摘要:在天然(ran)氣輸送管道(dao)與貿易計量(liang)、城市燃氣工(gong)💞商業用戶的(de)流量計量中(zhong)，常采用氣體(ti)渦輪流量計(ji) 。氣體渦輪流(liu)量計發展曆(lì)史悠久，也積(jī)累了相當的(de)💯天然氣應用(yong)數據，被認爲(wei)計量精度高(gao)、适用性良好(hǎo)的天然氣流(liu)量計量儀表(biǎo)。由于使用場(chang)所的工作條(tiáo)🍉件各不相同(tong)，工作壓力根(gēn)據應用的需(xu)要一般從幾(ji)千帕到幾兆(zhao)帕，而在我國(guo)的計量機構(gòu)一般采用負(fu)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(wei)重要的潔淨(jing)能源，近幾年(nián)在城市中的(de)應用迅☎️猛發(fā)展。城市高壓(ya)天然氣管網(wang)，給城市提供(gòng)天然🌈氣關😍系(xi)到千家萬戶(hù)，然而天然氣(qi)是一種非理(li)想氣體，實際(ji)輸送的壓力(lì)高于常壓。在(zài)遇到天然氣(qì)輸送管線洩(xiè)漏或檢修時(shi)會導✂️緻天然(ran)氣壓力大幅(fu)✌️波動;或者由(yóu)于天然氣輸(shu)⛷️送管線中出(chu)現民用高峰(fēng)期時，也會造(zào)成天然氣壓(ya)力波動等。
　　現(xiàn)在國内的 氣(qi)體流量計生(sheng)産廠家 一般(ban)采用音速噴(pen)嘴或鍾罩法(fa)來進行産品(pǐn)檢定，而出于(yú)經濟上和技(jì)術上的考慮(lü)，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(zhuāng)置。而采用負(fu)壓法的裝置(zhi)上隻👌能用空(kong)🚶‍♀️氣作介質對(duì)流量計進行(háng)常壓檢定，但(dàn)是💜流量計的(de)實際工作環(huan)境要遠比此(cǐ)複雜。在低壓(yā)力下标定後(hou)在高壓力下(xià)使用，在低密(mi)度下标定後(hou)在高密度下(xià)🔆使用，流量計(ji)儀表系數都(dou)有改變的可(kě)能，那麽✨，壓力(li)的增加、密度(du)的變化會對(duì)氣體流量計(ji)的🙇‍♀️儀表系數(shù)産生多大的(de)影響［1］根據國(guó)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(zhan)度變化的影(ying)響。(3)溫度變化(hua)的影響。(4)壓力(lì)變化的影響(xiang)等。
　　氣體渦輪(lun)流量計作爲(wèi)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(jìn)📞行試驗，主要(yào)分析渦輪流(liu)量計在氣體(tǐ)流體的不同(tóng)壓力下，流量(liang)計儀表系數(shù)的變化情況(kuàng)，驗證其計量(liang)性能是否能(néng)夠滿足計量(liàng)要求。
1氣體渦(wo)輪流量計的(de)基本結構和(hé)工作原理
　　 渦(wō)輪流量計 由(yóu)渦輪流量傳(chuan)感器和流量(liang)顯示儀表組(zu)成。将渦輪流(liu)🐪量計感知流(liu)體流速的渦(wo)輪組件(包括(kuò)前後導流⛹🏻‍♀️體(ti)、葉輪、軸承、殼(ke)體、信♍号檢測(ce)組件)統稱爲(wei)渦輪流量傳(chuán)感器。圖1爲渦(wō)📐輪流量計的(de)基本結構圖(tu)。

　　根據動量守(shou)恒定律通過(guo)渦輪受理過(guò)程進行分析(xī)，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(chǎn)生主動✨力矩(jǔ)❤️。氣體渦輪流(liú)量計屬于速(su)度式流量計(ji)，渦輪流量傳(chuán)感器❄️輸出與(yu)流量成正比(bi)關系的脈沖(chong)頻率，輸🐅入到(dào)流量㊙️顯示儀(yí)表或計算機(ji)。在某一流量(liang)範圍和一定(ding)粘度範圍内(nèi)，渦輪流量計(ji)輸出的信号(hào)⭕脈💃🏻沖頻率f與(yǔ)通過渦輪流(liu)量計的體積(ji)流量qV成正比(bi)［4］，即:
f=KqV　　　　　　　　　(1)
　　式中，K爲渦(wō)輪流量計的(de)儀表系數，1/L或(huò)1/m3，儀表系數K應(yīng)爲一常數，其(qi)數值由實驗(yan)标準标定得(de)到。每台渦輪(lún)流量傳感器(qi)的校準(或✂️合(hé)格)證上都标(biāo)明經過實流(liu)檢定測得分(fèn)段不同流量(liàng)範圍的儀表(biǎo)系數K值。
儀表(biao)系數K的意義(yì)是單位體積(jī)流量通過渦(wō)輪流量傳感(gan)器輸出🤩的信(xin)号脈沖頻率(lü)f(或信号脈沖(chòng)總數N)。所☂️以，當(dāng)測得傳感器(qi)輸出的信号(hao)脈沖頻率或(huò)某一時✔️間内(nei)的脈沖總🧑🏽‍🤝‍🧑🏻數(shù)N後，分别除以(yi)儀表系♊數K，就(jiù)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(jì)能夠較準确(que)的工作，其儀(yi)表系數✏️K必須(xū)🈲爲常數。但實(shí)際上渦輪流(liú)量計的工作(zuo)特性并非如(rú)此，即:

