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詳細闡述非標刻度氣體轉子流量計的流量換算要素

發布日期:2017-07-28  來源:  作者:  瀏覽次數:
【導讀】:簡要分析了非標刻度氣體轉子流量計的流量換算問題,研究了氣體轉子流量計的使用原理和應用情況可知,轉子在垂直錐形管中,并且隨著流量的變化而升降。......

        摘 要:簡要分析了非標刻度氣體轉子流量計的流量換算問題,研究了氣體轉子流量計的使用原理和應用情況可知,轉子在垂直錐形管中,并且隨著流量的變化而升降。同時,詳細闡述了非標刻度氣體轉子流量計的流量換算要素,其中主要有標況流量,轉子流量傳感器流出系數標定,應用分析等,以期為相關工作者提供一定的理論依據。

 
1 流量換算概述
        氣體轉子流量計是將某種氣體當作介質,按照某一狀態下的標況刻度的。如果被測介質與實際工況、刻度時的介質工作狀態一致,那么,轉子流量計輸出的刻度就是實際流量,這種情況就不需要對其進行換算。但是,在實際測量過程中,因為氣體介質或者相應的工作狀態、刻度時之間存在一定的差異,所以,轉子在測量管中相同位置代表的流量值和刻度時也是不同的。要想正確運用氣體流量計,就一定要了解它們之間的換算關系。
        
        在實際范圍內,一般情況下,氣體轉子流量計是將空氣作為介質,在標準狀態下、標況體積流量下進行刻度的。在世界范圍內,對于標準定義有 2 種,我國采用的是 101.325 kPa、20e(20 ℃),國外采的是 101.325 kPa、0e(0 ℃)。鑒于這種情況,在《轉子流量計檢定規程》中詳細說明了流量換算方式。在這種情況下對氣體流量計進行刻度,并不是根據以上標準進行的。例如,刻度的介質并不是空氣,刻度狀態并不是標準狀態,將用戶實際測量的氣體集合實際工況下的標況體積流量實施刻度,有時利用一種氣體介質實施刻度,但是,在實際的使用過程中,所使用的氣體卻是另一種,例如氮氣或者氧氣等。
 
2 氣體轉子流量計的使用原理及應用
        在使用轉子流量計的過程中,轉子在垂直錐形管中,并且隨著流量的變化而升降,其流通面積有了一定的改變,所以,測量體積的儀表也變成了浮子流量計。氣體轉子流量計基本工作流程可以通過式(1)表示:
氣體流量計公式1
式(1)中:Q 為氣體體積流量。
 
        在使用氣體轉子流量計的過程中,當流量發生變化時,浮子可能會在垂直的錐形管內上下浮動。這時,椎管與浮子之間形成的環形流通面積便會發生一定的變化,即基于這一原理實現對流量的測量。因為這種儀表的機械結構較為簡單,加工也十分邊界,工作較為穩定,具備較高的可靠性,所以,在其使用過程中,損失的壓力也比較小,非常重要的是其可以測量低雷諾書小流量介質,或者被廣泛應用于自動控制系統中。椎管轉子流量計是由一個錐形管和一個可以在錐形管中上下浮動的轉子構成的,其結構如圖 1 所示。
轉子流量計作為變送器構成的測控系統
        在底部一般與垂直管段的法蘭連接,這些流體從上往下的流過計量器,這時轉子會上下運動。如果管中的流體是自下而上的,當流過轉子和錐管時,流體便會被轉子截流,轉子上游與下游之間承受的壓力會有所不同,轉子上截面和下截面會產生一定的壓力差。這時的轉子會受到流體為轉子帶來的壓力、轉子在流體中承受的浮力和重力 3 種壓力。
 
3 非標刻度氣體轉子流量計的流量換算
3.1 標況流量
        在分析其適應性時,假定氣體轉子流量計是將某種氣體作為介質的,按照某種狀態下的標況體積流量來確定,那么,儀表輸出則是刻度狀態下的標況流量,其公式為:
標況流量公式
        式(2)中:Q cn 為刻度氣體在刻度裝填下的標況流量,Nm 3 /h;Q c為刻度氣體在刻度狀態下的工況流量,m 3 /h;P c 為刻度狀態下產生的絕對壓力,kPa;P n 為標準狀態下所存在的絕對壓力,101.325 kPa;TC 為刻度狀態下的絕對溫度;T N 為標準狀態下的絕對溫度。
 
3.2 轉子流量傳感器流出系數標定
        通過相應的推導,詳細分析了轉子的第二次節流造成的能量變化黏滯阻力能量損耗問題,同時,在流量系數中添加了損耗節流黏滯阻力能的系數。推導出的流量方程充分考慮了工作機理和工作特性,通過轉子流量器數學模型推導出來的結果的正確性得到了有效的提升,但是,分析其在實際中的應用問題,利用數學模型計算出來的黏滯壓力損失系數K 不是十分標準。一般情況下,K 值是通過實流標定實驗方法得到的,因此,不單獨計算這一損失系數。為了使轉子流量器數學模型中位置參數的個數保持穩定,主要是將節流黏滯阻力壓力帶來的損失影響歸入到留出系數并體現出來,采取這樣的方式就能減少未知數的個數。通過實流實驗,利用測得的流量和浮子所產生的高度可以確定流量方程中僅有的一個未知數,這一未知數也就是留出系數,同時,還能獲取流量和轉子的高度所一一對應的轉子流量傳感器所對應的流量方程。
 
3.3 應用分析
        某進口氣體轉子流量計是將二氧化氮作為介質的,其按照800 kPa 和 50 ℃刻度狀態下的標況體積流量 Q CN0 對其進行相應的度量。現在測量氮氣在工作裝填下(P,T)標況(101.325 kPa、20 e)的流量Q N20 。這里所指的刻度狀態是:P C =(800+1 011 325)kPa;T C=50+273 115 K。
 
4 結束語
        總而言之,非標刻度氣體轉子流量計的流量換算工程看似簡單,但在實際應用過程中,需要詳細分析各項相關因素,并分析使用過程中的各種影像因素,從而得出精準的結果。

 

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