气体浮子流量计测量误差的实验研究
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将水装置实验中的浮子流量计安装在图 3所示 的气装置上, 实验 开始 前先打 开空气 压缩 机。测量 每个流量点时, 待储气罐 中的压 力上升到 0. 85 M Pa 后, 根据流量打开相应音速喷嘴下游的气动阀门, 再
手动调节气源下游的 稳压 阀, 将实 验段 中的绝 对压 力调整到设定值; 然 后, 当 滞止容 器中的 温度、压力 均稳定后, 令计算机自 动采 集滞止 容器 和流量 计处 的温度、压力信号, 然后利用这些数据将音速喷嘴处 的空气流量转换为流量计处标准状态下的空气流量 qv1, 同时记录被检流量计 的示值流量 qi; 最 后, 将 qv1 的平均值作为校准装置测 定流量 的算术平 均值 qsi, 计算各流量点的误差 ri。 5. 2 实验数据
标准流量 /m 3 h- 1
0. 814
2. 029 3. 250 5. 685
8. 121
表 3 水装置上的检定数据
行程
正 反 正 反 正 反 正 反 正 反
qi /m 3 h- 1
25 25 62. 09 62. 09 99. 46 99. 46 174. 13 174. 46 249. 46 249. 46
检测与仪表
化工自动化及仪表, 2010, 37( 3): 73~ 76 Contro l and Instrum ents in Chem ical Industry
气体浮子流量计测量误差的实验研究
朴立华 1, 2, 张 涛 1, 孙立军 1, 毕丽红 2
( 1. 天津大学 电气与自动化工程学院, 天津 300072; 2. 石家庄铁路职业技术学院, 石家庄 050041 )
Hale Waihona Puke 水的密度,k g / m3; qv1
标准状态下 空气的体 积流量, m3 /h;
1 标准状态下空气的密度, kg / m3 。
2. 3 误差公式
本文中浮子流量计第 i个实验点的误 差 ri 的计 算公式 [ 1]为:
ri =
qi - qsi qm ax
100%
( 4)
式中: qi 第 i个实验点同行程 n次测量中流量计
2
(1-
A
2 1
A
2 2
) u21。
故浮子所受的压差力 F1 为:
F1 =
p
Af =
2
(1-
A
2 1
A
2 2
)u
2 1
Af=
1 2
2 u21 A f
式中: A1 截面 1 - 1 处的流 通面积, m2; A 2
截面 2 - 2 处的 流 通面 积, m2; A f 浮 子 迎流 面
积, m2;
面积系数, 无量纲量,
在图 1 所示的浮子截面 1- 1 和 2- 2 处建立非
粘性流体稳定流动时的总流伯努利方程:
z2 +
p2 g
+
u22 2g
=
z1 +
p1 g
+
u
2 1
2g
( 1)
式中: z1, z2 流体截面 1 - 1 、2 - 2 对某一水平
基准面的高度, m;
流体密度, k g /m3; p1、p2
截面 1 - 1 、2 - 2 处的压强, N /m2; u1、u 2 非粘
15. 04 25. 21 54. 84 203. 58
第 3期
朴立华等. 气体浮子流量计测量误差的实验研究
75
4 水装置上的实验研究 4. 1 实验方法
第一步, 在图 2所示的 水装 置上刻 度气体 浮子 流量计。首先, 包括上限值和下限值在内, 均匀选择 11个标况空气流量点, 利用式 ( 3 )将 这 11 个流量点 的标况空气流量转换为标况水流量; 然后, 分别测量 正、反行程下流量计指针在这 11 个流量点的旋转角 度, 对正、反行程角 度取平 均值后, 根据 平均值 用绘 图软件画出表盘, 表 盘的刻 度值 即为标 况下的 空气 流量, 测量范围为 25 ~ 250 m3 /h。
摘要: 在水流量标准装置上刻度气体浮子流量计 后, 分别在水流量标准装置和气体流量标准装置上研 究了 其测量误差。实验研究发现, 在水装置上检定的气体浮 子流量计测 量空气流量 时测量值 大于真实 值, 其 原因为: 检定介质的动力粘度大于被测介质的动力粘度。故为了保证 浮子流量计 的精度等 级, 在水 装置上检 定气体浮 子 流量计时, 必须考虑流体粘度的影响, 在刻度换算公式中引入粘性系数 k。
关键词: 气体浮子流量计; 实验研究; 动力粘度; 精度等级; 粘性系数 中图分类号: TH 814 文献标识码: A 文章编号: 1000-3932( 2010) 03-0073-04
1引 言