　　式中，r爲(wèi)葉輪的平均(jun1)半徑;ρ爲流體(tǐ)的密度;A爲流(liú)通截面🍉積🌏;θ爲(wei)渦輪葉片與(yǔ)軸線的夾角(jiǎo);Trm爲機械摩擦(cā)阻力矩;Trf爲😘流(liu)體阻力矩。
以(yǐ)DN50爲例，其流量(liàng)特性曲線如(ru)圖2所示。

　　在理想狀(zhuang)态下，也就是(shi)假定渦輪處(chù)于勻速運動(dòng)的平衡狀态(tài)♻️，機械摩擦阻(zǔ)力矩Trm和流體(tǐ)阻力矩Trf都足(zú)夠小至✔️可以(yi)忽略不計的(de)狀态，儀表系(xi)數與流量的(de)關系爲

　　可見(jiàn)，理想特性僅(jin)僅與渦輪流(liú)量計的結構(gòu)參數有關，儀(yi)表系數爲一(yi)個常數，與流(liú)體變化無關(guān)。
2試驗
　　試驗選(xuan)用1台TBQM-G65-DN50和1台TBQM-G100-DN80口(kou)徑的氣體渦(wō)輪流量計作(zuò)爲對象，流量(liang)範圍分别爲(wei)6.5～100m3/h和8～160m3/h。依照JJG1037—2008《渦輪(lun)流量計檢定(ding)規程⁉️》規定，流(liu)量檢定點應(yīng)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(liàng)檢定🔞點爲:100、70、40、25、20、10、6.5m3/h;TBQM-G100-DN80的(de)流量檢定點(diǎn)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(yòng)的裝置
　　采用(yong)DresserInnovativeGasMeteringSolutions裝置進行負(fu)壓檢定，如圖(tú)3所示，其流量(liàng)範圍爲0.5～1600m3/h，檢測(cè)口徑爲🌈DN25～DN150，不确(què)定度爲0.25%。

　　高壓(ya)環道氣體流(liu)量标準裝置(zhi)，如圖4所示，該(gāi)裝置可在實(shi)際工作的壓(yā)力狀态下檢(jian)測流量計的(de)性能，其流量(liang)範圍爲1～2500m3/h，檢測(ce)口✊徑爲DN20～DN250，工作(zuò)壓力範圍爲(wei)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(tong)壓力下每個(gè)流量計的儀(yí)表系數如表(biǎo)1和表2所示。

流(liu)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(dao)的Ki中的最大(da)值，1/m3;(Ki)min爲流量計(jì)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(zhi)，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(shì)。


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


　　随(suí)着工作壓力(lì)的變化，渦輪(lun)流量計儀表(biao)系數的變化(huà)很📱小📧。參考JJG1037—2008《渦(wō)輪流量計檢(jian)定規程》計量(liàng)檢定規程㊙️中(zhōng)流量計的重(zhong)複性的計算(suan)方法，可以定(dìng)義不同壓力(lì)下渦🔞輪流量(liang)計儀表系數(shù)的重複性爲(wèi):

　　式中:(Er)i爲不同(tong)工作壓力下(xià)流量計儀表(biao)系數的重複(fu)性，%;Ki爲不同工(gōng)作壓力下流(liu)量計儀表系(xì)數的平均系(xì)數，1/m3;Kij爲第i種工(gōng)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(liú)量計儀表系(xi)數的重複性(xing):

