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取壓位置對氣體渦輪流量計測量結(jié)果影響

  氣體渦輪流量計在計量過程中壓力值參與流量的計算,因此影響計量的準確性。在對氣體流量計進行檢校驗的工作中,受拆裝難度、標準裝置、檢測條件等因素限制,不可能對所有氣體流量計都進行表體取壓,同時相關(guān)檢定規(guī)程上也沒有明確這一要求,所以多采用表前或表后取壓的方式。
  不同的取壓位置壓力值的不同,進而導(dǎo)致流量計測得流量值的不同,即取壓位置影響著氣體流量計的測量結(jié)果。為了探討這一問題,選取了相同口徑的渦輪、羅茨和旋進漩渦 3 種類型氣體流量計,在試驗管段上不同位置處分別取壓,并均勻選擇 3 個不同流量點進行試驗,嘗試從試驗數(shù)據(jù)中定量分析和研究不同取壓位置對不同類型氣體流量計測量結(jié)果的影響程度。

1、試驗方案:
  試驗采用的標準裝置是音速噴嘴法氣體流量標準裝置,測量范圍 0 ~ 15 000 m3/ h,擴展不確定度 U = 0. 25% ( k = 2) ,是在用的社會公用計量標準,試驗結(jié)果的準確性和有效性可以得到保證。
  試驗選擇 DN80 mm 的管道,管道前端直管段長度為 1. 5 m,后端直管段長度為1. 0 m,均滿足 10D( D 表示管道直徑,為 80 mm,下同) 要求。在直管段上呈線性開孔,取壓孔位置依次為表前 10D、表體、表后 1D、表后 3D、表后 5D、表后 10D,如圖 1 所示。

圖 1 試驗管段示意圖
圖 1 試驗管段示意圖

  為了研究不同類型流量計對取壓位置的響應(yīng)程度,選擇了 DN80 mm 的渦輪、羅茨和旋進漩渦3 種類型氣體流量計各 1 臺,流量計均采用儀表系數(shù)方式檢定合格,能夠反映試驗數(shù)據(jù)的客觀性。試驗統(tǒng)一采用儀表系數(shù)表征流量計測量結(jié)果,根據(jù)不同流量計的流量范圍選擇 0. 25qmax、0. 50qmax和 0. 75qmax3 個流量點,每個流量點測量 3 次,每次測量不少于 30s,取算術(shù)平均值作為測量結(jié)果。流量計參數(shù)及試驗流量點如表 1 所示。

表 1 試驗選用流量計參數(shù)及試驗流量點
表 1 試驗選用流量計參數(shù)及試驗流量點
2、試驗結(jié)果與分析:
  試驗共得到 162 組數(shù)據(jù),分別研究單一氣體流量計不同取壓位置處壓力和儀表系數(shù)變化情況,定量分析取壓位置對不同類型流量計測量結(jié)果的影響程度。

  為了更好地反映和分析試驗數(shù)據(jù),參照相關(guān)檢定規(guī)程和流量計本身技術(shù)要求,確定表體位置處壓力和儀表系數(shù)為標準值,依次計算其他取壓位置處壓力誤差和儀表系數(shù)誤差。計算公式如下:
計算公式

  式中: sPi、sYi分別為第 i 取壓位置處壓力誤差和儀表系數(shù)誤差,% ; Pi為第 i 取壓位置 處壓力 值,k Pa; P0為表體處標準壓力值,k Pa; Yi為第 i 取壓位置處儀表系數(shù),1 /m3; Y0為表體處標準儀表系數(shù),1 /m3。

  依據(jù) 3 種類型氣體流量計相應(yīng)的檢定規(guī)程中對壓力誤差的規(guī)定,同時,儀表系數(shù)誤差為壓力誤差影響流量計測量結(jié)果的定量表征,所以,定義壓力誤差和儀表系數(shù)誤差小于流量計***大允許誤差1 /5 時為合格,即 ± 0. 2% ,否則為不合格。

2. 1、氣體渦輪流量計:
  表 2 為在 3 個流量點和 6 處不同取壓位置條件下測得的壓力值和儀表系數(shù)。其中,取壓位置中“B”表示表前、“A”表示表后、“0”表示表體,下同。
表 2 氣體渦輪流量計試驗數(shù)據(jù)

