采用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的方法，發(fā)現(xiàn)對(duì)渦街流量計(jì)在水、空氣、蒸汽3種不同介質(zhì)下檢定儀表系數(shù)存在規(guī)律性偏差，得出各種流 體介質(zhì)與渦街流量計(jì)儀表系數(shù)產(chǎn)生影響。

0.引言

為了解決蒸汽流量量值溯源的問題，用于蒸汽流量計(jì)標(biāo)定的 實(shí)驗(yàn)裝置按照標(biāo)定使用的介質(zhì)可分為三類。一類是以蒸汽為介質(zhì) 的蒸汽實(shí)流標(biāo)準(zhǔn)裝置，這種裝置的檢測(cè)條件與表計(jì)使用的工況條 件最為相近，但由于該裝置設(shè)計(jì)要求高、檢測(cè)成本高等特點(diǎn)，目前 使用很少。第二類是以水為介質(zhì)的液體流量計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置，此類 裝置精度高，但是與蒸汽的實(shí)際工況條件相差較大。第三類是以 空氣為介質(zhì)的氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置。

目前國(guó)內(nèi)外普遍采用后兩類裝置替代蒸汽實(shí)流裝置對(duì)蒸汽 流量?jī)x表進(jìn)行標(biāo)定，但這兩種方法無(wú)法模擬蒸汽流量計(jì)實(shí)際的工 況條件。利用計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置對(duì)渦街流量計(jì)開展了水、空氣、蒸汽3 種不同介質(zhì)的比對(duì)測(cè)試實(shí)驗(yàn)，并從渦街流量計(jì)漩渦產(chǎn)生機(jī)理出發(fā)， 利用流體力學(xué)及卡門渦街原理，結(jié)合蒸汽獨(dú)特的熱力學(xué)性質(zhì)，對(duì)渦 街流量計(jì)在3種不同介質(zhì)下儀表系數(shù)存在規(guī)律性偏差實(shí)驗(yàn)結(jié)論進(jìn) 行了解釋，得出各種流體介質(zhì)與渦街流量計(jì)儀表系數(shù)的關(guān)系。

1渦街流量計(jì)的原理

渦街流量計(jì)是根據(jù)“卡門渦街”原理研制成的流體振蕩式流 量測(cè)量?jī)x表。在測(cè)量管道流動(dòng)的流體中插入一根其軸線與流向 垂直的非流線型柱形體，稱之為旋渦發(fā)生體。當(dāng)雷諾數(shù)達(dá)到一定 值時(shí)，從旋渦發(fā)生體兩側(cè)交替地分離出兩串規(guī)則地交錯(cuò)排列的旋 渦。在滿足雷諾數(shù)要求時(shí)，旋渦分離產(chǎn)生的頻率僅僅只與旋渦發(fā) 生體及所在的測(cè)量管道的幾何尺寸有關(guān)。旋渦的分離產(chǎn)生的頻率 于流量的大小成正比。渦街流量計(jì)的原理如圖1所示。

經(jīng)過推導(dǎo)，流體的體積流量Q與漩渦頻率f符合下面公式： Q= f/K

式中：K為流量計(jì)的流量系數(shù)。在一定雷諾數(shù)范圍內(nèi)儀表系 數(shù)K為常數(shù)，流量Q與漩渦頻率f成線性關(guān)系。因此，只要檢測(cè)出 頻率f值，就能通過相應(yīng)的公式求得體積流量Q的值。

