靶式流量计的测量确定度分析.doc

靶式流量计的测量不确定度分析 摘要：靶式流量计测量高粘度介质流量有其独特的优点，但影响靶式流量计测量准确度有诸多要素。本文分析了靶式流量计测量不确定度的来源，并探讨了相应的改善方法。从而提高其测量精度和测量和测量范围。 关键词：靶式流量计 不确定度 测量精度 0 引言 流量测量方法和仪表的种类繁多，分类方法也很多。至今为止，可供工业用的流量仪表种类达60种之多。靶式流量计是60年代随着工业生产中迫切需要解决高粘度、低雷诺数流体的测量而发展起来的流量仪表。它除了适用于一般的气体、液体以及蒸汽的流量测量外，还适用于浆液介质、悬浮颗粒介质、易结晶凝结介质、脏污沉淀介质、腐蚀性介质以及高粘度介质。诸如重油、沥清、矿浆、焦油、淬火油、有机酸、非导电流体等等，同时还具有一定的抗脉动流的能力。 靶式流量计的原理是：当流体流经仪表时，检测部分中的圆形靶就感受到由流体动能转换成的冲击力，该力与流体的流量成比例。传统靶式流量计都存在机械结构复杂、灵敏度低、量程范围窄等缺点。新型的应变靶式流量计是在靶杆的另一端贴上一组应变片,当流体冲击靶片时，靶杆弹性变形，从而在应变电桥输出端得到与冲击力成正比的电压信号。与传统靶式流量计相比，智能应变靶式流量计机械结构非常简单，无须任何机械调零装置和可动部件；大大提高了靶片的变形量，提高了精度。 1 靶式流量计的原理 靶式流量计的结构示意图如图1所示 图1 靶式流量计结构示意图 由图1靶式流量计的结构可知，它由两部分组成，一部分是对力F进行检测的部分，另一部分是将检测到的力信号F转换成电信号并进行处理的部分（如显示、积算等）。 靶式流量计的工作原理是在测量管道的中心位置设置一靶体（信号发生体），当流体流动冲击位于管道中心位置的靶体时，作用于靶体上的力，与流体密度、靶体受力面积、流体流速的平方成正比，其关系式如下： （1） 其中 —— 靶片所受的作用力，； —— 阻力系数； —— 流体工况密度，； —— 靶片受力面积，； —— 流体流速，。 通过数学变换推导，得到流量公式如下： （2） （3） 式中 —— 质量流量与，； —— 体积流量； —— 流量系数； —— 测量管道内径，； —— 流隙比，(为靶片的直径，；非圆形靶片可换算成圆的直径计算)。 靶体的受力大小经电阻应变片力传感器转换成微伏电信号，通过信号采集与放大、A/D转换、经微处理器运算处理后，得到相应的流体流速和流量。 3 靶式流量计的不确定度分析 3.1 流量系数的影响 由靶式流量计的流量式(2)、式(3)可知，流体流量与流量系数k有关。靶式流量计的k值与雷诺数、靶的几何尺寸、形状、结构、管道内径、直径比、被测介质性质有关。大量的实验结果表明，当流量超过某一值时（或者说流体的雷诺数，为界限雷诺数），流量系数k将趋于常数；当雷诺数较小时（或者说雷诺数小于界限雷诺数），由于流体的粘滞磨擦力占有较大比例，呈层流状态，流量系数将随介质的性质而改变。所以靶式流量计在测试小流量时误差很大，致使量程比变得很窄。 3.2 靶片的几何形状不确定度分析 靶片是接触流体的检测元件。不同几何形状的靶有不同的阻力，我们可以得到不同的流量系数和不同的压力损失。球形状的靶对流量系数及压力损失的影响最大；半球靶次之；平靶为最小。在靶式流量计中，由于平靶形状简单易于满足加工工艺要求和便于装配，而且靶后也不产生明确漩涡，故选用平靶居多，从而对流量系数影响较小。 3.3 靶杆变形的影响 由于靶杆材料性质的影响，当流体流量很大时，靶杆的变形超过其弹性变形，一旦流量为零时，靶杆不能立即恢复到原始位置，造成仪表计量误差。 3.4 流通截面的不确定度分析 靶式流量计的流通截面积是以靶与测量导管之间圆环面积来表示的。因此，要求在结构设计中，杠杆直径与杠杆的通道应为最小。杠杆直径最小是为了减小破坏环形孔面积部分。杠杆的通道最小是为在测量导管中除了环形孔流通外，尽量减小其它的流通部分，在流通截面突然增大处易产生漩涡，从而影响流量计的特性和测量准确度。当实际的流通截面大于设计要求的环形面积时，将偏大否则将偏小。 3.5 靶径和管径的不确定度分析 靶径d和管径D直接影响仪表的流量系数，为此，靶径与管径的加工尺寸就严格控制在规定的公差范围内，以减小对流量系数的影响。此外，管径内壁应光滑，无加工痕迹。靶径与流量系数成正比，管径与流量系数成反比。 3.6 应变片传感器的影响 影响应变片长期稳定性的因素很多，包含了前面所讨论的各阶段各项技术参数，简要总结如下： 1.构成材料性能: (1)敏感栅：合金成分的均