分享BURKERT流量計特性影響因素分析

分享BURKERT流量計特性影響因素分析
    BURKERT流量計是種速度式流量測量儀表，具有高精度、寬量程、脈沖輸出等優點，在工業過程被廣泛應用［1-4］。由于被測對象的流動狀態和黏度等因素會對渦輪流量計的特性造成較大影響，因此如不采取相應修正措施，會導致測量結果產生較大誤差。可見，了解和掌握各類因素對渦輪流量計特性的影響機理，并研究補償措施，對提高渦輪流量計的測量精度具有重要意義。
    1流量測量精度影響因素
    BURKERT流量計的原理如圖1所示，結構如圖2所示。渦輪流量計主要由殼體組件、葉輪組件、前后導向架組件、壓緊圈和帶前置放大器的磁電感應轉換器等組成。在被測流體沖擊下，渦輪沿管道軸向旋轉，其旋轉速度隨流量的變化而變化，流量大則渦輪轉速也大。磁電感應轉換器將渦輪的轉速轉換為相應頻率的電脈沖，送入顯示儀表進行累積和顯示。根據單位時間內脈沖數和累積脈沖數，即可求出瞬時流量和累積流量。
    在定流量和流體黏度范圍內，渦輪流量計輸出的信號脈沖頻率F與通過渦輪流量計的體積流量qv成正比，即：
    F=Kqv（1）
    式中：K為渦輪流量計儀表常數，1/L。
    將測得的信號脈沖頻率除以儀表常數，即可得到體積流量。
    渦輪流量計的理想工作狀態是儀表常數K為常數，但實際使用中渦輪流量計的儀表常數與體積流量呈函數關系，即K=f（qv），影響該函數關系的主要因素有外部流狀態、流體黏度等，因此在實際使用時，需要考慮消除或修正這些因素的影響［5］。
    1.2外部流狀態對渦輪流量計特性的影響
    渦輪流量計的在實際使用中會受到漩渦流動、脈動流等的影響。漩渦流動狀態與上游管道狀況有關，脈動流則由壓氣機、鼓風機、旋轉式機械等產生，會影響渦輪流量計的特性。
    1.2.1漩渦流動
    漩渦流動會直接影響渦輪流量計葉片的受力情況，進而對測量精度產生影響。針對漩渦流動對渦輪流量計的影響，學者們進行了大量研究。
    將管道內有旋轉流存在的流場作為研究對象，研究了旋轉強度、渦輪流量計儀表精度與上游直管段長度之間的關系，得到了旋轉強度與上游直管段的關系：
    Sw=be-cx（2）
    式中：Sw為旋轉因數，用于表征漩渦強度；b和c為與流體性質、雷諾數和流量有關的常數，需要通過試驗確定，對于不可壓縮流體，b取值為0.030～0.085，c取值為0.10～0.50；x為上游直管段長度X與上游直管段直徑D的比值。
    儀表精度δ與x的關系為：
    式中：α、d為待定因數；K0為出廠所標定的儀表常數。
    將試驗所得b、c值代入式（2），可知隨著上游直管段長度的增加，漩渦流動的旋轉流強度會隨之衰減，即Sw值變小。由式（3）可知，渦輪流量計越靠近漩渦流動的源頭，渦輪流量計的精度就越差，即x越小，δ越大。因此，在安裝渦輪流量計時，增加其上游直管段長度以削弱漩渦流動對渦輪流量計精度的影響是有益的。
    對渦輪流量計在漩渦流動中的特性進行了研究，計算了上游直管段長度變化時儀表常數的變化情況。圖3為X=3D、X=9D、X=15D時，渦輪流量計分別在正旋來流、負旋來流的條件下，儀表常數隨體積流量的變化趨勢。由圖3可看出：渦輪流量計上游直管段越長，漩渦流動對儀表常數影響就越小，這趨勢與張新平所得結論致；正旋轉來流會使儀表常數偏大，而負旋轉則會使儀表常數偏小。
    1.2.2脈動流
    脈動流指流體在測量區域流速是時間的函數，但在個足夠長的時間段內有個恒定的平均值。國內外學者針對進口脈動流脈動頻率對渦輪流量計的影響規律進行了系列研究，并得出進口脈動流對渦輪流量計測量誤差的影響規律。為李文、應啟戛針對進口脈動流不同的脈動頻率對測量誤差的影響進行研究所得到的結果，由可以看出：進口脈動流會導致渦輪流量計測量結果出現正誤差，即測量值與真值相比偏大；當進口脈動流的脈動頻率小于渦輪流量計葉輪角頻率時，渦輪流量計測量結果接近真實值，進口脈動流所引起的測量誤差很小；當進口脈動流的脈動頻率大于渦輪流量計葉輪角頻率時，進口脈動流所引起的測量誤差則較大。