涡轮流量计对液体流量的计量
一、涡轮流量计的工作特性
1、工作原理
涡轮流量计是利用置于流体中的叶轮感受流体平均速度的流量计,与流量成正比的叶轮转速通常由安装在管道外的检测装置检出,它由涡轮流量传感器和显示仪表组成。
流经变送器的流体体积流量qv可用下式表示:
qv=f/k (1)
式中:f为电信号的频率,它同叶轮转动频率有正比关系;k为常数,亦称仪表系数。式(1)也可改成 k=f/qv
由上式可看出,仪表系数k是变送器输出电信号的频率f(次/s)同流经仪表的液体体积流量qv (L/s)的比值,k 的单位是次/L。输出频率信号的流量计都有仪表系数这一特征常数,它能帮助了解和掌握仪表性能,同时也对流量仪表的检定有重要意义。
2、工作特性
k-qv 的关系曲线称为涡轮流量计的特性曲线如图1所示。
理论上,k-qv 关系应该是确定的,但实际上由于在不同的流动状态下,流体产生阻力机理不同,效果也不同,所以使特性曲线成为曲线形状。
(1)在层流区,当qv>qmin时为层流流动状态,仪表系数k将随流量qv 的增加而增大。
(2)在紊流流动状态下,仪表系数k 仅与仪表本身结构参数有关,而与流量qv、流体粘度μ等参数无关,可近似为一常数。只有在这种状态下,仪表系数k 才真正显示了常数的性质。仪表系数k 为常数的这个区间,也就是该流量计的流量测量范围。
(3)图1中虚线为涡轮流量计的理想特性,若只有这种特性,不论流量如何变化,总可以使累积流量、瞬时流量的误差为零。图1中实线为一般涡轮流量计特性曲线的大致趋势,在进入测量范围(即进入紊流流动状态)以内,随流量的变化其仪表系数K也会有变化, 通常其变化幅度左右流量计的测量精度。
(4)在层流与紊流叫交界点(Re=2300)上,特性曲线上k 有一个峰值,其位置受流体粘度的影响较大。
由图1 可以看出,如果流速恒定,那么系数k 也就有唯一确定的值。下面提出通过恒定液位(即系统压头)的方法来恒定流速,构成一个恒流速计量系统。
二、液体计量控制系统
1、系统构成
2、各部分说明
(1)涡轮流量计
由于这里涡轮流量计是用于发货计量,所以应选择较高的精度,如0.5%-0.1%,由于它的再现性可达0.05%,所以即使选择0.5%精度的, 系统的计量也可望达到很高的准确度。
(2)显示控制仪
现在有不少的流量显示控制仪,它不仅能够显示流体的瞬时流量和累积流量,还可实时检测流体温度,对流量进行温度补偿,同时当累积流量达到某一设定值时,发出控制信号,以关闭电磁阀和流量泵。
(3)高位槽
也称高位溢流槽,它通过溢流堰板保证高位槽液面的恒定,这样可保证整个液体流程中的压头一定,那么流体的流速也就一定,从图1 中可以看出,瞬时流量qv 一定时,仪表系数k 也就有唯一确定的值。
(4)温度计
用于质量流量计量时的密度补偿。因为在用实流标定流量计时,总是在某一温度下进行,那么偏离这一温度的流量计量也就存在着较大偏差,通常通过检测实际温度来补偿这一偏差。这里要选择反应时间很短的热电阻,以及时有效地进行补偿,因为有些液体不仅不同批次温度不同,就是同一次发货,刚开始的一段时间与其后的温度也大不一样。
三、系数的确定
计量系统的校验分两项内容,第一是对系数k 的确定,第二是对系统温度补偿的有效性进行评定。液体的密度ρ是温度t 的函数,在一定的温度范围内,可用二次多项式来表示,也可通过回归法求得函数式 ρ=f(t),都能得到较好的拟合效果。当然温度补偿的有效性如何, 还要通过校验来证明,这个工作可以在实验室内进行。
系数k的确定方法:首先以涡轮上的系数记 k‘为输入显示控制仪表,把标定所用的流体重量设定为G‘m;启动流量系统;然后把计量过的流体用汽车衡或磅秤称重,其值设为Gm 这时的流量系数k 可通过下式计算出来:
(2)把k 值输入显示仪表,再计量重量为Gm 的液体, 通过称量法来校对是否超差。
确定系数k 时所用的流体重量要大于1--2t,以减少其它因素对计算! 值的影响。当发货的批量较少时,如几十kg,这时的计量可能超差,这主要是由于电磁阀不能及时关闭造成的,有的显示控制仪对此有特别的考虑。
实际上,其它输入频率信号的流量计,如椭圆齿轮流量计、腰轮流量计、涡轮流量计等都可以用式(2)来确定流量系数。
四、系统计量的不确定度
此系统的计量误差来源由以下几项:
1、流量系数的重复性误差:δm=0.05%;
2、流量显示仪表的误差:接受频率信号的流量仪表,其积算精度一般可达0.1%,这里取δ2=0.1%;
3、系数标定时所用衡器的误差:δ3=0.1%;
4、由于温度不能完全有效补偿而引入的误差:这个误差通常很小,在此不予考虑。
用方和根法合成的总不确定度为:
这个结果用于贸易结算的计量是完全符合要求的。