機械摩擦與流體阻力對植物油流量計精度的影響與提高精度方法
點（diǎn）擊次數：1913 發布時間：2021-01-19 15:06:39
摘要：本文在植物油流量計實際應用的基礎上，研究了植物油流量計的性能（néng）特點，分析了影響植（zhí）物油流量計精度的各種因素，並基於該精度測量了植物油流（liú）量計，總結了提高數據準（zhǔn）確（què）性（xìng）的基礎方（fāng）法（fǎ）。
一、引言
儀器的精度一（yī）般有準確度、正確度和精密度。準確度A是檢測真實值和結果二（èr）者的相同程度，並且由A=ε±U表示，其中U是不確定性係統誤差±e和隨機不確定度ΔM綜合的不確定性。精度是測量結果的係統誤差程度。由於（yú）係統誤（wù）差E包括兩部分，確定的係統誤差（chà）和未（wèi）定義（yì）的（de）係統誤（wù）差±e，所以精度可以表示為E=±e。測量（liàng）精度（dù）高，精度等級可達1級、1.5級。測量範圍寬度，測量範圍寬度一般為1:20。
二、機械摩擦與流體阻力對精度的（de）影響
(一)植物油流量計的數學模型
用於渦輪機的轉（zhuǎn）矩一般分為由流過渦輪機的流體產生的驅動轉矩Tr。由渦輪機表麵流動的（de）流體引起的粘性（xìng）摩擦以及渦輪機軸和軸承，齒輪和齒輪施加到渦輪機的機械摩擦力矩（jǔ）Trm。當流體通過渦輪機時（shí）流向渦輪機的流體阻力（lì）轉矩Trf和渦輪機中的磁電轉換器產生的（de）電磁（cí）反衝轉矩Tre。
(二)機械摩擦阻力矩Trm對精度的影響
對於真正的氣體渦輪機流量計，渦輪機必須*先通過靜（jìng）摩擦的阻礙力矩才能旋轉，克服（fú）渦輪靜摩（mó）擦扭矩所需的*小（xiǎo）值稱為流量計的初始流量（liàng）qvmin。如果流量計小於（yú）qvmin，則渦輪不會旋轉，並（bìng）且不會輸出脈（mò）衝（chōng）信號。當流量等於起始流量時，渦輪機啟（qǐ）動，但此時的角速（sù）度（dù）非常小，並且流（liú）體阻力（lì）轉矩Trf的影響可忽略不（bú）計。
(三)流體（tǐ）阻力矩Trf對精度的影響
當流量大於初始流（liú）量的時候，渦輪機旋轉（zhuǎn）角速度隨著流量增加而（ér）增（zēng）加，並且影響流量計精度的主要原因變（biàn）成了由流體產（chǎn）生的牽引扭矩Trf。
1.層流流動狀態時的流量計特性
在層流狀態下，流體流動阻力與流體粘度μ和渦輪機旋轉角速度ω成正比。ω與流體流量成（chéng）正比。
在層流狀態下，儀器係數K與流體粘度（dù）μ的變化有關（guān）。如果粘度不變，則隨著流量qV的增加儀器係數K也將（jiāng）增加。
2.紊（wěn）流（liú）流動狀（zhuàng）態時的流量計特性
在湍流狀（zhuàng）態下，流體的流動阻力與其密度ρ和速度qV成正比。此刻，不可（kě）以（yǐ）算出流體粘度的影響。
三、提（tí）高精度的方法
(一)減少機械阻力
*先，應該完成渦輪機的平（píng）衡，因為如果渦輪機的質量中心不在軸（zhóu）上，則渦輪機本身的重量會為軸承增加額外的慣性力矩，為了提高流量計流量低時的（de）精度，需要提（tí）高加（jiā）工品質，降低機械摩擦阻力。
(二)克服流體阻力的影響
*先，氣動渦（wō）輪機的表（biǎo）麵（miàn）應平滑以減少氣體和渦輪機之間的粘性摩擦。其次，根據Trf=C1μqv的特性和層流狀態Trf中的流體阻力矩，隨著qv的增加儀器係數K也增加。另外，渦輪葉片的重疊率不宜過高。否則流體阻力將會非常高，流量計的測量精度也會降低。
(三)減少漏氣對（duì）植（zhí）物油流量計精度的影響
流（liú）向葉片的驅動扭矩Tr變小，影響流（liú）量計的精度。所以，氣動渦輪機與內壁（bì）之間的間（jiān）隙通（tōng）常小（xiǎo）於0.5至1mm。重疊係數通常用於指示兩個相鄰渦（wō）輪葉片（piàn）相互重疊的程度。重複的元素不應該太小。否則（zé），泄漏增（zēng）加，重（chóng）疊因子（zǐ）通常從1－1.1中選擇。
