摘要:在對(duì)渦街流量計(jì)檢定時(shí)，可能需要使用測(cè)壓、測(cè)溫元件去測(cè)量流經(jīng)流量計(jì)的流體溫度、壓力，以保證流量計(jì)計(jì)量的準(zhǔn)確性。然而部分插入式測(cè)壓、測(cè)溫元件是需要插入流體中，這樣相當(dāng)于在流量計(jì)的渦街發(fā)生體后面的旋渦中在放置了一鈍體，此鈍體可能會(huì)影響已經(jīng)形成的旋渦，也可能會(huì)影響旋渦脫落的頻率，從而有可能影響流量計(jì)的計(jì)量性能。
1概述
　　流體流經(jīng)靜止的鈍物體時(shí)，會(huì)在物體后面形成規(guī)則的旋渦脫落。自從1878年VincencStrouhal測(cè)量出旋渦脫落頻率和1911年VonKarman研究雙排旋渦脫落的穩(wěn)定性分析以來(lái)，旋渦脫落變成了流體力學(xué)的基本問(wèn)題。然而渦街流量計(jì)正是利用了這個(gè)原理，流體流過(guò)旋渦發(fā)生體時(shí)，會(huì)在發(fā)生體下游兩側(cè)交替地分離釋放出兩列有規(guī)律的交錯(cuò)排列的旋渦，即卡門(mén)渦街［1］，并使用傳感器測(cè)出旋渦脫落的頻率，通過(guò)式(1):

　　進(jìn)行換算，以達(dá)到對(duì)流量的計(jì)量(式中，b為發(fā)生體的寬度;u為流經(jīng)流量計(jì)的流體平均速度;f為旋渦的頻率;Sr為斯特羅哈爾數(shù))［2］。根據(jù)JJG1029—2007渦街流量計(jì)檢定規(guī)程的要求，在對(duì)渦街流量計(jì)檢定或校準(zhǔn)的過(guò)程中，如需要測(cè)量流經(jīng)流量計(jì)的流體溫度或者流體壓力時(shí)，可以在流量計(jì)下游(2－5)D或者(2－7)D處分別設(shè)置測(cè)溫孔、測(cè)壓孔［3］(其中D為流量計(jì)口徑)(圖1)。在實(shí)際工作中，對(duì)渦街流量計(jì)檢測(cè)時(shí)，測(cè)溫或測(cè)壓都是使用傳感器，而且大多數(shù)的傳感器是需要插入管道內(nèi)部;如果進(jìn)行此操作，相當(dāng)于在流量計(jì)渦街發(fā)生體的后面旋渦中在放置了一鈍體，此鈍體可能會(huì)影響已經(jīng)形成的旋渦，也可能會(huì)影響旋渦脫落的頻率，從而有可能影響流量計(jì)的計(jì)量性能。本文就是研究測(cè)溫、測(cè)壓傳感器安裝的位置l，以及和旋渦發(fā)生體形成的角度α對(duì)渦街流量計(jì)計(jì)量性能的影響(圖2)。


2實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃蛯?shí)驗(yàn)參數(shù)
　　選擇精度1.0級(jí)、口徑為DN50的渦街流量計(jì)做實(shí)驗(yàn)，根據(jù)說(shuō)明書(shū)，流量計(jì)的可測(cè)范圍為2.2～73m3/h、可保證精度的測(cè)量范圍為3.3～73m3/h［2］，流量計(jì)的輸出方式設(shè)置為脈沖輸出;另外，選擇一長(zhǎng)度15cm，直徑為6mm的不銹鋼小圓柱，用作模擬插入式測(cè)壓、測(cè)溫元件(以下簡(jiǎn)稱為模擬元件)，以方便實(shí)驗(yàn)。
　　在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前，先使用若干模擬元件將管道上的小孔堵住，密封以防止漏水，但模擬元件不得插入管道中，保證模擬元件的一端和管道壁平齊，并在模擬元件上做好記號(hào)，以保證重復(fù)實(shí)驗(yàn)時(shí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響盡量減小到最小。實(shí)驗(yàn)時(shí)，先對(duì)無(wú)模擬元件影響的狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，流量點(diǎn)為qmax和0.40qmax(其中qmax=20.0m3/h)，每個(gè)流量點(diǎn)測(cè)量5次，取平均值進(jìn)行比較。在α分別選擇了0°、45°、90°三個(gè)不同角度時(shí)，在渦街流量計(jì)下游1D～7D的距離插入模擬元件，插入深度為0.5D，測(cè)量各種實(shí)驗(yàn)狀態(tài)下渦街流量計(jì)各流量點(diǎn)的K系數(shù)，以研究l，α對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。實(shí)驗(yàn)裝置如圖3所示，按照J(rèn)JG1029—2007《渦街流量計(jì)檢定規(guī)程》的要求進(jìn)行檢定。

