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雷诺数与测量误差的关系及补偿方法

更新时间:2014-06-30      浏览次数:1541

各种流量计由于工作原理的原因、加工制造精密度的原因、被测介质物性的原因、流体 流动状态的原因等,在现场使用时都会产生不同程度的误差。人们很早以前就开始寻找消除 或减小这些误差的方法,尤其是计算机技术进人流量仪表后,为实现这一愿望增添了灵活而 方便的手段。其中有些误差已在流量变送器或转换器中得到校正,因而流量测量度得到 明显提高,例如在科氏力质量流量计中,由于流体温度和压力对流量测量的影响得到补偿, 从而使其流量测量度有了显著提高。但是在有些流量计中,流量传感器或变送器自身不 具备这种.功能K因而流量测量度受到制约或因工况等条件变化,测量度难以保证。 对于后一种情况,有时候可在流量二次表中进行补救,从而使流量测量系统的度得到

本章各节所介绍的方法,仅仅是将流量二次表与特定的流量传感器、变送器配合,然后 设法提高测量度的应用举例。由于流量计的种类多,影响流量测量度的因素更多, 这里不可能一一列举,但作为方法来说是有普遍意义的,只要搞清楚具体的影响因素同流量 示值之间的确切关系,并将这些因素用传感器测量出来引入流量二次表,就可得到合适的校 正,提高流量测量度。

雷诺数与测量误差的关系及补偿方法

流体在封闭管道中流动时,其速度分布会明显影响差压流量计、超声流量计等。这种速 度分布同雷诺数之间有对应的关系,因此研究者将这种影响转化成同雷诺数之间的关 系,并用函数式或图表予以描述。例如超声流量计有自带微处理器,能对雷诺数的影响作自 动校正,以提高低流速时的测量度。本节主要对使用广泛的孔板流量计和涡街流量计作 较深人的讨论。

1.1孔板流量计流出系数同雷诺数的关系

在本书的3.1节中,式(3.1)给出孔板流量计流量值同各个自变量的关系,其中流出 系数C就同管道雷诺数有关。其实C并不是一个常数,而是随雷诺数尺印变化的一个变量。 一副孔板制作完成并经检验合格后,其直径比^即为常数,其流出系数同雷诺数的关系可用 一条C=/(iReD)关系曲线来表示,如图8.1所示。

在传统的孔板流量计中,由于数据处理功能不强,要将C当作变量来处理,是极其困 难的,为了使实际使用流量范围内的流出系数变化尽可能小,在规定的范围内,常常采用下 面的措施。

a. 将差压上限Apmax尽可能取大一些,从而使0小一些。

b. 缩小管径,提高流速,从而使节流装置在较高雷诺数条件下使用。

c. 限制流量计的使用下限(结合差压计度的约束条件,传统的共识是测量下限不 低于30%FS),因为流量越小,C与常用流出系数C、m的差异越大。在文献[1]中,由于 C的在线计算或自动修正难以实施,所以在设计节流装置时设法将流量测量下限对应的C和

之间的偏差规定为<0. 5%[2],这样就产生了老版本节流装置设计手册中的m = f(ReD) 界限雷诺数图[1]。

随着微电子技术和传感器技术的发展以及计算机技术对仪表的渗透,差压式流量测量技 术获得了一次飞跃,其显著的标志是差压变送器度大大提高,从以前的1.5级提高到现 在的0.1级甚至0.075级;其次是流量二次表实现智能化,数据处理能力和度获得了极 大的提高,这些都为孔板流量计的测量低端的度的提高创造了充分的条件,在GB/T 2624—1993中给出了孔板流出系数随雷诺数变化的关系式(以角接取压为例)[2],如式 (7.27)所示。

应用这一公式实现雷诺数变化对流量测量影响的修正 常用两种方法,一种是C的在线计算法,另—种是c的离 线计算法。

(1) c的在线计算法这一方法是利用流量二次表内单片 机的高速计算能力,用迭代法计算当前的流出系数并进一 步计算流量值。采用迭代法是因为c是Reo的函数,而尺印是 质量流量qm的函数,而qm又是C的函数。其计算程序框图如 图8. 2所示。其中Cd为孔板计算书中的C值。

此图中突出了计算C的部分,其实,ei、pi甚至d都是变 量,都由相应的计算子程序计算得到。

(2) C的离线计算修正法[3] C的离线计算通常是在 整个流量测量范围内选10个或16个(由流量二次表中折 线校正坐标系取的点数定)典型测量点A,并计算出各点 的雷诺数,然后按式(7.27)计算各点的流出系数,zui后 按下式计算出各点的C修正系数

式中G——各典型测量点流出系数;

Cd——孔板计算书中的流量系数。

(3) C的离线计算修正法举例[3]

①已知条件

被测流体名称:饱和水蒸气;

zui大质量流量:g_ax = l. 7500kg/s;

zui小质量流量:gmmin=0. 1750kg/s;

工作压力:和g = 6. 9066X105Pa (表面值);

工作温度:t1=170°(3;

工作状态下被测流体相对湿度:Φ=0;

工作状态下被测流体密度:p1=4. 123kg/m3;

工作状态下被测流体黏度:a=14.97X10_6Pa* s;

工作状态下被测流体等熵指数:c=1.30;

当地全年平均大气压:pa = 101. 33kPa;

20°C情况下管道内径:D20 =150mm;

管道材质:20钢;

差压计差压上限:Apmax = 40kPa;

节流装置的取压方式:角接取压;

管道材质的线膨胀系数:AdzUJXIO-pC-1;

<孔板材质的线膨胀系数:Ad = 16X10_6°C-、

②求孔板开孔直径d (见图8. 3)

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