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(you)💃性能提🛀出了(le)嚴格的要求(qiú)，即如果儀表(biǎo)特性試驗在(zai)😄多于一個壓(ya)力下進行，對(dui)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(guǒ)間的差不得(de)大于0.5%，對于公(gong)稱口徑小于(yú)等于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1.0%。
　　根據表(biǎo)1和表2中的數(shu)據進行計算(suan)，對于TBQM-G65-DN50，所有檢(jiǎn)定結果最大(da)差值爲0.558%;TBQM-G100-DN80的所(suo)有檢定結果(guo)最大差值爲(wei)0.904%，結果均符合(hé)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(liu)量計儀表系(xì)數受壓力變(bian)化的敏感性(xing)較小。TBQM-G65-DN50在4種不(bú)同壓力下流(liu)量計儀表系(xi)數變化的重(zhong)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(zuò)壓力的變化(hua)，渦輪流量計(ji)線性度變化(huà)不大。說明流(liú)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻體工作壓力(lì)的變化對渦(wo)輪流量計的(de)線性度影響(xiǎng)很小。圖5和圖(tu)6是在4種不同(tóng)壓力下2台氣(qì)體渦輪流量(liang)計的❓儀表系(xì)數随流量變(biàn)化的曲線。從(cóng)圖中可以很(hen)🈚直觀地看出(chū)，在流量的上(shàng)下限之間，壓(ya)力對渦輪流(liú)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(yě)與圖2中理論(lùn)的特性曲🐕線(xiàn)有較好的符(fú)合性，隻是高(gāo)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(ju)所有線性度(dù)結果計算得(dé)出，壓力的變(bian)化對儀表㊙️系(xi)數的影響小(xiǎo)于流量變化(huà)的影響。
3儀表(biao)系數研究讨(tao)論
3.1流量顯示(shì)裝置
　　前文已(yi)經提到，渦輪(lún)流量計是由(you)渦輪流量傳(chuán)感器和流量(liàng)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼顯示儀表組(zǔ)成。目前公知(zhī)的渦輪流量(liang)計大概采用(yòng)以下幾種流(liu)量顯示儀表(biǎo):帶字輪的機(ji)械計算器、帶(dai)溫度和壓力(lì)補償的電子(zi)顯示裝置、流(liú)量計♊算機和(hé)帶無線遠傳(chuan)功能的電子(zǐ)顯示裝置等(děng)。
　　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(gan)與齒輪的配(pei)合傳遞扭矩(ju)，并通過齒🏃‍♀️輪(lun)減速傳動以(yǐ)及磁耦合聯(lián)接驅動字輪(lún)⭐計數器轉動(dong)而得到流量(liang)累積與顯示(shi)✨，俗稱低頻取(qǔ)信号方式😘。流(liú)量計算機包(bao)含兩📐種取信(xìn)号方式，如前(qián)文所述的低(dī)頻，另外一種(zhong)是直接取葉(ye)輪轉動的信(xin)号，俗稱高頻(pín)。
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(shù)器内齒輪配(pèi)對，傳動比盡(jin)量接近标定(dìng)出的儀表系(xì)數。也就是說(shuō)，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(zhi)，不同壓力波(bo)動是存在的(de)，若流量計工(gōng)作壓力波動(dong)範圍較小，建(jiàn)議其在實際(ji)工作壓力下(xia)進行相應㊙️測(cè)試按其檢定(ding)數據配齒，使(shi)實際傳動比(bi)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(ji)量将更加準(zhǔn)确。
　　但是，機械(xiè)計數器有一(yī)缺點，調配出(chū)的儀表系數(shù)是固🏒定，隻💋能(neng)對某一流量(liàng)點進行修正(zheng)，不能對所有(yǒu)流☔量點修正(zheng)。所以對于某(mǒu)些流量點來(lai)說，誤差可能(néng)還是存在的(de)。
3.3電子表頭修(xiū)正
　　二次電子(zǐ)顯示裝置、體(tǐ)積修正儀、流(liu)量計算機等(děng)俗稱電子表(biǎo)頭♋，其液晶屏(píng)幕上可顯示(shi)多種信息，比(bi)如瞬時流量(liàng)、總流量、溫度(du)和壓力等。電(diàn)子表頭含有(you)非常多的功(gong)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(huo)者表壓📱的不(bú)同進行儀表(biao)系數的調整(zhěng)，使♋在用流量(liang)計的流量特(te)性曲線接近(jin)一條直線，這(zhe)就大🍓大提高(gāo)了流量🚶計的(de)精度。帶電子(zi)表頭的渦輪(lun)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻流量計很好(hao)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(gè)流量點的儀(yi)表系數修正(zheng)。然而，它也同(tóng)樣有缺點，比(bi)如說安全📱防(fang)爆問題，還有(yǒu)電子表頭價(jia)格昂貴，不便(bian)于普及。
4結束(shu)語
　　氣體渦輪(lun)流量計儀表(biao)系數受壓力(lì)變化的敏感(gan)性🈲較小，TBQM-G65-DN50的儀(yí)‼️表系數變化(hua)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(dù)變化不大。在(zài)4種不同壓力(lì)🌐下2台氣💜體渦(wō)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(fu)合性，隻是對(duì)于DN50口徑的氣(qi)體渦輪流量(liàng)計來說，高壓(ya)相較于低壓(ya)曲線整體向(xiang)上漂移，而DN80口(kou)徑的氣體渦(wo)輪流量計相(xiàng)對✂️穩定，波動(dòng)更小。流量計(ji)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(liàng)變化的影響(xiǎng)。
雖然在不同(tóng)壓力下，氣體(ti)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(he)電子表頭的(de)調整或修正(zhèng)，其儀表性能(néng)将能加穩定(ding)且準确。
　　鑒于(yú)目前的試驗(yan)研究還不夠(gou)系統和全面(miàn)，需開展進一(yī)步的研究才(cai)能明确不同(tóng)壓力下對氣(qi)體渦輪流量(liàng)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(jiāng)更具說服力(li)。

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