文档介绍：靶式流量计的测量不确定度分析
摘要:靶式流量计测量高粘度介质流量有其独特的优点,但影响靶式流量计测量准确度有诸多要素。本文分析了靶式流量计测量不确定度的来源,并探讨了相应的改善方法。从而提高其测量精度和测量和测量范围。
关键词:靶式流量计不确定度测量精度
0 引言
流量测量方法和仪表的种类繁多,分类方法也很多。至今为止,可供工业用的流量仪表种类达60种之多。靶式流量计是60年代随着工业生产中迫切需要解决高粘度、低雷诺数流体的测量而发展起来的流量仪表。它除了适用于一般的气体、液体以及蒸汽的流量测量外,还适用于浆液介质、悬浮颗粒介质、易结晶凝结介质、脏污沉淀介质、腐蚀性介质以及高粘度介质。诸如重油、沥清、矿浆、焦油、淬火油、有机酸、非导电流体等等,同时还具有一定的抗脉动流的能力。
靶式流量计的原理是:当流体流经仪表时,检测部分中的圆形靶就感受到由流体动能转换成的冲击力,该力与流体的流量成比例。传统靶式流量计都存在机械结构复杂、灵敏度低、量程范围窄等缺点。新型的应变靶式流量计是在靶杆的另一端贴上一组应变片,当流体冲击靶片时,靶杆弹性变形,从而在应变电桥输出端得到与冲击力成正比的电压信号。与传统靶式流量计相比,智能应变靶式流量计机械结构非常简单,无须任何机械调零装置和可动部件;大大提高了靶片的变形量,提高了精度。
1 靶式流量计的原理
靶式流量计的结构示意图如图1所示
图1 靶式流量计结构示意图
由图1靶式流量计的结构可知,它由两部分组成,一部分是对力F进行检测的部分,另一部分是将检测到的力信号F转换成电信号并进行处理的部分(如显示、积算等)。
靶式流量计的工作原理是在测量管道的中心位置设置一靶体(信号发生体),当流体流动冲击位于管道中心位置的靶体时,作用于靶体上的力,与流体密度、靶体受力面积、流体流速的平方成正比,其关系式如下:
(1)
其中——靶片所受的作用力,;
——阻力系数;
——流体工况密度,;
——靶片受力面积,;
——流体流速,。
通过数学变换推导,得到流量公式如下:
(2)
(3)
式中——质量流量与,;
——体积流量;
——流量系数;
——测量管道内径,;
——流隙比,(为靶片的直径,;非圆形靶片可换算成圆的直径计算)。
靶体的受力大小经电阻应变片力传感器转换成微伏电信号,通过信号采集与放大、A/D转换、经微处理器运算处理后,得到相应的流体流速和流量。
3 靶式流量计的不确定度分析
流量系数的影响
由靶式流量计的流量式(2)、式(3)可知,流体流量与流量系数k有关。靶式流量计的k值与雷诺数、靶的几何尺寸、形状、结构、管道内径、直径比、被测介质性质有关。大量的实验结果表明,当流量超过某一值时(或者说流体的雷诺数,为界限雷诺数),流量系数k将趋于常数;当雷诺数较小时(或者说雷诺数小于界限雷诺数),由于流体的粘滞磨擦力占有较大比例,呈层流状态,流量系数将随介质的性质而改变。所以靶式流量计在测试小流量时误差很大,致使量程比变得很窄。
靶片的几何形状不确定度分析
靶片是接触流体的检测元件。不同几何形状的靶有不同的阻力,我们可以得到不同的流量系数和不同的压力损失。球形状的靶对流量系数及压力损失的影响最大;半球靶次之;平靶为最小。在靶式流量计中,由于平靶形状简