取壓位置對氣體流量計檢測結(jié)果的影響分析
取壓位置對氣體流量計檢測結(jié)果的影響分析
氣體流量計在貿(mào)易計量中使用廣泛，其計量的準(zhǔn)確性直接關(guān)系到貿(mào)易交接雙方的直接利益，其計量性能的溯源也是供需雙方非常重視的。 氣體流量計在進(jìn)行檢測過程中需要對流經(jīng)流量計的壓力進(jìn)行測量，從而根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)表處的壓力進(jìn)行修正，而測量壓力的位置也直接影響到***終的檢測結(jié)果。 本文主要通過實(shí)例探討取壓位置對氣體流量計檢測結(jié)果的影響。
0.引言
氣體流量計根據(jù)測量原理不同分為速度式流量計、容積式流量計、差壓式流量計等，其中以渦街流量計、渦輪流量計和旋進(jìn)旋渦流量計等為主要代表的速度式流量計使用范圍***廣，而容積式流量計以氣體腰輪流量計為主要代表。 對于這些流量儀表的檢測一般采用氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置來進(jìn)行，常見的氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置有鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置、負(fù)壓音速噴嘴氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置、正壓氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置、活塞式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置等，目前國內(nèi)絕大多數(shù)計量檢測機(jī)構(gòu)都使用負(fù)壓音速噴嘴氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置來進(jìn)行檢測，本文也采用這種裝置來進(jìn)行氣體流量計的檢測。
1 .從數(shù)學(xué)模型分析取壓位置對測量結(jié)果的影響
使用臨界流噴嘴為標(biāo)準(zhǔn)器的負(fù)壓音速噴嘴氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置在實(shí)際條件下的體積流量為:
式中:Cd 為噴嘴的流出系數(shù); A? 為噴嘴的喉部面積;C? 為噴嘴的流函數(shù);Z 為氣體壓縮系數(shù);R 為通用氣體常數(shù);M 為氣體的摩爾質(zhì)量;T 為被校流量計處的溫度;p0 為滯止壓力;T0 為滯止溫度;p 為被校流量計處的壓力。
從式(1) 中可看出被校流量計處的壓力直接影
響標(biāo)準(zhǔn)噴嘴的體積流量，壓力越大噴嘴計算出的標(biāo)準(zhǔn)體積越小，而流量計處的壓力取決于取壓位置，取壓位置不同，則取得的壓力也不同。 由于被測儀表都會有壓力損失，在被測儀表的上游、表體和下游取得的壓力值是依次減小的，阻流件的大小和位置都會影響壓力降低的程度，阻流件面積越大，壓力損失越大，壓力降低的則越多。 流量越大，壓力損失越大，不同位置的壓力測量結(jié)果差別也越大，流量很小的時候，不同位置測量的壓力值則變化不大。
2.規(guī)程對取壓位置的要求
JJG 1037—2008 《 渦輪流量計》 中對其取壓位置明確規(guī)定為在表體，JJG 633—2005 《 氣體容積式流量計》 中也明確規(guī)定其取壓位置在流量計的上游側(cè)，而目前幾乎所有的這兩類流量計都滿足規(guī)程對壓力的檢測要求，但對于渦街流量計和旋進(jìn)旋渦流量計而言就沒有明確的要求了。
由于渦街流量計和旋進(jìn)旋渦流量計測量原理所決定，其結(jié)構(gòu)中存在不同類型的旋渦發(fā)生體，且其在整個流量計的截面中所占的比例較大，流體經(jīng)過時會產(chǎn)生較大的壓力損失，因此取壓位置的不同將會產(chǎn)生較大的影響，本文選取一臺渦街流量計和兩臺旋進(jìn)旋渦流量計進(jìn)行實(shí)驗(yàn)來說明其影響。
JJG 1029—2007《 渦街流量計》 檢定規(guī)程對渦街流量計的取壓位置有說明:可直接在流量計表體上取壓孔取壓，如表體無取壓孔，應(yīng)根據(jù)流量計本身要求確定壓力的測量位置，如無特殊要求，應(yīng)在流量計下游 2 倍到 7 倍直徑位置處取壓。 由于渦街流量計的結(jié)構(gòu)特殊，表體較短，一般在表體上都沒有取壓孔，規(guī)程中要求可以在下游取壓，但上游和下游取壓差別較大。 本文選取一臺 DN150 的渦街流量計進(jìn)行實(shí)驗(yàn)， 流量點(diǎn)為 2500m3 / h， 1000m3 / h， 500m3 / h，250m3 / h，取壓位置分別為被檢表上游和被檢表下游分別測量流量計的儀表系數(shù)，式(2) 為儀表系數(shù)計算的方法。