浮子流量计原理简单, 应用面广, 适用于中小流 量测量。特别是金属管浮子流量计, 工作可靠, 是过
程控制领域重要的流量仪表之一。按照行业标准 [ 1]
第二步, 用标 准表 法对该 流量计 进行 检定。在 图 2所示的水装置上, 选定五个标况空气流量点, 利 用式 ( 3)换 算后, 各流 量点 标准 状态 下空 气流 量和 水流量的对应关系如表 2所示, 每个流量点正、反行 程各检定五次, 分别计算五个测量值在正、反行程下 算术平均值 qi, 再 参照式 ( 3) 将 标准 表的 示值 流量 换算为标准状态 下的 空气流 量 qsi, 然 后根 据式 ( 4 ) 计算误差 ri 。
表 2 标准状态下气流量点和水流量点的对应关系
空气流量 /m3 h- 1 25 62. 5 100 175 250 水流量 /m 3 h- 1 0. 812 2. 030 3. 248 5. 684 8. 119
4. 2 实验数据 水装置上的实 验数据 如表 3所示, 其中标 准流
量即标准表的示值流量。
将 实验 段 中 各 个 流 量 点 的 绝 对 压 力 调 整 到 0. 25M Pa, 如前所述的方法开始测量, 每个流量点重 复测量三次, 单 次测量 时间为 29 s, 取平均 值后, 实 验数据如表 4所示。
1
2
=
1-
A A
2
12。
2
浮子所受的浮力 F2 为:
F2 = Vf g
浮子自重 W 为:
W = Vf fg
收稿日期: 2010-02-04( 修改稿 )
74
化 工自 动 化 及仪 表
第 37卷
式 中: Vf k g /m3。
浮 子 体 积, m3; f
浮 子 密 度,
浮子 在 流体 中 处于 平 衡时, W = F1 + F2, 即
建设。能否避免气 装置的 投入, 在水装 置上检 定某 个精度范围的气 体浮 子流量 计呢? 目 前, 未见 到相 关文献对上述问题 进行论 述, 故 本文采 用实验 方法
对其进行研究。 研究 对象为 一台 口径 50 mm、精度 等级 1. 5 级的气体金属锥管浮子流量计。在水流量
标准装置上重新对 其进行 检定并 刻度 表盘后, 分别 对其在水流量标准装置和气体流量标准装置上的测
量误差进行了实验研究。
2 计算公式 2. 1 体积流量公式
如图 1所示, 浮 子流量 计的 检测元 件由锥 管和 沿锥管中心轴上下移动的浮子组成。
作 用在浮 子上 的力主 要有 三个: 压 差力 F1、浮 力 F2 和重力 W, F1 和 F2 构成浮子所受的升力。被测 流体自下而上流过浮 子流量 计时, 若浮 子所受 升力 等于 W 时, 浮子便稳定在某一高度 h。
示值流量的算术平均值, m3 /h; qsi
第 i个实验点
同行程 n次测量中流量标准装置测定流量的算术平
均值, m3 /h; qm ax
流量测量范围上限值, m3 / h。
3 实验装置
3. 1 水装置
实验使用的水装置如图 2所示, 被测介质为水。
该标准装 置采用水塔 稳压 ( 32. 5 m ), 流量 范围连续
和检定规程 [ 2], 液体 浮子流 量计 应在液 体流量 标准 装置上进行 检定 ( 因 被测 介 质通 常为 水, 以 下 简称
为水装置 ), 气体 浮子 流量 计 应在 气体 流量 标 准装 置 (以下简 称为 气装 置 ) 上进 行检 定。水装 置 具有
技术成熟、成本低、流量范 围宽等 优点, 众多生 产厂 家、研究所和高校前期投入了大量的人力、物力进行
表 1 音速喷嘴的参数
编号
1
2
3
4
喉径 /mm
19. 12 9. 74 5. 25 3. 71
参考流量 /m 3 h- 1 202. 91 52. 71 15. 13 7. 55
5
6
7
2. 15 13. 78 3. 71
2. 50 105. 24 7. 51
8
9
10
11
5. 25 6. 78 9. 95 19. 14
性流体在截面 1 - 1 、2 - 2 处的平均流速, m / s。
图 1 浮子流量计基本结构
因 z1 z2, 由式 ( 1 ), 截面 1- 1 和 2 - 2 间的压
差 p = p2 - p1 = 2 ( u21 - u22 ), 将其与连续 性方程
A 1 u1 = A 2 u2 联立, 得
p=
图 3 音速喷嘴气体流量标准装置
装置中实验段压力 调节范围 为 0. 1 ~ 0. 5 M Pa, 由于空压机能力有限, 在较 高压力 下实 验时达 不到 所需流量, 故空压机之后设置了两个储气罐, 储气罐 的压力最高 可达 到 0. 85 M Pa。实 验前 打开 空气 压 缩机, 待储气罐压力达到上限值再开始实验, 由于实 验过程中储气罐压力 不断 下降, 由 稳压 阀维持 实验 段压力稳定在某一定值。
