摘要:基于(yu)脈動流對孔闆(pan)流量計 影響的(de)基本原理,介紹(shao)了孔闆流量計(jì)在脈動流測量(liang)中産☎️生誤差的(de)原因及誤差的(de)分析方法.針對(dui)實際過程,複✉️雜(za)脈❌動流對孔闆(pan)流量計測量誤(wù)差影響,得到複(fu)⁉️雜脈動流條件(jian)下孔闆流量計(jì)計量誤差的估(gu)計方法和應用(yòng)時應注意的問(wèn)題.
　　基于國際上(shàng)的多年研究成(chéng)果,國際标準化(huà)組織ISO在🌏一些👌文(wén)獻中明确提出(chū),減小流動的脈(mò)動幅值是保證(zheng)流量測量準确(que)的前提[1～3].在實際(jì)生産中,旋轉式(shi)、往㊙️複式或各種(zhong)可運動傳送設(shè)備☔的使用,使工(gōng)業管道中脈動(dong)流動大量存❗在(zai).但是,多年來國(guo)内對于脈動流(liú)條件下流量的(de)準确測量的研(yán)究尚未充分進(jin)行.許多行業和(hé)地方在脈動流(liu)條件下,直接應(ying)用流量計進行(háng)測量,使計量值(zhi)産生很大誤差(chà).近年來,随着各(gè)企業和部門對(duì)計量精度更高(gao)的要😘求🚶,脈流條(tiao)件下流量計測(ce)量精度問題越(yue)來😍越受到重視(shì).
1脈動流對孔闆(pǎn)流量計的影響(xiǎng)
　　當流體流過節(jiē)流元件時形成(chéng)的差壓信号的(de)脈動幅值滿足(zu)下式時,可視爲(wei)穩定流動[1].

　　式中(zhōng):Δp’p,rms爲孔闆、噴嘴或(huo)文丘利管等一(yī)次元件産生的(de)差壓的根平均(jun)平方值;Δpp爲差壓(yā)的時間平均值(zhi).在脈動流狀态(tai)下,孔闆流量計(ji)測量值相對于(yu)真實平均流量(liang)值✨的示值誤差(cha)的産生主要考(kǎo)慮因素如圖1所(suo)示[2,5].

1.1對孔闆上下遊(yóu)取壓孔處産生(sheng)差壓信号的影(ying)響
　　假設[2、3]:1)在流體(ti)流過孔闆時,仍(reng)是一維流動;2)在(zài)脈動周期内流(liu)🏃‍♀️體的流線形狀(zhuàng)不發生改變.對(duì)于不可壓縮流(liú)體,根據動量方(fāng)程🌂和連續性方(fāng)程

　　式中:d爲流體(ti)密度;u爲流體速(sù)度;p爲流體在管(guǎn)中所受的壓♍力(lì).沿⛹🏻‍♀️孔⛷️闆上下遊(you)取壓孔之間軸(zhóu)向長度上積分(fen),可以得到孔闆(pan)前後差壓Δp(t)與流(liu)過孔闆的脈動(dong)流之間關系式(shi)[3]爲🌈

　　式中:K2爲脈動(dòng)流工況下孔闆(pan)的流出系數C(或(huò)流量系數T);K1爲脈(mo)😘動✉️流工況下流(liu)體流過孔闆産(chan)生的瞬時慣💃性(xìng)加速作用的系(xi)數.分析式(4)物理(li)意義[5]可知,脈動(dong)流在孔闆上下(xià)遊取壓孔處産(chǎn)生的差壓信号(hào)的變化💋主要從(cóng)以下幾方面來(lái)考慮:
1)孔闆本身(shen)固有的輸出(差(cha)壓)與輸入(流量(liàng))之間存在的非(fēi)線性關系,在脈(mo)動流狀态下,依(yī)然成立.
　　根據國(guó)外已有研究成(chéng)果[4],脈動流動的(de)任一瞬時都可(ke)視爲暫💘時📱的穩(wěn)定流動.整個脈(mò)動流動是這些(xie)“瞬時穩定流動(dong)”随💛時間變化的(de)流動之“和”.此時(shí),瞬時流量q(t)可以(yǐ)根據相應的差(chà)壓值Δp(t)按式(5)求得(dé).

