摘要:在(zài)實際應用中，燃(rán)油流量(liàng)計 常會(huì)工作于非(fēi)穩定流量狀态(tài)下，此時流量(liàng)計(jì)的計(jì)量性(xìng)能可能會(huì)發生(shēng)變化。利用(yòng)燃油動态流量(liàng)标準裝(zhuāng)置(zhì)，對科(kē)裏奧(ào)利(lì)質量流(liú)量計(jì)和(hé)容積式(shì)刮闆(pǎn)流量計分(fèn)别進行非穩态流量(liàng)試驗，分析(xī)了非穩(wěn)态流量環境(jìng)對(duì)這(zhè)兩種(zhǒng)流量(liàng)計測量結(jié)果的影響，并給出了使(shǐ)用(yòng)和校(xiào)準建議(yì)。
0引(yǐn)言
　　目(mù)前，實驗室均是在穩态流量條(tiáo)件下，對 流量計(jì) 進行檢定(dìng)或校(xiào)準試驗(yàn)，即通過(guò)流量(liàng)标準裝置(zhì)提供穩定的标(biāo)準流量，将流量(liàng)計的示值(zhí)與标(biāo)準流(liú)量值進行(háng)比較，計算誤差，從(cóng)而(ér)評價流量(liàng)計的(de)計量(liàng)性能(néng)，例如: 渦輪(lún)流量計 檢定規程要(yào)求在特(tè)定(dìng)流量點(diǎn)下進(jìn)行(háng)試驗(yàn)，并且要求“在檢(jiǎn)定過程中，每調整一個(gè)流量點(diǎn)，都應待壓力、溫度、流(liú)量穩定後(hòu)方可進行(háng)檢定”山。然(rán)而實際工(gōng)況中的(de)流量往往是(shì)非穩态的(de)，例如飛機(jī)在起(qǐ)飛、爬升、俯沖、巡(xún)航、加(jiā)力、滑(huá)翔、降落等飛(fēi)行(háng)狀态(tài)時，發動機的耗油速率、耗油量(liàng)均會發生(shēng)急劇(jù)變化，燃油管道(dào)内會産(chǎn)生流場(chǎng)變化(huà)和壓力變(biàn)化，因此有必要對流量計非穩(wěn)态下(xià)的(de)計(jì)量性能進(jìn)行研究。
　　近(jìn)年來(lái)，國内學者(zhě)針對渦(wō)輪流量(liàng)計和科裏奧利質量流量進行(háng)了動(dòng)态響應的(de)理論(lùn)分析和仿(páng)真口2-3，但相關試驗相對(duì)較少(shǎo)。利用燃油動(dòng)态流(liú)量标準(zhǔn)裝置，對(duì)科裏奧利(lì)質量(liàng)流(liú)量計(jì)和容積(jī)式刮(guā)闆流量計分别(bié)進(jìn)行(háng)非穩态流(liú)量試(shì)驗。
1流(liú)量計(jì)原(yuán)理及數(shù)學模型(xíng)
1.1科(kē)裏奧(ào)利質量(liàng)流量計(jì)
　　科裏奧利(lì)質量(liàng)流量計基于科(kē)裏奧利力效應(yīng)，直接(jiē).測(cè)量流體(tǐ)的質量流量，簡稱科氏(shì)質量流(liú)量計(coriolismassflowmeter,cmf)。該流(liú)量計内部設計有振動的(de)測量(liàng)管，流(liú)體在測量管中(zhōng)的流動相(xiàng)當于(yú)直線運動，而測(cè)量管(guǎn)的(de)振動會(huì)産生一個角速(sù)度，由(yóu)于振動(dòng)是(shì)受到外加電磁(cí)場驅動的，有着(zhe)固定(dìng)的(de)頻率，因(yīn)此(cǐ)，流體在管道(dào)中受到的科裏(lǐ)奧利(lì)力(lì)僅(jǐn)與其(qí)質量和運動速度有關(guān)，而質量和運動速度及(jí)流速的(de)乘積(jī)就(jiù)是需要(yào)測(cè)量的(de)質量(liàng)流量，因此(cǐ)通過(guò)測量流體(tǐ)在管道中(zhōng)受到(dào)的科裏(lǐ)奧利(lì)力(lì)，便可以測(cè)量其(qí)質量流(liú)量。其數學模(mó)型爲(wèi)

