摘要:在天然氣(qi)輸送管道與貿(mao)易計量、城市燃(rán)氣工🈚商🔆業用戶(hu)🌈的流量計量中(zhong)，常采用氣體渦(wō)輪流量計 。氣體(tǐ)渦輪流量計發(fa)展曆史悠久，也(ye)積累了相當的(de)天然氣應用數(shu)據，被認爲計量(liàng)精度高、适用性(xing)良好的天然氣(qi)♉流量計量🚶‍♀️儀表(biǎo)。由于使用場所(suǒ)的工作條件各(gè)不相同，工作壓(yā)力根據應用的(de)需要一般從幾(ji)千帕到幾兆帕(pa)，而在💞我國的計(ji)量機構一般采(cǎi)用負壓裝置檢(jiǎn)定。對于在不同(tong)壓力條件下，氣(qì)體渦輪流量計(jì)的計量特性的(de)數據還非常缺(que)乏。
　　天然氣作爲(wei)重要的潔淨能(néng)源，近幾年在城(chéng)市中的🔅應用迅(xun)猛發展。城市高(gao)壓天然氣管網(wǎng)，給城市提供天(tian)然氣關系到千(qian)家萬戶🌂，然而天(tian)然氣是一種非(fēi)理想氣體，實際(ji)輸送的壓力高(gao)于常壓。在遇到(dao)天然氣輸送管(guan)線洩漏或檢修(xiū)時會導緻天然(ran)氣壓力大幅波(bo)動;或者由于天(tiān)然氣輸🥵送管線(xian)中出現民用高(gāo)峰✌️期時，也會造(zao)成㊙️天然氣壓力(lì)波動等。
　　現在國(guo)内的 氣體流量(liàng)計生産廠家 一(yī)般采用音速噴(pēn)嘴或鍾罩法來(lái)進行産品檢定(ding)，而出📱于經濟上(shang)和技術上的考(kǎo)慮，它們中的大(dà)多數使🌏用的❓是(shi)負壓法的音速(sù)文丘裏噴嘴檢(jiǎn)定裝置。而采用(yòng)負壓法的裝置(zhì)上隻🍓能用空氣(qì)作介質對流量(liàng)計進行常壓檢(jiǎn)定，但是流量計(ji)的🚩實際工作環(huan)境要遠比此複(fu)雜。在低壓力下(xià)标定後在高壓(ya)力下使用，在低(dī)密度下标定後(hou)在高密度下使(shi)用，流量計儀表(biao)系🚶‍♀️數都有改變(biàn)的可🔞能，那麽，壓(yā)力的增加、密度(du)的變化🔅會對氣(qi)體流量計的儀(yi)表系數産生多(duō)大的影響［1］根🐕據(ju)國内外相關文(wen)獻研究得出，影(ying)響儀表系數變(bian)化的因素有:(1)介(jiè)質密度的影⛷️響(xiang)。(2)粘度變化的影(yǐng)響。(3)溫度變化的(de)影響。(4)壓力變化(hua)的影響等。
　　氣體(tǐ)渦輪流量計作(zuò)爲目前國内少(shǎo)數能在高壓下(xià)📧計量的流量計(ji)，對其在不同氣(qi)體流體壓力下(xia)的計量性能進(jin)行試驗，主要分(fèn)析渦輪流量計(ji)在氣體流體的(de)不🧡同壓力✊下，流(liú)量計儀表系數(shù)的變化情況，驗(yan)證其計量性能(neng)是否能夠滿足(zu)計量要求。
1氣體(ti)渦輪流量計的(de)基本結構和工(gōng)作原理
　　 渦輪流(liu)量計 由渦輪流(liú)量傳感器和流(liu)量顯示儀表組(zu)成。将渦輪流量(liàng)計感知流體流(liú)速的渦輪組件(jiàn)(包括前後導流(liu)體、葉輪、軸承、殼(ké)🤟體、信号檢測組(zǔ)件)統稱爲渦輪(lun)流量傳感器。圖(tú)1爲渦💔輪流量計(ji)的基本結構圖(tú)。

