【摘要】在氣體渦輪流量計 實際應(yīng)用的基(jī)礎上，氣體渦輪流量(liàng)計的性能(néng)特點，分(fèn)析(xī)了影響氣體渦輪流(liú)量計(jì)精(jīng)度的各(gè)種因(yīn)素，并基于(yú)該精(jīng)度測量了(le)氣體渦輪(lún)流量(liàng)計，總結了(le)提高數據正(zhèng)确率的基礎(chǔ)方(fāng)法(fǎ)。
一、引(yǐn)言
　　儀器的精度(dù)一般有準确度(dù)、正确(què)度和精密(mì)度。準确(què)度(dù)a是檢測真(zhēn)實值(zhí)和結(jié)果二(èr)者的相同程度(dù)，并(bìng)且由(yóu)a=ε±u表(biǎo)示，其中u是不确(què)定性(xìng)系統(tǒng)誤差(chà)±e和随機不(bú)确定度Δm綜合的不确(què)定性。精度是測量結(jié)果的系統誤差程度。由于(yú)系統(tǒng)誤差e包括(kuò)兩部分，确定的(de)系統誤差和(hé)未(wèi)定義的系統誤(wù)差±e，所(suǒ)以精度可以表(biǎo)示爲e=±e。測量(liàng)精度(dù)高，精度等(děng)級可達1級、1.5級。測量範圍寬(kuān)度，測(cè)量範圍(wéi)寬(kuān)度一(yī)般爲(wèi)1:20。
二、機械摩(mó)擦(cā)與(yǔ)流體(tǐ)阻力(lì)對精度的影響(xiǎng)
(一)氣(qì)體渦(wō)輪流(liú)量計的數學模(mó)型
　　用(yòng)于渦輪機(jī)的(de)轉(zhuǎn)矩一般分(fèn)爲由流過渦輪(lún)機的流體産生(shēng)的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩tr。由渦輪(lún)機表面流(liú)動(dòng)的流體引起(qǐ)的粘性摩擦(cā)以(yǐ)及渦輪機軸和(hé)軸承(chéng)，齒(chǐ)輪和齒輪施(shī)加到渦輪(lún)機(jī)的機(jī)械摩擦(cā)力矩trm。當流(liú)體通過渦(wō)輪(lún)機時流向渦輪(lún)機的流(liú)體阻(zǔ)力轉矩trf和(hé)渦輪機中(zhōng)的磁(cí)電轉換器産(chǎn)生(shēng)的電磁(cí)反沖轉矩tre。
(二)機(jī)械摩擦阻力(lì)矩trm對(duì)精度(dù)的影響
　　對于真(zhēn)正的氣體(tǐ)渦輪機流(liú)量計(jì)，渦輪(lún)機必(bì)須首先通過靜(jìng)摩擦的阻(zǔ)礙力矩才能旋(xuán)轉，克服渦輪靜(jìng)摩擦扭矩所需的最小(xiǎo)值(zhí)稱爲(wèi)流量(liàng)計的初始(shǐ)流量qvmin。如果流量(liàng)計小于qvmin，則渦輪不會旋(xuán)轉，并且不會輸(shū)出(chū)脈沖信号。當(dāng)流量等(děng)于(yú)起始流(liú)量時(shí)，渦輪(lún)機(jī)啓動，但(dàn)此時的角(jiǎo)速度非常(cháng)小，并且流體阻(zǔ)力轉矩trf的影響可忽略不(bú)計。
(三)流體阻力(lì)矩trf對精度的影(yǐng)響
　　當(dāng)流(liú)量大于初始流量的時(shí)候，渦輪機旋轉(zhuǎn)角速(sù)度随(suí)着(zhe)流量增加而(ér)增加(jiā)，并且(qiě)影響流量(liàng)計精(jīng)度的(de)主要(yào)原因變成(chéng)了由(yóu)流體産生(shēng)的(de)牽(qiān)引扭矩trf。
1.層(céng)流流(liú)動狀态時(shí)的流(liú)量計特性
　　在層(céng)流(liú)狀态下，流體(tǐ)流動阻力與(yǔ)流(liú)體粘度μ和(hé)渦輪(lún)機旋(xuán)轉角速度(dù)ω成正比。ω與流體(tǐ)流量成正(zhèng)比。
　　在(zài)層流狀态(tài)下(xià)，儀器系(xì)數(shù)k與流體粘度μ的變化有(yǒu)關。如果粘度不(bú)變(biàn)，則(zé)随(suí)着流量(liàng)qv的增加儀器系(xì)數k也将增(zēng)加。
