【摘要(yao)】在氣(qi)體渦(wo)輪流(liu)量計(ji) 實際(ji)應用(yong)的基(ji)礎上(shang)，氣體(ti)渦輪(lun)流量(liang)計的(de)性能(neng)特點(dian)，分析(xi)了💘影(ying)響氣(qi)體渦(wo)輪流(liu)量計(ji)精度(du)的各(ge)種因(yin)素，并(bing)基于(yu)該精(jing)度測(ce)量了(le)氣體(ti)渦輪(lun)流量(liang)計，總(zong)結了(le)提高(gao)數據(ju)正确(que)率的(de)基礎(chu)方法(fa)。
一、引(yin)言
　　儀(yi)器的(de)精度(du)一般(ban)有準(zhun)确度(du)、正确(que)度和(he)精密(mi)度。準(zhun)确度(du)A是檢(jian)測真(zhen)實值(zhi)和結(jie)果二(er)者的(de)相同(tong)程度(du)，并且(qie)由A=ε±U表(biao)示，其(qi)中U是(shi)不确(que)定👣性(xing)系🔴統(tong)誤差(cha)±e和随(sui)機不(bu)确定(ding)度ΔM綜(zong)合的(de)不确(que)定性(xing)。精度(du)♈是測(ce)量結(jie)果的(de)系統(tong)誤差(cha)程度(du)。由于(yu)系統(tong)誤差(cha)E包括(kuo)兩部(bu)分，确(que)定的(de)系統(tong)誤差(cha)和未(wei)定義(yi)的系(xi)統誤(wu)差±e，所(suo)以🧡精(jing)度可(ke)以表(biao)示爲(wei)E=±e。測量(liang)精度(du)高，精(jing)度等(deng)級可(ke)達1級(ji)、1.5級。測(ce)量🤞範(fan)圍寬(kuan)度，測(ce)量範(fan)圍寬(kuan)度一(yi)般爲(wei)1:20。
二、機(ji)械摩(mo)擦與(yu)流體(ti)阻力(li)對精(jing)度的(de)影響(xiang)
(一)氣(qi)體渦(wo)輪流(liu)量計(ji)的數(shu)學模(mo)型
　　用(yong)于渦(wo)輪機(ji)的轉(zhuan)矩一(yi)般分(fen)爲由(you)流過(guo)渦輪(lun)機的(de)流體(ti)🙇‍♀️産㊙️生(sheng)的驅(qu)動轉(zhuan)矩Tr。由(you)渦輪(lun)機表(biao)面流(liu)動的(de)流體(ti)引起(qi)的粘(zhan)性摩(mo)擦以(yi)及渦(wo)輪機(ji)軸和(he)軸承(cheng)，齒輪(lun)和齒(chi)輪施(shi)加到(dao)✊渦輪(lun)機的(de)機械(xie)🌈摩擦(ca)力矩(ju)Trm。當流(liu)體通(tong)過渦(wo)輪機(ji)時流(liu)向渦(wo)輪機(ji)的流(liu)體阻(zu)力轉(zhuan)矩Trf和(he)渦輪(lun)機中(zhong)的⁉️磁(ci)電轉(zhuan)換器(qi)🌈産生(sheng)的電(dian)磁反(fan)沖轉(zhuan)矩Tre。
(二(er))機械(xie)摩擦(ca)阻力(li)矩Trm對(dui)精度(du)的影(ying)響
　　對(dui)于真(zhen)正的(de)氣體(ti)渦輪(lun)機流(liu)量計(ji)，渦輪(lun)機必(bi)須首(shou)先通(tong)過靜(jing)摩擦(ca)的阻(zu)礙力(li)矩才(cai)能旋(xuan)轉，克(ke)服渦(wo)輪靜(jing)摩擦(ca)扭✌️矩(ju)所需(xu)的最(zui)小值(zhi)稱爲(wei)流量(liang)計的(de)初始(shi)流量(liang)qvmin。如果(guo)流量(liang)計小(xiao)于qvmin，則(ze)渦輪(lun)不會(hui)旋轉(zhuan)，并且(qie)不會(hui)輸出(chu)脈沖(chong)信号(hao)。當流(liu)量等(deng)于起(qi)始流(liu)量時(shi)，渦輪(lun)機啓(qi)動，但(dan)此🌈時(shi)的角(jiao)速度(du)非常(chang)小，并(bing)且流(liu)體阻(zu)力轉(zhuan)矩Trf的(de)影響(xiang)可✍️忽(hu)略不(bu)計。
