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旋轉活塞式流量計的測量原理、誤差原因及修復方法詳解

傳感器技術 ? 2017-12-01 14:54 ? 次閱讀

旋轉活塞流量計是一種容積式流量儀表,它具有工作可靠、測量精度高、壓力損失小,當介質粘度大于50cp時,粘度的變化對精度無影響。它適用于不含固體顆粒介質的液體瞬時流量和累積流量的測量。儀表使用一段時間后,幾經檢修,標定數據證實,許多流量計已出現超差現象。下面我們通過對其測量原理及結構組成的分析,來剖析產生誤差的根源和修正方法。

測量原理分析

旋轉活塞流量計是基于將測量室(V1+V2)連續充滿和排空原理進行測量的(見圖1)。測量機構是由帶蓋的測量室、旋轉活塞及隔板組成。開槽活塞有上、下兩個活塞銷,隔板徑向安裝在進出口之間,測量室銷與導環同心。測量時,開槽活塞的槽口沿隔板作直線運動,活塞銷沿導環作圓周運動。由于測量室容積是固定的,則流經測量室介質的瞬時流量大小只與旋轉活塞轉動的速度有關,累積量與旋轉活塞轉動的圈數有關。

瞬時流量(Q)=(V1+ V2)旋轉速度(V)累積流量(Q)=(V1+ V2)旋轉圈數(n)

從測量原理我們可以看出,測量是否準確,是否滿足或達到該精度要求,主要取決于測量室的容積是否發生變化。只要容積恒定不變,測量誤差就不易產生。即產生測量誤差的根源是測量室容積發生變化。

測量誤差的產生與修正

1 、測量室客積變化產生的誤差與修正

旋轉活塞流量計在使用過程中,由于工藝管道內壓力的變化,使得旋轉活塞瞬時轉速過大,導致活塞槽口對隔板的沖擊,使隔板彎曲。對這一類表進行檢修時發現,凡是隔板彎曲甚至斷裂引起的故障,由于旋轉活塞旋轉時不能按照原來的運動軌跡轉動,造成測量室的內壁和底面、活塞上下端面以及內外壁產生嚴重磨損,甚至出現劃痕和凹槽。在這種情況下,就需要在更換隔板后對測量室及活塞進行研磨,使旋轉活塞能在測量室內旋轉自如,重新起到測量作用。但是經過多次檢修研磨后,測量室的容積將發生變化(見圖2)。

研磨前:V =(V1+ V2)=[(D2- d2)+(D12- d12)]

H— 測量室深度(高度);

V— 總容積;V1— 外容積;

V2— 內容積。

研磨后,將會造成以下尺寸發生變化。

D↗ 、D1↗(增大),d↘、d1↘(減?。敲?/p>

V' =(V1+ V2)=[(D2- d2)+(D12- d12] + △V = V + △V

V'— 研磨后總容積;△V— 研磨前、后容積變化量。

若V、V'對應的體積流量分別為Q、Q',刪該表的引用誤差為:

隨著檢修、研磨次數的增多,δ值將越來越太,超過該表的精度等級范圍,使其測量精度不能滿足工藝生產的需要。為了使它重新獲得較高的測量精度,恢復其測量的準確性,出現這種測量誤差,我們可以通過以下兩種途徑進行修正,使其達到精度要求。

(1) 利用檢修后的標定數據,通過更換配對齒輪的方法進行修正。

大家都知道,許多流量測量儀表發訊機構都是采用齒輪機構傳送的,齒輪的變速比決定了指示機構與測量機構的比例對應關系。我們就是利用改變這種比例關系來達到修正的目的。

例如:一臺旋轉活塞流量計,精度為0.5級,經多次檢修、研磨后,重新標定,標定出的指示誤差值為-1.27%。現用更換配對齒輪的方法進行修正,步驟如下:

a.拆開發訊機構的變速齒輪部分,卸下變速齒輪,并讀出齒輪上的標記。若測量機構齒輪標記為“1-74”,指示機構齒輪標記為“1-125”。

b.對照表查出原配對齒輪已補償的指示誤差為0.29%,然后計算出流量計的實際誤差。

實際誤差=已補償指示誤差+標定誤差 = 0.29% +(-1.27%)=-0.98%

c.對照表2查出補償值為-0.98%的配對齒輪,測量機構齒輪標記為“1-60”,指示機構齒輪標記為“1-110”,找出印有該標記的配對齒輪裝上,并重新標定,即可達到精度要求。

