弯管流量计在高温工作环境下的误差分析

　　一、弯管流量计工作原理

　　流经弯管的流体由于受到管壁施加的向心力作用而产生向心加速运动,形成整体的空间旋转流动。(流态表述)流动向心加速运动的强烈程度由流体的向心加速度表征,并且可以通过测量弯管内、外侧的流体差压信号来确定。在确知弯管弯径比(弯曲程度)和流体介质密度的条件下,测得内、外径的差压时即可以通过公式计算流量。

　　弯管流量计采用90°标准弯管传感器作为流量传感器,并通过在传感器内、外侧45°点测取差压信号进行流量测量(如图1所示),流体流速通常由下式确定。

　　式中,V为平均流速;a为流速系数;R/D为弯管弯径比;ρ1为管内流体密度;ΔP为引起流体向心运动的差压信号。

　　式中,Δp1为弯管传感器45°点外弯侧A点流体的压力增量;Δp2为弯管传感器45°点内弯侧B点流体的压力增量;p1为流体以流速V流动时A点的压力;p10为流体静止时A点的静压力;p2为流体以流速V流动时B点的压力;p20为流体静止时B点的静压力。

　　在流体静止时A、B两点的静压力差(p10-p20)由两点的高度差H及流体的密度确定。即有:

　　二、温差存在时的数据变化及引起的误差

　　在实际应用中,弯管流量计经常用于热水管道等其他与设计条件相比存在温差的环境。由于环境变化,因而测量起来就会有误差的存在。下面主要分析一下误差的产生原因。

　　1、差压变送器引起的误差

　　在弯管流量计的计算公式中,p为弯管内外壁上取点的差压信号。目前测量差压信号Δp通常采用各种差压变送器,典型的测量系统如图2所示。压力p1由A点取出,压力p2由B点取出,并分别通过导压管L1和L2接至差压变送器G的A’和B’端,A与A’、B与B’的高度差分别为H和H’,差压变送器直接测量的差压信号Δp’为:

　　式中,ρ0为导压管中水的密度,它在常压下为温度的函数。在常温条件下,主管道内水温和导压管内的水温相同,即有相同的密度,即

　　在当主管道内水温高出环境温度时,由于热传导的存在,进而使主管道内水和导压管内的水密度不同。实验证明,导压管中的水以热辐射为主要传导方式,导压管内水的温度随导压管长度的延长而迅速衰减。当导管长度达到一定长度L0后,导管内水温和环境温度相同,即密度在L0以后不在变化,在L0范围之内,ρ0为温度的函数,也是长度的函数。

　　上式表明,由差压变送器直接测量的差压信号除含有引起热水的向心加速运动产生的差压信号Δp外,还含有两取压点的高度差H和主管道内热水密度和导压管内水密度的不同而产生的差压误差信号项。