如果流動(dòng)流體的某個(gè)參數(shù)如壓力、速度或密度等一連變化及變換，產(chǎn)生爆發(fā)性的變動(dòng)，我們就把這種流動(dòng)叫做脈動(dòng)流。在工業(yè)生產(chǎn)中幾乎總計(jì)的管道流動(dòng)都是抵制穩(wěn)的，不論是層流狀況、照舊湍流狀況下總存在來(lái)自于流體內(nèi)部和外部環(huán)境的各種干擾。脈動(dòng)流會(huì)對(duì)儀表的測(cè)量精度發(fā)生影響，嚴(yán)重的時(shí)候使得測(cè)量值失真，所以工業(yè)上對(duì)于液體介質(zhì)流動(dòng)過(guò)程中的的脈動(dòng)對(duì)流量計(jì)測(cè)量精度的影響要予以重視。潤(rùn)中儀表科技是**從事渦輪流量計(jì)生產(chǎn)的企業(yè)，多年以來(lái)，一直對(duì)于渦輪流量計(jì)的研發(fā)與生產(chǎn)維護(hù)這塊有著獨(dú)到的理解，也在生產(chǎn)實(shí)踐中積淀了大量的有用的經(jīng)驗(yàn)，本文就是介紹周期性脈動(dòng)流對(duì)渦輪流量計(jì)測(cè)量精度影響的分析，供廣大用戶(hù)們參考。
　　
　　1、脈動(dòng)流測(cè)量的空乏辦法
　　　脈動(dòng)無(wú)時(shí)無(wú)處不在，但卻出格難測(cè)量。直接測(cè)量脈動(dòng)流幾乎是不行能的，我們只有測(cè)量出脈動(dòng)的*要參數(shù)，如幅值，頻率及波形等，然后從這些參數(shù)中闡發(fā)出這個(gè)脈動(dòng)可能給儀表輸出帶來(lái)什么樣的影響。即使是測(cè)出脈動(dòng)的參數(shù)也不定能夠真正分析準(zhǔn)確，基礎(chǔ)的辦法是利用一些尤其儀表對(duì)管道內(nèi)流動(dòng)流體進(jìn)行聲學(xué)闡發(fā)來(lái)測(cè)出脈動(dòng)參數(shù)。
　如果生產(chǎn)過(guò)程中管道中的流體脈動(dòng)頻率較低，還達(dá)不到管道已裝配的流量?jī)x表或壓力變送器等能利用的頻率上限，則從壓力儀表的輸出指針的擺動(dòng)就可察覺(jué)到脈動(dòng)的存在。但要領(lǐng)悟脈動(dòng)的各個(gè)參數(shù)值還需要具體的測(cè)量。經(jīng)研討發(fā)現(xiàn)脈動(dòng)與流動(dòng)速度有關(guān)而與靜壓無(wú)關(guān)。因此，可用測(cè)量qVrms/qV（qVrms是體積流量的大脈動(dòng)值;qV是體積流量的平均值）來(lái)領(lǐng)悟脈動(dòng)情勢(shì)。
　　
　　以下是測(cè)量qVrms/qV的辦法:
　　
　　①測(cè)量脈動(dòng)幅值，可以假定vrms/v≈qVrms/qV，v指管內(nèi)的平均流速，vrms是管內(nèi)流速的大脈動(dòng)量。可以在管道中離流量?jī)x表很近的上游插入一個(gè)熱式風(fēng)速儀探針（熱導(dǎo)線(xiàn)或熱敏電阻），再用一個(gè)在線(xiàn)打算機(jī)展現(xiàn)流速大脈動(dòng)量的平方。
　　
　　②當(dāng)流量?jī)x表離脈動(dòng)源很近（如在小于脈動(dòng)四分之一波長(zhǎng)的地方）脈動(dòng)的幅值和脈動(dòng)源一樣。可以從脈動(dòng)源的體積、旋轉(zhuǎn)速度等的變化估算出可能的幅值。這個(gè)辦法雖然不是很合理，但卻無(wú)須利用別的儀表。
　　
　　③若流量?jī)x表是一個(gè)差壓式儀表，要導(dǎo)出脈動(dòng)的幅值，就要測(cè)出任憑撙節(jié)器件的差壓脈動(dòng)的幅值Δprms/Δpps其成果將用來(lái)粗略預(yù)計(jì)脈動(dòng)的幅值。這個(gè)值是隨脈動(dòng)頻率的變化而變化的，從以下方程可以推出qVrms/qV的大可能值:qVrms/qV≤Δprms/Δpps式中:Δprms為差壓的大脈動(dòng)量，Δpps為在穩(wěn)態(tài)流下測(cè)出的差壓。
　　
　　對(duì)流量變送器輸出的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行波譜闡發(fā)，從而求出脈動(dòng)情勢(shì)。假定脈動(dòng)頻率并沒(méi)有十全超出流量變送器的相應(yīng)范圍，那么在輸出信號(hào)的波譜中，利用傅立葉波譜闡發(fā)儀即可測(cè)出脈動(dòng)頻率。
