摘要:在天然(ran)氣輸送管道(dào)與貿易計量(liàng)、城市燃氣工(gōng)💁商🧑🏽‍🤝‍🧑🏻業用戶✔️的(de)流量計量中(zhōng)，常采用氣體(tǐ)渦輪流量計(jì) 。氣體渦輪流(liu)量計發展曆(li)史悠久，也積(ji)累了相當的(de)天然氣應用(yong)數據，被認爲(wèi)計量精度高(gao)、适用性良好(hao)的天然氣流(liu)量計量儀表(biao)⁉️。由于使用場(chang)所的工作條(tiao)件各不相同(tóng)，工☂️作壓力根(gen)據應用的需(xū)要一般從幾(jǐ)千帕到幾兆(zhao)帕，而在我國(guo)的計量機構(gou)一般采用負(fù)壓裝置檢定(ding)⛱️。對于在不同(tong)壓力條件下(xia)💋，氣體渦輪流(liu)量計的計量(liàng)特性的數據(jù)還非常缺乏(fá)。
　　天然氣作爲(wèi)重要的潔淨(jing)能源，近幾年(nian)在城市中的(de)❤️應♍用迅猛👄發(fā)展。城市高壓(yā)天然氣管網(wǎng)，給城市提供(gong)♍天然氣關系(xi)到千家萬戶(hù)，然而天然氣(qì)是一種非理(lǐ)想氣體，實際(jì)輸送的壓力(li)高于常壓。在(zai)遇到天然氣(qi)輸送管線洩(xie)漏或檢💰修時(shí)會導緻天然(rán)氣壓力大幅(fu)⭕波動;或者由(you)于天然氣輸(shu)送管線中出(chū)🙇🏻現民用高峰(fēng)期時，也會造(zào)成天然氣壓(ya)力波動等。
　　現(xian)在國内的 氣(qì)體流量計生(sheng)産廠家 一般(ban)采用音速噴(pen)嘴或鍾罩法(fǎ)來進行産品(pǐn)檢定，而出于(yu)經濟上和技(jì)術上的考慮(lǜ)，它們中的大(da)多數使用的(de)🏒是負壓法的(de)音👅速文丘裏(lǐ)噴嘴檢定裝(zhuang)置。而采用負(fu)壓✂️法的裝👌置(zhi)上隻能用空(kōng)氣作介質對(dui)流量計進行(háng)常壓檢定，但(dan)是流量計的(de)實際工作環(huan)境要遠🧡比此(ci)複雜。在低壓(yā)力下标定後(hòu)在高壓力下(xia)使用，在低密(mì)度下标定後(hòu)在高密度下(xia)使用，流量計(ji)儀表系👅數都(dōu)有改🌐變的可(ke)🏃‍♂️能，那麽，壓力(lì)的增加、密度(du)的變化👣會🔞對(duì)氣體流量計(jì)的✂️儀表系數(shu)産生多大☎️的(de)影響［1］根據國(guo)内外🙇‍♀️相關文(wén)獻研♉究得出(chu)，影響儀表系(xì)數變化🚶的因(yin)素有:(1)介質密(mì)度的影響。(2)粘(zhān)度變化的影(yǐng)響。(3)溫度變化(hua)的影響。(4)壓力(li)變化的影響(xiǎng)等。
　　氣體渦輪(lun)流量計作爲(wei)目前國内少(shao)數能在高壓(ya)下計量的流(liu)量計，對其在(zai)不同氣體流(liu)體壓力下的(de)計量性能進(jin)行試驗，主要(yào)分析渦輪流(liú)量計在氣體(ti)流體的不同(tong)壓力下，流量(liàng)❓計儀表系數(shù)的變化情況(kuang)，驗證其計量(liang)🌍性能是否能(neng)夠滿足計量(liang)要求。
1氣體渦(wō)輪流量計的(de)基本結構和(hé)工作原理
　　 渦(wo)輪流量計 由(you)渦輪流量傳(chuán)感器和流量(liàng)顯示儀表組(zǔ)成。将渦輪🍓流(liu)量🥵計感知流(liu)體流速的渦(wō)輪組件(包括(kuo)前後導流體(tǐ)、葉輪、軸承、殼(ké)體、信⛱️号檢測(cè)組件)統稱爲(wèi)渦輪流量傳(chuan)感器。圖1爲渦(wō)輪流量計的(de)基本結構圖(tú)。