　　根據(ju)動量守恒定律(lǜ)通過渦輪受理(lǐ)過程進行分析(xi)，可以♈比較直觀(guan)地描述基本工(gōng)作過程，流體通(tong)過時推動葉輪(lún)，産生主動🈲力矩(jǔ)。氣體渦輪流量(liàng)計屬于速度式(shì)流量計，渦輪流(liu)量傳感器輸出(chū)與流量成正比(bi)🔞關系的脈沖頻(pín)率，輸入到流量(liàng)顯示儀表或計(ji)算機。在某一流(liu)量範圍和一定(dìng)粘度範圍内，渦(wō)輪流量計㊙️輸出(chu)的信号脈沖頻(pin)率f與通過渦輪(lún)流量計的體積(jī)流量qV成正比［4］，即(jí):
f=KqV　　　　　　　　　(1)
　　式中，K爲渦輪流(liú)量計的儀表系(xì)數，1/L或1/m3，儀表系數(shu)K應爲一常數，其(qí)數🔞值由實驗标(biāo)準标定得到。每(mei)台渦輪流量傳(chuan)感器的校準(或(huo)合格)證上都标(biao)明經過實流檢(jiǎn)定測得分段不(bú)💰同流量範圍的(de)儀表系數K值。
儀(yi)表系數K的意義(yi)是單位體積流(liu)量通過渦輪流(liu)量傳感器輸出(chū)的信号脈沖頻(pín)率f(或信号脈沖(chong)總數N)。所以，當測(ce)得傳感器輸出(chu)的信号脈沖頻(pin)率或某一時間(jiān)内的脈沖總數(shù)N後，分👉别除以儀(yi)表系數K，就可得(dé)到💃體積流量qV或(huo)流量總量Q，即:

　　要(yao)使渦輪流量計(jì)能夠較準确的(de)工作，其儀表系(xi)數K必須🈲爲✌️常數(shu)⛷️。但實際上渦輪(lun)流量計的工作(zuò)特性并非如此(cǐ)，即:

　　式中，r爲葉輪(lún)的平均半徑;ρ爲(wei)流體的密度;A爲(wei)流通截面積;θ爲(wèi)🈲渦輪🏃🏻葉片與軸(zhóu)線的夾角;Trm爲機(jī)械摩擦阻力🚩矩(ju);Trf爲流體阻力矩(jǔ)。
以DN50爲例，其流量(liàng)特性曲線如圖(tu)2所示。

　　在理想(xiǎng)狀态下，也就是(shì)假定渦輪處于(yu)勻速運動的平(píng)衡狀🔴态，機械摩(mó)擦阻力矩Trm和流(liu)體阻力矩Trf都足(zú)夠小至可以忽(hu)略不計的狀态(tai)，儀表系數與流(liú)量的關系爲

　　可(ke)見，理想特性僅(jǐn)僅與渦輪流量(liàng)計的結構參數(shù)有關，儀💘表🐇系數(shu)爲一個常數，與(yǔ)流體變化無關(guān)。
2試驗
　　試驗選用(yòng)1台TBQM-G65-DN50和1台TBQM-G100-DN80口徑的(de)氣體渦輪流量(liàng)計作爲對象🤞，流(liú)量範圍㊙️分别爲(wei)6.5～100m3/h和8～160m3/h。依照JJG1037—2008《渦輪流(liú)量計檢定規程(cheng)❗》規定，流量檢定(ding)點應🧡包括qmax、0.7qmax、0.40qmax、0.25qmax、qt、0.1qmax、qmin。所以(yi)，相應的TBQM-G65-DN50的流量(liang)檢定🚩點爲:100、70、40、25、20、10、6.5m3/h;TBQM-G100-DN80的流(liú)量檢定點爲:160、112、64、40、32、16、8m3/h，其(qí)中每個流量點(diǎn)測試3次。
2.1檢定所(suǒ)用的裝置
　　采用(yòng)DresserInnovativeGasMeteringSolutions裝置進行負壓(ya)檢定，如圖3所示(shi)，其流量範圍爲(wèi)0.5～1600m3/h，檢測口徑爲⭕DN25～DN150，不(bú)确定度爲0.25%。