3參數(shù)l、α對(duì)渦街流量計(jì)示值誤差的影響
　　通過(guò)測(cè)量，取得各種實(shí)驗(yàn)狀態(tài)下的K系數(shù)，選擇無(wú)模擬元件影響的實(shí)驗(yàn)K系數(shù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，與其他實(shí)驗(yàn)狀態(tài)下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。
　　如圖4所示，圖中橫坐標(biāo)為0，表示無(wú)模擬元件影響，1D～7D表示模擬元件所放的位置，縱坐標(biāo)表示渦街流量計(jì)K系數(shù)的相對(duì)示值誤差。從圖4(a)中可以看出，當(dāng)α=0°、流量點(diǎn)Q=8m3/h，模擬元件在3D～7D時(shí)，對(duì)流量計(jì)的K系數(shù)影響比較大，最大影響接近0.2%。而當(dāng)流量增加至Q=20m3/h時(shí)，模擬元件對(duì)流量計(jì)K系數(shù)影響比較平穩(wěn)，保持在±0.1%以內(nèi)。

　　當(dāng)α增加至45°，流量點(diǎn)Q=8m3/h，模擬元件位于不同位置時(shí)，K系數(shù)的相對(duì)示值誤差位于±0.1%之間，表示模擬元件放置不同位置，可以導(dǎo)致K系數(shù)變大或變小(圖5(a))。在大流量情況下(Q=20m3/h)，從圖5(b)中，可以發(fā)現(xiàn)K系數(shù)幾乎都是比實(shí)際值變大的，且變化幅度基本位于0%～0.1%范圍。

　　繼續(xù)增大α至90°，即模擬元件和渦街發(fā)生體相互垂直。從圖6(a)中可以看出，當(dāng)流量點(diǎn)Q=8m3/h，模擬元件位于不同位置時(shí)，K系數(shù)的相對(duì)示值誤差波動(dòng)很大，最大變化多至0.25%。當(dāng)流量Q為20m3/h，模擬元件位于1D處時(shí)，K系數(shù)相對(duì)示值誤差減小約0.2%;而在2D～7D處，K系數(shù)變化平穩(wěn)，相對(duì)示值誤差位于－0.15%～0%范圍，即說(shuō)明流量計(jì)的K系數(shù)比實(shí)際值變小。

　　從以上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可以分析出，在大流量(Q=20m3/h)情況下，在流量計(jì)下游2D～7D位置處安裝測(cè)壓、測(cè)溫元件對(duì)流量計(jì)K系數(shù)影響比較平穩(wěn)，且變化不大;而在流量點(diǎn)0.4Qmax條件下(Q=8m3/h)，K系數(shù)變化幅度很大，且變化不均勻。
4參數(shù)l、α對(duì)渦街流量計(jì)流量點(diǎn)重復(fù)性的影響
　　從圖7中可以看出，當(dāng)α=0°時(shí)，不論在0.4Qmax=8m3/h，還是Qmax=20m3/h條件下，流量點(diǎn)的重復(fù)性很穩(wěn)定，這說(shuō)明模擬元件在各安裝點(diǎn)對(duì)流量計(jì)重復(fù)性的影響是有限的。

　　當(dāng)α變化時(shí)，不論是在45°，還是90°，各流量點(diǎn)的重復(fù)性都稍有波動(dòng)，但是不論怎么變化，都是符合檢定要求的(圖8，圖9)，即:流量計(jì)的重復(fù)性不得超過(guò)相應(yīng)準(zhǔn)確度等級(jí)規(guī)定的最大允許誤差絕對(duì)值的1/3。
5結(jié)束語(yǔ)
　　由以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，在大流量Qmax=20m3/h條件下，測(cè)壓、測(cè)溫元件安裝位于2D～7D位置時(shí)，對(duì)渦街流量計(jì)K系數(shù)的影響比較平穩(wěn);而在流量點(diǎn)Q=8m3/h時(shí)，渦街流量計(jì)K系數(shù)的波動(dòng)比較大，可能會(huì)導(dǎo)致流量計(jì)的K系數(shù)有一定的偏差。在同一管道中，當(dāng)流量增大時(shí)，瞬間流速隨著增加，經(jīng)過(guò)旋渦發(fā)生體時(shí)，產(chǎn)生旋渦的能量也隨之增加，這樣傳感器就會(huì)接收到很強(qiáng)的信號(hào)，即使測(cè)壓、測(cè)溫元件的存在會(huì)對(duì)已形成的旋渦有一定的影響，但這個(gè)影響也是小范圍的。然而當(dāng)流量降低時(shí)，隨之旋渦能量降低，傳感器接收到的信號(hào)也會(huì)減弱，此時(shí)測(cè)壓、測(cè)溫元件對(duì)旋渦的影響有了一定的突顯，導(dǎo)致所測(cè)量的K系數(shù)與實(shí)際值之間存在了一定的誤差。當(dāng)這個(gè)誤差達(dá)到一定程度，會(huì)影響一個(gè)流量計(jì)的檢定結(jié)果。

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