摘要:基于(yú)脈動流對孔闆(pǎn)流量計 影響的(de)基本原理,介紹(shao)了孔闆流量計(ji)在脈動流測🐅量(liàng)🈲中産生誤差的(de)原因及誤差的(de)分析方法.針對(duì)實際過程,複雜(za)脈動流對孔闆(pan)流量計測量誤(wu)差影響,得到複(fú)雜脈動流條件(jian)下孔闆流量計(ji)計量誤差的估(gū)計方法和應用(yong)時應注意的問(wèn)題.
　　基于國際上(shang)的多年研究成(cheng)果,國際标準化(hua)組織ISO在一些文(wen)♊獻中明确提出(chū),減小流動的脈(mo)動幅值是保證(zhèng)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(she)備的使用,使工(gōng)業管道中脈動(dòng)流動大量存在(zài).但是,多年來國(guo)内對于脈動🌈流(liu)條件下流量的(de)準确測🏃‍♀️量的研(yán)究尚未充分進(jìn)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(hang)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(cè)量精度問題越(yue)來越受到重視(shi).
1脈動流對孔闆(pan)流量計的影響(xiǎng)
　　當流體流過節(jie)流元件時形成(cheng)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(huò)文丘利管等一(yi)次元件産生的(de)差壓👈的根💛平均(jun1)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(jì)🥰測量值相對于(yu)真實平均流量(liàng)值的示值誤差(cha)的産生主㊙️要考(kao)慮🐪因素如圖1所(suǒ)💃示[2,5].

1.1對孔闆上下遊(yóu)取壓孔處産生(shēng)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(dui)于不可壓縮流(liu)體,根據動量方(fāng)程和連續性方(fang)程

　　式中:d爲流體(ti)密度;u爲流體速(su)度;p爲流體在管(guan)中所受👌的🚶壓力(li).沿孔闆上下遊(yóu)取壓孔之間軸(zhou)向長度上積分(fen),可🔞以得到孔闆(pan)前後差壓Δp(t)與流(liú)過孔闆的脈動(dòng)流之間關🤟系式(shi)[3]爲⁉️

　　式中:K2爲脈動(dòng)流工況下孔闆(pǎn)的流出系數C(或(huò)流量系🈲數T);K1爲✍️脈(mò)動流工況下流(liu)體流過孔闆産(chǎn)生的瞬時慣性(xìng)加速作用的系(xì)數.分析✉️式(4)物理(lǐ)意義[5]可知,脈動(dòng)流在孔闆上下(xià)遊取壓孔處産(chan)生⚽的差壓🌂信号(hao)的變化☂️主要從(cong)以✔️下幾方面來(lai)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(yi)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(wen)定流動.整個脈(mò)動流動是這些(xiē)“瞬🙇‍♀️時穩定流♻️動(dong)”随🔞時間變化的(de)流動之“和”.此時(shi),瞬時流量q(t)可以(yi)根據相應的差(cha)🛀壓值Δp(t)按式(5)求得(dé).

而真實的平均(jun1)流量`q可通過取(qǔ)時間平均得到(dao),即

且,K2是孔闆在(zài)穩定流動情況(kuàng)下的流量系數(shu)(或流出系數)值(zhí)🈲.
2)在脈動流動狀(zhuang)态下,流體通過(guò)孔闆時的瞬時(shí)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(qíng)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(qi)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(ti)通過節流孔時(shí)遷移加速🈚所産(chǎn)🌂生差壓,理想情(qing)況下這部分差(chà)壓就與該瞬時(shí)脈動流量質🔞量(liàng)相同的流體在(zài)穩定流動時産(chan)生的差壓Δp(t)s相同(tong);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(yin)起的額❌外差壓(ya)Δp(t)t.

3)在脈動流動狀(zhuang)态下,孔闆的流(liú)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(guān)♌于這部分影響(xiǎng)可能帶來附加(jiā)誤差的讨論,需(xu)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(cheng)比較複雜💃,國内(nèi)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(jia)誤差
1)上下遊取(qǔ)壓孔與 差壓變(biàn)送器 之間通常(cháng)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(yě)不一定完全對(dui)稱.當脈動壓力(lì)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(zhi)流量示值的誤(wù)差.
2)在工業生産(chan)中使用的差壓(ya)變送器爲使測(cè)量信号平🎯穩,都(dōu)有👈一定的阻尼(ni)和延時環節.但(dan)在脈動流的🔞測(cè)量中,這種阻尼(ní)和延時作用會(hui)使測量的脈動(dong)信号失去脈動(dong)特性,産生一定(dìng)的失真.
1.3差壓——流(liú)量計算方法所(suo)帶來的附加誤(wù)差
　　大多數工業(yè)流量計主要是(shi)用于穩定流動(dòng)狀态下的測量(liang).爲了提高計算(suan)速度和工作效(xiao)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(suàn)方法.在脈動流(liu)動狀況下,上述(shu)方法将使流量(liàng)計計算值高于(yu)實際流量值,引(yǐn)起流量計量的(de)附加誤差Ei[3,4]
綜上(shàng)所述,脈動流動(dong)條件下,孔闆流(liú)量計測量的附(fu)加誤差組成形(xing)式如下:

