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技术文章  

弯管流量计系统误差源的研究


发布日期:2020-06-09 点击:632次
  造成弯管流量计系统误差的根源主要来自三个方面。第一个方面来自流量计本体的结构及精确度,第二个方面是来自对于测量流体介质及其流动状态了解和把握的认知程度,第三个方面是来自安装使用的合理性。这里主要讨论第一和第三个方面的偏于结构和应用方面的理论研究内容。对于流体介质则采用熟知的水介质,不作为本文的重点研究内容。依据文献[1]中给出基于纳维-斯托克斯微分方程(n-s方程)数值解的弯管流量计理论模型可以研究任何影响项的内容,因此给出本文重点关注内容的表达式由(1)、(2)给出

式中α为流量系数,它既引入了弯管流量计本体结构内容也包含了有关安装使用的内容

其中,ν为平均流速;re为雷诺数;ma为马赫数;r/d为弯管弯径比; (d1,,d2)为前后直管段管径;  (l,,l2)为前后直管长度; (λ1,λ2)表示外侧取压孔位置; (λ3,λ4)表示内侧取压孔位置;δ为管道内壁粗糙度;β为弯管流量计的安装偏转角度。
  通过确定上式所有参数并且求解n-s方程就可以得到如下基本理论研究结果
1、弯径比r/d的变化对于弯管流量计测量准确度的影响是显著的通过带入不同的弯径比数值可以得到n-s方程的数值解α(re)如下图2所示

图2给出的研究结果表明,表征弯管流量计的特征参数“弯径比”对弯管流量计性能具有显著影响,因此确定并且严格控制弯管流量计的弯径比参数是研制高精度弯管流量计产品的重要控制指标内容,也是实现弯管流量计如同其它差压式流量计建立干标定检定规程的重要内容.
2、差压压力测量孔准确位置的确定对于弯管流量计的测量准确度也具有特别重要的影响为分析弯管流量计差压压力测量孔位置对准确度的影响,通过进行n-s方程数值计算和对应实验发现其影响也是不可忽视的。图3同时给出了对应弯管流量计内外侧母线压力分布的理论计算曲线和实验测定的压力值.

由图3可知,随取压角度位置变化,内、外侧母线压力产生较大变化,对于弯管流量计45°常规取压结构,其内侧45度附近压力梯度变化更大。因此准确确定弯管流量计内外侧压力测量孔的位置对于高精度产品的研制和批量生产也具有特别重要的意义。
3、直管段管径d1,d2与弯管流量计管径d产生偏差的影响弯管流量计的应用过程也和所有流量计遇到的情况一样,经常是直接采用了既有工艺系统的工艺管道作为弯管流量计的直管段,因此直管段的管径d1,d2与弯管流量计管径d产生偏差是经常存在的。图4给出了根据直管段管径偏差求解n-s方程得到的流量系数α与管径比d1/d的影响关系曲线

  应用现场的工艺管道与专门定制了管径的流量计发生1%级别的偏差情况是经常发生的,其根源在于作为与流量计连接使用的直管段通常采用既有工艺管道,而我国的工艺管道通常又是以管道外径为名义尺寸生产制造的、并且其管道壁厚具有多个系列。这样就导致不能确切知道直管段管径与弯管流量计管径偏差的大小和方向,产生的测量误差往往就归类为随机误差的范畴。因此对于高精度使用的弯管流量计必须如同使用喷嘴和孔板流量计一样,对直管段管径也要提出严格配套的要求。
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