燃油流量高精度计量的研究

　　1　引言

　　在出现能源紧缺和提倡可持续发展的今天,燃油流量高精度计量具有重要意义。目前,可应用的流量传感器有多种。容积式准确度高,但一旦发生故障, 将造成堵塞,停止供油,不适合生产过程在线燃油计量。科里奥利力式质量流量计,价格昂贵,一般用户难以接受。比较而言,涡轮流量传感器是一种较好的选择。 涡轮流量传感器由于结构简单、体积小、精度高、量程范围宽、输出频率信号等优点而得到广泛的应用。然而涡轮流量传感器是一种体积式流量计,燃油体积具有一 定的温度膨胀性,必然会给计量引入误差。此外,在不同温度下,燃油的粘度、密度、润滑性以及涡轮本身尺寸的变化等因素也将影响计量的精度。

　　本文就燃油的密度变化、传感器尺寸变化等因素进行了研究,并提出了两种新的温度补偿方法,使燃油计量的精度分别优于0.2%和0.25%。

　　2　原理分析

　　2·1　涡轮流量传感器的仪表系数

　　涡轮的运动微分方程为[1]

式中:J为涡轮的转动惯量;ω为涡轮的旋转角速度;Tr为流体对叶片的推动力矩;Trm为涡轮轴与轴承之间的机械摩擦阻力矩;Trf为流体对涡轮的阻力矩;Tre为电磁检测器对涡轮的电磁阻力矩。

　　通常情况下,电磁阻力矩Tre比较小,其影响可以忽略。在正常工作条件下,涡轮以稳定的角速度ω旋转。当流量大于始动流量值以后,机械阻力矩Trm的影响可以忽略。影响流量计量特性的主要因素为流体阻力矩Trf,这样就可认为

　　分析式(8)可得:在湍流流动状态下,体积仪表系数K仅与传感器本身结构参数有关,而与流量qv、粘度μ、介质密度ρ等参数无关,可近似为一常数。

　　2·2　涡轮流量传感器内部尺寸变化对计量精度的影响

　　涡轮流量传感器内部流体温度变化较大时,将会引起传感器内部尺寸的变化,从而对涡轮流量传感器仪表系数造成影响,其修正系数为[1]

式中:a1为传感器壳体材料膨胀系数;a2为传感器内叶轮材料膨胀系数;Δt为工作温度与标定温度之差。

　　工作温度t℃时的体积仪表系数为

式中:K0为标定温度时的体积仪表系数。涡轮流量传感器壳体材料为不锈钢(1Gr18Ni9Ti),叶轮材料为2Gr13,在20~100℃范围内 的线膨胀系数分别为16.60×10-6和10.50×10-6。设标定温度为40℃,工作温度为50℃,即Δt为10℃,此时传感器内部尺寸变化对体积 仪表系数影响的修正系数K1为

式中:K50为传感器在50℃时的体积仪表系数;K40为传感器在40℃时的体积仪表系数。