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孔板流量计的检测原理、误差分析及检定

作者: 来源: 发布时间:2017-10-09 10:18:54

 摘 要:孔板流量计是日常生活中较为广泛使用的计量仪器。使用的过程中,流体的工作状态变动、孔板安装不正确、孔板入口边缘被磨损以及孔板表面的结垢和流通截面积的变化等因素会影响计量精度,因此及时的进行仪器的检定极有必要。

 
        孔板流量计是目前工业测量中最为常用的一种气液体流量的计量仪器, 其原理是通过流体流经管道时的阻力与流体流量存在一定的关系, 利用这个关系即可获得流体的流量。孔板流量计根据具体用途可以分为很多小类, 其中在工业计量中应用极为广泛的是节流式流量计。本文以孔板流量计为研究对象首先将对其检测原理做一说明, 然后对检测误差和检定手段进行讨论。
 
1 孔板流量的原理和组成
1.1 工作原理
        当流经管道的流体充满管道的时候, 流体的会在仪器节流件位置发生局部收缩。致使局部流量增大, 而同时此处的静压力减小, 因而流体在节流件位置会产生一个压力差, 压力差会随着流量的增大而增大, 凭借压力差便可以度量流体的流量大小。
 
1.2 流量方程的计算
        在孔板流量计节流部件形状和尺寸一定的情况下,流体在流经流量计的阻力件前后所产生的差压与流量存在一定的数学函数关系。
如下列公式可知:根据连续性方程和伯努利方程, 结合体积流量方程(1 )和质量流量方程(2):
体积流量方程(1 ) 和质量流量方程(2)
        用实际获取的压力差△p替换p1-p2的差值,使用流出系数C 对公式4 进行校正, 可以得到符合实际的流量公式(3、4) :
实际的流量公式
2 孔板流量计的误差分析
2.1 仪器本身产生的误差
        (1)环室尺寸产生台阶、偏心;(2)节流件附件产生台阶、偏心;(3)孔板厚度误差;(4)管径尺寸与计算不符;(5)孔板上游端面平度;(6)孔板人口直角锐利度;(7)取压位置;(8)焊接、焊缝突出;(9)取压孔加工不规范或堵塞;(10)节流件不同轴度。
 
2.2 安装误差
        管线在布设时出现偏差, 这种偏差所造成的流量计的安装误差是广泛存在的, 究其原因是布设管线难以满足流量计所需的直管段要求的长度。
 
2.3 流量计的内部器材变化
        可归纳为以下6 种情况: ( 1 ) 流量计入口边缘破损或变钝;(2)测量管中存在脏污阻塞;(3)流量计管端面脏物阻塞;(4)流量计孔板变形;(5)测量常数与标准规定不相符合;(6)流量计管道内部粗糙度增加, 且变化不定 。上述因素直接对孔板流量计的计量准确度产生影响。
 
3 选择合适的检定方法
        对于孔板流量测量仪表的检定工作而言, 目前常采用实流检定与干式检定等主要方法。在实际的检定工作中,应该根据待检定流量仪表的具体情况来进行选择, 比如仪表的不确定性、流量计是使用类型与用途、检定环境和条件、检定费用的预算等方面 。具体的讲,一般实流检定方法常用于检定液体流量的仪表( 例如原油与水计量仪表) , 而干式检定方式则常用于检定气体计量的流量仪表( 例如天然气计量中所使用的孔板流量计) , 目前还有在线实流检定或离线检定等应用于极少数临界流喷嘴的检定。
 
        采用组合测量方法对流量仪表进行干式检定, 是根据各有关参数的测量结果及其不确定度, 按照误差处理方法合成出仪表的流量测量总不确定度的, 是以一定的置信度间接确定流量仪表的不确定度范围的, 它不能给出具体误差值。它通常是以大量丰富的试验数据和标准化的技术要求为前提,保持了计量的试验性和一致性的特点。以孔板流量计为例,其流出系数公式是建立在极其丰富和充分的试验数据基础之上的,标准上给出的流出系数的误差范围:不大于0.6%。

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