VIP园地
   
 
 热点话题

加拿大输送校准有限公司(TCC)高压大容量气体流量计校验站

J.Mantilla, H.Dijstelbergen, H.Bar, H.Bellinga, J.d.Rouwe

装置评价

3.1溯源性

设计一个短的溯源链直接与旋转活塞式校验器RPP的尺寸相联系。装置开始的认可是基于在Nmi高压溯源链的最新改进参比值校准过的标准器。采用Instromet SM-R1-X型涡轮流量计和Q.Sonic超声流量计,每年校验涡轮流量计有良好的可靠性和重复性,其仪表系数随操作系统稍有变化。他们的雷诺数关系是一贯的,即在一个宽广的流量和密度范围内,其误差仅为雷诺数的函数,他们对流速廓形破坏的敏感度很小。尽管对Q.Sonic的实践经验还少,他们已经表现出良好的再现性。他们具有广泛的诊断能力是特别珍贵的,它有可靠的校准,多声道反射通道结构可以极大地减少流速廓形的干扰。
校准站的参考标准由荷兰计量院Nmi进行检定,他们有在荷兰工作约25年的高压校准校验站。最近Nmi与德国PTB协调其溯源性,因面改善其标准的不确定度达到0.15%[5][6]。链接此网络使TCC装置得到一个固定可靠的有溯源性的参考标准。
Nmi使其标准与欧洲的各装置有多重链接,这些标准的规格为150mm,200mm,250mm和300mm,除400mm外以及TCC的200mm标准。全部Nmi流量计装备上有游管段和Zanker整流器,他们的偏差(emm)是基于各种压力下多次标准的。
工作标准的传递过程如下:对一台备用的400mm涡轮流量计和一台400mm超声流量计进行校准。两台流量计每台皆配备4m上游直管段,在涡轮流量计的入口处装设一只管束式整流器。涡轮流量计及其直管段和超声流量计与直管段等组件两者捆绑在一起,密封及在同样管道配备下校准,这个组合式组件称为"传递标准"或"运输标准"。传递标准是打算在以后的高压装置比对中应用,运输标准可以用于校核工作标准。
Nmi与温氏伯的溯源链按以正反程序进行TCC标准的初始多项式函数或者在NMi的韦斯特博克(60巴)下校准或者没有校准。后者NMi设软件中为零多项工函数。在测试配套时,NMi标准作为被试仪表(mut)而TCC标准作为标准(std)指示。标准的偏差(estd)或者为零或者为在韦斯特博克校准得到的值。NMi标准流量计的偏差(emut)由TCC的数据采集软件计算,它计及Z(压缩系数),P(压力)和T(温度)以及脉冲数和两者的std和mut的estd。
Mi标准流量计(emm)的偏差亦由标准流量计的多项式函数确定。对emm和emut两个数值进行比较,它之间的差值称为TCC标准的校正值。此值用于estd以得到emm值。应用推导出的新值estd(estd+校正值)计算出TCC标准的新的多项式函数。
虽然这个过程与全部NMi标准流量计在不同的流量下重复进行,实际上仅能在有限的流量上进行测试,因此问题为必须对中间值进行插值。一般连接各测量点确定多项式函数计算机程序能对曲线拟合达到任何阶,其阶数愈高拟合愈好。取多项式阶数低于数据点的数目给出对点的理想的拟合。但是可能不能认为测量数据点与仪表特性之间有任何可靠程度。
如果不是那样,多项式基于物理模式,曲线拟合由某些实际物理参数间接估计,在这种情况下,拟合的精确度是确定这些物理参数的不确定度的尺度,较好地是单纯的数学方法。
描述涡轮流量计特性的方程由Lee&Evans[7],Lee&Karlby[8]和P.A.K.Tan[9]等提出,他们指出偏差方程至少包括流量的负幂次,实际上压力仅能在叶片的附近测量,它与流量的平方成比例。为此,NMi应用以下方程:

  ε =A/Re+B+CRe+DRe2+ERe3             (9)

对4台不同的传递标准(250mm,300mm,和 400mm涡轮流量计和一台400mm的超声流量计)的数据进行比较,包括同样的范围给出估计的不确定度为0.05%,图5表示在1#标准校准过的矗流量计式(9)的曲线。
3.2不确定度

我们假设预先等划的不确定度是在理想的稳定工况下。它是基于工作涡轮标准在荷兰韦斯特博的伯努利实验室校准过的。应用Instromet RPP改善的可能性这时没有详细说明。