手动调节气源下游的 稳压 阀, 将实 验段 中的绝 对压 力调整到设定值; 然 后, 当 滞止容 器中的 温度、压力 均稳定后, 令计算机自 动采 集滞止 容器 和流量 计处 的温度、压力信号, 然后利用这些数据将音速喷嘴处 的空气流量转换为流量计处标准状态下的空气流量 qv1, 同时记录被检流量计 的示值流量 qi; 最 后, 将 qv1 的平均值作为校准装置测 定流量 的算术平 均值 qsi, 计算各流量点的误差 ri。 5. 2 实验数据
标准流量 /m 3 h- 1
0. 814
2. 029 3. 250 5. 685
8. 121
表 3 水装置上的检定数据
行程
正 反 正 反 正 反 正 反 正 反
qi /m 3 h- 1
25 25 62. 09 62. 09 99. 46 99. 46 174. 13 174. 46 249. 46 249. 46
检测与仪表
化工自动化及仪表, 2010, 37( 3): 73~ 76 Contro l and Instrum ents in Chem ical Industry
气体浮子流量计测量误差的实验研究
朴立华 1, 2, 张 涛 1, 孙立军 1, 毕丽红 2
( 1. 天津大学 电气与自动化工程学院, 天津 300072; 2. 石家庄铁路职业技术学院, 石家庄 050041 )
Hale Waihona Puke 水的密度,k g / m3; qv1
标准状态下 空气的体 积流量, m3 /h;
1 标准状态下空气的密度, kg / m3 。
2. 3 误差公式
本文中浮子流量计第 i个实验点的误 差 ri 的计 算公式 [ 1]为:
ri =
qi - qsi qm ax
100%
( 4)
式中: qi 第 i个实验点同行程 n次测量中流量计
2
(1-
A
2 1
A
2 2
) u21。
故浮子所受的压差力 F1 为:
F1 =
p
Af =
2
(1-
A
2 1
A
2 2
)u
2 1
Af=
1 2
2 u21 A f
式中: A1 截面 1 - 1 处的流 通面积, m2; A 2
截面 2 - 2 处的 流 通面 积, m2; A f 浮 子 迎流 面
积, m2;
面积系数, 无量纲量,
在图 1 所示的浮子截面 1- 1 和 2- 2 处建立非
粘性流体稳定流动时的总流伯努利方程:
z2 +
p2 g
+
u22 2g
=
z1 +
p1 g
+
u
2 1
2g
( 1)
式中: z1, z2 流体截面 1 - 1 、2 - 2 对某一水平
基准面的高度, m;
流体密度, k g /m3; p1、p2
截面 1 - 1 、2 - 2 处的压强, N /m2; u1、u 2 非粘
15. 04 25. 21 54. 84 203. 58
第 3期
朴立华等. 气体浮子流量计测量误差的实验研究
75
4 水装置上的实验研究 4. 1 实验方法
第一步, 在图 2所示的 水装 置上刻 度气体 浮子 流量计。首先, 包括上限值和下限值在内, 均匀选择 11个标况空气流量点, 利用式 ( 3 )将 这 11 个流量点 的标况空气流量转换为标况水流量; 然后, 分别测量 正、反行程下流量计指针在这 11 个流量点的旋转角 度, 对正、反行程角 度取平 均值后, 根据 平均值 用绘 图软件画出表盘, 表 盘的刻 度值 即为标 况下的 空气 流量, 测量范围为 25 ~ 250 m3 /h。
摘要: 在水流量标准装置上刻度气体浮子流量计 后, 分别在水流量标准装置和气体流量标准装置上研 究了 其测量误差。实验研究发现, 在水装置上检定的气体浮 子流量计测 量空气流量 时测量值 大于真实 值, 其 原因为: 检定介质的动力粘度大于被测介质的动力粘度。故为了保证 浮子流量计 的精度等 级, 在水 装置上检 定气体浮 子 流量计时, 必须考虑流体粘度的影响, 在刻度换算公式中引入粘性系数 k。
关键词: 气体浮子流量计; 实验研究; 动力粘度; 精度等级; 粘性系数 中图分类号: TH 814 文献标识码: A 文章编号: 1000-3932( 2010) 03-0073-04
1引 言
浮子流量计原理简单, 应用面广, 适用于中小流 量测量。特别是金属管浮子流量计, 工作可靠, 是过
程控制领域重要的流量仪表之一。按照行业标准 [ 1]