而真實的平均(jun1)流量`q可通過取(qu)時間平均得到(dao),即

且,K2是孔闆在(zài)穩定流動情況(kuang)下的流量系數(shu)(或流出系數)值(zhi).
2)在脈動流動狀(zhuàng)态下,流體通過(guo)孔闆時的瞬時(shi)慣性作🔱用,需要(yao)有一部分附加(jia)的壓力差(除了(le)在穩定流動情(qing)況,需要的🔞那部(bù)分使流體通過(guò)孔闆時的傳遞(dì)加速作用外),來(lai)實現流💛體加速(sù)💔流動.
　　因此,可認(ren)爲在脈動周期(qī)任一時刻孔闆(pǎn)産生差壓信号(hào)Δp(t)由☔兩部分構成(cheng).一部分是流體(tǐ)通過節流孔時(shi)遷移加速所産(chǎn)生差壓,理想情(qing)況下這部分差(cha)壓就與該瞬時(shí)脈動流量質量(liàng)相同的流體在(zai)穩定流動時産(chan)生的差壓Δp(t)s相同(tóng)⭐;另一部分⛷️是由(yóu)于克☎️服流體慣(guan)性以實現流體(ti)瞬時加速,即dq(t)/dt引(yǐn)起的額外差壓(yā)Δp(t)t.

3)在脈動流動狀(zhuang)态下,孔闆的流(liu)量系數T(或流出(chu)系數C)可能産⚽生(shēng)的變化,對流量(liang)示值誤差會産(chǎn)生一定影♋響.關(guan)于這部分影響(xiǎng)可能帶來附加(jiā)誤差的讨論,需(xū)要建立在對流(liu)體流動㊙️分布廓(kuò)形研究的基礎(chǔ)之上🤩,研究過程(chéng)比較複雜,國内(nei)外對此尚無明(míng)💞确結果.
1.2導壓管(guǎn)線及差壓變送(sòng)器腔室引起差(cha)壓信号的畸變(bian)所帶來的🐕附加(jiā)誤差
1)上下遊取(qu)壓孔與 差壓變(biàn)送器 之間通常(chang)有一定的長度(du)差壓傳輸管線(xiàn),還有一些接頭(tou)和隔離🔴閥等器(qi)件,它們的結構(gòu)常不一緻,上下(xia)遊導壓管線也(ye)不一定完全對(duì)稱.當脈動壓力(li)波在其中傳播(bō)時,由于反射、疊(die)加引起壓力波(bō)的畸變會導緻(zhì)流量示值的誤(wu)差.
2)在工業生産(chan)中使用的差壓(yā)變送器爲使測(cè)量信号平穩✨,都(dou)有一定的阻尼(ní)和延時環節.但(dan)在脈動流的測(ce)量中,這種阻尼(ni)和延時作用會(huì)使測量的脈動(dòng)信⭕号失去脈動(dong)特☎️性,産生一定(ding)的失真.
1.3差壓——流(liu)量計算方法所(suǒ)帶來的附加誤(wù)差
　　大多數工業(yè)流量計主要是(shì)用于穩定流動(dong)狀态下🌐的測量(liàng).爲了提高計算(suan)速度和工作效(xiào)率,計算流量時(shí),采用對差壓信(xìn)号Δp(t)先平均、後開(kai)方的流量計算(suan)方法.在脈動流(liu)動🚶‍♀️狀況下,上述(shu)方🌈法将使流量(liang)計計算值高于(yú)實🤞際流量值📐,引(yin)起流量⛱️計量的(de)附加誤差Ei[3,4]
綜上(shang)所述,脈動流動(dong)條件下,孔闆流(liú)量計測量的附(fù)✔️加誤差組成形(xing)式如下:

