涡轮流量计在蒸汽流量量值传递中的应用

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蒸汽流量计的检定技术,目前在国内仍处于研究阶段,国内一些生产厂相继建立了以蒸汽为工作介质的标准装置。但因耗能大,工作条件不好等因素而在努力寻求以空气为工作介质的新途径。经调查,目前国内已经出现的以空气为工作介质的标准装置主要有二种:一是音速喷嘴式,其装置测定精度虽然满足了检定要求,但装置造价高,每台约100多万元。实践证明,其技术是可行的,但投资费用及管理运行费用庞大,一般计量检定机构不可能普遍采用。其二是风机孔板式,该装置虽然造价不高,但准确度低,加之该类装置压力损失大,而风源压力低,故量程往往不能满足检定要求,国家计量部门已确认这一点。另外国内有些单位也在寻求用涡街流量计来代替喷嘴或孔板的尝试,但使用参数尚不成熟。为解决上述蒸汽计量检定的难题,我们参与研制了气体流量标准装置。把涡轮流量计应用于气体(含蒸汽)流量量值的传递中,并获得了较为满意的结果。

　　1.气体流量标准装置简介

　　1.1装置的结构

　　该装置主要由风源、标准流量、被检流量和数据处理等四部分组成，风源部分由柴油机和罗茨鼓风机构成,静压力(表)为0.05MPa,风量为40m3/min,满足被检表流量上限要求。标准流量部分由涡轮流量计、压力表和温度计等构成,以产生具有规定准确度的标准流量值。被检流量由被检表(如分流旋翼式蒸汽流量计)、压力表、温度计和消音器等构成。数据处理部分由计算机、工作台等构成,此外还有手动葫芦、支架、阀门和管路等辅助部件。

　　1.2装置的工作原理

　　从风源排出的具有一定流量的空气经标准表和被检流量计时,在标准表中即产生一定频率的电脉冲信号,经与之配合的二次显示仪表输入电路放大整形后,送人系数单元,把脉冲单位转换为流量单位,再送人显示单元进行累计量的数字显示,然后通过介质换算系数及温度、压力等修正得出流经标准表的标准质量流量,再通过与被检表的指示质量流量进行比较,即可得出被检表在该流量下的相对误差。

　　1.3装置的主要技术指标

　　1)装置风源流量上限:40m3/min

　　2)风源压力:0.035-0.05MPa

　　3)量程:10~440L/s

　　4)流量稳定度:≤1%

　　5)装置精确度:1.15%(置信概率P=95%)压力表为0.25级的标准压力表,温度计分度值为0.1℃的二等标准温度计。装置准确度的评定公式为：

　　式中:δ为装置的准确度;δv,为标准表的流速准确度;δD,为标准表前的管道内径准确度;δp,为压力表的准确度;8;为温度计的准确度。

　　2.气体流量标准装置的关键技术及创新

　　2.1标准流量部分是该装置的关键

　　标准表的选择可以有多种,本装置选择涡轮流量传感器做标准表,充分利用了该表量程宽、压力损失小、易驱动重复性好、便于控制和调节等诸多优点。一是扩展了装置的流量测量范围,满足了被检表的量程要求;二是大大降低了标准表的成本。

　　2.2装置的准确度是装置的主要技术指标

　　本装置的数据处理利用了计算机技术,在国内采用了国外流量界提出的一种理论一一误差跟踪法。其原理是;在流量计的性能稳定即重复性好的前提下,用计算机技术把该标准表检定时流量标准值(相对真值)加以对应复现(标准表检定时的检定点与作为标准表使用时的使用点相吻合),从而逐点消除了该表的系统误差,只剩下了随机误差(实际是重复性误差)表征标准表的实际准确度,这样便将名义准确度等级为1.5级的气体涡轮流量计的准确度提高到了0.5%左右。

　　2.3空气与蒸汽的换算系数的确定

　　这是影响装置准确度的一个重要因素。我们在查阅了国内大量有关资料的基础上,分别在空气及蒸汽测量装置上,进行了上百次系列实验,通过对大量不同介质、不同流量范围及不同测量条件下的实验数据,进行了回归处理后,确定了空气一蒸汽换算的ZUI佳换算系数,为涡轮流量计,以压缩空气为介质检定蒸汽流量计提供了必要条件。

　　3.气体流量标准装置的比对试验数据

　　1)对同一台蒸汽流量计在该装置上的检定结

　　果与蒸汽流量检定装置上鉴定结果的比对如表1所示。实验所用蒸汽流量检定装置由上海工业自动化仪表研究所、泊头仪表厂联合研制生产,经河北计量院鉴定认可,该装置准确度为1.25%。表1所列数据为误差ZUI大值。

　　2)装置主要技术参数与同类装置(泊头仪表厂孔板装置)的比对,如表2所示。泊头仪表厂的该装置,由重庆自动化仪表研究所与泊头仪表厂联合研制,经河北计量院检定。

　　4.结论

　　1)用涡轮流量计作为传递标准的该装置,具有量程宽、压损小、重复性好等优点,克服了其它类型装置压损大、量程不够的缺陷,且造价低廉、其投资是音速喷嘴式装置的20%左右。

　　2)对标准表的主要误差项(系统误差)采用误差跟踪法进行了消除,大大提高了装置测量准确度。

　　3)对蒸汽流量量值传递中空气一蒸汽换算系数,由大量实验数据通过回归处理来确定,置信度比较高。