[導(dǎo)讀] 流體的粘性對(duì)渦輪流量計(jì)的儀表系數(shù)有很大影響，本文使用活塞式液體標(biāo)準(zhǔn)體積管在不同粘度下對(duì)輪流量計(jì)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，得出了儀表系數(shù)與流量、流體的粘度之間關(guān)系曲線。
1 前言
渦輪流量計(jì)是基于力矩平衡原理，屬于速度式流量儀表。它具有如下特點(diǎn)：（1）它的量程比寬，量程比可達(dá)8~10，在同樣的口徑下，它的最大流量值大于很多其它流量計(jì)。（2）它輸出的信號(hào)是與流量成正比的脈沖信號(hào)，在傳輸過程準(zhǔn)確度不降低，易于累積，易于送入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。（3）結(jié)構(gòu)簡單、反應(yīng)靈敏、安裝維修方便。因而在流量計(jì)量過程中具有廣泛應(yīng)用。
目前渦輪流量計(jì)出廠一般都是用水或粘度比較低的柴油進(jìn)行檢定，渦輪流量計(jì)所適用的流體一般都是低粘度（一般應(yīng)低于15×10-6 m2/s）流體，但當(dāng)流體的粘度大于15×10-6 m2/s時(shí)，流體的流動(dòng)狀態(tài)會(huì)發(fā)生變化。在層流狀態(tài)時(shí)，流體的阻力矩與流體的粘度、渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度成正比。而在素流狀態(tài)下，流體流動(dòng)阻力矩與流體密度和流量成正比。因此，流體在不同的流動(dòng)狀態(tài)下，流體流動(dòng)對(duì)渦輪流量計(jì)的影響是不相同的。
本文用標(biāo)準(zhǔn)體積管作為基準(zhǔn)，通過實(shí)驗(yàn)研究流體的粘性變化對(duì)渦輪流量計(jì)儀表系數(shù)的影響。
2 試驗(yàn)設(shè)備與方法
2.1 試驗(yàn)介質(zhì)
對(duì)于粘度較低的流體，選用清水和-35#軍用柴油作為試驗(yàn)介質(zhì)。對(duì)于其它粘度的試驗(yàn)介質(zhì)，獲得方法為用粘度較高的120BS基礎(chǔ)油與粘度較低的-35#軍用柴油按不同的比例混合，得到試驗(yàn)所需粘度的介質(zhì)。試驗(yàn)方法是在實(shí)驗(yàn)室用較精確地配置比倒，如用10%、20%、30%、50%及100%的粘度較高的120BS基礎(chǔ)油與-35#軍用柴油混合，混合均勻后，在一定的溫度下測量混合后的粘度，根據(jù)測量的數(shù)據(jù)，回歸出介質(zhì)的粘度與混合比的關(guān)系（如圖1）。然后配置所需要的試驗(yàn)介質(zhì)。本試驗(yàn)共選用6種粘度進(jìn)行試驗(yàn)，它們粘度分別是1×10-6、2×10-6、55×10-6、105×10-6、210×10-6、290×10-6 m2/s。
2.2 主要的試驗(yàn)裝置
活塞式液體標(biāo)準(zhǔn)體積管的型號(hào)為JHYG-100，流量范圍：0.4~400 m3/h、精度：0.03%。
它在使用之前，必須進(jìn)行檢定，以確保在標(biāo)定流量計(jì)時(shí)，從體積管標(biāo)準(zhǔn)段內(nèi)置換出的液體數(shù)量。
對(duì)活塞式液體標(biāo)準(zhǔn)體積管進(jìn)行標(biāo)定時(shí)所用的儀表設(shè)備如下：二等標(biāo)準(zhǔn)金屬量器容積100L準(zhǔn)確度±0.025%；標(biāo)準(zhǔn)壓力表0~1.0 MPa、精度等級(jí)0.4級(jí)；標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)0~50℃，其分度值0.1℃。秒表分度值0.01秒。