　　式中:E爲(wèi)孔闆流量計的(de)總附加誤差;E0爲(wei)孔闆元件處🌍産(chan)💔生的附😍加誤差(chà);E1爲儀表引壓管(guan)線上産生的附(fu)加誤差;Et爲差壓(yā)變送器産生🌈的(de)附加誤差;Ei爲采(cai)用不同的數據(jù)處理方法産生(shēng)🍓的附加誤差.
2脈(mo)動流工況下孔(kǒng)闆流量計示值(zhi)誤差的估計
　　爲(wèi)準确測量脈動(dong)流動,必須盡量(liàng)減小脈動流條(tiáo)件下孔🚩闆流量(liang)計的附加誤差(cha).根本措施是設(she)法消除👅流體的(de)脈動或🙇🏻使幅🤞值(zhi)減小到一定阈(yu)值以下[1].當脈動(dong)流狀态不可避(bì)免時,孔闆流😍量(liàng)計測量誤差的(de)估計可分别予(yǔ)以考慮.
2.1孔闆處(chu)産生的附加誤(wu)差(E0)
　　當脈動幅值(zhi)低于ISO/TR3313中的規定(ding),并忽略流量系(xì)數的變🧑🏾‍🤝‍🧑🏼化,且❤️能(néng)😍夠快速測量孔(kong)闆前後的差壓(ya)Δp(t)時,脈動流在🐇孔(kǒng)闆元件處産生(shēng)的附加誤差(E0)可(kě)按下述方法給(gei)出.
　　在滿足ISO/TR331規定(ding)的阻尼和安裝(zhuang)條件的前提下(xià),根據測得的阻(zu)尼後的脈動差(chà)壓值,按ISO5167給出的(de)公式來計算流(liu)量值.
按ISO/TR3313規定,當(dang)(Δp’p,rms/Δpp)≤0.58時,對于不可壓(yā)縮流體,上述計(jì)算得到的流量(liàng)🔱值與實際的平(ping)均流量值之間(jiān)将有一個正的(de)⛹🏻‍♀️系統誤差✏️E0,其計(ji)算式🔞爲

　　式中:Δpp是(shì)在脈動流條件(jian)下測得的差壓(yā)的時間平均✊值(zhi);Δp’p,rms是差壓脈動分(fen)量的均方根值(zhí).
2.2引壓管線及差(chà)壓變送器的響(xiang)應特性影響産(chǎn)生的附加誤差(chà)(E1和Et)
1)從取壓孔到(dào)差壓變送器的(de)導壓管線應盡(jin)可能的短,結構(gòu)上盡🔞量對稱;2)連(lian)接到差壓變送(sòng)器小腔室的🐕導(dǎo)壓管線直徑不(bu)能有突變;3)差壓(ya)變送器的響應(ying)頻率足夠寬,這(zhè)樣才能使導壓(yā)管線阻尼和差(cha)壓變送器動态(tai)響應對脈動信(xin)号畸變🌈的影響(xiǎng)最㊙️小.
　　如果導壓(yā)管線和差壓變(bian)送器的影響不(bu)可避免,根據文(wén)獻🌈[4],以上兩種因(yin)素對于脈動流(liu)測量的影響沒(méi)有明⛹🏻‍♀️顯的趨勢(shi);偏差分析結果(guǒ)表明,正負偏差(chà)都存在;相對于(yu)K0L的變化以正偏(piān)差居多(波數K0=2πf/T0,T0爲(wei)平均聲速💜,L爲導(dao)壓管線長度);流(liú)量值的偏差亦(yì)有正有負,但以(yǐ)正差爲多.因此(cǐ),要具體分析兩(liang)種因素的影響(xiǎng)作用,必須根據(jù)實🌈際情況,由實(shí)驗确定.
2.3由計算(suan)方法的影響産(chan)生的附加誤差(cha)(Ei)
　　在滿足了ISO/TR3313規定(ding)的安裝條件和(hé)要求的前提下(xia),假設沒有差壓(ya)㊙️信号的畸變和(he)失真.此時,脈動(dong)流動的流量計(jì)算公式,必須采(cǎi)用先開方後平(ping)均的計算方法(fǎ),以消除由于計(jì)🥰算方法🐉帶來得(de)♋附加誤差.
2.4複雜(za)脈動流條件下(xia)的研究
　　以上讨(tǎo)論爲在單脈動(dong)源和周期脈動(dong)流,且脈動幅值(zhi)在一定範圍的(de)條件下,脈動流(liu)對孔闆流量計(ji)的影響.工程🌍實(shí)際中,脈動往往(wǎng)是多脈動源,且(qiě)周期及幅值不(bu)🎯定,爲複雜脈動(dong)🌈流狀況.因此提(ti)出一種工程實(shi)用方法♈來讨論(lùn)複雜脈動流㊙️對(dui)孔闆流👉量計的(de)影響.
　　複雜脈動(dong)流動狀況對孔(kǒng)闆數量計影響(xiang),所得到的并經(jīng)過現場标定的(de)壓縮機排量爲(wei)參考,将一次、二(er)次儀🔞表所造成(cheng)的誤差綜合考(kao)慮分析,估計孔(kǒng)闆流量計在複(fú)雜脈動流條件(jiàn)下所産生的示(shì)值誤差,并以“點(diǎn)”檢驗的方法作(zuò)爲對理論.
3測試(shì)及結果
　　導壓管(guǎn)線和差壓變送(song)器響應速度對(duì)脈動測量的影(yǐng)響🔞.實驗方案如(rú)圖2所示.采用短(duǎn)導壓管、快速差(chà)壓🔴變送器及長(zhang)導壓管、快速差(chà)壓變送器和長(zhǎng)導壓管、慢響應(ying)差壓變送器進(jìn)行測試,得到關(guan)于不同導壓♌管(guan)線和差壓變速(sù)器影響的數據(jù).見圖3～圖6.