　　式中:E爲(wei)孔闆流量計的(de)總附加誤差;E0爲(wèi)孔闆元件處産(chǎn)生的附加誤差(chà);E1爲儀表引壓管(guǎn)線上産生的附(fù)加誤差;Et爲差壓(ya)變送器産生的(de)附加誤差;Ei爲采(cǎi)用不同的數據(jù)❤️處理方法産生(sheng)🈲的附加誤差.
2脈(mo)動流工況下孔(kǒng)闆流量計示值(zhí)誤差的估計
　　爲(wèi)準确測量脈動(dòng)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(chà).根本措施是設(shè)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(dòng)流狀态不可👣避(bi)免時,孔闆流量(liang)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(wù)差(E0)
　　當脈動幅值(zhí)低于ISO/TR3313中的規定(dìng),并忽略流量系(xi)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(sheng)的附加誤差(E0)可(ke)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(cha)壓值,按ISO5167給出的(de)公式來計算流(liú)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(ji)算得到的流量(liàng)值與實際的平(píng)均流量值之間(jian)将有一個正的(de)系統⭐誤差E0,其計(jì)算式爲

　　式中:Δpp是(shì)在脈動流條件(jiàn)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(zhi).
2.2引壓管線及差(cha)壓變送器的響(xiǎng)應特性影響産(chan)生的附加誤差(cha)(E1和Et)
1)從取壓孔到(dào)差壓變送器的(de)導壓管線應盡(jìn)可能的短📧,結構(gou)上盡量對稱;2)連(lián)接到差壓變送(song)器小腔室的導(dao)壓管線😘直徑不(bú)能有突變;3)差壓(yā)變送器的響應(ying)頻率足夠寬,這(zhe)樣才能使導壓(ya)管💰線阻尼和差(chà)壓變送器動态(tai)響應對脈動信(xìn)号畸變的影響(xiǎng)最小.
　　如果導壓(ya)管線和差壓變(biàn)送器的影響不(bú)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(shì);偏差分析結果(guo)表明,正負偏差(cha)都存在;相對于(yú)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(liǎng)種因素👣的影響(xiang)作用💰,必須根據(ju)實際情況,由實(shí)驗确✔️定.
2.3由計算(suan)方法的影響産(chǎn)生的附加誤差(chà)(Ei)
　　在滿足了ISO/TR3313規定(dìng)的安裝條件和(hé)要求的前提下(xià),假設沒🌍有差壓(ya)信号的畸變和(he)失真.此時,脈動(dòng)流動的流🔴量計(jì)算公式,必須采(cai)用先開方後平(píng)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(zá)脈動流條件下(xià)的研究
　　以上讨(tǎo)論爲在單脈動(dòng)源和周期脈動(dòng)流,且脈動幅值(zhi)在一🏃🏻‍♂️定範圍的(de)條件下,脈動流(liú)對孔闆流量計(jì)的影響.工程實(shí)際中,脈❌動往往(wǎng)是多脈動源,且(qie)周期及幅值不(bú)定,爲複雜脈動(dong)流狀況.因此提(tí)出一種工程實(shi)用方法來讨論(lun)複😍雜脈動流對(dui)孔闆流量計的(de)影響.
　　複雜脈動(dòng)流動狀況對孔(kǒng)闆數量計影響(xiang),所得到的并經(jing)過現場标定的(de)壓縮機排量爲(wei)參考,将一次、二(èr)次儀表所造成(cheng)💰的誤差綜合考(kǎo)慮分析,估計孔(kǒng)闆流✉️量計在複(fú)雜脈動流條件(jian)下所産生的示(shì)值誤差,并以“點(diǎn)”檢驗的方法作(zuo)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(ying)響.實驗方案如(ru)圖2所示.采用短(duan)導壓管、快速差(cha)壓🏒變送器及💘長(zhǎng)導壓管、快速差(cha)壓變送器和長(zhǎng)導壓管、慢響應(yīng)差壓變送器進(jìn)行測試,得到關(guān)于不同導壓管(guǎn)線和差壓變速(su)器影響的數😄據(jù).見圖3～圖6.