四、壓力（lì）、溫度及壓縮係數的修（xiū）正
氣體的體積與壓（yā）力、溫度和壓縮係數（shù）有關。植物油流量計必須（xū）通過壓力和（hé）溫度校正將在運行條件下測量的體積（jī）轉換為標準條件（jiàn）下（xià）的體積值。當氣體溫度較低並且壓力較高時，必須考慮壓縮因子的影響（xiǎng），以確保高精度的氣體流（liú）量測量。
(一)壓力（lì）、溫度（dù）修正的必要性
流量計的校準溫度設置為25°C，設壓力為0.1MPa。在氣體（tǐ）介質的現實操作（zuò）溫度為0℃，氣壓為（wéi）0.1MPa時，忽略溫（wēn）度的（de）影響會導致以下誤差:
在氣態介質溫度的實際操作中，測量值為25°C，壓力（lì）為0.105MPa，如果流量計溫度在25°C，0.1MPa壓力下校（xiào）準，則會導致忽略壓力的誤差:
忽略溫度和壓力的影（yǐng）響（xiǎng），發生較大的誤差，因此有必要對溫度和壓（yā）力進行校正（zhèng），壓力傳感器和溫度傳感器盡（jìn）可能使用高精度產品。如果流量計的精度為1%，則溫度傳感器的精度必須高（gāo）於0.2°C，壓力傳感器的精度必須高於0.2%。
(二)修正氣體壓縮係數
1.壓縮係數（shù）修正的必要性
壓（yā）縮係數是（shì）測量實際氣體接近理想氣體程度的參（cān）數。壓縮因子隨（suí）著溫度和壓力而變（biàn）化，並且一（yī）般來說該功能通過比較壓力Pr和溫度Tr來表示。Pr=P/Pm;Tr=T/Tm。比如說，天然氣臨界溫度（dù）Tm是191.16k，臨界壓力Pm是（shì）4.64mpa。在溫度為0℃時和壓（yā）力為0.2MPa時，Pr=0.2/4.64，Tr=273/191，16;Z=0.995。忽略Z的值則誤差為0.502%。
由於（yú）流量計的相（xiàng）對誤差必須保持在1%或1.5%以內，如果壓力大於0.2Mpa，則必須考慮壓縮係數。
可以從一般曲線或使用狀態方（fāng）程計算Z值。為了便（biàn）於計算，使用二次擬合曲線的方法近似Z值。求（qiú）解（jiě）Z值（zhí）時，選（xuǎn）擇在研究範圍內均（jun1）勻分布的6個Tr點作為比較溫度（dù）範圍內的參（cān）考點，以（yǐ）及Z和Pr之間的簡（jiǎn）單（dān）函數關係我明（míng）白了。在溫度為T1的時候，對比溫度（dù）是Tr1，壓（yā）縮係數是ZT1;在溫度為T2的時候，對比溫度是Tr2，壓縮係數是ZT2;在現實中的氣體測量時，氣體（tǐ）成分的變化通常來說不會太大（dà），所以Tm和Pm的值應該保持不變。
五、結束語
(1)校準小直徑、小流量（liàng）渦輪（lún）流量計應使用標（biāo）準鍾形裝置（zhì）。校準大（dà）直徑（jìng）大流量（liàng）渦輪（lún）流量計應使用聲波噴嘴。標準（zhǔn）渦輪流量計也可（kě）以（yǐ）用作（zuò）內徑為100mm，大於100mm的渦輪流量計的標準設（shè）備（bèi），但（dàn）需要每年重（chóng）新驗證一次。
(2)合理設計校準係統，確保燃氣輪機流量計前後有足夠的直管段，如果由於管路限製導致直（zhí）管段長度（dù）不夠，在流量計前安裝整流器。當氣體質量較差時，應安（ān）裝過濾（lǜ）器以避免雜質對係統的影響。當氣體（tǐ）含水量較大時，應安裝脫水幹燥裝置。
(3)在選擇*佳設計和選擇高精度輔助設備(如壓力傳（chuán）感器、溫度（dù）和計時設備)時（shí），精度（dù）必須高於被測渦輪機表的要求精度。並將（jiāng）係統（tǒng）誤差降至*低。
(4)遵循嚴格的校準程序以符合校準所需的溫度、壓力、濕度（dù）和其他環境條件。