3.2.1不确定度的预先筹划

不确定度的预先等划仅按ISO指南的B类不确定度评定,而A类不确定度评定只能在完全安装后进行。
流量
标准涡轮流量计有6台400mm Instromet SM-R1-XG6500型额定最大流量为10,000m3/h。和2台200mm Instromet SM -RI-XG1000型额定最大流量为1600m3/h。我们设安装时没有增加附加不确定度。这些流量计在气体密度50kg/m3时最少流量分别为80和15m3/h。另外,与安装有关,可能限制最少流量于最高值。如同上述,TCC组合或传递涡轮组件位于前面有4米直管段无整流器的Q·sonic超声流量计组件之后,4整流器安装在涡轮流量计上,已经对任何干扰有很大的衰减,因此两台组合件系统实际上不会有任何的安装影响了。
Q·sonic流量计在现场对照后面的涡轮流量计进行校准,如曲线所示。目前用这些流量计作为标准校准其它流量计时采用其平均数作为示值。其它全部6台400mm涡轮流量计与这些组合式传递标准组件在韦斯特博串联一起进行本校准。这些流量计与传递标准组件之间偏差的比值精确地确定。400mm传递标准校准时重复6次,它给出可靠的统计基础。200mm标准流量计的校准亦遵循同样的模式,但在荷兰它仅进行一次校准。一台200mm传递组件在另外文章中介绍。
校验站的不确定度的主要成分为流量计和校准本身物理过程,而二次仪表的影响将保持最小值。
压力
差压变送器的不确定度计算接照其规格表为0.12%。差压对绝对压力的比值的不确定度为0.15%,在500毫巴时或(5)中因子(1+dp/px)为0.001%。
由于取压口和气流碰撞等引起压力附加不确定度,在标准流量计中取压口位置的固定与校准时是一样的,被试流量计无须这些。
温度
为使温度测量时减少由于碰撞产生的不确定度,决定不带温度计套管,对管道退热,采用低热传导给其支架的传感器和小热容量的传感器。
气体组份
用AGAN08计算的气体压缩系数的不确定度约为0.1%,但是,在同样气体组份下在两个地点计算压缩系数,因为压力和温度的变化会产生一些不确定度。要使这个不确定度很少可以忽略不计。表1给出B类不确定度预先筹划的数值。设三种不同流量标准不确定度受RPP可能的影响的估计。

表1 三种不同另类标准的B类不确定度
Flow meter
squares flow
Uncedrtainty in(1+dp/p)
Squares pressure term
Temperature ratio
Squares temperature ratio
0.200%

0.001%

0.050%

4.00E-06

1.00E-10

2.50E-07
0.15%

0.001%

0.050%

2.25E-06

1.00E-10

2.50E-07
0.10%

0.001%

0.050%

1.00E-06

1.00E-10

2.50E-07
Total squares 4.25E-06   2.50E-06   1.25E06
Total(Type B)uncertainty 0.21%   0.16%   0.11%


3.2.2动态考虑

至今仅假设为稳定工况。仅仅因为流量要调整到要求的值,实际上就不会是完全稳定的。为此重要的是应估计各种组件的响应时间。
涡轮流量计的动态特性已众所周知[11],转子的转速具有与流量及流体密度成反比的时间常数的一阶系统。对于400mm流量计,其时间常数在最大流量时(10,000m3/h)为0.009秒,在1000m3/h时为0.09秒,而200mm流量计在流量为2500m3/h时间常数为0.013秒,在100m3/h为0.28秒。超声流量计的响应时间要小得多,但是其信号包含有一定的噪声,应予以过滤。
涡轮流量计和超声流量计特性不一样,特别在小流量条件下,涡轮流量计的优点是它本质上由于转子的惯性对流量有平均的作用,因此湍流波动对它的影响很少,其影响只局限于当围绕流量计阻流体的流动加速时产生的旋涡强度,涡轮流量计的非线性动特性可能产生误差,特别在高频率,小流量和高的脉动幅值时。超声流量计具有很宽的频带,它可测量流动波动约1KH以下,因此它测量实际的流速,包括湍流波动。当作为一台参考标准或对它测试时这些湍流波动应从最终结果中消除。为估计其平均时间,可作以下解释。
在一个正常"充分发展"流动,其湍流水平约为4%,包含的能量旋涡的尺寸约为1/4D,由于他们为高斯分布,其散布的降低是按旋涡数目的均方根降低。它由4%降低到0.1%水平。这就要求1600旋涡的平均长度。对于其平均尺寸为1/4D,则在400mm管道中其长度为160M,当流速为1m/s时,其平均时间至少有160秒,而在0.5m/s,为320秒或者如下式:

Tav=400×D/V (10)

Tav--降低不确定度至0.1%需要的时间。
压力传感器的响应时间约为50ms,速连接差压计的长引线会增加的迟延。温度传感器比较缓慢,其响应与气流流速有关可能为几秒。其它方面为信号的频谱,它主要决定于压气机站操作的稳定性,其次重要因素为气流温度和环境温度。
 
 

 

| 首 页 | 常用图表 | 网站建设 | 网站地图 | 关于我们 | 请您留言 | 联系方式
Copyright©2001 Chinaflow.com.cn.All Right Server.
Tel: 010-64291994 62450161 Fax: 010-64291994 62450161 手机:13693121531