流體黏度對渦輪流量計性能的影響

摘 要：為了了解流體黏度對渦輪流量計特性曲線的影響，采用同*量計分別在四種不同黏度下進行實驗，通過大量實驗數據比對找出流體黏度變化對渦輪流量計特性曲線、線性度的具體影響，進而指導相關人員在工業計量中正確使用該流量計，保證工業計量的準確性和可靠性。

關鍵字：流體黏度 線性度 系數 渦輪流量計

  隨著我國工業的不斷發展，科學技術的不斷進步，渦輪流量計作為速度式流量計的典型代表，被廣泛應于貿易結算、醫療衛生、環境保護、科學研究等重大領域。由于許多用戶對該流量計的參數及計量概念不太了解，所以經常錯誤地認為渦輪流量計在同一種介質不同黏度下，線性度、系數也是一樣的，從而出現了測量數據與真實數據相差甚遠的情況。本文將用一系列實驗數據清楚地說明黏度對渦輪流量計特性曲線、線性度的影響。

1 原理結構及概念

  渦輪流量計利用置懸流體中葉輪感受流體的平均流速而推導出被測流體的瞬時流量和累積流量，一般由葉輪、導流器、*磁鋼、感應線圈、前置放大器等部分組成。1—葉輪；2—導流器；3—*磁鋼；4—感應線圈；

5—前置放大器；6—外殼。

  （1）流體黏度。由于流體流動時內部會產生魔擦，所以各層的速度是不同的，在相鄰層的接觸面存在一對等值反向的力，速度較快的流層帶動速度較慢的層，使之加快速度，速度較慢層阻滯較快層，使之減速，這種阻滯力稱為內摩擦力，而流體黏度是內摩擦的量度，是流體反抗形變的能力。各類流體的黏度不一，對于一般流體，黏度是溫度與壓力的函數。文中提到的黏度均為運動黏度，單位為cSt，1cSt=10-6m2/s。

  （2）系數。儀表系數K是指單位體積的流體通過流量計發出的脈沖數，單位為L-1，計算公式如下：

  式中：Kij為第i檢定點第j次檢定時的系數，L-1；Nij為第i檢定點第j次檢定時的流量計顯示儀表測得的脈沖數；Vij為第i檢定點第j次檢定時標準裝置測得的實際體積，L；β為檢定用液體在檢定狀態下的體膨脹系數；（θs）ij、（θm）ij分別為第i檢定點第j次檢定時標準裝置和流量處的液體溫度，℃；κ為檢定用液體在檢定狀態下的壓縮系數；（ps）ij、（pm）ij分別第i檢定點第j次檢定時標準裝置和流量處的液體表壓力，Pa；n為每點檢定次數；（Ki）max為流量計在流量檢定點得到的Ki中的zui大值；（Ki）min為流量計在流量檢定點得到的Ki中的zui小值。

（3）線性度。在規定條件下，渦輪流量計校準曲線與擬合直線間的zui大偏差與滿量程輸出間的百分比稱為線性度。該值越小，表明線性特性越好。計算公式如下：

式中：E為流量計的線性度。

2 檢測設備及條件

（1）大氣壓：101818Pa。

（2）介質：航空潤滑油。

（3）檢定裝置：航空潤滑油流量標準裝置。

（4）被檢表：型號為LWGY-1，編號為0906280，生產商為上海自儀九儀表有限公司。

3 實驗數據及分析

  根據上述檢測設備及條件，按照JJG1037—2008《渦輪流量計檢定規程》，在四種不同黏度下各檢定5個點，每點檢定3次，得到的數據如表1～表4所示，數據表中的頻率、流量、溫度、系數均為每點檢定3次各自的平均值。由表1得到儀表線性度為8.9%，儀表系數為528.61L-1；由表2得到儀表線性度為6.3%，儀表系數為553.89L-1；由表3得到儀表線性度為2.6%，儀表系數為596.18L-1；由表4得到儀表線性度為2.2%，儀表系數為622.44L-1。

  由于流體具有黏性，所以滑油在通過流量計時產生黏滯阻力矩。從表1～表4可看出，滑油黏度從93.24cSt→52.14cSt→16.28cSt→7.16cSt變化時，渦輪流量計的系數（528.61L-1→553.89L-1→596.18L-1→622.44L-1）、線性度（8.9%→6.3%→2.6%→2.2%）都在逐步發生明顯的變化。當流量計的黏度zui大為93.24cSt時（數據表1），整個流量計的線性度只有8.9%，根本無法使用，要想達到使用要求只有縮小量程。通過觀察、計算發現，只有流量為2.8990～4.1497m3/h時，線性度為（575.86-569.50）/（575.86+569.50）×=0.56%，才滿足JJG1037—2008《渦輪流量計檢定規程》允許的zui大誤差1.0%，也就是說只有在這兩點范圍內使用，這個流量計才算是合格的。當黏度變小為7.16cSt時，線性度范圍則變寬，流量為1.0196～4.0465m3/h時，線性度為（631.96-620.88）/（631.96+620.88）×=0.88%，*符合規程zui大允許誤差。

  另外，從表1～表4均可看出，流量計黏度的變化對流量zui小點影響也比較大，在四種不同黏度下，系數都在流量zui后一點時發生了明顯的下降；而且黏度zui大為93.24cSt時，系數從524.93L-1變為481.35L-1，系數下降了43.58L-1；黏度為7.16cSt時，系數從620.88L-1變為608.97L-1，系數僅下降了11.91L-1。從中可看出，隨著黏度的變小，對流量計下限的影響也越來越小。黏度變化對渦輪流量計特性曲線的影響如圖2所示。圖2中特性曲線從下至上依次對應表1、表2、表3和表4，儀表系數隨著黏度的升高而下降，用于較高黏度時，儀表系數與流量之間不再保持線性關系，因此，渦輪流量計測量高黏度時，必須根據黏度和流量進行修正。用于測量液體的渦輪流量計，生產廠所給的儀表系數K通常是用常溫水標定的，黏度只有1cSt，為了保證測量的準確度，必須注意被測流體黏度對流量計特性的影響。實驗表明，當液體黏度大于15×10-6m2/s時，即使同*量計同一介質，測量誤差也會明顯增大，所以必須盡量在接近的工作條件下重新標定，從而減小誤差。

4 結束語

  隨著流體黏度的變化，流量計的系數、線性度都會發生變化，黏度越大，線性度范圍越小。同時黏度變化對特性曲線的下限流量影響zui大，影響隨著流量的增大而減小。大量實驗數據表明，口徑越大的流量計，黏度變化對線性的影響越小；口徑越小，影響越大。

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