被測流體物性對速度流量計特性的影響

被測流體物性對速度流量計特性的影響
  從前面討論的渦輪流量傳感器工作原理可知，傳感器輸出頻率f與流過傳感器的體積流量qV成正比，即f =KqV，而儀表系數(shù)K值，是被測流體物性參數(shù)和傳感器結(jié)構(gòu)幾何尺寸的函數(shù)。對于確定的渦輪傳感器，當上述這些參數(shù)在使用中發(fā)生變化時，將直接影響流量計的特性。也就是說，將會嚴重影響測量的準確度，必須予以重視。
  (1)流體粘度影響，由于流體具有粘性，使得流體對渦輪產(chǎn)生粘滯阻力矩，被測流體粘度的變化，對流量計特性的影響較大。定性地分析，隨著流體粘度的增大，對于任意口徑的傳感器來說，它的線性范圍就減少。對于一定口徑的傳感器而言，粘度變化對線性曲線的下限流量處影響最大，隨著流量的增大而影響減少。對不同口徑的傳感器來講，口徑越大，粘度變化對線性特性的影響越小，口徑越小，影響越大。
  粘度變化對同一口徑傳感罪的線性特性影響
  用于測量液體的渦輪流量計，生產(chǎn)廠所給的儀表系數(shù)K通常是用常溫水標定給出的。為了保證測量的準確度，必須注意被測流體粘度對傳感器特性的影響。根據(jù)試驗證明，用水標定給出的儀表系數(shù)，用于測量1×10-6m2／s左右的輕質(zhì)油及其他液體介質(zhì)時，可獲得滿意的結(jié)果，不必再做單獨標定，，對于粘度大于1×10-6m2／s的液體，傳感器的性能顯然有偏離，但尚能滿足工業(yè)測量的要求。但是當液體粘度大于15×10-6m2／s時，測量誤差明顯增大。傳感器必須在工作條件下重新標定。
  (2)流體密度變化的影響，渦輪的旋轉(zhuǎn)力矩與被測流體的密度成正比。被測液體密度的變化，將影響到作用在渦輪上的轉(zhuǎn)動力矩成比例的增減，使得同一質(zhì)量流量下渦輪流量計所顯示的體積流量大小不同。因此，在流體狀態(tài)參數(shù)(溫度、壓力)變化范圍較大，引起密度值明顯變化時，應(yīng)在測量回路中加入密度或溫度、壓力補償器，以補償流體參數(shù)變化帶來的體積測量誤差。
  (3)流體壓力變化的影響，流經(jīng)傳感器流體壓力產(chǎn)生較大變化時，將引起傳感器內(nèi)部幾何尺寸和流體體積的變化，從而影響到傳感器的特性，需加以修正。
壓力變化引起傳感器內(nèi)部尺寸變化的修正系數(shù)為
K2=1+Δpa                          
式中：Δp—工作壓力和標定叫壓力之差；
γ—泊松比；
R—傳感器公稱半徑；
S—葉輪截面積；
h—傳感器殼體厚度；
E—傳感器殼體材料的拉伸彈性模數(shù)。
壓力變化引起傳感器內(nèi)液體體積變化的修正系數(shù)為
式中：P0—標定時傳感器內(nèi)的壓力；
    Pt—工作時傳感器內(nèi)的壓力；
    Z0—標定溫度下，被測液體的壓縮系數(shù)；
    Zt—工作溫度下，被測液體的壓縮系數(shù)。
  (4)溫度變化的影響，傳感器內(nèi)流體的溫度發(fā)生較大的變化時，將會引起傳感器內(nèi)部尺寸變化，從而影響到傳感特性，需加以修正。
  溫度變化引起傳感器尺寸變化的修正系數(shù)為
式中：α1—傳感器殼體材料膨脹系數(shù)；
    α2—傳感器內(nèi)葉輪材料膨脹系數(shù)；
    Δt—工作溫度與標定溫度之差。
溫度變化引起傳感器內(nèi)流體體積變化的修正系數(shù)為
K3=1+Δtα                          
式中：Δ一工作溫度與標定溫度差；
    α—被測液體的膨脹系數(shù)。
  按溫度和壓力變化的修正系數(shù)K1，K2，K3，和K4，可以得到傳感器累積總量（體積或質(zhì)量）的修正公式：
                        
式中：QV—累積體積流量；
    Qm—累積質(zhì)量流量；
    f—工作時傳感器輸出的累計脈沖數(shù)；
    K0—傳感器的儀表系數(shù)；
    f—被測流體在標定溫度和壓力下的密度。
    (5)流態(tài)變化的影響，渦輪流量計的儀表特性直接受流體流動狀態(tài)的影響，對傳感器進口的速度分布尤為敏感，進口流態(tài)取決于儀上進口處的管道結(jié)構(gòu)。進口流速的突變和流體的旋轉(zhuǎn)可使測量誤差達到不能忽略程度。在工程上，渦輪流量傳感器前一段有若干倍于管道直徑長度的直管段，但往往由于直管段長度不夠，進口處流體的旋轉(zhuǎn)未能徹底消除，或由于安裝傳感器時密封熱片突出而改變了流體和渦輪葉片之間的角度。這些影響往往使儀表系數(shù)變化2％或更多。
  為了有效地消除旋轉(zhuǎn)流，除了在泵、彎曲管道或閥門等阻力件后安裝必要的直管段外，還可在管道中安裝整流器，且保證管道和密封墊片良好定位，不使突出，導(dǎo)流器消除旋轉(zhuǎn)流效果明顯。
    (6)摩阻的影響，流量測量線性范圍的下限值，主要取決于渦輪上的阻尼。阻尼力大，下限流量值就越大，測量線性范圍就縮小。作用于渦輪上主要阻尼力是軸承的摩擦阻力。試驗證明，軸承負載的變化會造成儀表讀數(shù)的波動，從而造成干分之一到千分之幾的測量誤差。在小流量時，其影響更為顯著。為了保證軸承負載為常數(shù)，以保證測量準確度和復(fù)現(xiàn)性，除要求軸承造型合理、結(jié)構(gòu)精良外，在運行中對被測介質(zhì)要嚴格過濾，并適時地更換軸承。