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流体黏度对液体涡轮流量计性能的影响实验及分析

流体黏度对液体涡轮流量计性能的影响实验及分析,为了了解流体黏度对涡轮流量计特性曲线的影响,采用同一流量计分别在四种不同黏度下进行实验,通过大量实验数据比对找出流体黏度变化对涡轮流量计特性曲线、线性度的具体影响,进而指导相关人员在工业计量中正确使用该流量计,保证工业计量的准确性和可靠性。
随着我国工业的不断发展,科学技术的不断进步,涡轮流量计作为速度式流量计的典型代表,被广泛应于贸易结算、医疗卫生、环境保护、科学研究等重大领域。由于许多用户对该流量计的参数及计量概念不太了解,所以经常错误地认为涡轮流量计在同一种介质不同黏度下,线性度、系数也是一样的,从而出现了测量数据与真实数据相差甚远的情况。本文将用一系列实验数据清楚地说明黏度对涡轮流量计特性曲线、线性度的影响。
1. 原理结构及概念、
涡轮流量计利用置悬流体中叶轮感受流体的平均流速而推导出被测流体的瞬时流量和累积流量,一般由叶轮、导流器、永就磁钢、感应线圈、前置放大器等部分组成。涡轮流量计的结构如图1所示。
( 1)  流体黏度。由于流体流动时内部会产生魔擦,所以各层的速度是不同的,在相邻层的接触面存在一对等值反向的力,速度较快的流层带动速度较慢的层,使之加快速度,速度较慢层阻滞较快层,使之减速,这种阻滞力称为内摩擦力,而流体黏度是内摩擦的量度,是流体反抗形变的能力。各类流体的黏度不一,对于一般流体,黏度是温度压力的函数。文中提到的黏度均为运动黏度,单位为 cSt,1cSt=10 - 6 m2 /s。
( 2)  系数。仪表系数 K 是指单位体积的流体通过流量计发出的脉冲数,单位为 L - 1 ,计算公式如下:
2.检测设备及条件
( 1) 大气压:  101 818 Pa。
( 2)  介质: 航空润滑油。
( 3) 检定装置: 航空润滑油流量标准装置。
( 4) 被检表: 型号为 LWGY - 15A,编号为
0906280,生产商为上海某仪表有限公司。
3.实验数据及分析
根据上述检测设备及条件,按照 JJG 1037— 2008 《涡轮流量计检定规程》,在四种不同黏度下各检定 5 个点,每点检定 3 次,得到的数据如表 1 ~ 表 4 所示,数据表中的频率、流量、温度、系数均为每点检定 3 次各自的平均值。由表 1 得到仪表线性度为 8. 9% ,仪表系数为 528. 61 L - 1 ; 由表 2 得到仪表线性度为 6. 3% ,仪表系数为 553. 89 L - 1 ; 由表 3 得到仪表线性度为 2. 6% ,仪表系数为 596. 18 L - 1 ; 由表 4 得到仪表线性度为 2. 2% ,
仪表系数为 622. 44L - 1 。
由于流体具有黏性,所以滑油在通过流量计时产生黏滞阻力矩。从表 1 ~ 表 4 可看出,滑油黏度从 93. 24 cSt→52. 14 cSt→16. 28 cSt→7. 16 cSt 变化时,涡轮流量计的系数 ( 528. 61 L - 1 →553. 89 L - 1 →596. 18 L - 1 →622. 44 L - 1 ) 、线性度 ( 8. 9%→6. 3% →2. 6% →2. 2% ) 都在逐步发生明显的变化。当流量计的黏度蕞大为 93. 24 cSt 时 ( 数据表1) ,整个流量计的线性度只有 8. 9% ,根本无法使用,要想达到使用要求只有缩小量程。通过观察、计算发现,只有流量为 2. 899 0 ~ 4. 149 7 m3 /h 时,线性度为 ( 575. 86 - 569. 50) / ( 575. 86 + 569. 50) ×100%=0. 56% ,才满足 JJG 1037—2008 《涡轮流量计检定规程》允许的蕞大误差 1. 0% ,也就是说只有在这两点范围内使用,这个流量计才算是合格的。当黏度变小为 7. 16 cSt 时,线性度范围则变宽,流量为 1. 019 6 ~ 4. 046 5 m3 /h 时,线性度为 ( 631. 96 - 620. 88 ) / ( 631. 96 + 620. 88 ) × 100%=0. 88% ,完全符合规程蕞大允许误差。
另外,从表 1 ~ 表 4 均可看出,流量计黏度的变化对流量蕞小点影响也比较大,在四种不同黏度下,系数都在流量最后一点时发生了明显的下降; 而 且 黏 度 最 大 为 93. 24 cSt 时,系 数 从524. 93 L - 1  变 为 481. 35 L - 1 , 系 数 下 降 了43. 58 L - 1 ; 黏度为 7. 16 cSt 时,系数从 620. 88 L - 1
变为 608. 97 L - 1 ,系数仅下降了 11. 91 L - 1 。从中可看出,随着黏度的变小,对流量计下限的影响也越来越小。黏度变化对涡轮流量计特性曲线的影响如图 2 所示。图 2 中特性曲线从下至上依次对应表 1、表 2、表 3 和表 4,仪表系数随着黏度的升高而下降,用于较高黏度时,仪表系数与流量之间不再保持线性关系,因此,涡轮流量计测量高黏度时,必须根据黏度和流量进行修正。图 2
中特性曲线的拟合公式为:
y4 =- 5. 0312x2 + 28. 554x + 596. 52 y3 =- 3. 1937x2 + 21. 843x + 573. 19 y2 =- 8. 474x2 + 57. 668x + 492. 15 y1 =- 12. 385x2 + 83. 129x + 441. 24
用于测量液体的涡轮流量计,生产厂所给的仪表系数 K 通常是用常温水标定的,黏度只有1cSt,为了保证测量的准确度,必须注意被测流体黏度对流量计特性的影响。实验表明,当液体黏度大于 15 × 10 - 6 m2 /s 时,即使同一流量计同一介质,测量误差也会明显增大,所以必须尽量在接近的工作条件下重新标定,从而减小误差。
4.结束语
随着流体黏度的变化,流量计的系数、线性度都会发生变化,黏度越大,线性度范围越小。同时黏度变化对特性曲线的下限流量影响蕞大,影响随着流量的增大而减小。大量实验数据表明,口径越大的流量计,黏度变化对线性的影响越小;口径越小,影响越大。
点击次数:  更新时间:2018-06-08 18:26:55  【打印此页】  【关闭