取壓位置對(duì)氣體流量計(jì)檢測(cè)結(jié)果的影響分析

氣體流量計(jì)在貿(mào)易計(jì)量中使用廣泛，其計(jì)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(jì)量性能的溯源也是供需雙方非常重視的。 氣體流量計(jì)在進(jìn)行檢測(cè)過(guò)程中需要對(duì)流經(jīng)流量計(jì)的壓力進(jìn)行測(cè)量，從而根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)表處的壓力進(jìn)行修正，而測(cè)量壓力的位置也直接影響到***終的檢測(cè)結(jié)果。 本文主要通過(guò)實(shí)例探討取壓位置對(duì)氣體流量計(jì)檢測(cè)結(jié)果的影響。

0.引言

氣體流量計(jì)根據(jù)測(cè)量原理不同分為速度式流量計(jì)、容積式流量計(jì)、差壓式流量計(jì)等，其中以渦街流量計(jì)、渦輪流量計(jì)和旋進(jìn)旋渦流量計(jì)等為主要代表的速度式流量計(jì)使用范圍***廣，而容積式流量計(jì)以氣體腰輪流量計(jì)為主要代表。 對(duì)于這些流量?jī)x表的檢測(cè)一般采用氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置來(lái)進(jìn)行，常見(jiàn)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(guó)內(nèi)絕大多數(shù)計(jì)量檢測(cè)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(lái)進(jìn)行檢測(cè)，本文也采用這種裝置來(lái)進(jìn)行氣體流量計(jì)的檢測(cè)。

1 .從數(shù)學(xué)模型分析取壓位置對(duì)測(cè)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(jì)處的溫度;p0 為滯止壓力;T0 為滯止溫度;p 為被校流量計(jì)處的壓力。

從式(1) 中可看出被校流量計(jì)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(jì)算出的標(biāo)準(zhǔn)體積越小，而流量計(jì)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(cè)儀表都會(huì)有壓力損失，在被測(cè)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(huì)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(cè)量結(jié)果差別也越大，流量很小的時(shí)候，不同位置測(cè)量的壓力值則變化不大。

2.規(guī)程對(duì)取壓位置的要求

JJG 1037—2008 《 渦輪流量計(jì)》 中對(duì)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(jì)》 中也明確規(guī)定其取壓位置在流量計(jì)的上游側(cè)，而目前幾乎所有的這兩類流量計(jì)都滿足規(guī)程對(duì)壓力的檢測(cè)要求，但對(duì)于渦街流量計(jì)和旋進(jìn)旋渦流量計(jì)而言就沒(méi)有明確的要求了。

由于渦街流量計(jì)和旋進(jìn)旋渦流量計(jì)測(cè)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(gè)流量計(jì)的截面中所占的比例較大，流體經(jīng)過(guò)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的壓力損失，因此取壓位置的不同將會(huì)產(chǎn)生較大的影響，本文選取一臺(tái)渦街流量計(jì)和兩臺(tái)旋進(jìn)旋渦流量計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)明其影響。

JJG 1029—2007《 渦街流量計(jì)》 檢定規(guī)程對(duì)渦街流量計(jì)的取壓位置有說(shuō)明:可直接在流量計(jì)表體上取壓孔取壓，如表體無(wú)取壓孔，應(yīng)根據(jù)流量計(jì)本身要求確定壓力的測(cè)量位置，如無(wú)特殊要求，應(yīng)在流量計(jì)下游 2 倍到 7 倍直徑位置處取壓。 由于渦街流量計(jì)的結(jié)構(gòu)特殊，表體較短，一般在表體上都沒(méi)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(tái) DN150 的渦街流量計(jì)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(cè)量流量計(jì)的儀表系數(shù)，式(2) 為儀表系數(shù)計(jì)算的方法。

式中:N 為被檢流量計(jì)輸出的脈沖數(shù);qv 為噴嘴的體積流量;t 為測(cè)量時(shí)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(cè)量時(shí)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(cè)得的儀表系數(shù)差別較大。

3. 取壓位置對(duì)旋進(jìn)旋渦流量計(jì)檢測(cè)結(jié)果的影響分析

旋進(jìn)旋渦流量計(jì)在沒(méi)有單獨(dú)的檢定規(guī)程前是依據(jù) JJG 198—199４《 速度式流量計(jì)》 進(jìn)行檢測(cè)，速度式流量計(jì)規(guī)程中對(duì)取壓位置的說(shuō)明為:根據(jù)流量計(jì)本身要求和有關(guān)規(guī)定確定壓力的測(cè)試位置，如無(wú)

特殊要求，應(yīng)在流量計(jì)上游 10 倍管道直徑處取壓。雖然 JJG 1121—2015 《 旋進(jìn)旋渦流量計(jì)》 檢定規(guī)程于 2015 年發(fā)布，但對(duì)取壓位置也并沒(méi)有做出明確的要求，而實(shí)際上在流量計(jì)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(guò)旋渦發(fā)生體后會(huì)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(méi)有取壓位置的情況下，在下游取壓更接近真實(shí)測(cè)量結(jié)果。 從結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)， 旋進(jìn)旋渦流量計(jì)的結(jié)構(gòu)類似渦街流量計(jì)，下游取壓更符合流量計(jì)的特性，如果按照上游取壓的方式來(lái)檢測(cè)，將會(huì)產(chǎn)生較大的實(shí)驗(yàn)誤差。 本文選取兩臺(tái)生產(chǎn)廠商不同，穩(wěn)定性較好的氣體旋進(jìn)旋渦流量計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以進(jìn)一步說(shuō)明取壓位置對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響，一臺(tái)是 DN32 的氣體旋進(jìn)旋渦流量計(jì)，一臺(tái)是 DN100 的氣體旋進(jìn)旋渦流量計(jì)，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(cè)結(jié)果見(jiàn)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(cè)的儀表系數(shù)用圖表的方式體現(xiàn)出來(lái)，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(shì)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(lái)看一下 DN100 的旋進(jìn)旋渦流量計(jì)的不同取壓位置的儀表系數(shù)檢測(cè)結(jié)果，如表４ ~ 表 6 和圖 3 所示。

通過(guò) DN100 的旋進(jìn)旋渦流量計(jì)檢測(cè)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(cè)結(jié)果較為接近，儀表系數(shù)曲線的趨勢(shì)基本一致，偏差較小。 但上游取壓的檢測(cè)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(cè)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(lái)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(cè)得的儀表系數(shù)， 在0． 25Qmax 流量以下，在不同位置處取壓所測(cè)得的儀表系數(shù)基本一致。

4.結(jié)束語(yǔ)

綜上，在進(jìn)行氣體流量計(jì)檢測(cè)時(shí)，取壓位置對(duì)***后的測(cè)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(jì)的取壓位置要求，并按相應(yīng)的要求進(jìn)行取壓。 特別的，對(duì)于旋進(jìn)旋渦流量計(jì)，應(yīng)當(dāng)盡量在表體的位置取壓，如果表體沒(méi)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(cè)得的結(jié)果更接近被檢表真實(shí)的測(cè)量結(jié)果。