標定介質(zhì)對流量計儀表系數(shù)影響

    為了解決蒸汽流量量值溯源的問題，用于蒸汽流量計標定的實驗裝置按照標定使用的介質(zhì)可分為三類。一類是以蒸汽為介質(zhì)的蒸汽實流標準裝置，這種裝置的檢測條件與表計使用的工況條件zui為相近，但由于該裝置設計要求高、檢測成本高等特點，目前使用很少。第二類是以水為介質(zhì)的液體流量計量標準裝置，此類裝置精度高，但是與蒸汽的實際工況條件相差較大。第三類是以空氣為介質(zhì)的氣體流量標準裝置。
　　目前國內(nèi)外普遍采用后兩類裝置替代蒸汽實流裝置對蒸汽流量儀表進行標定，但這兩種方法無法模擬蒸汽流量計實際的工況條件。利用計量標準裝置對渦街流量計開展了水、空氣、蒸汽3種不同介質(zhì)的比對測試實驗，并從渦街流量計漩渦產(chǎn)生機理出發(fā)，利用流體力學及卡門渦街原理，結(jié)合蒸汽*的熱力學性質(zhì)，對渦街流量計在3種不同介質(zhì)下儀表系數(shù)存在規(guī)律性偏差實驗結(jié)論進行了解釋，得出各種流體介質(zhì)與渦街流量計儀表系數(shù)的關(guān)系。
渦街流量計的原理

　　渦街流量計是根據(jù)“卡門渦街”原理研制成的流體振蕩式流量測量儀表。在測量管道流動的流體中插入一根其軸線與流向垂直的非流線型柱形體，稱之為旋渦發(fā)生體。當雷諾數(shù)達到一定值時，從旋渦發(fā)生體兩側(cè)交替地分離出兩串規(guī)則地交錯排列的旋渦。在滿足雷諾數(shù)要求時，旋渦分離產(chǎn)生的頻率僅僅只與旋渦發(fā)生體及所在的測量管道的幾何尺寸有關(guān)。旋渦的分離產(chǎn)生的頻率于流量的大小成正比。渦街流量計的原理如圖1所示。
經(jīng)過推導，流體的體積流量Q與漩渦頻率f符合下面公式:
Q=f/K
　　式中:K為流量計的流量系數(shù)。在一定雷諾數(shù)范圍內(nèi)儀表系數(shù)K為常數(shù)，流量Q與漩渦頻率f成線性關(guān)系。因此，只要檢測出頻率f值，就能通過相應的公式求得體積流量Q的值。
2實驗裝置簡介
　　本次試驗我們共采用的三套裝置，分別為國家蒸汽流量站蒸汽實流標定裝置和我所的負壓法音速噴嘴氣體流量計量標準裝置和質(zhì)量法水流量計量標準裝置。其中冷凝稱重法蒸汽流量標準裝置，以過熱及飽和蒸汽作為檢定介質(zhì)，將通過蒸汽流量儀表的蒸汽進行冷凝稱重的原理，對蒸汽流量儀表進行實流標定。擴展不確定度為0.1%(k=2)，檢定流量范圍為（2.5～10000）kg/h。音速噴嘴氣體流量標準裝置是以空氣為介質(zhì)的流量檢測裝置,設計依據(jù)JJG620-1994《臨界流流量計》、《臨界流文丘里噴嘴氣體流量裝置的測量》、JJG619-2005《標準表法流量標準裝置》等。擴展不確定度為0.25%(k=2)，檢定流量范圍為（2.5～6500）m3/h。靜態(tài)質(zhì)量法水流量標準裝置，擴展不確定度為0.1%(k=2)，檢定流量范圍為（0.28～1200）m3/h。
3實驗方案
　　將一臺準確度等級符合1.0級脈沖輸出、儀表線性和重復性較好的50mm口徑渦街流量計樣機，分別在蒸汽、水、空氣三種流量標準裝置上進行標定實驗。前后直管段符合檢定規(guī)程要求，前直管段大于10倍公稱通徑（10DN）、后直管段大于5倍公稱通徑（5DN），依次從zui小流量qmin、分界流量qt、zui大流量qmax的25%、40%、70%和，共計6個流量點，每個流量點重復檢定3次，每次檢定60s。分別計算其儀表系數(shù)、線性誤差、重復性誤差數(shù)據(jù)，比較在不同介質(zhì)的檢定裝置下測量數(shù)據(jù)差異和。
4實驗數(shù)據(jù)
　　按照渦街流量計的檢定規(guī)程對該試驗樣機各流量點進行調(diào)節(jié)、檢定，在3套不同介質(zhì)的檢定裝置下的實驗的儀表系數(shù)、線性度、重復性如下表1所示，流量曲線關(guān)系如圖2所示。
表1不同介質(zhì)的檢定裝置下的實驗的儀表系數(shù)、線性度、重復性

　　實驗數(shù)據(jù)圖可以看出，發(fā)現(xiàn)儀表系數(shù)偏差的正負方向上基本相同。渦街流量計在空氣、水、蒸汽三種不同介質(zhì)的儀表系數(shù)存有差異且差異還是比較明顯的，在其流量范圍內(nèi)儀表系數(shù)依次減小。綜合實驗數(shù)據(jù)來看，空氣測定的儀表系數(shù)值比水為介質(zhì)測量儀表系數(shù)值偏大在（0.5～1.4）%之間的數(shù)值，比蒸汽條件下測量的儀表系數(shù)偏大（1.6～2.0）%之間的數(shù)值。
 
5實驗結(jié)論
　　通過標定實驗，發(fā)現(xiàn)渦街流量計在蒸汽、水、空氣3種不同介質(zhì)下，其主要計量性能如儀表系數(shù)、線性誤差和重復性誤差會有所差別，具體表現(xiàn)為：（1）在小流量qmin時，以蒸汽為標定介質(zhì)，此時的儀表系數(shù)zui小，此時由于受蒸汽的溫度的影響，造成儀表系數(shù)偏小。（2）隨流量的逐漸增大，以空氣為標定介質(zhì)的儀表系數(shù)變化逐漸增大且變化率zui快，蒸汽介質(zhì)的儀表系數(shù)變化次之，以水為介質(zhì)的儀表系數(shù)變化zui小。