　　根據動量守(shǒu)恒定律通過(guò)渦輪受理過(guò)程進行分析(xi)♊，可以比較直(zhí)觀地描述基(jī)本工作過程(chéng)，流體通過時(shi)🤩推動葉輪🙇‍♀️，産(chan)生👄主動力矩(ju)👄。氣體渦輪流(liú)量計屬于速(su)度式流量計(jì)，渦輪流量傳(chuán)感器輸出與(yu)流量成正比(bi)關系的脈沖(chòng)頻率，輸入到(dào)流量顯示儀(yí)表或計算機(jī)。在某一流量(liàng)範圍和一定(dìng)粘度範圍内(nèi)，渦輪流量計(ji)🐕輸出的信号(hao)脈沖頻率f與(yǔ)通過渦輪流(liu)量計的體積(jī)♋流量qV成正比(bi)［4］，即:
f=KqV　　　　　　　　　(1)
　　式中，K爲渦(wo)輪流量計的(de)儀表系數，1/L或(huo)1/m3，儀表系數K應(yīng)爲🔴一常數，其(qi)數值由實驗(yàn)标準标定得(de)到。每台渦輪(lun)流量傳🌈感器(qì)的校準(或合(hé)格)證上都标(biāo)明經過實流(liú)檢定測得分(fèn)段不同流量(liang)範圍的儀表(biao)系數K值。
儀表(biǎo)系數K的意義(yi)是單位體積(ji)流量通過渦(wo)輪流量傳💚感(gan)器📧輸出的信(xìn)号脈沖頻率(lü)f(或信号脈沖(chong)總數N)。所以，當(dang)測得傳感器(qi)輸出的信号(hao)脈沖頻率或(huo)某一時間内(nèi)的脈沖總數(shu)N後，分别除以(yǐ)儀表系數K，就(jiu)可得到體積(jī)流量qV或流量(liang)總量Q，即:

　　要使(shǐ)渦輪流量計(ji)能夠較準确(què)的工作，其儀(yí)表系數K必👈須(xu)爲常數。但實(shi)際上渦輪流(liú)量計的工作(zuò)特性并非如(rú)此，即:

　　式中，r爲(wei)葉輪的平均(jun1)半徑;ρ爲流體(ti)的密度;A爲流(liú)通截面積;θ爲(wei)🈲渦輪葉片與(yu)軸線的夾角(jiǎo);Trm爲機械摩擦(ca)阻力矩;Trf爲流(liú)體阻力矩。
以(yi)DN50爲例，其流量(liàng)特性曲線如(rú)圖2所示。

　　在理想狀(zhuàng)态下，也就是(shì)假定渦輪處(chù)于勻速運動(dong)的平衡🐉狀态(tai)，機械摩擦阻(zǔ)力矩Trm和流體(ti)阻力矩Trf都足(zu)夠小至可以(yi)忽略♌不計✔️的(de)狀态，儀表系(xì)數與流量的(de)關系爲

　　可見(jiàn)，理想特性僅(jin)僅與渦輪流(liu)量計的結構(gòu)參數有🍉關，儀(yi)表系數‼️爲一(yī)個常數，與流(liú)體變化無關(guan)。
2試驗
　　試驗選(xuǎn)用1台TBQM-G65-DN50和1台TBQM-G100-DN80口(kǒu)徑的氣體渦(wō)輪流量計作(zuò)爲對🈲象，流量(liàng)範圍♍分别爲(wèi)6.5～100m3/h和8～160m3/h。依照JJG1037—2008《渦輪(lún)流量計檢定(ding)規程》規定，流(liú)量💞檢定點應(ying)⛷️包括qmax、0.7qmax、0.40qmax、0.25qmax、qt、0.1qmax、qmin。所以，相(xiang)應的TBQM-G65-DN50的流量(liang)檢定點爲:100、70、40、25、20、10、6.5m3/h;TBQM-G100-DN80的(de)流量檢定點(dian)爲:160、112、64、40、32、16、8m3/h，其中每個(ge)流量❓點測試(shì)3次。
2.1檢定所用(yong)的裝置
　　采用(yòng)DresserInnovativeGasMeteringSolutions裝置進行負(fù)壓檢定，如圖(tú)3所示，其流量(liang)範圍爲0.5～1600m3/h，檢👅測(cè)口徑爲DN25～DN150，不确(que)定度爲0.25%。

