流量測量方法与仪表选用.docVIP

“流量测量方法与仪表选用”讲座 第25讲　流量测量现场误差估计(一) 孙淮清 1　现场误差估计的必要性　　仪表产品样本、使用说明书等技术参数栏皆有精度或基本误差这一项，许多用户在使用中发现测量的精度有时与之相差甚远，因之，对生产厂的技术指标产生怀疑，甚至认为是生产厂提供不实的数据。为什么会出现这种情况呢应该指出，产品样本列举的只是基本误差，当流量计在现场应用时，由于现场使用条件与产品出厂校验条件的不一致会产生附加误差，附加误差与现场使用条件有关，它随时随地在变动着。流量计现场使用精度应该是基本误差与附加误差的合成，合成的方法与误差性质有关，如何进行现场误差估计是比较复杂的一件事，只有熟悉测量误差理论与流量测量专业知识才能进行此项工作。下面简单介绍基本误差与附加误差的有关知识。　　按照JJG1001－91《常用计量名词术语及定义》对基本误差和附加误差是这样定义的。　　基本误差：计量器具在正常工作条件下所具有的误差。　　基本误差：由于计量器具超出规定的正常工作条件时所增加的误差。　　由此可见，两者的差别是工作条件不同产生的，要研究附加误差，就要研究工作条件的变化对仪表性能的影响。　　什么是正常工作条件在GB9248－88《不可压缩流体流量计性能评定方法》中是这样规定的：它由三种条件确定：环境条件、动力源条件和流体条件。　　a.环境条件　①标准大气条件：温度为20℃，相对湿度为65％，大气压力为101.3kPa；②参比大气条件：温度为（20±2）℃，相对湿度为60％～70％，大气压力为86～106kPa；③一般试验条件：温度为15～35℃，相对湿度为45％～75％，大气压力为86～108kPa；④其它：磁场和机械振动可忽略不计。　　b.动力源条件　电源：电压为220V±1％，频率为50Hz±1％，谐波失真小于5％（交流电源），纹波小于0.2％（直流电源）。　　c.流体条件　①具有充分发展的湍流速度分布，无旋涡，轴对称速度分布；②充满圆管的单相流体；③牛顿流体；④定常流。　　仪表生产厂产品出厂校验一般是在正常工作条件下进行的，因此它得到的测量误差为基本误差。仪表在现场应用的工作条件偏离正常工作条件是难免的，此时必然会产生附加误差，只不过有的大些，有的小些。现场误差估计主要就是对附加误差的估计。我们称使正常工作条件偏离的因素为影响量，研究附加误差就必须研究影响量的变化及其影响。 2　现场测量误差的影响量　　在上述三种条件中，环境条件和动力源条件一般对流量计的转换器及流量显示仪的影响是主要的，而传感器则主要受流体条件的影响，以下分析流体条件中的几个主要影响量。2.1　非正常流速分布　　流速分布对流量计特性影响的大小视工作原理而异，一般来说，推理式流量计（差压、涡轮、涡街、电磁、超声等）都或多或少受流速分布的影响，而容积式流量计则不受或基本不受流速分布的影响。　　流速分布在现场是复杂多变、难以掌握的影响量，在实验室里又难以复制它们，因此对其影响的研究遇到很大的困难。目前许多流量计对它的规定尚不成熟或引起很大争论，例如节流式差压流量计的国际标准ISO 5167（1980），美国对该标准投反对票就是因为对标准中直管段长度的规定（即流速分布问题）有不同意见所致。正在进行的该标准修订工作，修订的两个核心内容为流出系数公式和直管段长度的规定（包括整流器的设置、流速分布问题)，可见这个问题的复杂性和重要性。其它流量计（涡轮、涡街、电磁、超声）的国际标准中关于这方面内容的规定应该说都是不成熟的，需要更深入地进行试验。流速分布对流量计特性的影响是大部分流量计的主要研究课题之一。　　流速分布特性可用以下参数表示：速度分布系数、旋涡角及非对称性指数。速度分布系数：管道平均流速与某测量点当地流速的比值。旋涡角：管道横截面的某给定点的当地流速矢量与管道轴线间的交角。非对称指数：用来表征在圆形或环形横截面内速度分布的对称性欠佳的无量纲参数，通常以代号y表示，其表达式为 　　　　　　　　　　　　　　（1） 式中：i为沿半径i的平均流速，是根据在该半径上当地速度测量值来计算的；为平均流速；n为测量半径数目。　　按照流量测量国际标准（ISO5167、ISO3354）正常工作条件为充分发展管流，旋涡角小于2°，非对称性指数y小于0.05。　　速度分布畸变及旋转流对流量计特性的影响非常复杂，难以掌握，其原因有4个方面：　　①不同的速度分布畸变及旋转流对各种类型流量计的影响是不一样的；　　②由于仪表壳体内流场的复杂性，很难预测速度分布畸变及旋转流对各种类型流量计的影响程度；　　③要进行各种类型流量计在各种速度分布畸变及旋转流下的流量特性影响试验，不但工作量太大，而且经济上耗资巨大；　　④用户难以满足流量传感器上下游直管段长度所需要的作业