　　當流(liú)體流過振動的(de)測量管時，在測(cè)量管中産生的(de)科裏奧利力會引起振(zhèn)動管發(fā)生微(wēi)小變形，從(cóng)而産生進口和(hé)出口的相(xiàng)位差，如圖1所示。當流(liú)量爲零時，即流(liú)體停(tíng)滞不流動(dòng)時，入口a和出口(kǒu)b處的相(xiàng)位差爲(wèi)零。當(dāng)有流(liú)體流過時(shí)，測量管入(rù)口(kǒu)a處振動減速(sù)，出口b處振(zhèn)動加(jiā)速，當質量流量(liàng)增加(jiā)時(shí)，相位差(chà)也增(zēng)加，通(tōng)過入口和(hé)出口的電(diàn)磁式相位(wèi)傳(chuán)感(gǎn)器，即可測量管子的振(zhèn)動相位(wèi)。科裏奧利質量流量計(jì)的(de)k系數就是質量流量(liàng)與相(xiàng)位差(chà)的特征數(shù)。

1.2容(róng)積(jī)式流量計
　　容積流量(liàng)計是(shì)一種利用(yòng)定容(róng)積器件(jiàn)連(lián)續測(cè)量流體總量的儀表，亦稱爲正(zhèng)排量流量(liàng)計(jì)(positivedisplace-mentflowmeter，pdf)[4]。選用的(de)容積式刮闆流量(liàng)計(jì)的結構如(rú)圖2所示，其結(jié)構由柱(zhù)形計量腔(qiāng)體、一個阻塞轉子(blockingrotor)和(hé)兩個移動(dòng)轉子(displace-mentrotors)構成(chéng)。在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的一個周期(qī)内的任何位置(zhì)，計量腔體、阻塞轉子(zǐ)以及至(zhì)少(shǎo)一個位移(yí)轉子(zǐ)之間始(shǐ)終保持(chí)着連續的(de)密封(fēng)。

　　當(dāng)流體通過流(liú)量計時，會推動計量腔内(nèi)部的(de)轉子轉動，轉動中的(de)轉子将流(liú)體分割，流(liú)體的(de)流動(dòng)與(yǔ)轉子的(de)轉動同(tóng)時進行。當流(liú)體(tǐ)進入計(jì)量腔時(shí)，流體不斷的被分(fèn)割和(hé)測量，與此同(tóng)時前部(bù)的(de)流體通(tōng)過流量計并進(jìn)入下(xià)遊管(guǎn)道。由(yóu)于(yú)計量腔(qiāng)的容(róng)積是(shì)已知的(de)，且(qiě)阻塞轉子的每一次旋轉中通過流量(liàng)計的體(tǐ)積量都是(shì)相同(tóng)的，通(tōng)過測量轉(zhuǎn)子的(de)轉數，即可得到(dào)通過流量(liàng)計的(de)累積流量(liàng)。容積式流(liú)量計(jì)的理(lǐ)論公式爲
q=kn　　　　　　　　(2)
式中:q爲流(liú)體總(zǒng)量;k爲儀表系數(shù);n爲分割流體機(jī)構的轉數。

2非穩(wěn)态流量源
　　本次(cì)試驗所使(shǐ)用的(de)标準裝置(zhì)爲燃(rán)油動(dòng)态流量标(biāo)準裝置，該(gāi)裝置(zhì)采用主動式活(huó)塞體積(jī)管作爲(wèi)标準(zhǔn)器(qì)，其擴展(zhǎn)測量不确定度(dù)u=0.05%(k=2)，原理如圖4所示(shì)。

