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6.1.4脉动流的流量测量

脉动流流量测量方法有三种:a.用响应快的流量计;b.用适当的方法将脉动衰减到足够小的幅值,然后用普通流量计进行测量;c.对在脉动流状态下测得的流量值进行误差校正。有的系统中,b、c两种方法需结合起来才能实现测量,这是因为脉动幅值大,超出估算公式的适用范围,若仅用阻尼方法,衰减后的脉动幅值又未进入稳定流范围。

(1)用电磁流量计测量脉动流流量   当电磁流量计选用较高的激励频率时,能对脉动流作出快速响应,因此能对脉动流流量进行测量,常用来测量往复泵、隔膜泵等的出口流量。

能用于脉动流测量的电磁流量计,通常在下列三个方面须作特殊设计,并在投运时作恰当的调试。即激励频率可调,以便得到与脉动频率相适应的激励频率;流量计的模拟信号处理部分应防止脉动峰值到来进入饱和状态;为了读出流量平均值,应对显示部分作平滑处理。

①激励频率的决定。以IFM型电磁流量计为例,该仪表的技术资料提出,当脉动频率低于1.33Hz时,可以采用稳定流时的激励频率;当脉动频率为1.33~3.33Hz时,激励频率应取25Hz(电源频率为50Hz)。显然,激励频率要求虽不很严格,但必须与脉动频率相适应,太高和太低都是不利的。

②流量信号输入通道饱和问题。脉动流的脉动幅值有时高得出奇,如果峰值出现时仪表的流量信号输入通道进入饱和状态,就如同峰值被消除,必将导致仪表示值偏低。

IFM型电磁流量计流量信号输入通道的设计分两挡。其中,测量稳定流时,A/D转换器只允许输入满量程信号的150%,而测量脉动流时,允许输入满量程信号的1000%。因此,在测量脉动流流量时,编写菜单应指定流动类型为“PULSATING”(脉动流),而不是“STEADY”(定常流)。

③时间常数的选定。由于电磁流量计的测量部分能快速响应脉动流流量的变化,忠实地反映实际流量,但是显示部分如实地显示实际流量值,势必导致显示值上下大幅度跳动,难以读数,所以,显示应取一段时间内的平均值。其实现方法通常是串入一阶惯性环节,选定合适的时间常数后,仪表就能稳定显示。但若时间常数选得太大,则在平均流量变化时,显示部分响应迟钝,为观察者带来错觉。

IFM仪表投资料提出了计算时间常数的经验公式。

            

式中   N——每分钟脉动次数。

(2)脉动流量测量的充分阻尼条件   电磁流量计虽能测量脉动流流量,但它仅适用于电导率在合适范围内的液体,而更多的脉动流流量测量对象仍然需在测量前将脉动滤除。

1998年国际标准化组织对ISO/TR3313进行了增补参改和重新定名,颁布了ISO/TR3313:1998《封闭管道中流体流量测量――流量测量仪表流动脉动影响导则》,它虽不是国际校准,只是一份技术报告,却总结了几十年来国际上对脉动流流量测量主要研究成果。对脉动流流量测量有重要的参考价值。

ISO/TR3313对流动脉动的阻尼提供了几个有实用价值的方法,并对其设计计算给出了具体的公式。其中,充分阻尼的条件针对标准节流装置而言。

     (a) 脉动流在仪表下游                         (b)  脉动源在仪表上游

          图6.1 气体阻尼系统

①气体的脉动流流量测量的充分阻尼条件。气体或蒸汽的脉动能被脉动源与仪表之间的节流管阻和气容组成的滤波环节所阻尼,类似于电路中的RC滤波器。此气容的容积包括容器和管路本身的容积,此管阻可由阀门和其他装置提供,管路上的压损也有节流效果。脉动源可以在仪表的上游,如图6.1(b)所示,也可在仪表的下游,如图6.1(a)所示,对这种单容器的阻尼系数满足充分阻尼的条件为

                               (6.1)

式中   Ho——霍奇森数(Hodgson  number );

                                               (6.2)

V——脉动源与流量计之间的阻尼器容积;

——一个脉动周期的时均(时间平均)体积流量;

——恒压下脉动源于阻尼容器之间的时均压力损失;

p——阻尼容器中的平均军队静压;

k——气体的等熵指数(对于理想气体,k=r,r为比热容比);

——脉动源处测得的质量流量脉动分量均方根值;

qm——质量流量的时均值;

* ——脉动流下流量计示值的最大允许不确定度。

②带限流管的阻尼器。在单容器阻尼系统中,设计时能够变更的设备参数只有容器的容积,为了得到充分的阻尼,容器容积必须很大,为具体实施带来困难。如图6.2所示的带线流管的分隔容器(divided-receiver)阻尼器,在设计计算时,除了容器容积大小可供选择外,适当减小限流管截面积也能改善阻尼效果,所以总体积可比单容器阻尼系统小得多,因此更具实用性。

                          图6.2  带限流管的分隔容器阻尼器

这种阻尼器的响应系数

   

 

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