實驗測試中(zhong)用200Hz的采樣頻率(lǜ)對現場兩條輸(shu)氣管線上孔闆(pan)兩端的差壓Δp(t)信(xin)号進行記錄.
3.1測(cè)試結果及數據(ju)分析
　　脈動幅值(zhí)Δp’p,rms/Δpp:用快速響應差(cha)壓變送器測得(dé)孔闆兩側差壓(yā)信号脈動幅值(zhí)爲0.2～0.7.
脈動頻率f:應(ying)用傅立葉變換(huan)分析快速響應(ying)差壓變速器測(cè)得的孔闆兩側(ce)的差壓脈動信(xìn)号,可得孔闆兩(liǎng)側的差壓脈⛹🏻‍♀️動(dòng)信号的🌈主要頻(pin)率爲16.7Hz(如圖4c、d和e).這(zhe)一頻率與壓縮(suō)機的轉速500r/min(雙缸(gang)壓送)完全🚶吻合(he).證明孔闆兩側(ce)壓脈動信号的(de)特性,主要是由(you)壓縮機的工作(zuò)狀态所決定
3.2脈(mò)動流對孔闆測(cè)量影響的誤差(chà)估計
　　在計算流(liu)量的基礎上,采(cai)用式(11)來估算孔(kong)闆測脈動流時(shí)的測量誤差.由(yóu)圖3可見,脈動流(liu)動狀态下,在不(bú)考慮導壓管線(xiàn)和差壓變送器(qì)響應特性對測(cè)量的影響時,附(fù)加誤📱差E随脈動(dong)幅值A的增大📱而(ér)增大.可以得到(dào)脈動流動造成(chéng)差壓信号的脈(mò)動,所🌈帶來的附(fù)✍️加誤差基本上(shàng)在+1%～±10%範圍内.