2.紊流流動狀态時(shí)的流(liú)量(liàng)計特性
　　在(zài)湍流狀态下(xià)，流體的流動阻(zǔ)力與其密(mì)度ρ和速度qv成(chéng)正比。此(cǐ)刻，不可以算出(chū)流體粘度的影(yǐng)響。
三、提高精度(dù)的方法
(一(yī))減少(shǎo)機械阻(zǔ)力
　　首先(xiān)，應該完成渦輪(lún)機的平衡，因爲(wèi)如果渦輪(lún)機(jī)的(de)質量(liàng)中心不在(zài)軸上，則(zé)渦輪機(jī)本身的重量會(huì)爲軸承增(zēng)加額(é)外的慣性力矩(jǔ)，爲了提(tí)高(gāo)流量計流量低時的(de)精度，需要(yào)提高(gāo)加工品質，降低(dī)機械摩(mó)擦(cā)阻力。
(二)克服(fú)流(liú)體阻(zǔ)力的影響
　　首先(xiān)，氣動(dòng)渦輪機的(de)表面(miàn)應平(píng)滑以(yǐ)減少(shǎo)氣體和渦(wō)輪機之間(jiān)的粘性摩擦。其(qí)次，根據trf=c1μqv的特(tè)性和層(céng)流狀态(tài)trf中的流(liú)體阻(zǔ)力(lì)矩，随(suí)着(zhe)qv的增加(jiā)儀器系數k也增加(jiā)。另外，渦輪葉(yè)片的重(zhòng)疊率不宜過高(gāo)。否則流體阻力将會非常(cháng)高，流(liú)量計(jì)的(de)測量精度也會降低。
(三(sān))減少漏氣對氣(qì)體渦(wō)輪流(liú)量計(jì)精度的影(yǐng)響
　　流(liú)向葉片的(de)驅動扭矩tr變小，影響(xiǎng)流量(liàng)計的(de)精度(dù)。所以(yǐ)，氣(qì)動渦輪(lún)機與内(nèi)壁(bì)之間(jiān)的間隙(xì)通(tōng)常小(xiǎo)于0.5至(zhì)1mm。重疊(dié)系數通(tōng)常用于(yú)指示(shì)兩個相(xiàng)鄰渦輪(lún)葉片相互重疊的程度。重複的元素不(bú)應該太(tài)小。否則，洩漏增(zēng)加，重疊(dié)因子通(tōng)常從1－1.1中(zhōng)選(xuǎn)擇。
四、壓力、溫(wēn)度及壓縮系(xì)數的修正(zhèng)
　　氣(qì)體的(de)體積與(yǔ)壓力、溫度和壓(yā)縮系(xì)數有關。氣(qì)體渦輪流(liú)量計必須(xū)通過壓力和溫(wēn)度校(xiào)正将(jiāng)在運行條(tiáo)件下測量的體(tǐ)積轉(zhuǎn)換爲标準條件(jiàn)下的體積(jī)值。當(dāng)氣體溫度(dù)較低(dī)并且壓力較高時，必(bì)須考(kǎo)慮壓(yā)縮因子的影響(xiǎng)，以确(què)保高精度(dù)的氣體流量測(cè)量。
(一)壓力、溫度(dù)修正(zhèng)的必要性(xìng)
　　流量(liàng)計的校準(zhǔn)溫度設(shè)置(zhì)爲25°c，設(shè)壓力(lì)爲0.1mpa。在(zài)氣體(tǐ)介質的現實操(cāo)作溫度爲0℃，氣壓(yā)爲0.1mpa時，忽(hū)略溫度的影(yǐng)響會導緻(zhì)以下誤差:

　　在氣(qì)态介(jiè)質溫(wēn)度的(de)實際操作中，測(cè)量值爲25°c，壓力爲0.105mpa，如果(guǒ)流量(liàng)計溫(wēn)度在25°c，0.1mpa壓力下校(xiào)準，則會導(dǎo)緻忽(hū)略壓(yā)力的(de)誤差(chà):

　　忽略(luè)溫(wēn)度和壓(yā)力的(de)影響，發生(shēng)較大的誤(wù)差，因此有必(bì)要對(duì)溫(wēn)度和壓力進行(háng)校正(zhèng)，壓力傳感(gǎn)器和溫度(dù)傳感(gǎn)器盡(jìn)可能(néng)使用(yòng)高精度産品。如(rú)果流量計(jì)的精(jīng)度爲(wèi)1%，則溫(wēn)度傳感器的精度必(bì)須高于0.2°c，壓(yā)力傳(chuán)感器(qì)的精度必(bì)須高于0.2%。
(二)修正(zhèng)氣體壓(yā)縮系數(shù)