實驗測試中(zhōng)用200Hz的采樣頻率(lǜ)對現場兩條輸(shū)氣管線上孔闆(pǎn)✏️兩端♌的差壓Δp(t)信(xìn)号進行記錄.
3.1測(cè)試結果及數據(jù)分析
　　脈動幅值(zhí)Δp’p,rms/Δpp:用快速響應差(chà)壓變送器測得(dé)孔闆兩側差壓(yā)信♋号脈動幅值(zhi)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(xin)号,可得孔闆兩(liǎng)側🌈的差❤️壓脈動(dong)信号的😘主要頻(pin)率爲16.7Hz(如圖4c、d和e).這(zhè)一頻率與☔壓縮(suo)機的轉速500r/min(雙缸(gāng)壓送)完全吻合(he).證明孔⚽闆兩側(cè)壓脈動信号的(de)特性,主📞要是由(you)壓縮機的工作(zuo)狀态所決⛹🏻‍♀️定
3.2脈(mò)動流對孔闆測(ce)量影響的誤差(cha)估計
　　在計算流(liu)量的基礎上,采(cǎi)用式(11)來估算孔(kǒng)闆測脈動流時(shí)的測量誤差.由(you)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(qi)響應特性對測(ce)量的影響時,附(fu)加誤差E随脈動(dòng)幅值A的增大而(er)增大.可以得到(dao)脈動流動造成(chéng)差壓信号的脈(mo)動,所帶來的附(fù)加誤差基本上(shang)在+1%～±10%範圍内.

3.3導壓(yā)管線及差壓變(biàn)送器影響的估(gu)計
　　圖中不同測(cè)試條件下的差(chà)壓信号的波形(xing)和頻譜分✔️布♉如(rú)圖4所示.圖中L爲(wei)導壓管線長度(dù),f爲差壓變送器(qi)響💘應頻率.
1)導壓(yā)管線的影響.從(cóng)圖4a、e和f中可見,由(you)于導壓管線的(de)作用🚶‍♀️,16.7Hz的信号幾(jǐ)乎完全被濾波(bo),但低頻的信号(hao)還十分明顯,信(xin)号産生較大的(de)♈失真,差壓信号(hao)脈動程度減弱(ruò).
2)差壓變送器響(xiǎng)應特性的影響(xiǎng).從圖4b、f和g可見,孔(kong)闆兩👨‍❤️‍👨側😍經👌過一(yi)定♻️長度導壓管(guǎn)線的差壓信号(hao),由不同響💰應速(su)度的差壓‼️變送(sòng)器轉換成電信(xìn)号後,差壓脈動(dòng)信号的🧑🏾‍🤝‍🧑🏼波形進(jìn)💃🏻一步變化.經過(guo)慢響應速度的(de)差壓變送器之(zhī)後的差壓脈動(dòng)信号,脈動幅值(zhí)A和脈動頻率都(dōu)有所下降.原有(you)主要頻率16.7Hz完全(quan)被💘濾波,信号變(biàn)化更加平穩,頻(pin)率集中範圍主(zhǔ)要在0～2Hz.
3)導壓管線(xiàn)與差壓變送器(qì)的綜合效應.從(cóng)大量的實驗數(shu)據可見,孔闆流(liú)量計系統由于(yu)導壓管線和差(chà)壓變送器的影(ying)🧡響,所得差壓信(xin)号已與孔闆兩(liǎng)側真⛱️正的差壓(yā)信号相差甚遠(yuǎn)(如圖4h).由于差壓(yā)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(wu)差表示的是兩(liǎng)套測試♌系統累(lèi)計流🏃🏻‍♂️量之間的(de)相對誤差ER.

　　式中(zhōng):QLS爲經長導壓管(guǎn)線(L=5.1m)和慢響應(fC≤5Hz)差(cha)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(guan)線(L=0.3m)和快響應(fC≥1kHz)差(cha)壓變送器後未(wei)變化的差壓信(xin)号算得的流量(liang)值.
3.4流量計算方(fāng)法的影響
采用(yòng)兩種算法的相(xiàng)對誤差Ei,所用計(ji)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(kāi)方算法計算的(de)流量值;QSQR爲采用(yòng)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(liàng)誤差的估計
　　綜(zong)合以上分析,根(gēn)據式(10),可以得到(dao)脈動流條件下(xià)孔闆流量計測(ce)量的附加誤差(chà)E.結合現場實際(ji)情況,可以得到(dào)圖6所示現場條(tiao)件下孔闆流量(liàng)計附加誤差🏃🏻與(yǔ)脈動📱幅值的關(guan)系.



4結語
　　通過分(fèn)析得知,實際管(guan)道系統中,脈動(dòng)流動對孔闆流(liu)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(xiǎn),所産生♊的誤差(chà)爲正誤差.而導(dao)管線和差壓變(biàn)🔅送器對脈動流(liu)測量的影響,由(you)于受現場條件(jiàn)和工作狀态所(suǒ)限,結果數據分(fèn)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(liàng)計的影響,按照(zhào)ISO/TR3313的要求,在孔闆(pǎn)前采用有效措(cuò)施将脈👅動流動(dong)阻尼爲穩定流(liú)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(yǐ)上内容源于網(wǎng)絡，如有侵權聯(lian)系即删除!