(5)正確（què）處理數據（jù）並充（chōng）分考慮（lǜ）通過標準設備、測試表（biǎo）和標準設備本身的錯（cuò）誤時氣體狀態的差異。標準設備必須認真管理（lǐ），並按（àn）照技術（shù）監督局的規（guī）定進行定期測試。
一、引言
儀器的精度一（yī）般有準確度、正確度和精密度。準確度A是檢測真實值和結果二（èr）者的相同程度，並且由A=ε±U表示，其中U是不確定性係統誤差±e和隨機不確定度ΔM綜合的不確定性。精度是測量結果的係統誤差程度。由於（yú）係統誤（wù）差E包括兩部分，確定的係統誤差（chà）和未（wèi）定義（yì）的（de）係統誤（wù）差±e，所以精度可以表示為E=±e。測量（liàng）精度（dù）高，精度等級可達1級、1.5級。測量範圍寬度，測量範圍寬度一般為1:20。
二、機械摩擦與流體阻力對精度的（de）影響
(一)植物油流量計的數學模型
用於渦輪機的轉（zhuǎn）矩一般分為由流過渦輪機的流體產生的驅動轉矩Tr。由渦輪機表麵流動的（de）流體引起的粘性（xìng）摩擦以及渦輪機軸和軸承，齒輪和齒輪施加到渦輪機的機械摩擦力矩（jǔ）Trm。當流體通過渦輪機時（shí）流向渦輪機的流體阻力（lì）轉矩Trf和渦輪機中的磁電轉換器產生的（de）電磁（cí）反衝轉矩Tre。
(二)機械摩擦阻力矩Trm對精度的影響
對於真正的氣體渦輪機流量計，渦輪機必須*先通過靜（jìng）摩擦的阻礙力矩才能旋轉，克服（fú）渦輪靜摩（mó）擦扭矩所需的*小（xiǎo）值稱為流量計的初始流量（liàng）qvmin。如果流量計小於（yú）qvmin，則渦輪不會旋轉，並（bìng）且不會輸出脈（mò）衝（chōng）信號。當流量等於起始流量時，渦輪機啟（qǐ）動，但此時的角速（sù）度（dù）非常小，並且流（liú）體阻力（lì）轉矩Trf的影響可忽略不（bú）計。
(三)流體（tǐ）阻力矩Trf對精度的影響
當流量大於初始流（liú）量的時候，渦輪機旋轉（zhuǎn）角速度隨著流量增加而（ér）增（zēng）加，並且影響流量計精度的主要原因變（biàn）成了由流體產（chǎn）生的牽引扭矩Trf。
1.層流流動狀態時的流量計特性
在層流狀態下，流體流動阻力與流體粘度μ和渦輪機旋轉角速度ω成正比。ω與流體流量成（chéng）正比。
在層流狀態下，儀器係數K與流體粘度（dù）μ的變化有關（guān）。如果粘度不變，則隨著流量qV的增加儀器係數K也將（jiāng）增加。
2.紊（wěn）流（liú）流動狀（zhuàng）態時的流量計特性
在湍流狀（zhuàng）態下，流體的流動阻力與其密度ρ和速度qV成正比。此刻，不可（kě）以（yǐ）算出流體粘度的影響。
三、提（tí）高精度的方法
(一)減少機械阻力
*先，應該完成渦輪機的平（píng）衡，因為如果渦輪機的質量中心不在軸（zhóu）上，則渦輪機本身的重量會為軸承增加額外的慣性力矩，為了提高流量計流量低時的（de）精度，需要提（tí）高加（jiā）工品質，降低機械摩擦阻力。
(二)克服流體阻力的影響
*先，氣動渦（wō）輪機的表（biǎo）麵（miàn）應平滑以減少氣體和渦輪機之間的粘性摩擦。其次，根據Trf=C1μqv的特性和層流狀態Trf中的流體阻力矩，隨著qv的增加儀器係數K也增加。另外，渦輪葉片的重疊率不宜過高。否則流體阻力將會非常高，流量計的測量精度也會降低。
(三)減少漏氣對（duì）植（zhí）物油流量計精度的影響
流（liú）向葉片的驅動扭矩Tr變小，影響流（liú）量計的精度。所以，氣動渦輪機與內壁（bì）之間的間（jiān）隙通（tōng）常小（xiǎo）於0.5至1mm。重疊係數通常用於指示兩個相鄰渦（wō）輪葉片（piàn）相互重疊的程度。重複的元素不應該太小。否則（zé），泄漏增（zēng）加，重（chóng）疊因子（zǐ）通常從1－1.1中選擇。
四、壓力（lì）、溫度及壓縮係數的修（xiū）正
