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不同介质的仪表系数对蒸汽涡街流量计检定误差

摘要：流量计检定工作是在实验室标准装置下完成的，对涡街流量计来说，出厂检定不但对于确定仪表性能参数是必不可少的，对于发现整体安装乃至零部件制造质量问题也是至关重要的。对涡街流量计测量特性做了简要的介绍，采用现场实验的方法，通过在兰州石化公司水、气两套标准装置上检定数据的对比，试着分析探讨在一定雷诺数范围内，检定介质是否会对涡街流量计的仪表系数产生影响。
1、涡街流量计原理
在流动的流体中插入一个断面为非流线型的柱状物体时，从柱状物体两侧会产生两列交替产生的旋涡。这个现象被称为“卡门涡街”现象。漩涡列在漩涡发生体下游非对称地排列。研究表明旋涡分离的频率与介质流速成正比，与柱体的宽度成反比。根据卡门涡街原理，有如下关系式：
f=SrV/d   (1)
式中：漩涡的发生频率为f，被测介质流动的平均速度为V，漩涡发生体迎面宽度为d，管道内径为D，Sr为斯特劳哈尔数。根据卡门涡街原理，有如下关系式：
由上面的式子可见，在管径和柱体宽度已知的情况下，只要测量旋涡频率便可测出流体流速和瞬时流量。
所以：K=f/qv=［4Sr/πD²d］   (3)
式中：K---流量计的仪表系数，脉冲数/m³(P/m³)。
K除了与漩涡发生体、管道的几何尺寸有关外，还与斯特劳哈尔数有关。图1所示为漩涡发生体的斯特劳哈尔数与管道雷诺数的关系。
斯特劳哈尔数(Sr)是通过试验确定的无因次数。图1中表示出了斯特劳哈尔数(Sr)和雷诺数(Re)的关系，曲线的平直部分对应涡街流量计正常测量的范围。只要检测出频率f就可以求得管内的流速。
由以上的分析可以看出在一定的雷诺数范围内，涡街流量计输出频率信号同流过测量管的体积流量之间的关系不受流体物性(密度、黏度)和组分的影响，即流量系数只与旋涡发生体及管道的形状尺寸有关，与检定介质无关。因此，只要在一种典型介质中标定其流量系数，就可以适应于各种介质。但是超过这一范围，就可能要产生影响了。为了解决本为前言中提出的疑问，我们进行了实际检定，验证该结果在实际工作中可以参考。
2、试验准备
本次测试采用的两套标准装置具有较高的不确定度和稳定度，并且通过甘肃省质量技术监督局的考核认证，可以作为计量标准向下传递。
装置1：0.5级负压法音速喷嘴气体流量标准装置---气标。
装置2：0.05级质量法水流量标准装置---水标。
被检对象：选用一台脉冲输出、准确度等级1.0级、仪表线性和重复性较好的北京菲薄DN150涡街流量计作为被测流量计。
3、实验数据
4、实验数据分析
1)*先，检定时尽量选择流量点对应的雷诺数在2×10^4～7.2×10^6范围内，确保流量计的测量结果的准确性，且在两套装置上流量点的雷诺数尽量相近，从而可以验证公式(3)是否在实际应用中可以成立，即涡街流量计在检定范围内，仪表系数是否和检定介质无关。
2)表1、2分别是流量计在液体流量标准装置、气体流量标准装置上通过实际检定得到的检定数据，两套装置各自检定结果的仪表线性、重复性均合格。但从两个装置检测数据比对分析看来，在合适雷诺数范围内，同样一台检定合格的涡街流量计，在不同介质的标准装置上检定数据相差还是很明显的，仪表系数相差2.5%左右，而且k系数曲线趋势也并不相同，如图2所示。
3)从结果看来，至少在这两套标准装置上，在兰州石化所使用流量计的检定中，不同检定介质会对标定出来的仪表系数有较大影响。用水标定的智能涡街流量计，用来测量空气或者蒸汽，需要重新用空气再进行一次标定，调整系数。
5、实验不足
通过在本单位两套标准装置上的实际检定，可以看到蒸汽涡街流量计的仪表系数的确在不同介质的检定装置上有一定误差。但是，实验中也仍然存在很多不足：两套装置一个是正压检定、一个是负压检定，而且前后直管段的长度也不同等这些因素也可能是引起仪表系数误差的原因。如何能更好、更科学地验证涡街流量计仪表系数不受标定介质的影响，仍需要进一步的工作。