环形管流量计不同测点位置的信号分析及误差估计

　　环形管流量计是20世纪80年代人们提出的差压式流量计,可以说它是弯管流量计的一种特例.一直以来,人们总认为比较弯管流量计,环形管流量计具有精确度高,流量系数稳定,离散性小等特点[1].但实际上对环形管流量计有很多严格限制,稳定的流量系数试验式只有在规定的测压孔位置、直径,满足要求的进出口直管段长度等条件下才能得到[1～3].本文中,我们设计了一个多圈环形管流量计,在4个不同位置测量差压,多次重复试验得到了同一流量下各个测点的实验数据和流量系数.结果表明,环形管流量计的差压输出随着测点位置的不同有很大的差异,流量系数也有不同的变化趋势.这不能不引起设计和使用者的注意.

　　1　环形管流量计的结构

　　我们设计的多圈环形管流量计是一个两圈环形管,管道内径D为50 mm,环形管半径R为250 mm.环形管结构如图1和图2所示.

　　在环形管水平直径方向设置两对差压取压口,距流体进口270°的下降段和450°的上升段各取一差压信号,如图1中的ΔP1、ΔP2.取压口位于环形管内外侧同一水平高度,由信号管与差压变速器相连.

　　环形管进出口环的上端截面(如图1中A-A截面)和下端截面(如图1中B-B截面)处开设取压口,分别测量环形管进口上升段的差压ΔP3和出口下降段的差压ΔP4,具体位置如图2所示.

　　2　不同测点位置的流量信号比较

　　将环形管安装在水流量试验装置上,4个差压取压口分别接上4个U形管差压计,测压液体为四氯化碳,密度为1 595 kg/m3.试验流量范围为3.5 m3/h到45 m3/h.由于采用U形管差压计,ΔP3和ΔP4由于两取压口高度差引起的差压不会在差压计中显示.ΔP3和ΔP4的差压显示值都是流体流动造成的信号差压.

　　为了使实验结果更加可信,我们在试验流量范围内反复做了十多次试验,获得了大量数据.表1所示为其中一组实验数据.在每一流量下测得4个信号差压值ΔP1～ΔP4,根据式(1)处理得流量系数α1～α4.

　　实验结果表明,根据第一取压口的信号差压得到的流量系数α1具有最小的方差,不作任何修正,α1的变化也在±1.9%的范围内;α2～α4虽然方差较大,但它们的变化趋势都是随流量的增大而逐渐增加,所以,应该可以方便地得到修正.

　　在3.5 m3/h到45 m3/h的试验流量范围做11个流量点,每点10次重复试验所得到的流量系数结果如图3所示.从图3中可以看出,除最小流量3.5 m3/h这一点外,其它流量点上流量系数α均具有较好的一致性.

　　分析原始数据发现,最小流量点上流量系数之所以离散性较大,是因为该流量点由于流量小,差压也非常小,液柱高度只有3～5 mm,而采用U形管差压计的读数误差有时就可达1 mm.在这种情况下,该点数据的可信度就变得很差.根据误差处理的规则,该流量点的数据应该舍弃.