　　高壓(yā)環道氣體流(liu)量标準裝置(zhì)，如圖4所示，該(gai)裝置可在實(shí)💯際工作的壓(yā)力狀态下檢(jian)測流量計的(de)性能，其流量(liàng)範圍爲1～2500m3/h，檢測(ce)口🌈徑爲🔞DN20～DN250，工作(zuò)壓力範圍爲(wèi)0.1～2.0MPa，不确定度爲(wei)0.33%。采用該套裝(zhuang)置進🏃🏻行壓力(li)㊙️爲0.1MPa、0.8MPa和2.0MPa的檢定(dìng)。

2.2檢定所得儀(yi)表系數
　　不同(tóng)壓力下每個(ge)流量計的儀(yi)表系數如表(biǎo)1和表2所示。

流(liú)量計儀表系(xi)數:

　　式中，K爲流(liu)量計的儀表(biao)系數，1/m3;(Ki)max爲流量(liàng)計在qt到qmax流量(liàng)範🐅圍各流量(liàng)檢定點得到(dào)的Ki中的最大(da)值，1/m3;(Ki)min爲流量計(ji)在qt到qmax流量範(fàn)✉️圍各流量檢(jiǎn)定點得到的(de)Ki中的最小值(zhí)，1/m3。
計算所得的(de)不同壓力下(xia)儀表系數如(rú)表3和表4所示(shi)👅。


2.3檢定數據處(chu)理與分析
2.3.1儀(yi)表系數分析(xī)
　　根據表1和表(biao)2繪制得到不(bu)同壓力下氣(qi)體渦輪流量(liàng)♉計的儀表系(xi)🎯數特性，如圖(tu)5和圖6所示。


　　随(suí)着工作壓力(li)的變化，渦輪(lún)流量計儀表(biǎo)系數的變☁️化(hua)很小。參考JJG1037—2008《渦(wo)輪流量計檢(jian)定規程》計量(liàng)檢定規程中(zhong)流量計的重(zhòng)複性的計算(suan)方法，可以定(ding)義不同壓💔力(li)下渦輪流量(liàng)計儀表系數(shù)的🔞重複性爲(wei):

　　式中:(Er)i爲不同(tóng)工作壓力下(xia)流量計儀表(biao)系數的重複(fú)☎️性，%;Ki爲不同工(gōng)作壓力下流(liú)量計儀表系(xi)數的平均系(xì)數，1/m3;Kij爲第i種💘工(gong)作壓力下流(liu)🌈量計的儀表(biao)系數，1/m3;n爲不同(tóng)工作壓力的(de)個🎯數。
計算得(dé)出TBQM-G65-DN50在不同工(gōng)作壓力下流(liu)量計儀表系(xì)數的重複性(xìng):