　　高壓(yā)環道氣體流量(liang)标準裝置，如圖(tu)4所示，該裝置可(kě)在實際工⛱️作的(de)壓力狀态下檢(jiǎn)測流量計的性(xing)能，其流量範圍(wéi)爲1～2500m3/h，檢測口徑爲(wèi)DN20～DN250，工作壓力範圍(wei)爲0.1～2.0MPa，不确定度爲(wei)0.33%。采用該套裝置(zhi)進行壓力🤟爲0.1MPa、0.8MPa和(he)2.0MPa的檢定。

2.2檢定所(suo)得儀表系數
　　不(bu)同壓力下每個(ge)流量計的儀表(biǎo)系數如表1和表(biao)2所示。

流量計儀(yi)表系數:

　　式中，K爲(wèi)流量計的儀表(biao)系數，1/m3;(Ki)max爲流量計(jì)在qt到qmax流量範☔圍(wei)各流量📞檢定點(diǎn)得到的Ki中的最(zui)大值，1/m3;(Ki)min爲流量計(jì)在qt到qmax流量範圍(wei)各流量✂️檢定❗點(dian)得到的Ki中的最(zui)小值，1/m3。
計算所得(dé)的不同壓力下(xià)儀表系數如表(biao)3和表4所示。


2.3檢定(dìng)數據處理與分(fen)析
2.3.1儀表系數分(fen)析
　　根據表1和表(biǎo)2繪制得到不同(tong)壓力下氣體渦(wō)輪流量☀️計的㊙️儀(yí)表🛀🏻系數特性，如(ru)圖5和圖6所示。


　　随着工作壓(ya)力的變化，渦輪(lún)流量計儀表系(xi)數的變化很小(xiao)。參🙇🏻考JJG1037—2008《渦輪流量(liang)計檢定規程》計(ji)量檢定規程中(zhōng)流量計的重複(fú)性的計算方法(fa)，可以定義不同(tóng)壓力下渦輪流(liú)量計儀表系數(shù)的重複性爲:

　　式(shi)中:(Er)i爲不同工作(zuo)壓力下流量計(ji)儀表系數的重(zhong)複性，%;Ki爲不✨同工(gōng)作壓力下流量(liàng)計儀表系數的(de)平均系數，1/m3;Kij爲第(dì)i種工作壓力下(xia)流🔞量計的儀表(biǎo)系數，1/m3;n爲不同工(gong)作壓✍️力的個數(shu)。
計算得出TBQM-G65-DN50在不(bú)同工作壓力下(xià)流量計儀表系(xì)數的重🏃🏻複🤟性:

