測機油流量用流量計在測（cè）量管道流體脈動流時的特性規律
點擊次數：2014 發布時間：2021-01-19 15:14:18
1.1脈動流的產（chǎn）生
脈動常見於工（gōng）業管（guǎn）流，它多由（yóu）旋轉式或往複式壓氣機、鼓風機（jī）和泵產生。有脈動輸出的泵（如隔膜泵、活塞泵、電磁泵、蠕動泵等）出口的液體狀態，由於泵是周期性工作，出口流量是呈脈衝狀。管道中流體的共振和流量控製設備的周期振蕩，例如控製閥的振蕩（dàng），也是（shì）脈動的（de）主要起因。流體在以較高的流（liú）速流過t型（xíng）接頭中的直線管段時，常會引發三通中（zhōng）的*三（sān）隻口內流體脈動。脈動一旦形（xíng）成就會在流體中傳播，不但可向脈動源的下遊傳播，也可向其上遊傳播。脈動經一段距（jù）離的傳播常因壓（yā）縮作用（yòng）而強度減弱。
所謂脈動流是指流體在測量區域的流速是時間的函數,但在一（yī）個足夠長的時間段內有一個恒定的平均值。脈（mò）動流的存在會（huì）導致流量計出現計量誤差（chà）,甚至（zhì）不（bú）能正常工作。如何校正（zhèng）或減少脈動對流量測量特性的影響,是流（liú）量測（cè）量中比較重要的課題。本文對測機油流量用流量計在脈動（dòng）流（liú）中（zhōng）的特性進（jìn）行了研究。利用渦（wō）輪流量傳感器的數學模型,求出了（le）在正弦脈動流作用下的角加速度與脈動（dòng）頻率及振（zhèn）幅的理論關係式,通過對不同脈動頻率和振（zhèn）幅下測機油流量用流量計誤差（chà）的編程計算,總結並驗證了脈動流對測機油流量用流（liú）量（liàng）計誤差的影（yǐng）響（xiǎng）規律。
1.2、脈動對測機油流（liú）量用流量計流量測量的影響
對於（yú）有（yǒu）固定（dìng）周期的脈（mò）動（dòng）流，可用周期來描述其脈（mò）動出現的頻繁程度。一個周期有的可能要數小時，有的可能隻需幾秒鍾（zhōng）。周期長、幅值較小的脈動，一般說來各種流量（liàng）計都能跟蹤這種變化，同時保持它們參（cān）比條件下的準確度。
周期短、幅值（zhí）較大的脈動，對除容積式流量（liàng）計之外的絕大多數（shù）種類流量計都有較顯著影響，出現較大誤差。
2. 1、誤差方程及其計算
應用機（jī）翼理（lǐ）論來分析作用在渦（wō）輪轉子上的（de）驅動力矩和阻（zǔ）力矩,可得到（dào）其運動方程（chéng）:
式中, J為（wéi）葉片轉動慣量, θ為葉片（piàn）與軸（zhóu）線之間的夾（jiá）角, r 為渦輪（lún）葉片（piàn）的（de）平均半徑, A為管道流道麵積,ρ為流體（tǐ）密度,ω為渦（wō）輪（lún）的旋轉（zhuǎn）角速度, Q為通過管道的（de）流量。
若把脈動流表示（shì）為Q= asin2πfp t ,經分析整理,可得出渦（wō）輪旋轉（zhuǎn）加速度與脈動流各參數的關係:其中, c為穩態時的（de）ω值。此時其顯示誤差可（kě）用下式表示: E= ω/c- 1對特定的測機油流量用流量計和不同的脈動流,可編程計算出（chū）( 2)式在（zài）脈動周期內（nèi）各離散點所對應的ω( t ) , 據此可（kě）計算出測機油流量用流量計（jì）顯示誤差E,並畫出相應曲線。
2. 2 結（jié）果與分析
經過計算（suàn）分析,發現導致測機油流量用流量計（jì）產生誤差的主（zhǔ）要因素是脈動流的振幅和頻率,通過對多幅圖形的比較,發現（xiàn）有如下規律:
