摘 要(yào):近(jìn)年來,渦(wō)街流量(liàng)計(jì)
被廣(guǎng)泛地應用于石(shí)油、化(huà)工、輕(qīng)工、冶金和電力企業(yè)中,用于測(cè)量液(yè)體、氣(qì)體(tǐ)、蒸(zhēng)汽、低(dī)溫和各種(zhǒng)腐蝕性介(jiè)質。有很多(duō)的資料對渦街(jiē)流量(liàng)計的(de)誤(wù)差(chà)進行分析,但很(hěn)少有(yǒu)涉及到溫(wēn)度對其準确度(dù)的(de)影(yǐng)響。通(tōng)過對(duì)渦街流量計的結構和原(yuán)理介(jiè)紹,經(jīng)過分(fèn)析,推導出了渦街流(liú)量(liàng)計儀表(biǎo)系數(shù)受溫度的影(yǐng)響(xiǎng),及其實際(jì)溫度(dù)下的(de)修正(zhèng)公式。
流量計
出廠校驗(yàn)及其檢定工(gōng)作是在(zài)實(shí)驗(yàn)室(shì)參考條件下進行的,但一(yī)般來(lái)說現(xiàn)場使用條(tiáo)件都(dōu)與實驗室(shì)的參考條件有(yǒu)很大的偏離,這(zhè)些工(gōng)作(zuò)條件的(de)偏離到(dào)底會帶來(lái)大多的附加(jiā)誤差至今(jīn)在标(biāo)準及生産廠家(jiā)資料中(zhōng)尚不明确。本(běn)文結(jié)合渦(wō)街流量計的實(shí)際應(yīng)用情況,爲(wèi)了使檢定(dìng)和計量工作更(gèng)科學,就溫度對渦街流量計(jì)儀表系(xì)數的影響(xiǎng)進行探讨。
1 渦街(jiē)流量(liàng)計工作原(yuán)理
在流體(tǐ)中設置漩(xuán)渦發生體(阻流體),從漩(xuán)渦發生(shēng)體兩側交替産(chǎn)生有規(guī)則的漩(xuán)渦,這種漩渦成(chéng)爲卡(kǎ)曼(màn)渦街,如(rú)圖1所示。
漩渦列在漩(xuán)渦發生(shēng)體下遊(yóu)非對稱地排列(liè)。設漩渦的(de)發生(shēng)頻率(lǜ)爲(wèi)f,則被測(cè)介質流的(de)平均(jun1)速度爲(wèi)u,漩渦發生體迎面(miàn)寬度(dù)爲d,表體通徑爲(wèi)d。根據(jù)卡(kǎ)曼(màn)渦街(jiē)原理,有如下關(guān)系式:
f=sru1/d=sru/md?????????? ?(1)
式中:u1———漩渦(wō)發生體兩側平(píng)均流速,m/s;
sr———斯特(tè)勞(láo)哈爾數;
m———漩(xuán)渦發生體(tǐ)兩(liǎng)側(cè)弓形(xíng)面積與(yǔ)管道橫截
式(shì)中(zhōng):k———流量計(jì)的儀表系(xì)數,脈(mò)沖數(shù)/m 3。
k除(chú)了與漩(xuán)渦發生體(tǐ)、管道的幾何尺寸有(yǒu)關外,還(hái)與斯特(tè)勞哈爾數有關(guān)。圖2所示爲圓柱(zhù)狀漩渦發生體的斯(sī)特勞(láo)哈爾(ěr)數與(yǔ)管道雷諾(nuò)數的關(guān)系。
由(yóu)圖2可(kě)見,在red= 2× 104～ 7× 106範圍内,sr可(kě)視爲常數,這也(yě)是儀表正常工作的範圍。
由以(yǐ)上推理可(kě)見,渦街流(liú)量計輸出(chū)的脈沖(chòng)頻(pín)率信号不受流體物(wù)性和組分(fèn)變化的影響(xiǎng),即儀表(biǎo)系數在一(yī)定雷諾數範(fàn)圍(wéi)内僅(jǐn)與漩渦發(fā)生體(tǐ)及管道的形狀(zhuàng)尺寸等有(yǒu)關。
2 結(jié)構
渦(wō)街流(liú)量計(jì)由傳感器(qì)和轉(zhuǎn)換器兩(liǎng)部分組(zǔ)成,傳感器包括(kuò)漩渦(wō)發生體(tǐ)、檢測元件(jiàn)、儀(yí)表表(biǎo)體等(děng);轉(zhuǎn)換器包(bāo)括前置放大器、濾波(bō)整(zhěng)形電路(lù)、d/a轉換電(diàn)路、輸出(chū)接口(kǒu)電(diàn)路、端子(zǐ)、支架和(hé)防(fáng)護罩(zhào)等。近(jìn)年來(lái)智能(néng)式流量計還把(bǎ)微處(chù)理(lǐ)器、顯示(shì)通訊(xùn)及其(qí)他功能模(mó)塊也裝在(zài)轉換(huàn)器(qì)内。
