涡轮流量计标定装置及测量电路设计
但是采用该装置,在测量过程中将产生不可避免的流体下落时产生的冲量问题,这会对试验的测量精度产生较大误差,因此如何改进称重容器,是提高测量精度的关键问题。
方案一 采用带档板的称重容器
图4-5称重容器
1-爬梯 2-称重容器 3-电子天平
如图所示,当液体流入称重容器时,流体首先落在了档板上,抵消了一部分冲量,如此往复可以有效降低液体流入容器时的速度,到进入称重容器的液面时,速度基本将为0。虽然该装置有效降低了液体下落时带来的冲量问题,但是,在容器液面较低时,仍然会有一定的影响。
方案二 采用双套称重容器
图4-6称重容器
1-水头 2-小量杯 3-吸附性海绵 4-称重容器
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如图所示,此方案是采用两个容器,将小量杯固定在大量杯内,再在小量杯外侧固定海绵或者细丝密实网状结构(根据测量液体的粘性选择)。本试验测量的是液态水,因此在小量杯外侧固定上厚度为2 cm的吸附性海绵。试验过程中,保持水头在小量杯的上方且固定不动,并且小量杯内液体始终是满的。该过程可使液体流入称重容器所产生的冲量始终保持不变,对测量结果基本不产生影响;同时,对于标准液体称重系统中存在的多收集了一段水柱的问题,应用该装置,测量前后都是同样多收集了一段,可以抵消不计,对试验测量误差影响较小。最后是,当液体从小量杯溢流流入大量杯时,因为外侧有吸附性海绵,可以降低流速,使流速基本接近于0,对试验基本没有影响。
综上所诉,本实验选取方案二称重系统,该方案有效降低了传统模式下的两个误差问题,能有效提高小量程流量计的测量精度,对试验有较大的提高。
13.2.3 称重装置的改进
传统的称重装置都是天平式的称重容器,如图
图4-7 称重装置
1-称重容器 2-平衡梁(杠杆) 3-计时器启停触动机构 4-砝码
该装置采用杠杆触发结构的动态质量法测量,虽然该装置测量简单,且计时也相对准确,但是在测量过程中存在两方面的误差:
1、在测量过程中,添加砝码需要人工操作,会有一定的人工延迟误差,造成计时偏大,测量结果偏小;
2、动态测量过程中,由于存在动态效应,射流冲击力对称量结果造成影响,受杠杆系统惯性滞后影响,引起系统误差。
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改进方法为改平衡梁式天平为电子天平。采用最大量程为2000g精度为0.01g的电子天平(J B 2102电子天平),其优点是不需要人工添加砝码,及没有砝码所带来的准确性方面的误差;二是测量过程中,虽然有动态冲量的存在,但是系统滞后性及稳定性所带来的误差较小;三是操作更简单方便,测量及计时可通过连接电脑操作控制,使测量精度更高。
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14 流量计标定技术
14.1 流量标定技术分类
按要求将被检流量计安装到装置上,启动液体循环系统,使液体流经被检流量计和流量工作标准,同步操作被检流量计和流量工作标准,比较两者的输出流量值,从而确定被检流量计的计量准确度和重复性。按流量工作标准的取值方式,装置可分为四种类型:
静态质量法(含启停质量法):在静止状态下,称量一段时间内容器中的液体质量,从而计算出流量。
静态容积法(含启停容积法):在静止状态下,测量一段时间内工作量器中的液体体积量,从而计算出流量。
动态质量法:在液体流动过程中,称量一段时间内容器中的液体质量变量,从而计算出流量。
动态容积法:在液体流动过程中,测量一段时间内工作量器中的液体体积变量,从而计算出流量。
14.2 切向涡轮流量计的标定
由于静态法必须等待容器中的液体静止后才能测量, 另外容器中不能存在残留液体, 所以效率低。动态标定法是在液体流动情况下进行质量或容积测量;一般先把容积或质量固定, 只测量时间, 操作简便, 效率高。下图为一种动态质量法标定系统, 可在连续运行状态下对流量计进行标定。
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图5-1 动态质量法测量装置
1-液体源 2-水泵 3-试验管路 4-稳压溢流堰 5-截止阀 6-被测流量计 7-称重容器 8-电子天平
其工作过程为: 打开5截止阀,然后开启2水泵,使测量液体在3试验管路中流动循环起来,并开始流入7称重容器。在这过程中,液体首先流入4稳压溢流堰,待液体高出挡板后经过管路又循环回流到了1液体源里;然后液体经过6被测流量计后流入了7称重容器,测量时要保持液体盛满称重容器里的小量杯,并且溢流将外侧的吸附性海绵完全渗透使大量杯里有一定量的液体;此时开始记录8电子天平此时的读数M并立刻开始计时;当测量一定的时间t后(称重容器里的液面不能将吸附性海绵完全淹没),即使记录8电子天平的读数m,并关闭5截止阀和2水泵。由测量的时间t和称重质量(M-m)则可求出质量流量。
Qm?M?mt (5.1)
当被测流体通过切向涡轮流量传感器时,流体通过喷嘴冲击叶片,流体的冲击力对涡轮产生转动力矩,使叶轮克服机械摩擦阻力矩和流动阻力矩而转动。实践表明,在一定的流量范围内,对于一定的流体介质粘度,叶轮的旋转角速度与通过传感器腔体的流量成正比。所以,可以通过传感器测量叶轮的旋速度,然后传输到示波器上,记录下通过的完整波形的个数来测量流量。
测量前先对示波器进行设置,使其在叶轮转动一周时,刚好记录一个完整的正弦波形。当测量流体通过叶轮时,驱动叶轮转动,并引起电磁传感器跟踪记录,并将测量的信号传输到连接的示波器上。调节示波器,使其接收的波形大小合适,频率稳定,此时开始记录,采集在时间t内,示波器接收的完整波形数。输出波形数与叶轮转速相等,叶轮转速又与流量正相关,所以输出波形数与流过传感器的流量正相关。
切向涡轮流量传感器的波形频率 f(次/秒)与流过管道的体积流量 qv(m3s)
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