1)從曲線分布的象限來看,脈動（dòng）流導致（zhì）測機油（yóu）流量用流量計（jì）出現一個正誤差。當流（liú）體存在脈動時,在加（jiā）速流體中,葉片的轉（zhuǎn）動慣量能引起轉子速度變慢,落後於定（dìng）常流時的轉（zhuǎn）速; 在減速流體中,葉片的轉動慣量能導致轉子速（sù）度加快,超過定常流時的轉（zhuǎn）速。由於加速（sù）時的影響（xiǎng）比減速時的（de）影響小得多,因此,脈動流（liú）存在時流量計顯示的平均流速遠大於平均流量,出現正誤差,此誤差有時*大可達50%。
2)當脈動頻率fP小（xiǎo）於渦輪轉子的角頻率（lǜ）ω時,測機油流量用流量計類似輸入脈衝,測量結果接近真值,脈動流所引（yǐn）起的誤差（chà）很小。當脈（mò）動頻率fP 大於渦輪（lún）轉子的角頻率ω時,響應失真,會引起較大誤差（chà）,且隨著頻率的增大,誤差隨著（zhe）增大,*終趨於穩定(如圖1,圖2)。
3)當脈動頻率大於渦輪轉子的角加速度時,頻率脈動振幅的變（biàn）化能（néng）引起測機油流量用（yòng）流量計的測量（liàng）誤差產生大的改變,此誤（wù）差隨（suí）著脈動振幅的增大而升高,*大可達50% ,但*終趨於穩（wěn）定(如圖3,圖4, a 為脈動振幅與穩態振幅之比)。
3、結論
從以上分析計算可知,脈動（dòng）流使（shǐ）測機油流（liú）量用流量計產生一個正的係統誤差,該誤差受脈動頻率和振幅的影響。當脈（mò）動頻率小於角加速度（dù）時,其誤差可認為為零; 當脈動振幅小於某一振幅值時,其誤差（chà）亦可認（rèn）為（wéi）不影響測機油流量用流（liú）量計的精度。脈動流對測機油流量用流量計測量精確度的影響存在*限（xiàn）值（zhí）
脈動常見於工（gōng）業管（guǎn）流，它多由（yóu）旋轉式或往複式壓氣機、鼓風機（jī）和泵產生。有脈動輸出的泵（如隔膜泵、活塞泵、電磁泵、蠕動泵等）出口的液體狀態，由於泵是周期性工作，出口流量是呈脈衝狀。管道中流體的共振和流量控製設備的周期振蕩，例如控製閥的振蕩（dàng），也是（shì）脈動的（de）主要起因。流體在以較高的流（liú）速流過t型（xíng）接頭中的直線管段時，常會引發三通中（zhōng）的*三（sān）隻口內流體脈動。脈動一旦形（xíng）成就會在流體中傳播，不但可向脈動源的下遊傳播，也可向其上遊傳播。脈動經一段距（jù）離的傳播常因壓（yā）縮作用（yòng）而強度減弱。
所謂脈動流是指流體在測量區域的流速是時間的函數,但在一（yī）個足夠長的時間段內有一個恒定的平均值。脈（mò）動流的存在會（huì）導致流量計出現計量誤差（chà）,甚至（zhì）不（bú）能正常工作。如何校正（zhèng）或減少脈動對流量測量特性的影響,是流（liú）量測（cè）量中比較重要的課題。本文對測機油流量用流量計在脈動（dòng）流（liú）中（zhōng）的特性進（jìn）行了研究。利用渦（wō）輪流量傳感器的數學模型,求出了（le）在正弦脈動流作用下的角加速度與脈動（dòng）頻率及振（zhèn）幅的理論關係式,通過對不同脈動頻率和振（zhèn）幅下測機油流量用流量計誤差（chà）的編程計算,總結並驗證了脈動流對測機油流量用流（liú）量（liàng）計誤差的影（yǐng）響（xiǎng）規律。
1.2、脈動對測機油流（liú）量用流量計流量測量的影響