2.3.2線(xian)性度分析
　　歐洲(zhou)标準EN12261:2002的有關規(gui)定———第5.2.1.1款［5］，本款對(duì)于儀表的固有(yǒu)性🧑🏽‍🤝‍🧑🏻能🚶提🌏出了嚴(yan)格的要求，即如(ru)果儀表特性試(shì)驗在多于一個(ge)壓力下進行，對(dui)😍于公稱口徑大(da)于100mm的流量計，在(zai)0.25qmax和qmax之間的所有(yǒu)結果間的差不(bu)得大于0.5%，對于公(gōng)稱口徑小于等(deng)于100mm的流量計，在(zài)0.25qmax和qmax之間的所有(yǒu)結果間的差不(bu)得大于1.0%。
　　根據表(biǎo)1和表2中的數據(jù)進行計算，對于(yu)TBQM-G65-DN50，所有檢定結👅果(guǒ)㊙️最大差值🌈爲0.558%;TBQM-G100-DN80的(de)所有檢定結果(guǒ)最大差值爲0.904%，結(jié)果均符合标☂️準(zhǔn)。
2.4小結
(1)根據式(6)計(ji)算出的在不同(tong)工作壓力下流(liu)量計儀表系數(shù)的重複性，說明(ming)渦輪流量計儀(yi)表系數受壓力(lì)變化的敏感性(xìng)較小。TBQM-G65-DN50在4種不同(tong)壓力下流量計(jì)儀表系數變化(hua)的重🈚複性僅爲(wei)0.502%，而TBQM-G100-DN80的重複性僅(jǐn)爲0.282%。
(2)随着工作壓(ya)力的變化，渦輪(lún)流量計線性度(dù)變化不❤️大。說明(míng)流體㊙️工作壓力(lì)的變化對渦輪(lún)流量計的線性(xìng)度影響很小。圖(tú)5和圖6是在4種不(bu)同壓力下2台氣(qì)體渦輪流量計(jì)的儀表系數随(suí)流量變化的曲(qǔ)線。從圖中可以(yǐ)很直觀地看✍️出(chu)，在流量的上下(xia)限之間，壓力☎️對(dui)渦輪流量計儀(yí)表系數的影響(xiang)。4種不同壓力下(xia)的曲線型一緻(zhì)性很好，也與圖(tu)2中理論的特性(xìng)曲線有較好的(de)符合性，隻是高(gao)壓🌈相較于低💘壓(yā)曲線整體向上(shang)漂移。
(3)經過計算(suan)分析，流量計符(fú)合歐洲标準EN12261的(de)有關規定———第🐉5.2.1.1款(kuan)。
(4)此外，根據所有(yǒu)線性度結果計(ji)算得出，壓力的(de)變化對儀表系(xì)數的影響小于(yú)流量變化的影(ying)響。
3儀表系數研(yán)究讨論
3.1流量顯(xian)示裝置
　　前文已(yi)經提到，渦輪流(liu)量計是由渦輪(lun)流量傳感器🔞和(hé)流量🛀🏻顯示🧑🏽‍🤝‍🧑🏻儀表(biao)組成。目前公知(zhī)的渦輪流量計(ji)大⛹🏻‍♀️概采🚩用以下(xia)幾種流量顯示(shì)儀表:帶字輪的(de)機械計算器、帶(dài)溫度和⛱️壓力補(bǔ)償的電👅子顯示(shi)裝置、流量計算(suàn)機和帶無線遠(yuan)傳功能的電子(zi)顯示裝置等。
　　上(shang)述提到的顯示(shì)裝置除了流量(liang)計算機，其餘都(dou)是通過機芯🈚上(shang)主軸的蝸杆與(yǔ)齒輪的配合傳(chuan)遞扭矩，并通過(guo)齒輪減速傳動(dong)以及磁耦合聯(lian)接驅動字輪計(jì)數器轉動而得(dé)到流量累積‼️與(yǔ)顯示，俗稱低頻(pín)取信号方式。流(liú)量計算機包含(hán)兩種取信号方(fāng)式，如前文所述(shu)的低頻，另外一(yī)種是直接取葉(ye)輪轉動的信号(hào)，俗稱高頻。
3.2機械(xie)計數器齒輪調(diao)整