式中:N 為被檢流量計輸出的脈沖數(shù);qv 為噴嘴的體積流量;t 為測量時間。
由式(2) 可知，被檢表儀表系數(shù)與噴嘴的體積流量成反比，噴嘴的體積流量與被檢表處的壓力成反比，則儀表系數(shù)與被檢表的壓力成正比，取壓位置處的壓力越大，則被檢表儀表系數(shù)越大。
實(shí)驗(yàn)中取壓位置分別為上游 5 倍直徑位置和下游 3 倍直徑位置處，測量時間為 30s，儀表系數(shù)曲線如圖 1 所示，可以看出在大流量下上游和下游取壓所測得的儀表系數(shù)差別較大。
3. 取壓位置對旋進(jìn)旋渦流量計檢測結(jié)果的影響分析
旋進(jìn)旋渦流量計在沒有單獨(dú)的檢定規(guī)程前是依據(jù) JJG 198—199４《 速度式流量計》 進(jìn)行檢測，速度式流量計規(guī)程中對取壓位置的說明為:根據(jù)流量計本身要求和有關(guān)規(guī)定確定壓力的測試位置，如無
特殊要求，應(yīng)在流量計上游 10 倍管道直徑處取壓。雖然 JJG 1121—2015 《 旋進(jìn)旋渦流量計》 檢定規(guī)程于 2015 年發(fā)布，但對取壓位置也并沒有做出明確的要求，而實(shí)際上在流量計上游取壓的結(jié)果與表體取壓還是有一定的誤差，受旋渦發(fā)生體的影響，流體通過旋渦發(fā)生體后會產(chǎn)生較大的壓力損失，這種情況下上游壓力與表體實(shí)際壓力相差較大，但下游壓力與表體壓力較接近，所以在表體沒有取壓位置的情況下，在下游取壓更接近真實(shí)測量結(jié)果。 從結(jié)構(gòu)上來說， 旋進(jìn)旋渦流量計的結(jié)構(gòu)類似渦街流量計，下游取壓更符合流量計的特性，如果按照上游取壓的方式來檢測，將會產(chǎn)生較大的實(shí)驗(yàn)誤差。 本文選取兩臺生產(chǎn)廠商不同，穩(wěn)定性較好的氣體旋進(jìn)旋渦流量計進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以進(jìn)一步說明取壓位置對檢測結(jié)果的影響，一臺是 DN32 的氣體旋進(jìn)旋渦流量計，一臺是 DN100 的氣體旋進(jìn)旋渦流量計，取壓位
置分別為被檢表下游 5 倍直徑處、被檢表表體和被檢表上游10 倍直徑位置處。 DN32 的儀表系數(shù)檢測結(jié)果見表 1 至表 3。
為了更清晰的分析數(shù)據(jù)，將幾種取壓情況下檢測的儀表系數(shù)用圖表的方式體現(xiàn)出來，如圖 2 所示?？梢钥闯霰眢w取壓和下游取壓的儀表系數(shù)曲線形狀和趨勢都比較接近。 上游取壓在大流量情況下儀表系數(shù)明顯偏大。
再來看一下 DN100 的旋進(jìn)旋渦流量計的不同取壓位置的儀表系數(shù)檢測結(jié)果，如表４ ~ 表 6 和圖 3 所示。
通過 DN100 的旋進(jìn)旋渦流量計檢測結(jié)果也可以得出基本一致的結(jié)論，下游取壓和表體取壓的檢測結(jié)果較為接近，儀表系數(shù)曲線的趨勢基本一致，偏差較小。 但上游取壓的檢測結(jié)果在大流量下偏差很大，這是因?yàn)樵诖罅髁肯?，旋進(jìn)旋渦的旋渦發(fā)聲體導(dǎo)致了較大的壓力損失，滯止容器的壓力與取壓位置的壓力差別較大，所以導(dǎo)致儀表系數(shù)測量結(jié)果偏差較大，但隨著流量的不斷減小，壓力損失也越來越小，滯止壓力逐漸接近取壓位置的壓力，儀表系數(shù)值也逼近表體取壓所測得的儀表系數(shù)， 在0． 25Qmax 流量以下，在不同位置處取壓所測得的儀表系數(shù)基本一致。
4.結(jié)束語
綜上，在進(jìn)行氣體流量計檢測時，取壓位置對***后的測量結(jié)果有較大的影響，應(yīng)當(dāng)熟悉相應(yīng)的檢定規(guī)程，了解不同氣體流量計的取壓位置要求，并按相應(yīng)的要求進(jìn)行取壓。 特別的，對于旋進(jìn)旋渦流量計，應(yīng)當(dāng)盡量在表體的位置取壓，如果表體沒有取壓位置，則應(yīng)當(dāng)在被檢表下游位置接近被檢表處進(jìn)行取壓，這樣測得的結(jié)果更接近被檢表真實(shí)的測量結(jié)果。