气体浮子流量计测量误差的实验研究

　　1　引　言

　　浮子流量计原理简单,应用面广,适用于中小流量测量。特别是金属管浮子流量计,工作可靠,是过程控制领域重要的流量仪表之一。按照行业标准[1]检定规程[2],液体浮子流量计应在液体流量标准装置上进行检定(因被测介质通常为水,以下简称为水装置),气体浮子流量计应在气体流量标准装置(以下简称为气装置)上进行检定。水装置具有技术成熟、成本低、流量范围宽等优点,众多生产厂家、研究所和高校前期投入了大量的人力、物力进行建设。能否避免气装置的投入,在水装置上检定某个精度范围的气体浮子流量计呢?目前,未见到相关文献对上述问题进行论述,故本文采用实验方法对其进行研究。研究对象为一台口径50mm、精度等级1.5级的气体金属锥管浮子流量计。在水流量标准装置上重新对其进行检定并刻度表盘后,分别对其在水流量标准装置和气体流量标准装置上的测量误差进行了实验研究。①

　　2　计算公式

　　2.1　体积流量公式

　　如图1所示,浮子流量计的检测元件由锥管和沿锥管中心轴上下移动的浮子组成。

　　作用在浮子上的力主要有三个:压差力F1、浮力F2和重力W,F1和F2构成浮子所受的升力。被测流体自下而上流过浮子流量计时,若浮子所受升力于W时,浮子便稳定在某一高度h。

　　在图1所示的浮子截面1-1′和2-2′处建立非粘性流体稳定流动时的总流伯努利方程:

　　2.2　刻度换算公式

　　在水装置上检定气体浮子流量计时,由于检定介质是水,被测介质是具有压缩性的空气,而表盘以标准状态下的空气流量进行刻度,由式(2)可得浮子流量计的刻度换算公式[3]为:

　　2.3　误差公式

　　本文中浮子流量计第i个实验点的误差ri的计算公式[1]为:

　　3　实验装置

　　3.1　水装置

　　实验使用的水装置如图2所示,被测介质为水。该标准装置采用水塔稳压(32. 5m),流量范围连续可调,能够分别使用称重法和标准表法对流量计进行检定,称重法的精度为0. 15%。本实验中,先用称重法对标准表进行检定,使其精度达到0. 3%,然后用标准表法对浮子流量计进行实验研究。

3.2　气装置

　　实验使用正压法音速喷嘴气体流量标准装置,如图3所示,被测介质为空气。气源由两台标态排量均为198m3/h的空气压缩机提供,之后气体进入两个相并联的储气罐,储气罐容积均为13m3。

　　储气罐出口处安装稳压阀,以保证下游气体压力稳定在设定值。压缩后的空气经储气罐、稳压阀、进气阀进入实验管段,流过被检流量计后流入滞止容器,然后流过音速喷嘴,每个喷嘴下游皆安装气动阀门,由计算机控制各气动阀门的开关,空气流经喷嘴后由管道排向室外,管道末端装有消音器。该装置上共安装了11个音速喷嘴,其参数如表1所示。根据被检流量计的流量,选择数个音速喷嘴管路并联组合,可以满足被检流量计流量调节的需要。