(三(san))流體(ti)阻力(li)矩Trf對(dui)精度(du)的影(ying)響
　　當(dang)流量(liang)大于(yu)初始(shi)流量(liang)的時(shi)候，渦(wo)輪機(ji)旋轉(zhuan)角速(su)度随(sui)着流(liu)量增(zeng)加而(er)增加(jia)，并且(qie)影響(xiang)流量(liang)計精(jing)度的(de)主要(yao)原因(yin)變成(cheng)了由(you)流體(ti)産生(sheng)的牽(qian)引扭(niu)矩Trf。
1.層(ceng)流流(liu)動狀(zhuang)态時(shi)的流(liu)量計(ji)特性(xing)
　　在層(ceng)流狀(zhuang)态下(xia)，流體(ti)流動(dong)阻力(li)與流(liu)體粘(zhan)度μ和(he)渦輪(lun)機🈲旋(xuan)轉角(jiao)速度(du)ω成正(zheng)比。ω與(yu)流體(ti)流量(liang)成正(zheng)比。
　　在(zai)層流(liu)狀态(tai)下，儀(yi)器系(xi)數K與(yu)流體(ti)粘度(du)μ的變(bian)化有(you)關。如(ru)果粘(zhan)✂️度不(bu)變，則(ze)随着(zhe)流量(liang)qV的增(zeng)加儀(yi)器系(xi)數K也(ye)将增(zeng)加。
2.紊(wen)流流(liu)動狀(zhuang)态時(shi)的流(liu)量計(ji)特性(xing)
　　在湍(tuan)流狀(zhuang)态下(xia)，流體(ti)的流(liu)動阻(zu)力與(yu)其密(mi)度ρ和(he)速度(du)qV成正(zheng)比❓。此(ci)刻，不(bu)可以(yi)算出(chu)流體(ti)粘度(du)的影(ying)響。
三(san)、提高(gao)精度(du)的方(fang)法
(一(yi))減少(shao)機械(xie)阻力(li)
　　首先(xian)，應該(gai)完成(cheng)渦輪(lun)機的(de)平衡(heng)，因爲(wei)如果(guo)渦輪(lun)機的(de)質量(liang)中心(xin)不在(zai)軸上(shang)，則渦(wo)輪機(ji)本身(shen)的重(zhong)量會(hui)爲軸(zhou)⚽承增(zeng)加額(e)外的(de)慣性(xing)💘力矩(ju)🔴，爲了(le)提高(gao)流量(liang)計流(liu)量低(di)時的(de)精度(du)，需要(yao)提高(gao)加工(gong)品質(zhi)，降低(di)機械(xie)摩擦(ca)阻力(li)。
(二)克(ke)服流(liu)體阻(zu)力的(de)影響(xiang)
　　首先(xian)，氣動(dong)渦輪(lun)機的(de)表面(mian)應平(ping)滑以(yi)減少(shao)氣體(ti)和渦(wo)輪💃機(ji)之間(jian)❄️的粘(zhan)性摩(mo)擦。其(qi)次，根(gen)據Trf=C1μqv的(de)特性(xing)和層(ceng)流狀(zhuang)态Trf中(zhong)的流(liu)體阻(zu)力矩(ju)，随着(zhe)qv的增(zeng)加儀(yi)器系(xi)數K也(ye)增加(jia)。另外(wai)，渦輪(lun)葉片(pian)⁉️的重(zhong)疊率(lü)不宜(yi)過高(gao)。否則(ze)流體(ti)阻力(li)🈲将會(hui)非常(chang)高，流(liu)量計(ji)🌈的測(ce)量精(jing)度也(ye)會降(jiang)低。
(三(san))減少(shao)漏氣(qi)對氣(qi)體渦(wo)輪流(liu)量計(ji)精度(du)的影(ying)響
　　流(liu)向葉(ye)片的(de)驅動(dong)扭矩(ju)Tr變小(xiao)，影響(xiang)流量(liang)計的(de)精度(du)。所以(yi)，氣動(dong)渦輪(lun)機與(yu)内壁(bi)之間(jian)的間(jian)隙通(tong)常小(xiao)于0.5至(zhi)1mm。重🛀🏻疊(die)系數(shu)通常(chang)用于(yu)指示(shi)兩個(ge)相鄰(lin)渦輪(lun)葉片(pian)相互(hu)重疊(die)的程(cheng)度。重(zhong)複的(de)元素(su)不應(ying)該太(tai)小。否(fou)則，洩(xie)漏增(zeng)加，重(zhong)疊因(yin)子通(tong)常從(cong)1－1.1中🐆選(xuan)擇。