　　渦輪流量計(jì)出廠前用取高(gao)頻信号方法進(jin)行标定🈲，然後根(gen)據得出儀表系(xì)數進行機械計(ji)數器内齒輪配(pei)對✊，傳動比盡量(liàng)接近标定出的(de)儀表系數。也就(jiu)是說，我們可以(yi)調整齒輪配對(duì)以滿足儀表系(xì)數的變化。
　　從上(shang)文得知，不同壓(yā)力波動是存在(zai)的，若流量計工(gong)🐆作壓力波動範(fan)圍較小，建議其(qí)在實際工作壓(ya)力下進行相應(ying)測試按其❓檢定(ding)數據配齒，使實(shí)際傳動比的理(li)論㊙️儀表系數盡(jin)可能接近在該(gai)壓💁力點下測試(shi)的儀表系數，流(liú)量計的計量将(jiang)👉更加準确。
　　但是(shi)，機械計數器有(yǒu)一缺點，調配出(chū)的儀表系數是(shi)🐇固定，隻能對某(mou)一流量點進行(hang)修正，不能對所(suǒ)有流量點✂️修正(zhèng)🈲。所以對于某些(xie)流量點來說，誤(wù)差可能還是存(cun)在🏒的。
3.3電子表頭(tou)修正
　　二次電子(zǐ)顯示裝置、體積(ji)修正儀、流量計(ji)算機等俗稱電(diàn)🏃‍♀️子表頭👌，其液晶(jing)屏幕上可顯示(shì)多種信息，比如(rú)瞬時流量、總流(liu)量、溫度和壓力(li)等。電子表頭含(han)有非🧡常多的功(gōng)能，可以根據溫(wēn)度壓力對流體(ti)體積進行修正(zheng)，可以根據流量(liàng)或者表壓的不(bu)同進行儀表系(xì)㊙️數的調整，使在(zai)用流量計🌈的流(liú)量特性曲線接(jiē)近一♋條直線，這(zhe)就大⛱️大提高了(le)流量計的精度(dù)。帶電子表🔴頭的(de)渦輪🥵流量計很(hěn)好地解決了帶(dai)機械計數器流(liú)量計存在的問(wèn)題，其可以進行(hang)每個流量點的(de)儀表系數修正(zheng)。然而，它也同樣(yàng)有缺點，比如說(shuo)安全防爆問題(ti)，還有電子表頭(tou)價格昂貴，不便(bian)于普及。
4結束語(yǔ)
　　氣體渦輪流量(liang)計儀表系數受(shou)壓力變化的敏(min)感性較🌈小，TBQM-G65-DN50的儀(yi)表系數變化的(de)重複性僅爲0.502%，而(er)TBQM-G100-DN80的重複性僅爲(wei)💋0.282%。随着工作壓力(lì)的變化，渦輪流(liu)量計線性度變(biàn)化不大。在4種不(bú)🐪同壓力❌下2台氣(qì)㊙️體渦輪💃流量計(ji)的儀表系數曲(qu)🚩線型一緻性很(hen)好，與理論的特(te)性曲線有很好(hao)的符合性，隻是(shì)對于🌈DN50口徑的氣(qi)體渦輪流量計(ji)🐪來說，高壓相較(jiào)于低壓曲線整(zhěng)體向上漂移，而(ér)♉DN80口徑的氣體渦(wō)♈輪流量計相對(dui)穩定，波動更小(xiǎo)。流量計符合歐(ōu)洲标準EN12261的有關(guan)規定———第5.2.1.1款。壓力(li)的變化對儀表(biǎo)🌈系數的影響小(xiao)于流量變化的(de)影響。
雖然在不(bu)同壓力下，氣體(ti)渦輪流量計的(de)儀表性能有些(xiē)許波動，但是靠(kào)着機械計數器(qì)和電子表頭的(de)調整或修正，其(qi)🈲儀表性能将能(néng)加穩定且準确(que)。
　　鑒于目前的試(shi)驗研究還不夠(gòu)系統和全面，需(xū)開展進一步的(de)研究才能明确(què)不同壓力下對(duì)氣體渦輪💔流量(liang)計的影響，特别(bié)是檢定的介質(zhi)如能用天然氣(qi)，那麽試♊驗結果(guǒ)将更具說服力(lì)。

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