漩渦發生(shēng)體(tǐ)是檢測(cè)器的主要部(bù)件,它與儀表(biǎo)的流(liú)量特性(xìng)密切相(xiàng)關,本文主要讨(tǎo)論溫度的(de)變化(huà)對它尺(chǐ)寸的影(yǐng)響。當(dāng)然生(shēng)産廠家爲了避免由(yóu)渦街發生(shēng)體帶(dài)入的(de)誤差,對渦(wō)街發生(shēng)體提出(chū)了很高(gāo)的要求(qiú),如:能産生強烈(liè)的渦街,信(xìn)号的信噪(zào)比高(gāo);形狀(zhuàng)和結(jié)構簡單,便(biàn)于加工(gōng)和提高其尺(chǐ)寸的精度(dù),以及各種檢測(cè)元件的安裝和(hé)組合;材質應滿(mǎn)足流體性(xìng)質的(de)要求,耐腐蝕,耐磨蝕,耐溫度變(biàn)化等(děng)。當然(rán)其他(tā)的部(bù)件如(rú)檢(jiǎn)測元件、d/a轉換電路等也會影響渦(wō)街流量計(jì)的精(jīng)度,但(dàn)這(zhè)種影響(xiǎng)可以在(zài)軟件中(zhōng)補償(cháng)或者(zhě)是目(mù)前的技(jì)術局限(xiàn)。有關(guān)此方面的(de)論(lùn)文很(hěn)多(duō),在此(cǐ)不再(zài)贅述(shù)。本文(wén)着重讨論(lùn)的是(shì)有溫度的變化(huà)影響漩渦發生(shēng)體(tǐ)尺(chǐ)寸的變化(huà)和表體内(nèi)徑的變化(huà),以及由此(cǐ)帶來的誤(wù)差。
3 誤(wù)差分(fèn)析
由(7)式可(kě)知,這是(shì)k在标準狀況(kuàng)下(xià)的表(biǎo)達(dá)式,在(zài)工作(zuò)條件(jiàn)下,由于(yú)溫度發(fā)生了變化(huà),由此引(yǐn)起(qǐ)k的(de)表(biǎo)達式(shì)的變(biàn)化(huà)。
将(7)是變(biàn)形得:
如果(guǒ)對(9)式(shì)求d和d的偏(piān)導數(shù)得到(dào)的(de)數學表(biǎo)達式是相(xiàng)當複(fú)雜的,這裏複雜(zá)的原因是(shì)由于m的表達式過于(yú)複雜(zá)。在求m的表達式時,用了精(jīng)确的計算方法(fǎ),如圖3所示。将漩(xuán)渦發(fā)生體(tǐ)看作(zuò)是兩個扇(shàn)形(扇(shàn)形oef和扇形ohg)和兩(liǎng)個三角形(△eoh和(hé)△fog)的(de)面積之和。
爲了簡化(huà)計(jì)算,在這(zhè)裏做個近似:把漩渦發生體看(kàn)作是個矩(jǔ)形abcd,由(yóu)圖知道寬爲d,長爲d,所(suǒ)以漩(xuán)渦發生體(tǐ)的面積:s體(tǐ)=d·d??????? (11)
由于(yú)把漩(xuán)渦發生體(tǐ)看(kàn)作爲是個矩形(寬(kuān)爲d,長(zhǎng)爲d),其面(miàn)積比實(shí)際要大,m則比事件(jiàn)要小,所以要(yào)對m進行修(xiū)正,經查閱有(yǒu)關資料(liào),發現大(dà)多數的資料(liào)都把4π修正(zhèng)爲1.25,代入(12)式,得到(dào):
可見,當使用溫(wēn)度和檢定(dìng)溫度相差較(jiào)大時,溫(wēn)度對(duì)儀表系數(shù)的(de)影(yǐng)響是比較(jiào)明顯的,應(yīng)該加(jiā)以考(kǎo)慮。
4 結束語(yǔ)
渦街(jiē)流量(liàng)計目前在(zài)國内(nèi)應用越來越廣泛,但(dàn)其使用介質(zhì)的溫度差别(bié)很大(dà),如有的測量原(yuán)油,有的測(cè)量蒸汽(qì)以(yǐ)及過熱蒸(zhēng)汽等,有的(de)使用在低溫環(huán)境,有(yǒu)的使用在高溫(wēn)環境,如果在應(yīng)用過(guò)程中忽略(luè)的溫度對儀表系數的影(yǐng)響,會(huì)産生很大的計量誤差,在實際(jì)工作中不應該(gāi)忽略這個因素(sù)影響(xiǎng),在使(shǐ)用中(zhōng)應該使(shǐ)用以上(shàng)推導(dǎo)公式(shì)進行(háng)修正。
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