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                              蒸汽實流檢定渦街流量計不確定度分析
                              發布時間:2022-4-20 08:30:49

                              [摘要]渦街流量計被大量、廣泛地應用于蒸汽流量的計量,對渦街流量計的檢定目前主要采用以空氣代替蒸汽作為檢定介,質進行檢定,不可避免地對檢定結果有一定的影響。文章基于冷凝稱重法蒸汽流量檢定裝置對渦街流量計進行檢定,并對結果進行分析,給出了在蒸汽實流標定下的不確定度評定方法及結果。
                                蒸汽在工業生產中是一種重要的二次能源,它的準確計量對當前國內的節能降耗,提高企業能源管理水平起著關鍵的作用。蒸汽由于其復雜的物理特性是其成為流量計量中一個難于解決的問題。目前用于蒸汽流量計量的儀表主要有渦街流量計、分流旋翼式流量計以及節流式流量計等,近幾年來渦街流量計由于其壓損小、精度高、測量范圍寬等特點,被大量應用于蒸汽流量的測量。渦街流量計可以用來計量液體、氣體以及蒸汽的流量,渦街流量計由傳感器和轉換器兩部分組成。根據卡門渦街原理,漩渦發生體形成漩渦后,傳感器采集頻率信號,通過轉換器放大、濾波處理后計算并顯示瞬時流量和累計流量。
                              1蒸汽實流檢定裝置的結構原理
                                蒸汽實流檢定裝置的計量方法是蒸汽冷凝稱重法,是把蒸汽經過一系列處理后,通過被檢定蒸汽流量計后冷凝成水進行稱量,稱量的水和通過流量計的蒸汽量的質量是相等的,同時采集通過流量計的時間,由流量公式計算得到流量,達到檢定流量計的目的。該裝置主要由穩壓罐、電子秤、冷凝器、換向器、溫度變送器、壓力變送器、冷卻塔等組成,其工作原理如圖1所示。
                               
                              2渦街流量計實流標定下數學建模
                                蒸汽流量標準裝置采用冷凝稱重法,是對流過蒸汽流量儀表的質量流量的計量,因此,用蒸汽流量標準裝置對渦街流量計進行檢測,其單次測量的誤差公式為:
                               
                                式中:E1為渦街流量計示值誤差,%;mt為渦街流量計顯示值,,kg;.ms為標準裝置的流量示值,kg。
                              3不確定度分析
                              3.1標準裝置的不確定度u,(m,)
                                標準裝置的不確定度等級為ur(ms)=0.2%,按正態分布,k=2,則
                              ur(ms)=0.2%/2=0.1%
                              靈敏系數cr(ms)=მE1/მns=-1.02
                              3.2被檢流量計顯示值的不確定度u,(m)
                                由于所選渦街為流量積算儀加渦街流量傳感器的形式,此方式也為當前大多數生產廠家所采用,這里需要將流量傳感器與流量積算儀的不確定度共同作為
                                被檢流量計顯示值的不確定度“[1]。
                              (1)數學模型
                               
                                式中:b為阻流件的寬度,m;`u為流經流量計的流體平均流速,m/sf為旋渦的頻率,Hz,Sr為斯特羅哈爾數;Qt為檢定期間流過流量計的累積量,m³;s為流量計的流通面積,m²;t為檢定時間,so
                               
                                式中:ϱi;為檢定期間流經流量計的蒸汽密度,kg/m³;`P,為檢定期間流經流量計的蒸汽平均壓力,MPa;`Tt為檢定期間流經流量計的蒸汽平均溫度,K。
                               
                                式中:mt為檢定期間流經流量計的蒸汽累積質量,kg;n為檢定期間流經流量計輸出脈沖數。
                                所以取0.9MPa,250℃蒸汽條件下,靈敏系數cr(`pt)=1.03;cr(`Tt)=-0.5523;cr(n)=1。
                              (2)不確定度來源分析[2]
                              ①用于流量計密度計算的絕壓變送器的不確定度ur,p;
                              ②用于流量計密度計算的溫度變送器的不確定度ur,T;
                              ③被檢流量計各流量點誤差重復性ur,E,;
                              ④被檢流量計的平均誤差標準偏差ur,E。
                              (3)標準不確定度分量評定
                              ①流量計密度計算的絕對壓力變送器的不確定度ur,(p)
                                選擇壓力變送器允許誤差0.1%,壓力變送器在滿量程的2/3處使用,按矩形分布考慮。
                               
                              ④被檢流量計的平均誤差的標準偏差u,`E
                               
                                在用蒸汽量為100kg的條件下,對流量儀表各個流量點進行測量,測量結果見表1。
                               
                              4結論
                                采用蒸汽冷凝法蒸汽流量計量檢定裝置對渦街流量計進行檢定,其不確定度的分析與在空氣裝置中采用標準表進行檢定相比較,由于存在以下幾點區別,使分析方法和結論上存在差異。
                              (1)冷凝法蒸汽檢定裝置中是對渦街流量計質量流量的計量,空氣檢定裝置中是對渦街流量計體積流量的計量。
                              (2)冷凝法蒸汽檢定裝置中溫變、壓變是對蒸汽密度的計算,空氣檢定裝置中是將體積流量換算成標準表條件下的體積流量。
                              (3)數學建模方式存在本質性的差異。

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