四(si)、壓力(li)、溫度(du)及壓(ya)縮系(xi)數的(de)修正(zheng)
　　氣體(ti)的體(ti)積與(yu)壓力(li)、溫度(du)和壓(ya)縮系(xi)數有(you)關。氣(qi)體渦(wo)輪流(liu)量計(ji)必須(xu)通過(guo)壓力(li)和溫(wen)度校(xiao)正将(jiang)在運(yun)行條(tiao)件下(xia)測量(liang)🛀的體(ti)❌積轉(zhuan)換爲(wei)标準(zhun)條件(jian)下的(de)體積(ji)值。當(dang)氣體(ti)溫㊙️度(du)較低(di)并且(qie)壓力(li)較高(gao)時，必(bi)須考(kao)慮壓(ya)縮因(yin)子的(de)影響(xiang)🔴，以确(que)保高(gao)精度(du)的氣(qi)體流(liu)量測(ce)量。
(一(yi))壓力(li)、溫度(du)修正(zheng)的必(bi)要性(xing)
　　流量(liang)計的(de)校準(zhun)溫度(du)設置(zhi)爲25°C，設(she)壓力(li)爲0.1MPa。在(zai)氣體(ti)介質(zhi)的現(xian)實操(cao)作溫(wen)度爲(wei)0℃，氣壓(ya)爲0.1MPa時(shi)，忽略(lue)溫度(du)的影(ying)響會(hui)導緻(zhi)以下(xia)誤差(cha):

　　在氣(qi)态介(jie)質溫(wen)度的(de)實際(ji)操作(zuo)中，測(ce)量值(zhi)爲25°C，壓(ya)力爲(wei)0.105MPa，如果(guo)流💛量(liang)計溫(wen)度在(zai)25°C，0.1MPa壓力(li)下校(xiao)準，則(ze)會導(dao)緻忽(hu)略壓(ya)力的(de)誤差(cha):

　　忽略(lue)溫度(du)和壓(ya)力的(de)影響(xiang)，發生(sheng)較大(da)的誤(wu)差，因(yin)此有(you)必要(yao)對溫(wen)度☂️和(he)壓力(li)進行(hang)校正(zheng)，壓力(li)傳感(gan)器和(he)溫度(du)傳感(gan)器盡(jin)可能(neng)使用(yong)高精(jing)度産(chan)品。如(ru)果流(liu)量計(ji)的精(jing)度爲(wei)1%，則溫(wen)度傳(chuan)感器(qi)的精(jing)度必(bi)須高(gao)于0.2°C，壓(ya)力傳(chuan)感器(qi)的精(jing)度必(bi)須高(gao)于0.2%。
(二(er))修正(zheng)氣體(ti)壓縮(suo)系數(shu)
1.壓縮(suo)系數(shu)修正(zheng)的必(bi)要性(xing)
　　壓縮(suo)系數(shu)是測(ce)量實(shi)際氣(qi)體接(jie)近理(li)想氣(qi)體程(cheng)度的(de)參數(shu)。壓縮(suo)因子(zi)随着(zhe)溫度(du)和壓(ya)力而(er)變化(hua)，并且(qie)一般(ban)來說(shuo)💁該功(gong)能通(tong)🔴過比(bi)較壓(ya)力Pr和(he)溫度(du)Tr來表(biao)示。Pr=P/Pm;Tr=T/Tm。比(bi)如說(shuo)，天然(ran)氣🤞臨(lin)界溫(wen)度Tm是(shi)191.16k，臨界(jie)壓力(li)Pm是4.64mpa。在(zai)溫度(du)爲0℃時(shi)和壓(ya)力爲(wei)0.2MPa時，Pr=0.2/4.64，Tr=273/191，16;Z=0.995。忽(hu)略Z的(de)值則(ze)🤟誤差(cha)爲0.502%。
　　由(you)于流(liu)量計(ji)的相(xiang)對誤(wu)差必(bi)須保(bao)持在(zai)1%或1.5%以(yi)内，如(ru)果壓(ya)力大(da)于0.2Mpa，則(ze)必須(xu)考慮(lü)壓縮(suo)系數(shu)。