2.實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)介

本次試驗(yàn)我們共采用的三套裝置，分別為國(guó)家蒸汽流量站蒸 汽實(shí)流標(biāo)定裝置和我所的負(fù)壓法音速噴嘴氣體流量計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝 置和質(zhì)量法水流量計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置。其中冷凝稱重法蒸汽流量標(biāo)準(zhǔn) 裝置，以過熱及飽和蒸汽作為檢定介質(zhì)，將通過蒸汽流量?jī)x表的 蒸汽進(jìn)行冷凝稱重的原理，對(duì)蒸汽流量?jī)x表進(jìn)行實(shí)流標(biāo)定。擴(kuò)展 不確定度為0.1%(k=2)，檢定流量范圍為(2.5?10000)kg/h。 音速噴嘴氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置是以空氣為介質(zhì)的流量檢測(cè)裝置， 設(shè)計(jì)依據(jù)JJG620-199《臨界流流量計(jì)》、《臨界流文丘里噴嘴氣 體流量裝置的測(cè)量》、JJG619-2005《標(biāo)準(zhǔn)表法流量標(biāo)準(zhǔn)裝置》等。 擴(kuò)展不確定度為0.25%(k=2),檢定流量范圍為(2.5?6500) m3/h。 靜態(tài)質(zhì)量法水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，擴(kuò)展不確定度為0. 1%(k=2)，檢定 流量范圍為(0.28?1200)m3/h。

3.實(shí)驗(yàn)方案

將一臺(tái)準(zhǔn)確度等級(jí)符合1. 0級(jí)脈沖輸出、儀表線性和重復(fù)性 較好的50mm 口徑渦街流量計(jì)樣機(jī)，分別在蒸汽、水、空氣三種流 量標(biāo)準(zhǔn)裝置上進(jìn)行標(biāo)定實(shí)驗(yàn)。前后直管段符合檢定規(guī)程要求，前 直管段大于10倍公稱通徑（10DN)、后直管段大于5倍公稱通徑 (5DN)，依次從最小流量qmi?、分界流量屯、最大流量qmax的25%、 40%、70%和100%,共計(jì)6個(gè)流量點(diǎn)，每個(gè)流量點(diǎn)重復(fù)檢定3次， 每次檢定60s。分別計(jì)算其儀表系數(shù)、線性誤差、重復(fù)性誤差數(shù) 據(jù)，比較在不同介質(zhì)的檢定裝置下測(cè)量數(shù)據(jù)差異和聯(lián)系。

4.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

按照渦街流量計(jì)的檢定規(guī)程對(duì)該試驗(yàn)樣機(jī)各流量點(diǎn)進(jìn)行調(diào) 節(jié)、檢定，在3套不同介質(zhì)的檢定裝置下的實(shí)驗(yàn)的儀表系數(shù)、線性 度、重復(fù)性如下表1所示，流量曲線關(guān)系如圖2所示。

由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖可以看出，發(fā)現(xiàn)儀表系數(shù)偏差的正負(fù)方向上基 本相同。渦街流量計(jì)在空氣、水、蒸汽三種不同介質(zhì)的儀表系數(shù)存

有差異且差異還是比較明顯的，在其流量范圍內(nèi)儀表系數(shù)依次減 小。綜合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看，空氣測(cè)定的儀表系數(shù)值比水為介質(zhì)測(cè)量 儀表系數(shù)值偏大在(0. 5?1.4) %之間的數(shù)值，比蒸汽條件下測(cè) 量的儀表系數(shù)偏大(1.6?2.0)%之間的數(shù)值。

5.實(shí)驗(yàn)結(jié)論

通過標(biāo)定實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)渦街流量計(jì)在蒸汽、水、空氣3種不同介 質(zhì)下，其主要計(jì)量性能如儀表系數(shù)、線性誤差和重復(fù)性誤差會(huì)有 所差別，具體表現(xiàn)為：（1)在小流量qmin時(shí)，以蒸汽為標(biāo)定介質(zhì)， 此時(shí)的儀表系數(shù)最小，此時(shí)由于受蒸汽的溫度的影響，造成儀表 系數(shù)偏小。（2)隨流量的逐漸增大，以空氣為標(biāo)定介質(zhì)的儀表系數(shù) 變化逐漸增大且變化率最快，蒸汽介質(zhì)的儀表系數(shù)變化次之，以 水為介質(zhì)的儀表系數(shù)變化最小。