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浅析旋转活塞式流量计的工作原理、测量误差及修正

2019年02月15日 11:25:37 中国传动网

旋转活塞式流量计由于其具有流量下限低、量程宽、精度高、结构简单、工作可靠、价格低于同规格的容积式流量计等特点,因此它是液料考核管理的最佳仪表,有利于节能工作的深入开展。

它可直接安装在火车、拖拉机发电机组、内河航行的船舶中测量各类动力机器的燃油耗量,及各种装卸计量和管道过液计量,深受能源计量部门、科研部门、交通部门、车船制造厂及各用液领域的欢迎,是目前理想的可在量大面广的交通工具上应用的油耗计量仪。

旋转活塞式流量计的工作原理

旋转活塞式流量计,是属于容积式流量计,它基于活塞与计量室一直保持相切密封状态。并有一个固定的偏心距计量元件活塞,在压差的作用下,对活塞产生转动力矩,使活塞做偏心旋转运动,活塞的转数正比于流体的流量,通过记数机构记录出活塞转数比,即可测得流体总流量。

旋转活塞流量计是基于将测量室(V1+V2)连续充满和排空原理进行测量的(见图1)。测量机构是由带盖的测量室、旋转活塞及隔板组成。开槽活塞有上、下两个活塞销,隔板径向安装在进出口之间,测量室销与导环同心。测量时,开槽活塞的槽口沿隔板作直线运动,活塞销沿导环作圆周运动。由于测量室容积是固定的,则流经测量室介质的瞬时流量大小只与旋转活塞转动的速度有关,累积量与旋转活塞转动的圈数有关。

瞬时流量(Q)=(V1+V2)旋转速度(V)累积流量(Q)=(V1+V2)旋转圈数(n)

从测量原理我们可以看出,测量是否准确,是否满足或达到该精度要求,主要取决于测量室的容积是否发生变化。只要容积恒定不变,测量误差就不易产生。即产生测量误差的根源是测量室容积发生变化。

测量误差的产生与修正

上海康汇的U-How®旋转活塞式燃油流量计在为油田、港口、交通运输等大型工业企业对燃油消耗量的计量测试服务中,总结了一套流量计误差的修正方法。

1、测量室客积变化产生的误差与修正

旋转活塞流量计在使用过程中,由于工艺管道内压力的变化,使得旋转活塞瞬时转速过大,导致活塞槽口对隔板的冲击,使隔板弯曲。对这一类表进行检修时发现,凡是隔板弯曲甚至断裂引起的故障,由于旋转活塞旋转时不能按照原来的运动轨迹转动,造成测量室的内壁和底面、活塞上下端面以及内外壁产生严重磨损,甚至出现划痕和凹槽。在这种情况下,就需要在更换隔板后对测量室及活塞进行研磨,使旋转活塞能在测量室内旋转自如,重新起到测量作用。但是经过多次检修研磨后,测量室的容积将发生变化(见图2)。

研磨前:V=(V1+V2)=[(D2-d2)+(D12-d12)]

H—测量室深度(高度);

V—总容积;V1—外容积;

V2—内容积。

研磨后,将会造成以下尺寸发生变化。

D↗、D1↗(增大),d↘、d1↘(减小),那么

V'=(V1+V2)=[(D2-d2)+(D12-d12]+△V=V+△V

V'—研磨后总容积;△V—研磨前、后容积变化量。

若V、V'对应的体积流量分别为Q、Q',删该表的引用误差为:

随着检修、研磨次数的增多,δ值将越来越太,超过该表的精度等级范围,使其测量精度不能满足工艺生产的需要。为了使它重新获得较高的测量精度,恢复其测量的准确性,出现这种测量误差,我们可以通过以下两种途径进行修正,使其达到精度要求。