每次標(biāo)定時(shí)記錄體積管進(jìn)、出口水的溫度和進(jìn)口處的壓力，記錄體積管光電檢測筒內(nèi)殷鋼棒的溫度；等標(biāo)準(zhǔn)罐內(nèi)水位穩(wěn)定之后再記錄標(biāo)準(zhǔn)罐刻度尺上的數(shù)值，在放水時(shí)測量水溫。根據(jù)要求，檢定次數(shù)N≥6，檢定數(shù)據(jù)見表1。
表1 JHYG-100型標(biāo)準(zhǔn)體積管標(biāo)準(zhǔn)體積檢定數(shù)據(jù)
測試次數(shù)N
體積管處溫度ts(℃)
量器內(nèi)水溫tp(℃)
殷鋼棒溫度tr(℃)
體積管處水壓PP(MPa)
量器標(biāo)尺讀數(shù)L(mm)
1
18.9
19.0
19.5
0.050
127.40
2
19.0
19.0
20.0
0.052
127.50
3
18.7
19.0
20.0
0.052
129.90
4
18.5
18.9
19.9
0.054
129.46
5
18.2
18.9
19.9
0.053
130.00
6
17.9
18.5
20.0
0.053
130.00
Vs=100+（L-70.16）·5.03/1000 （1）
式中，L為標(biāo)準(zhǔn)量器標(biāo)尺讀數(shù)mm，Vs未經(jīng)溫度、壓力修正的體積管標(biāo)定容積（L）、根據(jù)文獻(xiàn)[3]可求得標(biāo)準(zhǔn)體積管的體積。
（2）
式中，VPa為經(jīng)過壓力溫度修正后的體積（L）；
βs為標(biāo)準(zhǔn)量器材質(zhì)的體膨脹系數(shù)，βs=3.3×10-5 （1/℃）：
βω為水的體膨脹系數(shù)，βω=2.015×10-4（1/℃）；
Fω為水的壓縮系數(shù)，F(xiàn)ω=4.91×10-10（1/Pa）：
E為體積管材質(zhì)的彈性模量，E=2.0×1011（Pa）；
D為體積管內(nèi)徑，D=0.375（m）；
e為體積管的厚度，e=0.012（m）；
αP為體積管材質(zhì)的線脹系數(shù)，αP=1.22×10-5 （1/℃）
αr為測量桿材質(zhì)的線脹系數(shù)，αr=1.44×10-5 （1/℃）；
ta、tP分別為標(biāo)準(zhǔn)量器和體積管的壁溫（℃）；
tr為測量桿的溫度（℃）：
PP為體積管內(nèi)液體壓力（Pa）
取6次測量的平均值作為體積管的基本體積 Vn=100.2856（L）
標(biāo)準(zhǔn)體積管標(biāo)準(zhǔn)偏差σ
標(biāo)準(zhǔn)體積管的重復(fù)性ER
式中，ta（k）為置信度為95%的t分布系數(shù)
ta（k）=2.57
活塞式液體標(biāo)準(zhǔn)體積管的準(zhǔn)確度E
式中，Es為標(biāo)準(zhǔn)量器的準(zhǔn)確度，Es=0.O25%
2.3 試驗(yàn)裝置流程圖
進(jìn)行流量計(jì)檢定時(shí)，根據(jù)[3]要求，在流量計(jì)的上游安裝壓力表，在流量計(jì)的下游安裝溫度計(jì)。渦輪變送器與計(jì)算機(jī)采用屏蔽線連接，為便于調(diào)節(jié)流量同時(shí)把變送器與流量積算儀連接，根據(jù)積算儀的瞬時(shí)流量顯示，調(diào)節(jié)每個(gè)檢定點(diǎn)流量的大小，保證要檢定點(diǎn)的流量符臺(tái)檢定規(guī)程的要求檢定流程圖2如示。