) 下 降 了43. 58 L - 1 ; 黏度為 7. 16 cSt 時(shí),系數(shù)從 620. 88 L - 1

變?yōu)?608. 97 L - 1 ,系數(shù)僅下降了 11. 91 L - 1 。從中可看出,隨著黏度的變小,對流量計(jì)下限的影響也越來越小。黏度變化對渦輪流量計(jì)特性曲線的影響如圖 2 所示。圖 2 中特性曲線從下至上依次對應(yīng)表 1、表 2、表 3 和表 4,儀表系數(shù)隨著黏度的升高而下降,用于較高黏度時(shí),儀表系數(shù)與流量之間不再保持線性關(guān)系,因此,渦輪流量計(jì)測量高黏度時(shí),必須根據(jù)黏度和流量進(jìn)行修正。圖 2

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中特性曲線的擬合公式為:

 

y4 =- 5. 0312×2 + 28. 554x + 596. 52 y3 =- 3. 1937×2 + 21. 843x + 573. 19 y2 =- 8. 474×2 + 57. 668x + 492. 15 y1 =- 12. 385×2 + 83. 129x + 441. 24

用于測量液體的渦輪流量計(jì),生產(chǎn)廠所給的儀表系數(shù) K 通常是用常溫水標(biāo)定的,黏度只有1cSt,為了保證測量的準(zhǔn)確度,必須注意被測流體黏度對流量計(jì)特性的影響。實(shí)驗(yàn)表明,當(dāng)液體黏度大于 15 × 10 - 6 m2 /s 時(shí),即使同量計(jì)同一介質(zhì),測量誤差也會明顯增大,所以必須盡量在接近的工作條件下重新標(biāo)定,從而減小誤差。

 

4.結(jié)束語

 

隨著流體黏度的變化,流量計(jì)的系數(shù)、線性度都會發(fā)生變化,黏度越大,線性度范圍越小。同時(shí)黏度變化對特性曲線的下限流量影響***大,影響隨著流量的增大而減小。大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,口徑越大的流量計(jì),黏度變化對線性的影響越小;口徑越小,影響越大。

 

 

 

 

 

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