3.3導壓(ya)管線及差壓變(biàn)送器影響的估(gū)計
　　圖中不同測(cè)試條件下的差(cha)壓信号的波形(xíng)和頻譜分🌈布如(rú)圖🌍4所示.圖中L爲(wèi)導壓管線長度(du),f爲差壓變送器(qi)響應頻率.
1)導壓(yā)管線的影響.從(cong)圖4a、e和f中可見,由(yóu)于導壓管線的(de)作用🏃,16.7Hz的信号幾(jǐ)乎完全被濾波(bō),但低頻的信号(hao)還十分明顯,信(xìn)号産生較大的(de)失真,差壓信号(hào)脈動程度減弱(ruò).
2)差壓變送器響(xiang)應特性的影響(xiang).從圖4b、f和g可見,孔(kong)闆兩側經過一(yī)定長度導壓管(guan)線的差壓信号(hao),由不同響應速(sù)度的差壓📐變送(song)器轉換成電信(xin)号後,差壓脈動(dong)信号的波形進(jìn)一步變化.經過(guò)🌈慢響應速度的(de)差壓🌈變送器之(zhī)後的差壓脈動(dong)信号,脈動幅值(zhi)🔞A和脈動頻率都(dōu)有所下🔴降.原有(yǒu)主要☁️頻率16.7Hz完全(quan)被濾波,信号變(bian)📐化更加平穩,頻(pin)💃率集中範圍主(zhu)要在0～2Hz.
3)導壓管線(xiàn)與差壓變送器(qi)的綜合效應.從(cong)大量的實✨驗🌏數(shu)據可見,孔闆流(liu)量計系統由于(yu)導壓管線和差(cha)♉壓變送器的影(yǐng)響,所🔆得差🔞壓信(xìn)号已與孔闆兩(liǎng)側真正的差壓(yā)信号相差甚🔞遠(yuan)(如圖✨4h).由于差壓(ya)信号的變化影(ying)響到累計流量(liang)的計算值也産(chan)生一定誤差(如(rú)⛹🏻‍♀️圖5).其中相對🔴誤(wù)差表示的👉是兩(liang)套測試系統累(lèi)計流⛷️量之間的(de)相🈲對誤差ER.

　　式中(zhong):QLS爲經長導壓管(guan)線(L=5.1m)和慢響應(fC≤5Hz)差(chà)壓變送器後變(biàn)化的差🤩壓信号(hào)計算得流量值(zhi);QSF爲經短導壓管(guǎn)線(L=0.3m)和💯快響應(fC≥1kHz)差(chà)壓變送器後未(wèi)變化的差壓信(xin)号算得的🔴流量(liàng)值.
3.4流量計算方(fāng)法的影響
采用(yong)兩種算法的相(xiang)對誤差Ei,所用計(jì)算公式爲

式中(zhōng):Ei爲兩種算法的(de)相對誤差;QAVG爲采(cai)用先平均後開(kai)方⭐算法計算的(de)流量值;QSQR爲采用(yong)先開方後平均(jun)算法計算⚽出的(de)流量🙇‍♀️值.


3.5孔闆流(liu)量計總的測量(liang)誤差的估計
　　綜(zōng)合以上分析,根(gen)據式(10),可以得到(dao)脈動流條件下(xià)孔🌈闆流🏃‍♀️量計測(cè)量的附加誤差(cha)E.結合現場實際(jì)情況,可以得到(dao)圖6所示現場條(tiao)件下孔闆流量(liàng)計附加誤差與(yu)脈動幅值的關(guān)系.



4結語
　　通過分(fen)析得知,實際管(guan)道系統中,脈動(dong)流動對孔闆流(liú)量計一次元件(jian)(孔闆)及二次儀(yí)表計算方法的(de)影響趨📞勢明顯(xian),所🔴産生的誤差(cha)爲正誤差.而導(dao)管線和差壓變(bian)送器對脈動流(liú)測量的影響,由(yóu)于受現場條件(jiàn)和工作狀态所(suo)限,結果數據分(fen)散,沒有明顯的(de)趨勢,産生的誤(wu)差有正有負.因(yin)此工程設計當(dāng)中應充分考慮(lǜ)脈動流♍對流量(liang)計的影響,按照(zhao)ISO/TR3313的要求,在孔闆(pan)前采用有效措(cuò)施将脈動流動(dòng)阻尼爲穩定流(liu)動,或使其脈動(dòng)幅值降到一定(dìng)阈值以下,并按(an)規定選用符合(he)脈動流測量要(yao)求的流量計.

以(yi)上内容源于網(wǎng)絡，如有侵權聯(lián)系即删除!