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  时间:2024-1-8 09:04:47

差压式孔板流量计各因素对计量影响

[摘要]差压式孔板流量计广泛用于贸易结算,通过各种因素对差压式孔板流量计计量结果的影响,减少计量误差的方法。从差压式流量计的计算公式入手,确定影响因素,通过实际案例确定影响因素对实际计量结果的误差,最终得出以下结论:①在差压为0.1倍最大值时,热膨胀系数和流出系数造成的相对误差最大,为1.84%。②在压力为0.8MPa、温度为250℃的变工况状态下,孔板直径平均线膨胀系数造成的相对误差最大,为0.85%。③由于查表法相对误差较小且使用方便,因此密度选取方式一般采用查表法。
0引言
  差压式孔板流量计分为差压装置、差压变送器和流量积算仪三大部分,工作原理是当介质流过差压件,在左右两侧产生压差,根据伯努利方程和流动连续性方程,可计算出介质的瞬时流量。差压式孔板流量计相关技术较为成熟,并且使用方便、拆装便捷、有相关的检定规程、易于检定,因此广泛应用于蒸汽、液体及天然气等介质的贸易结算。一般情况下,计量数据较大,计量结果的些许偏差就会造成损失,因此如何增加差压式孔板流量计的计量正确性重要。首先对差压式孔板流量计中各种影响因素进行分析,其次根据其检定规程中的计算公式入手,确定影响因素有热膨胀系数、流出系数、孔板直径平均线膨胀系数、密度等参数,再次根据理论公式及大量工程经验确定各个影响因素之间的关系,最后通过实际案例确定影响因素对实际计量结果的误差,并找到了影响计量结果的其他因素。通过各种因素对差压式孔板流量计计量结果的影响,更好地理解孔板流量计的特性,通过与实际计量经验结合,保障孔板流量计计量结果的正确性。
1.模型
  差压式孔板流量计的流量计算公式如~下:
 
  公式(1)中:qm为瞬时质量流量,单位为kg/s;C为流出系数,无量纲;β为直径比,β=d/D;D为管道内径,单位为mm;ε为可膨胀系数;d为开孔直径,单位为mm;△p为差压,单位为kPa;ρ为节流件正端取压口平面上的流体密度,单位为kg/m3.
在实践过程中,差压式孔板流量计流量测量简化的基本公式如下:
 
2检定规程步骤
  《差压式流量计检定规程》中使用几何检测法对孔板的6个参数进行检定。
  A面平面度:将孔板的A面朝上并放置在平板上,找到A面与平板垂直的最长距离,用量块或塞尺测量,该距离即A面的平面度。
  A面及e面的表面粗糙度:以样块的表面粗糙度为标准,借助放大镜显微镜等工具判断A面与e面的粗糙度,或使用轮廓法触针式表面粗糙度测量仪测量A面及e面的粗糙度。
  边缘G、H、I:可借助放大镜检查G、H、I,并使用模压法或反射光法测量入口边缘圆弧的半径。
  厚度E及长度e:用量具分别在离内圆外和外圆内大约10mm的位置上均匀测3个值,其中E为这3个值的平均值,最大值减去最小值为E的最大偏差。e则是在长度处均匀分布的位置上取3个值,其中e为这3个值的平均值,最大值减去最小值为e的最大偏差。
  节流孔直径d:选择游标卡尺、内径千分尺、带表卡尺、孔径测量仪、内测千分尺测量节流孔直径,共选取4个角度大致相同的位置进行测量,d为这4个值的平均值,并按照公式计算出直径相对误差及节流孔直径的重复性。
  斜角:将B面放在平板上,用角度规或样板角等仪器,在任一直径方向测量2个斜角值,斜角为这2个值的平均值。
  《流量积算仪检定规程》中规定检定点应选取流量量程对应的输入信号的下限、0.25倍、0.5倍、0.75倍、1倍,如果流量积算仪具有压力和温度这两个参数的补偿功能,则检定点的选取应在设计状态下,并且需在设计范围内压力不变的情况下,温度任取两点进行检定;同时,在温度不变的情况下,压力任取两点,进行检定。
3影响因素
  已知热膨胀系数ε、流出系数C、节流孔直径d、直径比β,根据公式(1)即可求出最大差压对应的瞬时流量。现将一台差压式孔板流量计放入工作环境中,己知工作介质为过热蒸汽,设计状态为压力0.8MPa、温度200℃,相关参数分别为内径d=34.51mm、β=0.388098,在△pmax=60kPa下,Ɛ=0.98157、C=0.60248。根据公式(1),求得qmax,其中密度是根据IAPWS-IF97公式所得。变工况状态下温度为200℃时,压力分别为0.7MPa、0.6MPa,另一变工况状态下压力为0.8MPa时,温度分别为220℃、250℃。
3.1热膨胀系数与流出系数的影响
  热膨胀系数是给定一次装置的给定直径比,差压式孔板流量计的热膨胀系数只取决于压力比和等熵指数,计算公式如下:
 
  流出系数是装置的实际流量与理论流量之间关系的系数,只与雷诺数有关,随着雷诺数变大,流出系数会越来越。孀爬着凳湫。鞒鱿凳嵩嚼丛酱,计算公式如公:式(4)所示。对于不同的装置,如果其几何相似且雷诺数相同,那么流出系数就相同。
C=0.5961+0.0261β2+0.216β8(4)
  将该例中所有状态下的热膨胀系数和流出系数看做定值,均与设定状态下最大流量对应的数值相同,瞬时流量结果如表1中的经验值。从表1可以看出,在差压为0.1倍最大值时,相对误差最大,绝对值为1.84%,随着差压取值逐渐接近最大值,相对误差越来越小。
3.2孔板直径平均线膨胀系数的影响
  若流动状态下测量管道的温度与确定直径时的温度(该温度称之为参比端或校准温度)有较大差异,在用公式计算孔板直径、直径比和流量时,应将管道的膨胀或者收缩考虑在内,具体公式如下:
 