(1)利用检修后的标定数据,通过更换配对齿轮的方法进行修正。

大家都知道,许多流量测量仪表发讯机构都是采用齿轮机构传送的,齿轮的变速比决定了指示机构与测量机构的比例对应关系。我们就是利用改变这种比例关系来达到修正的目的。

例如:一台旋转活塞流量计,精度为0.5级,经多次检修、研磨后,重新标定,标定出的指示误差值为-1.27%。现用更换配对齿轮的方法进行修正,步骤如下:

a.拆开发讯机构的变速齿轮部分,卸下变速齿轮,并读出齿轮上的标记。若测量机构齿轮标记为“1-74”,指示机构齿轮标记为“1-125”。

b.对照表查出原配对齿轮已补偿的指示误差为0.29%,然后计算出流量计的实际误差。

实际误差=已补偿指示误差+标定误差=0.29%+(-1.27%)=-0.98%

c.对照表2查出补偿值为-0.98%的配对齿轮,测量机构齿轮标记为“1-60”,指示机构齿轮标记为“1-110”,找出印有该标记的配对齿轮装上,并重新标定,即可达到精度要求。

(2)利用乘以系数k的方法进行修正。

目前,许多厂都使用了集散系统,KMM数字调节器等仪表系统,这类仪表系统都具有对可变参数的系数进行调整、修改的功能。我们就是利用这种系数调整的方法,来实现对误差的修正。

例如,一台旋转活塞流量计,精度为0.5级,量程为0.6~6m3/h,经过多次检修、研磨后,重新标定其指示相对误差为-1.05%。根据所给数据,得到表3和图3。

表3

根据表3和图3,我们可以看出:

检修标定前:

比率系数(k)=tɡα=标定值/指示值=1

检修后标定:

比率系数(k')=tgα‘=

根据计算出的比率系数,在集散系统的该控制回路中,或在KMM调节器可变参数中通过组态,修正现场来的测量信号,得到实际的指示值和累积值。

实际指示值=测量示值(PV值)×比率系数(k'),即:

Q'=Q·K'

2、介质温度变化引起介质密度变化而产生的误差与修正

众所周知,许多体积流量仪表都存在温度对测量流量精度的影响,它可以通过补偿、选型等方法来最大限度地克服这种影响。然而许多生产装置,特别是化工装置,对流量的要求比较高,化学反应是考虑质量流量,而不是体积流量。质量流量(M)与体积流量(Q)的关系是:M=ρ·Q(ρ是介质密度),在体积流量不变的情况下,如果流体介质密度发生变化,则质量流量将随之而变。

对于液体介质,压力对密度影响甚微,可以忽略不计。但是温度对密度的影响就不能忽视。为了解决测量体积流量的旋转活塞流量计达到测量质量流量的目的,我们做了一些尝试。下面我们以化工原料中乙二醇为例,根据乙二醇介质的温度与密度关系,讨论乙二酵的温度对体积流量测量的影响。

例如,一台旋转活塞流量计,精度为0.5级,测量范围为0.6~6m3/h,工艺要求设定控制流量为2.5m3/h,介质温度为180℃。若温度变为165℃时,则在质量流量不变的情况下,体积流量将发生变化,并出现流量示值偏离给定值,出现示值超差现象。

180℃时的体积流量为2.5m3/h,乙二醇密度为986kg/m3,则此时控制的质量流量为:

M=ρ·Q=986×2.5=2465kg/h

165℃时,如果要保持控制的质量流量为2465kg/h。此时乙二醇密度为1000kg/h,则相应的体积流量为:

那么,由于温度的变化,在质量流量不变的情况下,体积流量产生的误差是显而易见的。

示值相对误差=

由于这种误差是由旋转活塞流量计外部因素(温度)引起的,而且对工艺影响也比较大,化学反应只与物质的质量(或者说摩尔数)有关,而与物质的体积无关。因此,要保证介质的质量流量不变,在温度发生较大变化时,就必须考虑对体积流量的误差修正,而这种修正是不能通过旋转活塞流量计本身来修正的,也不能通过更换配比齿轮或乘以系数k的方法来修正,而只有通过改变体积流量的设定值来修正。以上例来说,如果将流量设定从2.5m3/h改为2.465m3/h,就可达到修正目的,满足工艺对测量的要求。

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供稿: 传感器技术

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