　　燃油(yóu)動(dòng)态流量标準裝置的工(gōng)作原理爲:工作過程.中電機旋(xuán)轉，驅動滾珠絲(sī)杠帶動标準體(tǐ)積管活(huó)塞(sāi)左行，排出液(yè)體(tǐ)流經(jīng)控制(zhì)閥門及被檢流量計後經(jīng)過過(guò)濾器回到(dào)儲油(yóu)箱;同時，儲(chǔ)油箱(xiāng)裏的油經(jīng)過下遊(yóu)管(guǎn)段進(jìn)入(rù)标準(zhǔn)體(tǐ)積管(guǎn)。通過設(shè)置(zhì)電機的轉速(sù)實(shí)現非穩态(tài)流(liú)量，通過(guò)采集光栅值來确定(dìng)活塞的移(yí)動位置，由(yóu)于截(jié)面積(jī)已知，可準(zhǔn)确計算得到标(biāo)準流量值。.
3試驗(yàn)結果分析(xī)
　　選用直管式科(kē)裏(lǐ)奧(ào)利質量流量計和容積式刮闆(pǎn)流量(liàng)計作爲試(shì)驗(yàn)對(duì)象(xiàng)，分别進(jìn)行穩(wěn)态流(liú)量試驗和非穩态流(liú)量試(shì)驗。試(shì)驗流量計選(xuǎn)型如表(biǎo)1所示。試(shì)驗介質(zhì)爲航空燃油rp-3，密(mì)度約爲(wèi)780m'/h，運(yùn)動粘(zhān)度約(yuē)爲1.591mm2/s。
3.1穩态下(xià)試驗
　　在穩态流量下，參(cān)照國家(jiā)檢定規程分别對科裏奧(ào)利質量流(liú)量計(jì)和刮(guā)闆流量計進行(háng)校準試驗(yàn)，得到(dào)的試驗數據如(rú)表2與表3所(suǒ)示。

　　試(shì)驗數據表(biǎo)明，選(xuǎn)用的科裏奧利(lì)質量流量計和(hé)刮闆(pǎn)流(liú)量計(jì)在(zài)穩态流量下誤(wù)差很小(xiǎo)，具有較(jiào)好精(jīng)度(dù)。
3.2非(fēi)穩态(tài)下試驗
　　調節燃(rán)油流(liú)量标準裝置中的電(diàn)機轉速，使(shǐ)裝(zhuāng)置産生(shēng)的流(liú)量按(àn)照一定的斜(xié)率(lǜ)逐漸(jiàn)變化，流量變化(huà)如圖(tú)5所示。

　　此時，對科裏奧利質量流(liú)量(liàng)計分别(bié)進行流(liú)量(liàng)遞增(zēng)校準測試和(hé)流(liú)量遞減校準測(cè)試，重複測(cè)試3次，得到試(shì)驗數據(jù)如表4所示(shì)。
同樣(yàng)的對刮闆流量(liàng)計分(fèn)别進行流(liú)量遞增(zēng)校(xiào)準測(cè)試和流(liú)量遞減(jiǎn)校準(zhǔn)測試，重複測試(shì)3次，得到試驗數據如(rú)表5所(suǒ)示。

　　上(shàng)述(shù)數據表(biǎo)明，在瞬時(shí)流量(liàng)qs連續增大(dà)的過(guò).程中，科裏奧(ào)利(lì)質量(liàng)流量(liàng)計的(de)儀表(biǎo)系數(shù)會減(jiǎn)小，其顯示流量(liàng)值小于标(biāo)準流(liú)量;在(zài)瞬(shùn)時流量(liàng)qs連續減小(xiǎo)的過(guò)程中，科(kē)裏奧利(lì)質量(liàng)流(liú)量(liàng)計的(de)儀表系數會增(zēng)大，其顯(xiǎn)示(shì)流量(liàng)值大于标準流(liú)量。而對于刮闆(pǎn)流量(liàng)計，無論瞬(shùn)時流量qs增大還(hái)是減(jiǎn)小，其儀表(biǎo)系數未發生明顯變(biàn)化。
4結論
　　 在非穩态流量條件下(xià)，容積(jī)式流(liú)量計的計量性(xìng)能要(yào)優于科裏(lǐ)奧利質量(liàng)流量(liàng)計，在非穩态流(liú)量測量時(shí)，推薦(jiàn)優先(xiān)選擇容積式流量(liàng)計。對科裏奧(ào)利質量流(liú)量計(jì)進行檢定或者校準(zhǔn)試驗(yàn)時，要求(qiú)标準(zhǔn)裝置必須(xū)提(tí)供穩定流量源(yuán)，否則(zé)會産(chǎn)生非穩态(tài)下的(de)測量誤差(chà)。

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