(2) 利用乘以系數k的方法進行修正。

目前,許多廠都使用了集散系統,KMM數字調節器等儀表系統,這類儀表系統都具有對可變參數的系數進行調整、修改的功能。我們就是利用這種系數調整的方法,來實現對誤差的修正。

例如,一臺旋轉活塞流量計,精度為0.5級,量程為0.6~6m3/h,經過多次檢修、研磨后,重新標定其指示相對誤差為-1.05%。根據所給數據,得到表3和圖3。

表3

根據表3和圖3,我們可以看出:

檢修標定前:

比率系數(k)=tɡα=標定值/指示值=1

檢修后標定:

比率系數(k')=tgα‘=

根據計算出的比率系數,在集散系統的該控制回路中,或在KMM調節器可變參數中通過組態,修正現場來的測量信號,得到實際的指示值和累積值。

實際指示值=測量示值(PV值)×比率系數(k'),即:

Q' = Q·K'

2 、介質溫度變化引起介質密度變化而產生的誤差與修正

眾所周知,許多體積流量儀表都存在溫度對測量流量精度的影響,它可以通過補償、選型等方法來最大限度地克服這種影響。然而許多生產裝置,特別是化工裝置,對流量的要求比較高,化學反應是考慮質量流量,而不是體積流量。質量流量(M)與體積流量(Q)的關系是:M=ρ·Q(ρ是介質密度),在體積流量不變的情況下,如果流體介質密度發生變化,則質量流量將隨之而變。

對于液體介質,壓力對密度影響甚微,可以忽略不計。但是溫度對密度的影響就不能忽視。為了解決測量體積流量的旋轉活塞流量計達到測量質量流量的目的,我們做了一些嘗試。下面我們以化工原料中乙二醇為例,根據乙二醇介質的溫度與密度關系,討論乙二酵的溫度對體積流量測量的影響。

例如,一臺旋轉活塞流量計,精度為0.5級,測量范圍為0.6~6m3/h,工藝要求設定控制流量為2.5m3/h,介質溫度為180℃。若溫度變為165℃時,則在質量流量不變的情況下,體積流量將發生變化,并出現流量示值偏離給定值,出現示值超差現象。

180℃時的體積流量為2.5m3/h,乙二醇密度為986kg/m3,則此時控制的質量流量為:

M = ρ·Q = 986×2.5 = 2465kg/h

165℃時,如果要保持控制的質量流量為2465kg/h。此時乙二醇密度為1000kg/h,則相應的體積流量為:

那么,由于溫度的變化,在質量流量不變的情況下,體積流量產生的誤差是顯而易見的。

示值相對誤差=

由于這種誤差是由旋轉活塞流量計外部因素(溫度)引起的,而且對工藝影響也比較大,化學反應只與物質的質量(或者說摩爾數)有關,而與物質的體積無關。因此,要保證介質的質量流量不變,在溫度發生較大變化時,就必須考慮對體積流量的誤差修正,而這種修正是不能通過旋轉活塞流量計本身來修正的,也不能通過更換配比齒輪或乘以系數k的方法來修正,而只有通過改變體積流量的設定值來修正。以上例來說,如果將流量設定從2.5m3/h改為2.465m3/h,就可達到修正目的,滿足工藝對測量的要求。

綜上所述,我們對旋轉活塞流量計的測量誤差及修正方法進行了簡要論述,對如何克服因容積、溫度變化而帶來的誤差作了一些分析。其方法簡便易行,有利于解決該表超差降級問題。

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