1 前言

 

      涡轮流量计是基于力矩平衡原理，属于速度式流量仪表。它具有如下特点：（1）它的量程比宽，量程比可达8~10，在同样的口径下，它的最大流量值大于很多其它流量计。（2）它输出的信号是与流量成正比的脉冲信号，在传输过程准确度不降低，易于累积，易于送入计算机系统。（3）结构简单、反应灵敏、安装维修方便。因而在流量计量过程中具有广泛应用。

 

      目前涡轮流量计出厂一般都是用水或粘度比较低的柴油进行检定，涡轮流量计所适用的流体一般都是低粘度（一般应低于15×10-6 m2/s）流体，但当流体的粘度大于15×10-6 m2/s时，流体的流动状态会发生变化。在层流状态时，流体的阻力矩与流体的粘度、涡轮的旋转角速度成正比。而在素流状态下，流体流动阻力矩与流体密度和流量成正比。因此，流体在不同的流动状态下，流体流动对涡轮流量计的影响是不相同的。

 

      本文用标准体积管作为基准，通过实验研究流体的粘性变化对涡轮流量计仪表系数的影响。

 

      2 试验设备与方法

 

      2.1 试验介质

 

      对于粘度较低的流体，选用清水和-35#军用柴油作为试验介质。对于其它粘度的试验介质，获得方法为用粘度较高的120BS基础油与粘度较低的-35#军用柴油按不同的比例混合，得到试验所需粘度的介质。试验方法是在实验室用较精确地配置比倒，如用10%、20%、30%、50%及100%的粘度较高的120BS基础油与-35#军用柴油混合，混合均匀后，在一定的温度下测量混合后的粘度，根据测量的数据，回归出介质的粘度与混合比的关系（如图1）。然后配置所需要的试验介质。本试验共选用6种粘度进行试验，它们粘度分别是1×10-6、2×10-6、55×10-6、105×10-6、210×10-6、290×10-6 m2/s。

 

 

 

      2.2 主要的试验装置

 

      活塞式液体标准体积管的型号为JHYG-100，流量范围：0.4~400 m3/h、精度：0.03%。

 

      它在使用之前，必须进行检定，以确保在标定流量计时，从体积管标准段内置换出的液体数量。

 

      对活塞式液体标准体积管进行标定时所用的仪表设备如下：二等标准金属量器容积100L准确度±0.025%；标准压力表0~1.0 MPa、精度等级0.4级；标准温度计0~50℃，其分度值0.1℃。秒表分度值0.01秒。

 

      每次标定时记录体积管进、出口水的温度和进口处的压力，记录体积管光电检测筒内殷钢棒的温度；等标准罐内水位稳定之后再记录标准罐刻度尺上的数值，在放水时测量水温。根据要求，检定次数N≥6，检定数据见表1。

 

表1 JHYG-100型标准体积管标准体积检定数据 

 

测试次数N

 

体积管处温度ts(℃)

 

量器内水温tp(℃)

 

殷钢棒温度tr(℃)

 

体积管处水压PP(MPa)

 

量器标尺读数L(mm)

 

1

 

18.9

 

19.0

 

19.5

 

0.050

 

127.40

 

2

 

19.0

 

19.0

 

20.0

 

0.052

 

127.50

 

3

 

18.7

 

19.0

 

20.0

 

0.052

 

129.90

 

4

 

18.5

 

18.9

 

19.9

 

0.054

 

129.46

 

5

 

18.2

 

18.9

 

19.9

 

0.053

 

130.00

 

6

 

17.9

 

18.5

 

20.0

 

0.053

 

130.00

 

        Vs=100+（L-70.16）·5.03/1000     （1）

      式中，L为标准量器标尺读数mm，Vs未经温度、压力修正的体积管标定容积（L）、根据文献[3]可求得标准体积管的体积。

 

      （2）

 

      式中，VPa为经过压力温度修正后的体积（L）；

               βs为标准量器材质的体膨胀系数，βs=3.3×10-5 （1/℃）：

               βω为水的体膨胀系数，βω=2.015×10-4（1/℃）；

               Fω为水的压缩系数，Fω=4.91×10-10（1/Pa）：

               E为体积管材质的弹性模量，E=2.0×1011（Pa）；

               D为体积管内径，D=0.375（m）；

               e为体积管的厚度，e=0.012（m）；

               αP为体积管材质的线胀系数，αP=1.22×10-5 （1/℃）

               αr为测量杆材质的线胀系数，αr=1.44×10-5 （1/℃）；

               ta、tP分别为标准量器和体积管的壁温（℃）；

               tr为测量杆的温度（℃）：

               PP为体积管内液体压力（Pa）

 

      取6次测量的平均值作为体积管的基本体积 Vn=100.2856（L）

 

      标准体积管标准偏差σ

 

      

 

      标准体积管的重复性ER

 

      

 

      式中，ta（k）为置信度为95%的t分布系数

 

      ta（k）=2.57

 

      活塞式液体标准体积管的准确度E

 

      

 

      式中，Es为标准量器的准确度，Es=0.O25%

 

      2.3 试验装置流程图

 

      进行流量计检定时，根据[3]要求，在流量计的上游安装压力表，在流量计的下游安装温度计。涡轮变送器与计算机采用屏蔽线连接，为便于调节流量同时把变送器与流量积算仪连接，根据积算仪的瞬时流量显示，调节每个检定点流量的大小，保证要检定点的流量符台检定规程的要求检定流程图2如示。