　　
　　2、周期性脈動(dòng)流對(duì)渦輪流量計(jì)測(cè)量精度影響的理論闡發(fā)
　　
　　2.1數(shù)學(xué)模型的扶植和渦輪流量計(jì)動(dòng)態(tài)特性闡發(fā)
　　
　　當(dāng)脈動(dòng)頻率超出某個(gè)范圍時(shí)，渦輪流量計(jì)的測(cè)量值就會(huì)發(fā)生較大的差池。差池的起源*要有以下幾個(gè)方面:旋轉(zhuǎn)葉片的共振，齒輪的嚙合（死板輸出的渦輪流量計(jì)），轉(zhuǎn)軸和齒輪的慣性，脈動(dòng)流的形狀，轉(zhuǎn)軸的摩擦阻力等。因?yàn)榭傆?jì)的脈動(dòng)情形都是由正弦波疊加而成，所以可以從闡發(fā)正弦脈動(dòng)對(duì)渦輪流量計(jì)的測(cè)量值的影響下手來(lái)闡發(fā)周期性脈動(dòng)的影響情勢(shì)。
　　
　　理論和實(shí)干均表明，將正弦量參與時(shí)不變妄圖系統(tǒng)，其平亂狀況下的響應(yīng)是相仿頻率的正弦輸出量，但幅值和相位則決意于具體系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。
　　
　　渦輪流量計(jì)是一種速度式儀表，它是以動(dòng)量矩守恒原理為本原的，流體伏擊渦輪葉片，使渦輪旋轉(zhuǎn)，渦輪的旋轉(zhuǎn)速度隨流量的變化而變化，終末從渦輪的轉(zhuǎn)數(shù)求出流量值，任憑磁電更換裝置（或死板輸出裝置）將渦輪轉(zhuǎn)速變化成電脈沖，送入二次儀表進(jìn)行打算和展現(xiàn)，由單位時(shí)刻電脈沖數(shù)和累計(jì)電脈沖數(shù)反映出瞬時(shí)流量和累計(jì)流量（見(jiàn)圖1）。所以，只要得出渦輪轉(zhuǎn)圖1速與流量的干系曲線(xiàn)就能闡發(fā)周期性脈動(dòng)流對(duì)渦輪流量計(jì)測(cè)量精度的影響。由動(dòng)量矩定理可知，渦輪的運(yùn)動(dòng)方程為式中:J為渦輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;ω為渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度;ΣM為功效在渦輪上的合力矩。式（1）再現(xiàn)一個(gè)一階系統(tǒng)，一階系統(tǒng)在單位正弦的功效下x（t）=sinω0t（t>0），其響應(yīng)為當(dāng)t趨向于無(wú)盡大時(shí)，
　　
　　當(dāng)渦輪流量計(jì)的型號(hào)一守時(shí)，其幅值A(chǔ)（ω0）就是一個(gè)常數(shù)，但相位角<=-arctgω0J不呈線(xiàn)性干系，所以輸出可能會(huì)引起相位失真。我們需要領(lǐng)悟在什么條件下，可以較切確地測(cè)出輸出量。令ω0=2πfp，fp為脈動(dòng)頻率，由此可知，隨著脈動(dòng)頻率和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的添補(bǔ)，幅值越來(lái)越小，而相位角越來(lái)越大，即滯后時(shí)刻越來(lái)越長(zhǎng)。可見(jiàn)，渦輪流量計(jì)所能測(cè)量的脈動(dòng)頻率有一定的范圍，否則，就會(huì)導(dǎo)致展現(xiàn)較大的差池。
　　
　　2.2正弦脈動(dòng)流對(duì)測(cè)量精度影響的理論闡發(fā)
　　
　　以型號(hào)為L(zhǎng)W240的渦輪流量計(jì)為例進(jìn)行闡發(fā)。
　　
　　①定常流動(dòng)時(shí)式
　　
　　（1）變成:ΣM=M-ΣMi=0這里把ΣM分成了兩部分，即驅(qū)動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)力矩M，和障礙渦輪旋轉(zhuǎn)的各種阻力矩ΣMi。
　　
　　任憑闡發(fā)打算，驅(qū)動(dòng)力矩為式中:θ為葉片與軸線(xiàn)之間的夾角;€r為渦輪平均半徑;A為管道風(fēng)行面積;ρ為流體密度;ω為渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度;q為任憑管道的流量。
　　
　　.
