整流式流量计实验情况介绍

PAGE7-整流式流量计实验情况介绍一、实验目的虽然此种流量计，以前已有一些生产了（如：罗斯蒙特公司几年前就推出的4孔结构的多孔板；上海科洋公司推出的“平衡式流量计”，我公司也根据一些用户的特殊要求进行过个别的供货），但毕竟实验数据不多。而我们认为做为一个好的流量计产品来进行推荐的话，还是应该更加心中有数才是对客户、对市场的真正负责任，因此我们根据现场应用的实际情况，做了一些测试实验。二、整流式流量计的实验情况（一）测试依据1、JJG640-94《差压式流量计》检定规定2、流量计算公式：eq\o\ac(○,1)在实验中、、是已知的，是用差压变送器进行测量的值。eq\o\ac(○,2)测量时，实际主要是标定，计算的不确定度（误差），从公式中看出“”的准确性实际直接影响到流量测量的准确性。（二）实验条件1、实验装置：北京航天部101所水流量测试装置，装置精度0.05%2、实验管道：DN1003、实验配套用差压变送器3台：罗斯蒙特3051系列差压变送器，精度0.075%，量程分别为：0~6Kpa、0~60Kpa、0~248Kpa。4、现场管道及阻力件辅设情况（见下图）节流装置前阻力件形式为一个90°弯头后接约2D长的渐缩管（从DN150缩到DN100）。按照GB2624-2006标准孔板对前管段要求，我们依据阻力件为同一个平面两个90°弯头，值为0.6时要求的前直管段为30D进行理想状态的实验，并以此数据作为其它试验数据对此的标准值。（三）实验项目1、直管段足够长（30D）条件下三种不同结构型式的多孔孔板流出系数重复性、线性度的实验（图）（雷诺数从，该装置由于压头的限制最大流量只能做到此处，这是说在时）。2、节流装置前为5D直管段长度时，流出系数重复性、线性度的实验。3、节流装置前为2D直管段长度时，流出系数重复性、线性度的实验。4、3种取压方式的比较试验。5、3种值的多孔板的实验（选取一种结构的多孔板）。6、压力损失的实验。（四）实验情况1、三种结构多孔板在理想条件下（前3D直管段）（1）实验显示三种板的重复性都不错，大多数实验点的重复性≤0.1%，总体均没有超过0.2%；（2）A型板的实验效果相对最好：eq\o\ac(○,1)重复性好eq\o\ac(○,2)在量程1：12（），流出系数的线性度在0.3%以内（3）B型板（中间开孔）的实验效果相对差一些，主要是流出系数的线性较差2、节流装置前不同直管段长度多孔板流出系数重复性、线性度的实验因为A型板的试验情况不错，我们以A型板做的前直管段长度不同时的实验。共做了前5D和前2D直管段长度试验，多孔板用的。（1）前直管段长度为5D时，雷诺数在之间a、流出系数的重复性＜0.1%b、流出系数与理想状态下（30D）流出系数的相对误差均不超过0.4%c、线性度不超过0.5%（2）前直管段长度为2D，雷诺数在之间a、流出系数的重复性b、流出系数与理想状态下的流出系数的相对误差，当＞时为0.8%左右；当＜时超2%左右c、线性范围变窄，即如图所示3、不同值多孔板的实验做了三种值多孔板的实验（多孔板为A型）：=0.4031、0.60317、0.6784。（1）三种值的多孔板的重复性都可以，均＜0.2%（2）流出系数线性度的情况与标准孔板的非常相似（即：=0.6左右），在很宽的雷诺数范围内（1：12），线性度在0.5%之内；而小和大的线性度好的范围相对窄一些4、取压方式问题从我们的试验情况看，取压方式对取出准确的信号还是很有影响的，单点取压流量系数的波动较大，重复性差一些。（尤其在直管段短时）5、压力损失试验这个实验我们在北京101所测试装置和天津大学自动化系的水流量装置上分别做了实验。从试验的情况看：（1）这种结构节流装置压损变化的规律与标准节流装置的规律是相同的，与有关，与差压的大小有关。（2）总的压力损失要比标准孔板小，但并不像有些宣传中所说的接近文丘利管，比标准孔板小70%。这个实验我们打算再做一些，以便摸出较准确的数据（五）实验小结总的讲我们的试验做的还是比较少的，还有待今后进一步的积累试验数据。但我们认为通过已做的实验，有些问题还是可以给出一些定性的结论的。1、此种结构的流量计的整流效果还是非常不错，确实能在不降低仪表精度的前提下，大大降低对仪表前直管段长度的要求。2、由于此种仪表将整流元件与测量元件结合在一起，大大降低了仪表的总体成本，同时在现场安装使用上更方便。3、当前直管段长度≥5D时，采用实验室理想直管段长度的标定数据时，其流出系数的不确定度应该在0.5%左右；如果在实验室采用模拟现场直管段长度进行标定的话，其流出系数的不确定度还会更高。