第二步, 用标 准表 法对该 流量计 进行 检定。在 图 2所示的水装置上, 选定五个标况空气流量点, 利 用式 ( 3)换 算后, 各流 量点 标准 状态 下空 气流 量和 水流量的对应关系如表 2所示, 每个流量点正、反行 程各检定五次, 分别计算五个测量值在正、反行程下 算术平均值 qi, 再 参照式 ( 3) 将 标准 表的 示值 流量 换算为标准状态 下的 空气流 量 qsi, 然 后根 据式 ( 4 ) 计算误差 ri 。
表 2 标准状态下气流量点和水流量点的对应关系
空气流量 /m3 h- 1 25 62. 5 100 175 250 水流量 /m 3 h- 1 0. 812 2. 030 3. 248 5. 684 8. 119
4. 2 实验数据 水装置上的实 验数据 如表 3所示, 其中标 准流
量即标准表的示值流量。
将 实验 段 中 各 个 流 量 点 的 绝 对 压 力 调 整 到 0. 25M Pa, 如前所述的方法开始测量, 每个流量点重 复测量三次, 单 次测量 时间为 29 s, 取平均 值后, 实 验数据如表 4所示。
1
2
=
1-
A A
2
12。
2
浮子所受的浮力 F2 为:
F2 = Vf g
浮子自重 W 为:
W = Vf fg
收稿日期: 2010-02-04( 修改稿 )
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化 工自 动 化 及仪 表
第 37卷
式 中: Vf k g /m3。
浮 子 体 积, m3; f
浮 子 密 度,
浮子 在 流体 中 处于 平 衡时, W = F1 + F2, 即
建设。能否避免气 装置的 投入, 在水装 置上检 定某 个精度范围的气 体浮 子流量 计呢? 目 前, 未见 到相 关文献对上述问题 进行论 述, 故 本文采 用实验 方法
对其进行研究。 研究 对象为 一台 口径 50 mm、精度 等级 1. 5 级的气体金属锥管浮子流量计。在水流量
标准装置上重新对 其进行 检定并 刻度 表盘后, 分别 对其在水流量标准装置和气体流量标准装置上的测
量误差进行了实验研究。
2 计算公式 2. 1 体积流量公式
如图 1所示, 浮 子流量 计的 检测元 件由锥 管和 沿锥管中心轴上下移动的浮子组成。
作 用在浮 子上 的力主 要有 三个: 压 差力 F1、浮 力 F2 和重力 W, F1 和 F2 构成浮子所受的升力。被测 流体自下而上流过浮 子流量 计时, 若浮 子所受 升力 等于 W 时, 浮子便稳定在某一高度 h。
示值流量的算术平均值, m3 /h; qsi
第 i个实验点
同行程 n次测量中流量标准装置测定流量的算术平
均值, m3 /h; qm ax
流量测量范围上限值, m3 / h。
3 实验装置
3. 1 水装置
实验使用的水装置如图 2所示, 被测介质为水。
该标准装 置采用水塔 稳压 ( 32. 5 m ), 流量 范围连续
和检定规程 [ 2], 液体 浮子流 量计 应在液 体流量 标准 装置上进行 检定 ( 因 被测 介 质通 常为 水, 以 下 简称
为水装置 ), 气体 浮子 流量 计 应在 气体 流量 标 准装 置 (以下简 称为 气装 置 ) 上进 行检 定。水装 置 具有
技术成熟、成本低、流量范 围宽等 优点, 众多生 产厂 家、研究所和高校前期投入了大量的人力、物力进行
表 1 音速喷嘴的参数
编号
1
2
3
4
喉径 /mm
19. 12 9. 74 5. 25 3. 71
参考流量 /m 3 h- 1 202. 91 52. 71 15. 13 7. 55
5
6
7
2. 15 13. 78 3. 71
2. 50 105. 24 7. 51
8
9
10
11
5. 25 6. 78 9. 95 19. 14
性流体在截面 1 - 1 、2 - 2 处的平均流速, m / s。
图 1 浮子流量计基本结构
因 z1 z2, 由式 ( 1 ), 截面 1- 1 和 2 - 2 间的压
差 p = p2 - p1 = 2 ( u21 - u22 ), 将其与连续 性方程
A 1 u1 = A 2 u2 联立, 得
p=
图 3 音速喷嘴气体流量标准装置
装置中实验段压力 调节范围 为 0. 1 ~ 0. 5 M Pa, 由于空压机能力有限, 在较 高压力 下实 验时达 不到 所需流量, 故空压机之后设置了两个储气罐, 储气罐 的压力最高 可达 到 0. 85 M Pa。实 验前 打开 空气 压 缩机, 待储气罐压力达到上限值再开始实验, 由于实 验过程中储气罐压力 不断 下降, 由 稳压 阀维持 实验 段压力稳定在某一定值。