　　
　　假定渦輪流量計(jì)管事在無(wú)阻力的妄圖狀況下，則渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度為當(dāng)流量為正弦脈動(dòng)，即q=asinωt時(shí)，渦輪旋轉(zhuǎn)加速度ω是幅值為A）的同相位正弦脈動(dòng)，其對(duì)渦輪流量計(jì)測(cè)量精度的影響幾乎為零。
　　
　　②非定常流動(dòng)時(shí)
　　
　　由于管內(nèi)的流動(dòng)頻頻不是一個(gè)定常流動(dòng)，且渦輪在真原形況下還會(huì)受到阻力矩的影響，則式（1）為了處理省事，略去方程中的粘性阻力矩C1ηq，上式變?yōu)榱顀=asinωt，經(jīng)過(guò)闡發(fā)整理，可以得出渦輪旋轉(zhuǎn)加速度與脈動(dòng)流各參數(shù)的干系:式中:C為平守時(shí)的ω值對(duì)于所研討的渦輪流量計(jì)，其渦輪葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=21889×10-6kg·m2。則上式中的積分項(xiàng)可用以下流程圖（見(jiàn)圖2）加以打算。
　　
　　2.3成果與闡發(fā)
　　
　　2.3.1脈動(dòng)流頻率對(duì)測(cè)量精度的影響
　　
　　經(jīng)過(guò)謀區(qū)闡發(fā)，發(fā)現(xiàn)脈動(dòng)流頻率是影響精度的關(guān)鍵因素，所加的正弦脈動(dòng)流頻率與穩(wěn)態(tài)下渦輪旋轉(zhuǎn)加速度的干系為ωn=2πfp（1/…qm）€r2（…qm為平均質(zhì)量流量）時(shí)，響應(yīng)曲線(xiàn)與輸入正弦曲線(xiàn)為切近，與理論闡發(fā)本原切合。頻繁變換脈動(dòng)流頻率參數(shù)，發(fā)現(xiàn)間或圖形失真出格厲害，經(jīng)過(guò)對(duì)多幅圖形（如圖3和圖4）的闡發(fā)，發(fā)現(xiàn)如下循序:
　　
　　①當(dāng)脈動(dòng)流頻率fp小于角加速度ω，那么流量?jī)x表的響應(yīng)近似于輸入脈沖，測(cè)量成果切近于真值;且頻率越小，成果越切近，由此可知當(dāng)脈沖頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于渦輪旋轉(zhuǎn)的角加速度時(shí)，儀表的測(cè)得值差池幾乎為零。
　　
　　②當(dāng)脈沖頻率fp大于角加速度ω，那么儀表的響應(yīng)曲線(xiàn)起原失真，且頻率fp與角加速度ω相差越大，其失真程度越大。
　　
　　③脈動(dòng)流的頻率還影響輸出圖形的幅值大小，經(jīng)闡發(fā)現(xiàn)察，頻率越大，幅值越小;頻率越小，幅值越大。
　　
　　2.3.2在脈動(dòng)流存在的情勢(shì)下其它參數(shù)對(duì)測(cè)量精度的影響
　　
　　對(duì)于形狀不失果真響應(yīng)曲線(xiàn)，其輸出圖形幅值還與其它參數(shù)有關(guān)，經(jīng)研討，影響較大的參數(shù)有渦輪流量計(jì)葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J。若轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J越小，輸出圖形的幅值越大;反之，J越大，輸出圖形的幅值越小。但J太大未必太小都市影響輸出曲線(xiàn)的幅值失真過(guò)大，J取在（2～3）×10-6kg·m2時(shí)，其圖形輸出好。
　　
　　渦輪流量計(jì)葉片的初始旋轉(zhuǎn)加速度C也將影響輸出曲線(xiàn)。從參數(shù)闡發(fā)可知，其響應(yīng)曲線(xiàn)與輸入脈動(dòng)曲線(xiàn)有一個(gè)位移，這個(gè)位移大小主若是與初始值C有關(guān)，即穩(wěn)態(tài)流動(dòng)時(shí)，旋轉(zhuǎn)加速度越小，這個(gè)位移量越小，但小到一定值時(shí)，由于其它因素的影響（如流體粘性及死板摩擦阻力的影響等）又會(huì)使圖形失真，對(duì)于被研討的渦輪流量計(jì)，穩(wěn)態(tài)旋轉(zhuǎn)加速度值以大于2π為好。
　　
　　3、結(jié)論
　　
　　本文研討了周期性脈動(dòng)流對(duì)渦輪流量計(jì)的測(cè)量精度的影響情勢(shì)，結(jié)論如下:
　　
　　①脈動(dòng)流的頻率影響大，當(dāng)脈動(dòng)流頻率fp小于角加速度ω，那么流量?jī)x表的響應(yīng)與輸入脈動(dòng)流圖形相通，測(cè)量成果切近于真值;
　　
　　②轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J對(duì)于輸出圖形幅值有影響;
　　
③穩(wěn)態(tài)流時(shí)的旋轉(zhuǎn)加速度值可能會(huì)引起輸出圖形發(fā)生一個(gè)向上的位移。
 
本文由潤(rùn)中儀表科技有限公司整理發(fā)布。

上一條：采用什么樣的安裝方式才能夠有效地提高渦輪流量計(jì)測(cè)量精度
下一條：在水處理系統(tǒng)中對(duì)于常用儀表的選型和安裝要注意哪些事項(xiàng)