對於（yú）有（yǒu）固定（dìng）周期的脈（mò）動（dòng）流，可用周期來描述其脈（mò）動出現的頻繁程度。一個周期有的可能要數小時，有的可能隻需幾秒鍾（zhōng）。周期長、幅值較小的脈動，一般說來各種流量（liàng）計都能跟蹤這種變化，同時保持它們參（cān）比條件下的準確度。
周期短、幅值（zhí）較大的脈動，對除容積式流量（liàng）計之外的絕大多數（shù）種類流量計都有較顯著影響，出現較大誤差。
2. 1、誤差方程及其計算
應用機（jī）翼理（lǐ）論來分析作用在渦（wō）輪轉子上的（de）驅動力矩和阻（zǔ）力矩,可得到（dào）其運動方程（chéng）:
式中, J為（wéi）葉片轉動慣量, θ為葉片（piàn）與軸（zhóu）線之間的夾（jiá）角, r 為渦輪（lún）葉片（piàn）的（de）平均半徑, A為管道流道麵積,ρ為流體（tǐ）密度,ω為渦（wō）輪（lún）的旋轉（zhuǎn）角速度, Q為通過管道的（de）流量。
若把脈動流表示（shì）為Q= asin2πfp t ,經分析整理,可得出渦（wō）輪旋轉（zhuǎn）加速度與脈動流各參數的關係:其中, c為穩態時的（de）ω值。此時其顯示誤差可（kě）用下式表示: E= ω/c- 1對特定的測機油流量用流量計和不同的脈動流,可編程計算出（chū）( 2)式在（zài）脈動周期內（nèi）各離散點所對應的ω( t ) , 據此可（kě）計算出測機油流量用流量計（jì）顯示誤差E,並畫出相應曲線。
2. 2 結（jié）果與分析
經過計算（suàn）分析,發現導致測機油流量用流量計（jì）產生誤差的主（zhǔ）要因素是脈動流的振幅和頻率,通過對多幅圖形的比較,發現（xiàn）有如下規律:
1)從曲線分布的象限來看,脈動（dòng）流導致（zhì）測機油（yóu）流量用流量計（jì）出現一個正誤差。當流（liú）體存在脈動時,在加（jiā）速流體中,葉片的轉（zhuǎn）動慣量能引起轉子速度變慢,落後於定（dìng）常流時的轉（zhuǎn）速; 在減速流體中,葉片的轉動慣量能導致轉子速（sù）度加快,超過定常流時的轉（zhuǎn）速。由於加速（sù）時的影響（xiǎng）比減速時的（de）影響小得多,因此,脈動流（liú）存在時流量計顯示的平均流速遠大於平均流量,出現正誤差,此誤差有時*大可達50%。
2)當脈動頻率fP小（xiǎo）於渦輪轉子的角頻率（lǜ）ω時,測機油流量用流量計類似輸入脈衝,測量結果接近真值,脈動流所引（yǐn）起的誤差（chà）很小。當脈（mò）動頻率fP 大於渦輪（lún）轉子的角頻率ω時,響應失真,會引起較大誤差（chà）,且隨著頻率的增大,誤差隨著（zhe）增大,*終趨於穩定(如圖1,圖2)。
3)當脈動頻率大於渦輪轉子的角加速度時,頻率脈動振幅的變（biàn）化能（néng）引起測機油流量用（yòng）流量計的測量（liàng）誤差產生大的改變,此誤（wù）差隨（suí）著脈動振幅的增大而升高,*大可達50% ,但*終趨於穩（wěn）定(如圖3,圖4, a 為脈動振幅與穩態振幅之比)。
3、結論
從以上分析計算可知,脈動（dòng）流使（shǐ）測機油流（liú）量用流量計產生一個正的係統誤差,該誤差受脈動頻率和振幅的影響。當脈（mò）動頻率小於角加速度（dù）時,其誤差可認為為零; 當脈動振幅小於某一振幅值時,其誤差（chà）亦可認（rèn）為（wéi）不影響測機油流量用流（liú）量計的精度。脈動流對測機油流量用流量計測量精確度的影響存在*限（xiàn）值（zhí）