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雙氧水管道流量計在使用中刻度轉換問題的實例分析

點擊次數(shù):1782 發(fā)布時間:2021-01-16 13:26:32
雙氧水管道流量計的刻度一般是在出廠時用水、空氣或者其他介質(zhì)在標準狀態(tài)下進行標定的;另外,在實驗室的檢定過程中,由于環(huán)境影響以及實驗條件的限制,實際檢定條件一般也達不到流量計標定狀態(tài),因此為了能夠在實驗室狀態(tài)對流量計進行檢定,就需要對實驗條件下標定的流量計進行刻度流量的換算。
1、工作原理
雙氧水管道流量計是在一個錐形管內(nèi)裝有上下移動的浮子,并且始終保持浮子前后壓降不變,通過改變浮子與錐形管壁之間的流通面積來改變流量,因此也稱為恒壓降流量計或變面積流量計 。當流體流經(jīng)錐形管時,由于浮子的節(jié)流降壓作用,在浮子的上下游產(chǎn)生一個壓力降,此壓力降與浮子*大截面積的乘積即為浮子受到的上升力,同時由于被測流體流經(jīng)浮子表面時也會產(chǎn)生粘性力,其方向與上升力相同,當兩者的合力大于浮子的自重力時,浮子便會繼續(xù)上升;然而隨著浮子的上升浮子與錐形管壁之間的環(huán)隙面積的增大,相同流量下流體流速便會減小,浮子上下端面的壓力差隨即會降低,因此作用于浮子的上升力與粘性力減小。在浮子移動過程中,當上升力、粘性力和重力相平衡時浮子便會靜止,保持在平衡位置,此時便可以讀出浮子的瞬時流量值。這就是雙氧水管道流量計工作的基本原理—等壓力降原理。
2、流量方程
當流體流經(jīng)雙氧水管道流量計錐形管時,浮子的上升高度與流量存在一定的對應關系。在一定流量下浮子受合力為零,保持在平衡位置,根據(jù)力平衡進行分析:(1)浮子受到的上升力F1。浮子上下游壓力差&p與環(huán)形通道中流體流速的平方成正比:

因此浮子所受上升力為

式中Af 為浮子的迎流面積,單位為m2,u 為流體的流速,單位為m/s, r 為流體密度,單位為kg/m,C 為阻力系數(shù),無量綱,受介質(zhì)粘度以及浮形狀等因素影響。(2)浮子所受浮力是流體密度與浮子體積的函數(shù),有

,式中:f V 為浮子的體積,單位為m,g 為當?shù)刂亓铀俣?,單位為m/s2。
(3)浮子的自重

當浮子受合力為零時處于平衡位置,有

進而得到

可以看出,浮子無論在什么位置保持平衡,流體的流速是個定值,因此,體積流量與環(huán)形流通面積成正比。則有體積流量計算公式:

其中: V q —體積流量,單位m/h;DF —流量計的環(huán)形流通面積,單位為m2。
3、刻度轉換方法
標準狀態(tài)下標定的雙氧水管道流量計的介質(zhì)密度、阻力系數(shù)、體積流量分別用0 、0 C 、q0 表示,則體積流量可表示為

實際標定介質(zhì)的密度、浮子阻力系數(shù)、體積流量用C 、q 表示,則體積流量為

因此,實際標定介質(zhì)的體積流量與標準狀態(tài)下介質(zhì)的體積流量之間有下述關系:

當標準狀態(tài)下的標定介質(zhì)與實際標定時介。質(zhì)狀況比較接近,因此粘度相差不大時,可以不考慮浮子阻力系數(shù)的影響。因此有:

4、刻度轉換實例分析
實驗室現(xiàn)有一臺DN50 口徑,準確度等級為4.0 級,浮子材料為不銹鋼,標準狀態(tài)(20℃)下標定介質(zhì)為乙醇的雙氧水管道流量計,其刻度流量范圍為(2~20)m/h。在實驗室條件下,由于條件限制只能用水流量標準裝置進行標定,裝置編號200904018,測量范圍為DN(15~50)mm,流量范圍為(0.12~60)m/h,先后使用標準表法和稱重法對該雙氧水管道流量計的5m/h 流量點分別進行6 次標定。測量過程中水溫保持(23.1±0.1)℃,進水口處水壓保持在180kPa~195kPa 范圍。裝置使用標準表為電磁流量計,*一次測量標準表讀數(shù)為3.914 m/h,*二次為3.918 m/h,*三次為3.917 m/h,*四次為3.920m/h,*五次為3.919 m/h,*六次為3.916 m/h。稱重法測量6次的數(shù)據(jù)分別為:*一次測量時間為61.28 秒,電子稱讀數(shù)為67.64kg,*二次測量時間為62.33 秒,電子稱讀數(shù)為68.08kg,*三次測量時間為61.99 秒,電子稱讀數(shù)為67.96kg,*四次測量時間為62.57 秒,電子稱讀數(shù)為68.44kg,*五次測量時間為62.45 秒,電子稱讀數(shù)為68.42kg,*六次測量時間為61.29 秒,電子稱讀數(shù)為67.69kg。
通過查技術手冊可知,乙醇密度為789.2kg/m,20℃時乙醇粘度為1.2×10-3Pa·s,水溫為23.1℃時水的密度為997.513kg/m,動力粘度為0.9358×10-3Pa·s,浮子材料為不銹鋼,密度為7920kg/m。
當浮子穩(wěn)定在平衡位置5m/h 處時,由標準表讀數(shù)得出流量平均值為q1=3.92m/h。由電子稱的讀數(shù)得出稱重法流量平均值為q2=3.96m/h。另外,兩種介質(zhì)的粘度相差不大,因此可以不考慮兩種介質(zhì)中浮子的阻力系數(shù)對流量的影響,另外還可以推算出刻度流量的理論計算值為:

由于該雙氧水管道流量計的準確度等級為4.0 級,因此在5m/h 流量點換算后的流量取值范圍為3.84×(1±4%)m/h,即(3.69~3.99)m/h。通過上述實驗以及對試驗數(shù)據(jù)的分析可知,在介質(zhì)粘度相差不大時,可以對雙氧水管道流量計刻度流量進行換算,其實驗結果滿足理論計算值的允許范圍。但是當實際標定的介質(zhì)與流量計出廠標定時介質(zhì)狀態(tài)相差較大時,浮子阻力系數(shù)的影響不能忽略,則需要考慮介質(zhì)粘度的影響。

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