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分析不同流量下孔板流量计的误差

作者: 来源: 发布时间:2018-06-11 13:56:15

    摘要:孔板流量计在核电厂中应用广泛。以某核电厂孔板流量计为例,通过6 个假设流量点在同等压力波动下仪表显示误差的计算,分析了孔板流量计的工作误差及误差趋势,有利于孔板流量计的正确使用。

1 概述
    孔板流量计是压差流量计的一种,是使用最广泛、历史最久的一种流量测量仪表,在核电厂有广泛使用。在核电的调试过程中,不同工况下的流量跨度较大,连接孔板流量计的测量误差,正确的使用孔板流量计对调试结果的影响较大。笔者分析了不同流量下孔板流量计的误差,孔板流量计的使用有一定的指导作用。
2 孔板流量计的工作原理
    孔板流量计就是在管道中放置一个比管道内径还小的孔板。在孔板前流体稳定的向前流动,流体流过孔板时,由于孔径变小,截面积收缩,使稳定流动状态被打破。在孔板附近收缩处,流体的流速会增加,这样流体的静压力就会增加,在孔板前后会造成静压差。产生的静压差和流体的流量有关,流量越大静压差也越大,通过测量静压差就可以来测量流体的流量。根据流体力学基本知识,流体经过节流后,压降与流速的平方成正比,即:

   压降与流速的平方计算公式


3 孔板流量计示数波动分析
    以某核电厂孔板式流量计为例,型号为ROSEMOUNT 1152DP5N92T1917;流量范围为0~1 200 m3/h;压差范围为0~200 kPa;压差传感器输出电流范围为4~20 mA;流量计输出电流范围为4~20 mA。公式(2)和(3)可转化为:

计算公式

    孔板流量计在最大流量1 200 m3 /h 时,孔板压差为200 kPa,压差传感器输出电流为20 mA,流量计输出电流为20 mA。代入上式可得K=4,K2=0.08,即:计算公式计算公式

    当孔板流量计显示流量为150 m3/h 左右时,此时仪表输出U0 约为6 mA,压差传感器输出UI 约为4.25 mA,孔板压差约为3.12 kPa。

如果压差出现+0.5%波动

如果压差出现-0.5%波动

    同理,当孔板流量计显示流量为300 m3/h 左右时,此时仪表输出U0 约为8 mA,压差传感器输出UI 约为5 mA,孔板压差约为12.5 kPa。
    如果差压出现+0.5%的波动,流量的变化率为4%.
    如果差压出现-0.5%的波动,流量的变化率为-4%.
    当孔板流量计显示流量为400 m3/h 左右时,仪表输出U0 约为9.33 mA,压差传感器输出UI 约为5.78 mA,孔板压差约为22.22 kPa。
    如果差压出现+0.5%的波动,流量的变化率为2.38%.如果差压出现-0.5%的波动,流量的变化率为-2.13%.当孔板流量计显示流量为600 m3/h 左右时,仪表输出U0 约为12 mA,压差传感器输出UI约为8 mA,孔板压差约为50 kPa。
    如果差压出现+0.5%的波动,流量变化率为0.5%.如果压差出现-0.5%波动,流量变化率为-1%.
    当孔板流量计显示流量为800 m3/h 左右时,此时仪表输出U0 约为14.67 mA,压差传感器输出UI 约为11.11 mA,孔板压差约为88.89 kPa。
    如果差压出现+0.5%的波动,流量变化率为0.59%.如果压差出现-0.5%波动,流量变化率为-0.53%.
    当孔板流量计显示流量为1 000 m3/h 左右时,仪表输出U0 约为17.33 mA,压差传感器输出UI 约为15.11 mA,孔板压差约为138.89 kPa。
    如果差压出现+0.5%的波动,流量变化率为0.35%.如果差压出现-0.5%的波动,流量变化率为-0.4%.
    通过对6 个流量点的计算可以发现,在同等压力波动下,150 m3/h 时孔板式流量计显示值误差最大,可达到仪表量程的17.5%,如果流量继续减小,则仪表显示的误差会更大。其次是600 m3/h,而1 000 m3/h 时的误差最小,如图1 所示,
    即在流量较小时,孔板压差的波动对流量计的显示影响较大,随着流量的增大,孔板压差波动对流量计显示的影响减小。

图1 不同流量下压差流量计的误差趋势

4 结论
    当压差式流量计流量很小时,流体细微的扰动(比如管道振动、泵出口压力的微小波动)都会造成差压流量计显示剧烈变化,如流体流量为150 m3/h 时,流体压差有1 kPa 的波动,流量计波动达到17.5%。流量逐渐增大,孔板压差波动对压差式流量计显示的影响越小。

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