  公式中,d为流动状态下一次装置的直径;d0为参比温度下一次装置的直径;λD为一次装置材料的平均线膨胀系数;T为流动状态下一次装置的温度;T0为参比温度或校准温度。
  孔板直径的材质为不锈钢,λ=0.000017。如果不考虑孔板直径受温度的影响,瞬时流量结果如表2中的经验值所示,从表2中可以看出,相对误差在最后一-个检定点,即压力为0.8MPa、温度为250℃时的相对误差最大,绝对值为0.85%,从公式(5)中也可以看出,此时T-T0值最大,因此造成了较大的偏差,而在温度没有变化的情况下,相对误差没有随着差压及压力值发生变化,因此可以得出孔板直径平均线膨胀系数只与被测介质的温度相关。
3.3密度取值方法的影响
  蒸气密度可通过公式法、状态方程法、查表法3种方法获取回。其中,公式法使用的公式;状态方程法使用的是理想气体方程PV=nRT,应注意状态方程法适用范围较窄;查表法是使用《国际单位制的水和水蒸气的性质》中的数据,并进行线性插值从而得出蒸汽的密度,这个方法比公式法及状态方程法方便,但会产生一定.的偏差。表3中,标准值的密度取值方法采取公式法,经验值的密度通过查表所得,从结果看出,每个检定点的相对误差都较小,最大相对误差的绝对值没有超过0.1%,
 
 
  因此平常做差压式孔板流量计的检定时,为求方便,密度的求取方式可采取查表法。
3.4其他因素对计量结果的影响
  除了上述几个因素,还有其他因素会对差压式孔板流量计的计量结果产生影响。
  例如,流量量程与流量计的不匹配会使差压式孔板流量计的计量结果偏离标准值,尤其是当流量较小时,使用大量程孔板流量计会造成误差,同时流量积算仪会进行小信号切除四]。因此,应根据流体介质的实际情况选择孔板尺寸、材质等各个方面都合适的差压式孔板流量计。
  差压式孔板流量计的安装也是产生误差的原因之一,主要影响因素有孔板入口直角锐利度的变化、孔板厚度存.在误差、管径尺寸不符、节流件附件等没有放在中轴线、取压的位置、孔板弯曲、取压孔堵塞或加工不规范、孔板上有脏物沉积、管线布置的偏离、管道粗糙度的影响等。这些因素都将造成流量系数发生改变从而与商家给定的值不符,产生误差。孔板的正确安装方法是将其锐面迎着流体的方向,若安装相反,则会使流量的示值偏低。上述误差均由人为原因造成,是可以控制的,也是在安装过程中要着重注意的。对于后期的维护工作,相关人员应该制订详细的方案并严格执行,尽可能延长孔板流量计的使用寿命,提高计量的正确性,减小计量偏差。
  各个部件之间因密封不严谨而产生泄露,从而引起介质通过孔板时差压变送器产生误差,导致瞬时流量变。粼谙掠尾孤,则会导致瞬时流量变大。
  当使用条件偏离设计条件时,也会造成结果的偏差。城市蒸汽、燃气会出现波峰波谷的情况,突然变化的流速和压力造成脉动流的形成,从而影响差压式孔板流量计的差压、压力及温度信号的准确传递。
  计量装置的上游有很多管道配件,如弯头、渐扩管渐缩管等,这些配件称为阻流件。当介质通过阻流件后会产生不规则流动等现象,这些不规则的流动会使差压式孔板流量计的流出系数偏离标准值。
  被测介质的实际物理性质测量存在不确定性,如天然气在运输的过程中为保障其稳定性会加入其他物质,这些物质的加入会导致被测的天然气与标准状况不同,使压缩因子和密度等参数偏离标准值,从而导致瞬时流量误差的产生。
4结束语
  从检定规程中的计算公式入手,确定了影响差压式孔板流量计检定偏差的因素有热膨胀系数、流出系数、孔板直径及密度,最后通过介质为过热蒸汽的实际案例确定影响.因素对实际检定结果造成的偏差。得出如下结论:①在差压为0.1倍最大值时,热膨胀系数和流出系数造成的相对误差最大,为1.84%,随着差压取值逐渐接近最大值,相对误差越来越小。②在变工况状态下,即压力为0.8MPa、温度为250℃时,孔板直径平均线膨胀系数造成的相对误差最大,为0.85%。③密度的取值方法有3种,其中公式法造成的误差最。扑懔拷洗螅褂貌楸矸ㄊ泵扛黾於ǖ愕南喽晕蟛罱闲。畲笙喽晕蟛钜裁挥谐0.1%,因此平常做差压式孔板流量计的检定时,为方便,密度求取方式可采取查表法。④其他影响因素还有流量量程与流量计的不匹配、孔板流量计的安装方式、各个部件之间产生缝隙而导致的介质泄露、脉动流的产生及阻流件对介质流动的影响、被测介质的实际物理性质测量存在不确定性。
  也有很多不足之处,例如只列举了介质为过热蒸汽的实际案例,而并未涉及介质为液体、饱和蒸汽、天然气的情况,尤其当介质为天然气时,密度的计算及其他影响因素之间的关系更加复杂,需要有了大量数据后才能进一步分析。

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