被測流體物性對速度流量計(jì)特性的影響

被測流體物性對速度流量計(jì)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(dāng)上述這些參數(shù)在使用中發(fā)生變化時(shí)，將直接影響流量計(jì)的特性。也就是說，將會(huì)嚴(yán)重影響測量的準(zhǔn)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(jì)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(jì)，生產(chǎn)廠所給的儀表系數(shù)K通常是用常溫水標(biāo)定給出的。為了保證測量的準(zhǔn)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(yàn)證明，用水標(biāo)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(shí)，可獲得滿意的結(jié)果，不必再做單獨(dú)標(biāo)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(dāng)液體粘度大于15×10-6m2／s時(shí)，測量誤差明顯增大。傳感器必須在工作條件下重新標(biāo)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(dòng)力矩成比例的增減，使得同一質(zhì)量流量下渦輪流量計(jì)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(shí)，應(yīng)在測量回路中加入密度或溫度、壓力補(bǔ)償器，以補(bǔ)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(shí)，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(biāo)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(biāo)定時(shí)傳感器內(nèi)的壓力；
    Pt—工作時(shí)傳感器內(nèi)的壓力；
    Z0—標(biāo)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(shí)，將會(huì)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(biāo)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(biāo)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(shí)傳感器輸出的累計(jì)脈沖數(shù)；
    K0—傳感器的儀表系數(shù)；
    f—被測流體在標(biāo)定溫度和壓力下的密度。
    (5)流態(tài)變化的影響，渦輪流量計(jì)的儀表特性直接受流體流動(dòng)狀態(tài)的影響，對傳感器進(jìn)口的速度分布尤為敏感，進(jìn)口流態(tài)取決于儀上進(jìn)口處的管道結(jié)構(gòu)。進(jìn)口流速的突變和流體的旋轉(zhuǎn)可使測量誤差達(dá)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(jìn)口處流體的旋轉(zhuǎn)未能徹底消除，或由于安裝傳感器時(shí)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(yàn)證明，軸承負(fù)載的變化會(huì)造成儀表讀數(shù)的波動(dòng)，從而造成干分之一到千分之幾的測量誤差。在小流量時(shí)，其影響更為顯著。為了保證軸承負(fù)載為常數(shù)，以保證測量準(zhǔn)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(yùn)行中對被測介質(zhì)要嚴(yán)格過濾，并適時(shí)地更換軸承。