1.壓縮系數修正(zhèng)的必(bì)要性
　　壓縮(suō)系數是測量實(shí)際氣體接近理想氣體(tǐ)程度的參數(shù)。壓縮(suō)因子(zǐ)随着(zhe)溫度和壓力而(ér)變化，并且(qiě)一般來說(shuō)該功能通(tōng)過比(bǐ)較壓(yā)力pr和(hé)溫度tr來表(biǎo)示。pr=p/pm;tr=t/tm。比如說，天然(rán)氣臨界溫(wēn)度(dù)tm是(shì)191.16k，臨界(jiè)壓力(lì)pm是4.64mpa。在(zài)溫度爲0℃時和壓(yā)力爲0.2mpa時，pr=0.2/4.64，tr=273/191，16;z=0.995。忽略z的(de)值則誤差爲0.502%。
　　由(yóu)于流(liú)量計(jì)的相對誤差必須保持在(zài)1%或1.5%以内，如(rú)果壓力(lì)大于0.2mpa，則(zé)必(bì)須考(kǎo)慮(lǜ)壓縮(suō)系數。
　　可以從一般曲(qǔ)線或(huò)使用(yòng)狀态方(fāng)程計算z值。爲(wèi)了便于計(jì)算，使用(yòng)二次拟(nǐ)合曲線(xiàn)的(de)方法(fǎ)近似z值。求(qiú)解z值(zhí)時，選擇在研究(jiū)範圍(wéi)内均(jun1)勻分(fèn)布的6個(gè)tr點作爲(wèi)比較(jiào)溫度(dù)範圍内的參考(kǎo)點，以(yǐ)及z和pr之(zhī)間的簡(jiǎn)單函數關系我明白(bái)了(le)。在(zài)溫度(dù)爲t1的(de)時候(hòu)，對比(bǐ)溫度是tr1，壓縮系(xì)數是zt1;在(zài)溫(wēn)度爲(wèi)t2的時候，對比溫度是(shì)tr2，壓縮系數(shù)是zt2;在(zài)現實(shí)中的(de)氣體測量時，氣(qì)體成分(fèn)的(de)變化(huà)通常(cháng)來說不會(huì)太(tài)大，所以(yǐ)tm和pm的(de)值應該(gāi)保持不(bú)變。
五、結(jié)束(shù)語
(1)校(xiào)準小直(zhí)徑、小流(liú)量渦輪(lún)流量計(jì)應使(shǐ)用标準鍾(zhōng)形裝置。校準大(dà)直徑大流量渦輪流量(liàng)計(jì)應使(shǐ)用聲波(bō)噴嘴。标(biāo)準渦輪流量計也可(kě)以(yǐ)用作内(nèi)徑爲100mm，大于(yú)100mm的渦輪流量計的标(biāo)準設備(bèi)，但需要(yào)每年重新驗證(zhèng)一次。
(2)合理(lǐ)設計校準系統，确保(bǎo)燃氣輪(lún)機流量(liàng)計前後有足夠(gòu)的直管(guǎn)段，如果(guǒ)由于管路限制(zhì)導緻直管段長度不(bú)夠，在流量(liàng)計前(qián)安裝(zhuāng)整流(liú)器(qì)。當氣(qì)體質量(liàng)較差(chà)時(shí)，應安裝過濾(lǜ)器以避免雜質對(duì)系(xì)統的(de)影響(xiǎng)。當氣體含(hán)水量較大時，應(yīng)安裝脫水幹燥裝置。
(3)在(zài)選(xuǎn)擇最佳設計(jì)和選擇(zé)高精(jīng)度輔(fǔ)助設(shè)備(如(rú)壓(yā)力傳感(gǎn)器、溫度和計(jì)時(shí)設備)時，精(jīng)度必(bì)須高于被測渦(wō)輪機表的要求(qiú)精(jīng)度。并将(jiāng)系統(tǒng)誤差降至最低。
(4)遵循嚴格(gé)的校準程序以符合(hé)校準所需的溫(wēn)度、壓(yā)力、濕度和(hé)其他環境(jìng)條件(jiàn)。
(5)正确(què)處理數據并充分考慮通(tōng)過标準(zhǔn)設備、測(cè)試表和标準設(shè)備本(běn)身的錯誤(wù)時氣體狀(zhuàng)态的差異。标準設備(bèi)必須認(rèn)真(zhēn)管理(lǐ)，并(bìng)按(àn)照(zhào)技術監(jiān)督局的規定進(jìn)行定(dìng)期(qī)測試。

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