雙氧水管道流量計在使用中刻度轉換問(wèn)題的實(shí)例分析

雙氧水管道流量計的刻度一般是在出廠(chǎng)時(shí)用水、空氣或者其他介質(zhì)在標準狀態(tài)下進(jìn)行標定的；另外，在實(shí)驗室的檢定過(guò)程中，由于環(huán)境影響以及實(shí)驗條件的限制，實(shí)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(shí)驗室狀態(tài)對流量計進(jìn)行檢定，就需要對實(shí)驗條件下標定的流量計進(jìn)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(gè)錐形管內裝有上下移動(dòng)的浮子，并且始終保持浮子前后壓降不變，通過(guò)改變浮子與錐形管壁之間的流通面積來(lái)改變流量，因此也稱(chēng)為恒壓降流量計或變面積流量計 。當流體流經(jīng)錐形管時(shí)，由于浮子的節流降壓作用，在浮子的上下游產(chǎn)生一個(gè)壓力降，此壓力降與浮子最大截面積的乘積即為浮子受到的上升力，同時(shí)由于被測流體流經(jīng)浮子表面時(shí)也會(huì )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(shí)，浮子便會(huì )繼續上升；然而隨著(zhù)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(huì )減小，浮子上下端面的壓力差隨即會(huì )降低，因此作用于浮子的上升力與粘性力減小。在浮子移動(dòng)過(guò)程中，當上升力、粘性力和重力相平衡時(shí)浮子便會(huì )靜止，保持在平衡位置，此時(shí)便可以讀出浮子的瞬時(shí)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(shí)，浮子的上升高度與流量存在一定的對應關(guān)系。在一定流量下浮子受合力為零，保持在平衡位置，根據力平衡進(jìn)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，無(wú)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，有

，式中：f V 為浮子的體積，單位為m，g 為當地重力加速度，單位為m/s2。
（3）浮子的自重

當浮子受合力為零時(shí)處于平衡位置，有

進(jìn)而得到

可以看出，浮子無(wú)論在什么位置保持平衡，流體的流速是個(gè)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、體積流量分別用0 、0 C 、q0 表示，則體積流量可表示為

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

因此，實(shí)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(guān)系：

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

4、刻度轉換實(shí)例分析
實(shí)驗室現有一臺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(shí)驗室條件下，由于條件限制只能用水流量標準裝置進(jìn)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(chēng)重法對該雙氧水管道流量計的5m/h 流量點(diǎn)分別進(jìn)行6 次標定。測量過(guò)程中水溫保持(23.1±0.1)℃，進(jìn)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，第一次測量標準表讀數為3.914 m/h，第二次為3.918 m/h，第三次為3.917 m/h，第四次為3.920m/h，第五次為3.919 m/h，第六次為3.916 m/h。稱(chēng)重法測量6次的數據分別為：第一次測量時(shí)間為61.28 秒，電子稱(chēng)讀數為67.64kg，第二次測量時(shí)間為62.33 秒，電子稱(chēng)讀數為68.08kg，第三次測量時(shí)間為61.99 秒，電子稱(chēng)讀數為67.96kg，第四次測量時(shí)間為62.57 秒，電子稱(chēng)讀數為68.44kg，第五次測量時(shí)間為62.45 秒，電子稱(chēng)讀數為68.42kg，第六次測量時(shí)間為61.29 秒，電子稱(chēng)讀數為67.69kg。
通過(guò)查技術(shù)手冊可知，乙醇密度為789.2kg/m，20℃時(shí)乙醇粘度為1.2×10-3Pa·s，水溫為23.1℃時(shí)水的密度為997.513kg/m，動(dòng)力粘度為0.9358×10-3Pa·s，浮子材料為不銹鋼，密度為7920kg/m。
當浮子穩定在平衡位置5m/h 處時(shí)，由標準表讀數得出流量平均值為q1=3.92m/h。由電子稱(chēng)的讀數得出稱(chēng)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(diǎn)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(guò)上述實(shí)驗以及對試驗數據的分析可知，在介質(zhì)粘度相差不大時(shí)，可以對雙氧水管道流量計刻度流量進(jìn)行換算，其實(shí)驗結果滿(mǎn)足理論計算值的允許范圍。但是當實(shí)際標定的介質(zhì)與流量計出廠(chǎng)標定時(shí)介質(zhì)狀態(tài)相差較大時(shí)，浮子阻力系數的影響不能忽略，則需要考慮介質(zhì)粘度的影響。

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