4、当现场前直管段长度＜5D≥2D时，建议不要采用实验室理想直管段长度的标定数据，而尽量采用近似模拟现场的直管段长度来进行标定，这样其流出系数的不确定度也会达到0.5%左右。5、当应用仪表测量的流量范围较宽，且下限＜时（即流量较小时），标定的范围一定要宽。在实际测量时，可在数据处理时采用分段补偿的方法，提高测量的精度。6、此类流量计由于影响流出系数的因素相对比较多。而目前根本没有大量的试验数据作依托，因此出厂前必须逐台进行标定。不标定，其误差是无法确定的。7、建议采购此类仪表以流量计的型式（即：带着差压变送器）。这样在标定时连着差压变送器一起标定，可提高整体仪表的测试精度。三、几个需要注意和探讨的问题1、关于差压式流量计的测量精度问题整流式流量计也属于差压类的流量计，因此在测量使用中与其它类差压式流量计具有很多共同点的。目前在实际中应用的所有差压类流量计的误差都不能单纯只考虑流量传感元件的不确定度，至少还应该考虑差压变送器的精度、测量介质的密度（也就是在实际应用中常说的温压补偿功能）的影响。目前从我国的流量实验装置情况看，仪表能达到0.2%已是相当不错的，所以有些宣传讲这种整流式流量计的精度是标准节流装置精度的5~10倍，是不可能的、是误导宣传。标准节流装置在国家标准中给出的流出系数的不确定度是不需标定就可以确定的，目前在所有差压类流量计中只有标准节流装置可以不单独标定，但因此就对其它条件提出了苛刻的要求（如：直管段长度，几何尺寸的严格要求等）。其它所有的差压式流量计（包括：V锥、楔型、均速管、多孔整流式等）都必须单独标定，尤其做为计量用的。如果标准节流装置单独标定的话，其精度也可以大大提高，比如：eq\o\ac(○,1)我公司曾经为航天系统标定过标准喷嘴，标定的结果为流出系数不确定度为0.2%（而在标准给的不用标定情况下最小不确定度为0.8%）；eq\o\ac(○,2)这次在101所进行压损测试时我们也对标准孔板进行了一下测试最后的结果进行处理，发现当在实际的阻力元件条件下（即前5D直管段的情况下）计算出流出系数与理论计算值（根据公式）相对误差只为0.5%。所以有些宣传资料和文章中拿一些差压类流量计的标定值去与标准节流装置国家标准中给的不确定度进行比较是不合适的，也是一种误导。各种流量仪表都有它的优缺点和适用的范围，合理选择适合的仪表才是最重要的。2、分段补偿问题从我们对差压类仪表的了解和使用以及各种此类仪表试验数据的分析看，这类仪表流出系数的线性度是与雷诺数、值有关的。当流量计测量的流量范围度（也有称量程比）如果比较宽，且下限雷诺较低时，用一个流出系数来计算流量，有时带来的测量误差是比较大的。因此，为提高测量的准确性，建议当测量的量程比较宽时采用分段补偿的方式。随着计算机技术的发展和应用，做到这一点已经不是什么难题了。我公司几年前开发了带分段补偿的流量积算仪，在实际使用中效果还是很好的。如果变送器后端接计算机系统时，也可用专用的软件，对采集到的信号进行分段或逐点补偿，从而提高测量的精度。这个问题对差压类的流量计基本都是适用的。3、关于流量测量范围度问题由于差压式流量计流量的平方与差压成线性关系，因此这就在某种程度上限制了差压式流量计测量的范围。再由于孔板等标准流量装置是一种应用历史非常长的流量仪表，尤其在差压变送器比较早期的时代，这个问题比较明显。长期以来在人们的观念中好像形成一个固定的概念“孔板测量范围窄”。甚至有些人不明白造成测量范围窄的主要原因，还错误的宣传V锥等差压流量传感器的测量范围度比孔板宽等。其实所有差压类流量计测量范围度比较受限制是一样的，因为其基本测量原理是相似的。但是随着差压变送器精度、水平、质量的提高，随着差压变送器智能化程度的提高、随着计算机技术发展应用的提高，我认为在某种程度上给予了差压式流量计一个新的生命力。当使用高精度差压变送器时，单台差压变送器，只要选择差压合理（例如：罗斯蒙特3051CD2型，差压的可调范围0.622~62.2Kpa，当选择差压为60Kpa，流量上限为100t/h时，流量下限为10t/h，即上限的时，差压为0.6Kpa，这时差压变送器的精度在0.15%是没有问题的，因此流量测量的不确定度在1.5%应该没有问题，甚至可以提高。从我们使用的情况看，高精度好的差压变送器在差压选择恰当时，单台变送器范围度做到1：13，两台变送器范围做到1：20、1：30都是可以的。我们配合航天部101所开发了可以同时接两台差压变送器的流量积算仪，最大的测量范围可达到1：40。这种表在现场应用已达到五年之久，得到用户的好评。在实际应用中，用双变送器来保证宽范围，高精度的测量是一种很不错的方法，这种技术在国外早已应用，并在进口产品中都有采用。4、关于变送器的