氣體的體積與壓（yā）力、溫度和壓縮係數（shù）有關。植物油流量計必須（xū）通過壓力和（hé）溫度校正將在運行條件下測量的體積（jī）轉換為標準條件（jiàn）下（xià）的體積值。當氣體溫度較低並且壓力較高時，必須考慮壓縮因子的影響（xiǎng），以確保高精度的氣體流（liú）量測量。
(一)壓力（lì）、溫度（dù）修正的必要性
流量計的校準溫度設置為25°C，設壓力為0.1MPa。在氣體（tǐ）介質的現實操作（zuò）溫度為0℃，氣壓為（wéi）0.1MPa時，忽略溫（wēn）度的（de）影響會導致以下誤差:
在氣態介質溫度的實際操作中，測量值為25°C，壓力（lì）為0.105MPa，如果流量計溫度在25°C，0.1MPa壓力下校（xiào）準，則會導致忽略壓力的誤差:
忽略溫度和壓力的影（yǐng）響（xiǎng），發生較大的誤差，因此有必要對溫度和壓（yā）力進行校正（zhèng），壓力傳感器和溫度傳感器盡（jìn）可能使用高精度產品。如果流量計的精度為1%，則溫度傳感器的精度必須高（gāo）於0.2°C，壓力傳感器的精度必須高於0.2%。
(二)修正氣體壓縮係數
1.壓縮係數（shù）修正的必要性
壓（yā）縮係數是（shì）測量實際氣體接近理想氣體程度的參（cān）數。壓縮因子隨（suí）著溫度和壓力而變（biàn）化，並且一（yī）般來說該功能通過比較壓力Pr和溫度Tr來表示。Pr=P/Pm;Tr=T/Tm。比如說，天然氣臨界溫度（dù）Tm是191.16k，臨界壓力Pm是（shì）4.64mpa。在溫度為0℃時和壓（yā）力為0.2MPa時，Pr=0.2/4.64，Tr=273/191，16;Z=0.995。忽略Z的值則誤差為0.502%。
由於（yú）流量計的相（xiàng）對誤差必須保持在1%或1.5%以內，如果壓力大於0.2Mpa，則必須考慮壓縮係數。
可以從一般曲線或使用狀態方（fāng）程計算Z值。為了便（biàn）於計算，使用二次擬合曲線的方法近似Z值。求（qiú）解（jiě）Z值（zhí）時，選（xuǎn）擇在研究範圍內均（jun1）勻分布的6個Tr點作為比較溫度（dù）範圍內的參（cān）考點，以（yǐ）及Z和Pr之間的簡（jiǎn）單（dān）函數關係我明（míng）白了。在溫度為T1的時候，對比溫度（dù）是Tr1，壓（yā）縮係數是ZT1;在溫度為T2的時候，對比溫度是Tr2，壓縮係數是ZT2;在現實中的氣體測量時，氣體（tǐ）成分的變化通常來說不會太大（dà），所以Tm和Pm的值應該保持不變。
五、結束語
(1)校準小直徑、小流量（liàng）渦輪（lún）流量計應使用標（biāo）準鍾形裝置（zhì）。校準大（dà）直徑（jìng）大流量（liàng）渦輪（lún）流量計應使用聲波噴嘴。標準（zhǔn）渦輪流量計也可（kě）以（yǐ）用作（zuò）內徑為100mm，大於100mm的渦輪流量計的標準設（shè）備（bèi），但（dàn）需要每年重（chóng）新驗證一次。
(2)合理設計校準係統，確保燃氣輪機流量計前後有足夠的直管段，如果由於管路限製導致直（zhí）管段長度（dù）不夠，在流量計前安裝整流器。當氣體質量較差時，應安（ān）裝過濾（lǜ）器以避免雜質對係統的影響。當氣體（tǐ）含水量較大時，應安裝脫水幹燥裝置。
(3)在選擇*佳設計和選擇高精度輔助設備(如壓力傳（chuán）感器、溫度（dù）和計時設備)時（shí），精度（dù）必須高於被測渦輪機表的要求精度。並將（jiāng）係統（tǒng）誤差降至*低。
(4)遵循嚴格的校準程序以符合校準所需的溫度、壓力、濕度（dù）和其他環境條件。
(5)正確（què）處理數據（jù）並充（chōng）分考慮（lǜ）通過標準設備、測試表（biǎo）和標準設備本身的錯（cuò）誤時氣體狀態的差異。標準設備必須認真管理（lǐ），並按（àn）照技術（shù）監督局的規（guī）定進行定期測試。