2.3.2線性度分析(xī)
　　歐洲标準EN12261:2002的(de)有關規定———第(di)5.2.1.1款［5］，本款對于(yu)儀表的固有(yǒu)性能提出了(le)嚴格的要求(qiú)，即如果儀表(biao)特性試驗在(zai)多于一個壓(ya)力下進行，對(duì)于公稱口徑(jing)大于100mm的流量(liang)計，在0.25qmax和qmax之間(jian)的❌所有結果(guo)間的💘差不得(dé)大于0.5%，對于公(gong)♉稱口徑小于(yu)等于100mm的流量(liang)計，在0.25qmax和qmax之間(jian)的所有結果(guǒ)🐇間的差不得(de)大于1.0%。
　　根據表(biao)1和表2中的數(shù)據進行計算(suàn)，對于TBQM-G65-DN50，所有檢(jiǎn)定結果最大(dà)差值爲0.558%;TBQM-G100-DN80的所(suo)有檢定結果(guo)最大差值爲(wèi)0.904%，結果均符合(he)标準。
2.4小結
(1)根(gen)據式(6)計算出(chu)的在不同工(gōng)作壓力下流(liu)量計儀表系(xì)🤟數的重複性(xing)，說明渦輪流(liú)量計儀表系(xi)數受壓力變(biàn)化的敏感性(xing)較小。TBQM-G65-DN50在4種不(bú)同壓力下流(liú)量計儀表系(xi)數變化的重(zhòng)🍉複性僅爲0.502%，而(er)TBQM-G100-DN80的🎯重複性僅(jǐn)爲0.282%。
(2)随着工作(zuo)壓力的變化(hua)，渦輪流量計(jì)線性度變化(huà)不大。說明流(liú)體♊工作壓力(li)的變化對渦(wō)輪流量計的(de)線🔞性度🌈影響(xiǎng)很小。圖5和🚩圖(tú)6是在4種不同(tong)壓力下2台氣(qi)體渦輪流量(liàng)計的儀表系(xì)數随流量變(bian)化的曲線。從(cong)圖💃中可以很(hen)直觀地看出(chu)，在流量的上(shàng)下限之間，壓(ya)力🆚對渦輪流(liu)量計儀表系(xì)數的影響。4種(zhong)不同壓力下(xià)的曲線型一(yi)緻性♻️很好，也(ye)與圖2中理論(lùn)的特性曲線(xiàn)有較好的符(fu)合性，隻📐是高(gao)壓相較于低(di)壓曲線整體(ti)向上🛀漂移。
(3)經(jing)過計算分析(xi)，流量計符合(hé)歐洲标準EN12261的(de)有關規定———第(di)5.2.1.1款。
(4)此外，根據(jù)所有線性度(du)結果計算得(dé)出，壓力的變(bian)化對儀表㊙️系(xì)數的影響小(xiǎo)于流量變化(hua)的影響。
3儀表(biǎo)系數研究讨(tao)論
3.1流量顯示(shi)裝置
　　前文已(yi)經提到，渦輪(lun)流量計是由(you)渦輪流量傳(chuán)感器和⁉️流量(liang)🌈顯示儀表組(zu)成。目前公知(zhī)的渦輪流量(liàng)計大💘概采用(yòng)以下幾種流(liu)量顯⛷️示儀表(biǎo):帶字輪的機(jī)械計算器、帶(dài)🈚溫度和壓力(lì)補償的電子(zi)顯示裝置、流(liu)量計算機和(he)帶無線遠傳(chuan)功能的電子(zi)顯示裝置等(deng)。
　　上述提到的(de)顯示裝置除(chú)了流量計算(suàn)機，其餘都是(shì)通過機芯✉️上(shang)❤️主軸的蝸杆(gǎn)與齒輪的配(pei)合傳遞扭矩(jǔ)，并通❗過齒輪(lun)減速傳動以(yi)🈲及磁耦合聯(lián)接驅動字輪(lun)🥰計數器轉動(dòng)而🏃🏻‍♂️得到流量(liang)累積與顯示(shi)🔞，俗稱低頻取(qu)信号方式。流(liu)量計算機包(bāo)含兩種取信(xin)号方式，如前(qian)文所述的低(di)頻，另外一種(zhong)是直接取葉(ye)輪轉動的信(xìn)👌号，俗稱高頻(pin)。
3.2機械計數器(qì)齒輪調整