  上述試驗數(shù)據(jù)中,在 100 m3/ h 流 量點, 不同取壓位置處壓力和儀表系數(shù)均合格,***大誤差分 別 為 0. 14% 、0. 12% ; 在 200 m3/ h、300m3/ h 流量點,表前 10 D 取壓位置處壓力和儀表系 數(shù) 均 不 合 格, *** 大 誤 差 分 別 為 0. 65% 、1. 22 % ,后者大于前者; 表后取壓位置的誤差均合格,且均為負值; 同時,不 同取壓位 置 處壓力 和 儀 表 系 數(shù) 均 順 著 試 驗 管 段 方 向 逐 漸減小。由此可以得出,對于氣體渦輪流量計,表前取壓方式的壓力和儀表系數(shù)誤差明顯大于表后取壓,且隨著流量點的增大,誤差也越大。
2. 2、氣體羅茨流量計:
  氣體羅茨流量計的試驗數(shù)據(jù)如表 3 所示。可以看出,在所有流量點、所有取壓位置處的壓力和儀表系數(shù)誤差均處于合格范圍內(nèi),***大值為- 0. 14% 。沿著試驗管段方向,不同取壓位置處壓力值和儀表系數(shù)在表前、表體和表后 3 個取壓位置逐漸減小,但在表后 4 個取壓位置處基本不變。隨著流量的增大,相同取壓位置處的壓力和儀表系數(shù)誤差也逐漸增大。整體來說,表前取壓方式的壓力和儀表系數(shù)誤差小于表后取壓。
表 3 氣體羅茨流量計試驗數(shù)據(jù)
表 3 氣體羅茨流量計試驗數(shù)據(jù)
  由此說明,取壓位置的選擇對于氣體羅茨流量計影響不大,都在誤差允許范圍內(nèi)。采用表前取壓時,壓力和儀表系數(shù)誤差均為正值。采用表后取壓時,壓力和儀表系數(shù)均為負值,且不同取壓位置對測量結(jié)果的影響程度基本相同。

2. 3、氣體旋進漩渦流量計:
  氣體旋進漩渦流量計的試驗數(shù)據(jù)如表 4 所示。

  可以看出,不同取壓位置處的壓力和儀表系數(shù)誤差相差很大,3 個流量點的壓力和儀表系數(shù)誤差基本都不合格,且隨著流量點的增大,誤差也增大,***大值達到- 2. 18% 。在表前取壓位置處,壓力和儀表系數(shù)誤差均為正值,在表后取壓位置處均為負值。表前取壓位置處的壓力和儀表系數(shù)誤差略小于表后; 同時,在表后的 4 個取壓位置處誤差基本一致。

表 4 氣體旋進漩渦流量計試驗數(shù)據(jù)
表 4 氣體旋進漩渦流量計試驗數(shù)據(jù)
表格

  由此得出,取壓位置的選擇對氣體旋進漩渦流量計的測量結(jié)果影響非常大,表前或者表后取壓都不可取。相對比情況下,表前取壓的方式略優(yōu)于表后取壓。

3、試驗結(jié)論與討論:
  不同取壓位置對不同類型氣體流量計的測量結(jié)果影響是不同的,對同一類型氣體流量計不同流量點的測量結(jié)果影響也是不同的。通過選取試驗管段上 6 個不同的取壓位置,對 3 種類型的氣體流量計進行試驗研究。根據(jù)對 162 組試驗數(shù)據(jù)的分析,得出試驗結(jié)論如下:
( 1) 不同的取壓位置對 3 種類型氣體流量計的測量結(jié)果都有影響。因此,有必要依據(jù)檢定規(guī)程或者流量計本身要求進行正確取壓,否則會對測量結(jié)果造成不同程度的影響。
( 2) 不同取壓位置對 3 種類型氣體流量計測量結(jié)果的影響程度是不同的,根據(jù)試驗結(jié)果,由小到大依次為: 羅茨流量計、渦輪流量計、旋進漩渦流量計。
( 3) 對于氣體渦輪流量計,根據(jù) JJG 1037—2008 《渦輪流量計》 “直接從表體取壓,如無取壓孔,應(yīng)根據(jù)流量計本身要求取壓”,試驗結(jié)果一致。同時,在不能進行表體取壓時,可以采用表后取壓,但應(yīng)盡可能靠近表體,不宜采用表前取壓。

( 4) 對于氣體羅茨流量計,根據(jù) JJG 633—2005 《氣體容積式流量計》 “測壓位置在流量計上游側(cè)”,試驗結(jié)果也具有一致性,采用表前取壓方式能夠更準確地反映流量計的計量性能,如果不能實現(xiàn)也可以采用表后取壓。
( 5) 對 于 氣 體 旋 進 漩 渦 流 量 計,參 照 JJG198—1994 《速度式流量計》 “根據(jù)流量計本身要求取壓,如無特殊要求應(yīng)在上游側(cè) 10D 處取壓”,試驗結(jié)果為在表體取壓。

  試驗取得一定研究結(jié)論與成果,同時也存在一定的不足之處,具體如下。
( 1) 試驗針對 3 種類型的氣體流量計都只選取了 1 臺流量計,試驗數(shù)據(jù)量有限,需要選取更多的流量計進行進一步試驗和分析。
( 2) 試驗只選擇了 DN80 mm 的直管段,為了補充和完善試驗結(jié)論,對于其他口徑的直管段也需要進一步試驗。
( 3) 基于人員和技術(shù)的限制,本文對試驗數(shù)據(jù)的挖掘深度有限,有待進一步分析和提煉。如可以嘗試建立取壓位置和儀表系數(shù)的數(shù)學(xué)模型,在不能滿足檢測要求的條件下,利用數(shù)學(xué)模型實現(xiàn)對儀表系數(shù)的有效修正。
( 4) 試驗管段眾多取壓孔會對氣體流動狀態(tài)產(chǎn)生一定影響,有待改進取壓孔設(shè)計和取壓方式,避免這一影響。

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