　　可以(yi)從一(yi)般曲(qu)線或(huo)使用(yong)狀态(tai)方程(cheng)計算(suan)Z值。爲(wei)了便(bian)于計(ji)算💋，使(shi)用二(er)次拟(ni)合曲(qu)線的(de)方法(fa)近似(si)Z值。求(qiu)解Z值(zhi)時，選(xuan)擇在(zai)研究(jiu)範圍(wei)内均(jun)勻分(fen)布的(de)6個Tr點(dian)作爲(wei)比較(jiao)🏃🏻溫度(du)範圍(wei)内的(de)參考(kao)點，以(yi)及Z和(he)Pr之間(jian)的簡(jian)單函(han)數關(guan)系我(wo)明白(bai)了。在(zai)溫度(du)🚩爲T1的(de)時候(hou)，對比(bi)溫度(du)是Tr1，壓(ya)縮系(xi)🛀🏻數是(shi)ZT1;在溫(wen)度爲(wei)T2的時(shi)候，對(dui)比溫(wen)度是(shi)Tr2，壓縮(suo)系數(shu)是ZT2;在(zai)❌現實(shi)中的(de)氣體(ti)測量(liang)時，氣(qi)體成(cheng)分的(de)變化(hua)通常(chang)☁️來說(shuo)不會(hui)太大(da)，所以(yi)Tm和Pm的(de)值應(ying)該保(bao)持不(bu)變。
五(wu)、結束(shu)語
(1)校(xiao)準小(xiao)直徑(jing)、小流(liu)量渦(wo)輪流(liu)量計(ji)應使(shi)用标(biao)準鍾(zhong)形裝(zhuang)😘置。校(xiao)準大(da)直徑(jing)大流(liu)量渦(wo)輪流(liu)量計(ji)應使(shi)用聲(sheng)波🆚噴(pen)嘴。标(biao)準♻️渦(wo)輪流(liu)量🤩計(ji)也可(ke)以用(yong)作内(nei)徑爲(wei)100mm，大于(yu)100mm的渦(wo)輪流(liu)📧量計(ji)的❓标(biao)準設(she)備，但(dan)需要(yao)每年(nian)重新(xin)驗證(zheng)一次(ci)。
(2)合理(li)設計(ji)校準(zhun)系統(tong)，确保(bao)燃氣(qi)輪機(ji)流量(liang)計前(qian)後有(you)足夠(gou)的直(zhi)管段(duan)，如果(guo)由于(yu)管路(lu)限制(zhi)導緻(zhi)直管(guan)段長(zhang)度不(bu)🍓夠，在(zai)流量(liang)🏃計前(qian)🌏安裝(zhuang)整流(liu)器。當(dang)氣體(ti)質量(liang)較差(cha)時，應(ying)安裝(zhuang)過濾(lü)㊙️器以(yi)避免(mian)雜質(zhi)對系(xi)統的(de)影響(xiang)。當氣(qi)體含(han)水量(liang)較大(da)時，應(ying)安裝(zhuang)脫水(shui)幹燥(zao)裝置(zhi)。
(3)在選(xuan)擇最(zui)佳設(she)計和(he)選擇(ze)高精(jing)度輔(fu)助設(she)備(如(ru)壓力(li)傳感(gan)器、溫(wen)度和(he)計時(shi)設備(bei))時，精(jing)度必(bi)須高(gao)于被(bei)測渦(wo)輪機(ji)表的(de)要求(qiu)精度(du)。并将(jiang)📧系統(tong)誤差(cha)降至(zhi)最低(di)。
(4)遵循(xun)嚴格(ge)的校(xiao)準程(cheng)序以(yi)符合(he)校準(zhun)所需(xu)的溫(wen)度、壓(ya)力、濕(shi)度⛹🏻‍♀️和(he)其他(ta)環境(jing)條件(jian)。
(5)正确(que)處理(li)數據(ju)并充(chong)分考(kao)慮通(tong)過标(biao)準設(she)備、測(ce)試表(biao)和标(biao)準設(she)備本(ben)身的(de)錯誤(wu)時氣(qi)體狀(zhuang)态的(de)差異(yi)。标準(zhun)設備(bei)必須(xu)認真(zhen)管理(li)，并按(an)照技(ji)術監(jian)督局(ju)的規(gui)定進(jin)行定(ding)期測(ce)試。

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