　　渦(wō)輪流量計出(chu)廠前用取高(gāo)頻信号方法(fǎ)進行标定，然(ran)後🌈根♋據得✌️出(chu)儀表系數進(jin)行機械計數(shu)器内齒輪配(pei)對📞，傳動比盡(jin)量接近标定(ding)出的儀表系(xi)數。也就是說(shuo)，我們可以調(diào)整齒輪配對(dui)以滿足儀🏒表(biao)系數的變化(hua)。
　　從上文得知(zhī)，不同壓力波(bō)動是存在的(de)，若流量計工(gōng)作♌壓力🤞波動(dòng)範圍較小，建(jiàn)議其在實際(jì)工作壓力下(xià)進行相應測(cè)試按其檢定(ding)數據配齒，使(shǐ)實際傳動比(bǐ)🐅的理論儀表(biao)系☁️數盡可能(néng)接近🍓在該壓(yā)力點下測試(shi)的儀表系數(shu)，流量計的計(jì)量将更加準(zhun)确。
　　但是，機械(xiè)計數器有一(yi)缺點，調配出(chū)的儀表系數(shù)是固定，隻能(neng)對某一流量(liang)點進行修正(zhèng)，不能對所有(you)流量點修正(zheng)。所以💜對于某(mou)些流量點來(lái)說，誤差可能(neng)還是存在🏒的(de)。
3.3電子表頭修(xiu)正
　　二次電子(zǐ)顯示裝置、體(ti)積修正儀、流(liu)量計算機等(deng)俗稱電子表(biao)頭，其液晶屏(píng)幕上可顯示(shì)多種信息，比(bi)如瞬時流量(liang)、總流量、溫度(du)和壓力等。電(diàn)子表頭含有(yǒu)非常多的功(gōng)能，可以根據(ju)溫度壓🏃🏻‍♂️力對(dui)流體體積進(jìn)行修正，可以(yǐ)根據流量或(huò)者表壓❗的不(bu)同進行儀表(biǎo)系🌈數的調整(zheng)，使在用流量(liang)計的流量特(tè)性曲線接近(jin)一條直線，這(zhè)就大🌐大提高(gāo)了流量計的(de)精度。帶電❗子(zǐ)表頭的渦輪(lún)流量計💔很好(hǎo)地解決了帶(dài)機械計數器(qì)流量計存在(zai)的問題，其可(kě)以進行每個(ge)流💋量🍉點的儀(yi)表系數修正(zhèng)。然而，它也同(tóng)樣有缺⛱️點，比(bǐ)如說安全🔆防(fang)爆問題，還有(yǒu)電子表🈚頭價(jia)格昂貴，不便(biàn)于普🔆及。
4結束(shù)語
　　氣體渦輪(lun)流量計儀表(biao)系數受壓力(lì)變化的敏感(gǎn)性較小，TBQM-G65-DN50的儀(yi)表系數變化(huà)的重複性僅(jin)爲0.502%，而TBQM-G100-DN80的重複(fu)性僅爲0.282%。随着(zhe)工作🛀壓力的(de)變化，渦輪流(liú)量計線性度(du)變化不大。在(zai)4種不同壓力(li)下2台氣體渦(wo)輪流量計的(de)儀表系數曲(qu)✂️線型一緻性(xìng)很好，與理論(lun)的特性曲線(xiàn)有🙇‍♀️很好的符(fú)合性，隻是對(duì)于🚶DN50口徑的氣(qì)體渦輪流量(liàng)計🏃‍♀️來說，高壓(ya)相較于低壓(yā)曲線整體向(xiang)上漂移，而💃🏻DN80口(kou)徑🈲的氣體渦(wō)輪流量計相(xiang)對穩定，波動(dòng)更小。流量計(jì)符合歐洲标(biāo)準EN12261的有關規(gui)定———第5.2.1.1款。壓力(lì)的✔️變化對儀(yí)表系數的影(ying)🍉響小于流量(liang)變化的🚶影響(xiǎng)。
雖然在不同(tóng)壓力下，氣體(tǐ)渦輪流量計(jì)的儀表性能(néng)有些🚶許波動(dong)，但是靠着機(jī)械計數器和(hé)電子表頭的(de)調整或修正(zhèng)，其儀表性能(neng)将能加穩定(dìng)且準确。
　　鑒于(yu)目前的試驗(yan)研究還不夠(gòu)系統和全面(mian)，需開展進一(yī)步的研究才(cai)能明确不同(tóng)壓力下對氣(qì)體渦輪流量(liang)計的👣影響，特(tè)别是檢定的(de)介質如能用(yong)天然氣，那麽(me)試❌驗結果将(jiang)更具🌏說服力(li)。

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