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温度计的读数对涡街流量计检定结果有一定影响

来源:编辑:发表时间:2018-05-28 13:23:31

    摘要:在涡街流量计的工作过程中需要利用到温度计读取流量,测定体积管处温度,但由于计量现场所采用的温度计存在修正值过小或过大问题,很可能由于对温度修正检定结果的忽略而带来误差。因此文中将主要先容涡街流量计的工作原理、结构和误差特性。提出体积管检定流量计的具体模型,最后论述温度计读数修正对涡街流量计检定结果所产生的影响。

温度计的读数对涡街流量计检定结果有一定影响


 
引言
    涡街流量计常常会因为被测介质温度变化而产生计量示值附加误差。根据我国《涡街流量计检定规程》要求,测量所使用温度计的最大允许误差对检定结果所造成的影响不能超过流量计最大允许误差值的1/10。因此在现场进行直接检定读取温度时,就必须在将温度带入计算公式过程中考虑这一误差,并进行适当的温度修正,降低其对检定结果所带来的精确度影响,以此为工作的准确性提供合理保障。

1 涡街流量计的基本工作原理与结构特征
    涡街流量计主要运用到了机械测量元件,它将流体持续分隔成为单位体积并实施累加计量,最后计算出总体积并获取流体计量结果。在工业应用过程中,容积式流量计需要实现在管道中的持续流体体积测量,它的基本工作流程如下:首先让流体持续注入并充满计量空间,其次再将这些流体送到出口流位置进行测量。随着流体不断累加进入计量空间并反复充满,将流体总体积与计量空间体积相乘,就可以得出流体通过容积式流量计的流量总量。
    一般情况下涡街流量计都会采用固定标准的小容积计量空间来计量所通过管道的流体体积。而所流经的计量空间主要由流量计转动部件与仪表壳内壁所共同组成,这样的构造与工作原理就形成了涡街流量计的4大特征,即计量精确度高、适用于高粘度液体测量、测量范围度宽以及安装管道条件不会影响计量精度。

2 涡街流量计的精度要求和温度误差特性
    2.1 涡街流量计的精度要求
    按照《涡街流量计检定规程》规定,涡街流量计的流量计精度要达到0.2甚至更高精确级别。这主要是迎合了它依靠计量基本单位容积个数来实现对累计流体流量的计算,它的计算公式为:Q=∑dq
    在该算式中,Q就代表了通过计量空间的流体总量,而代表计量空间的基本单位容积。在流体不断进入计量空间时,受到外界温度变化影响,计量空间的转动部件与仪表壳会发生体积变化,它也直接会导致dq容积发生一定变化,如下式:dq=f(Δt)
    因为涡街流量计在出厂时都有被标定调整的固定仪表系数,所以一旦dq发生变化,就会使得其后的流体流量总量测量受到影响,极有可能产生附加误差,使涡街流量计的最终检测结果缺乏高精度。

    2.2 基于测量对象的附加误差产生原因
    再进一步针对涡街流量计的测量对象液体来说,液体显然会存在热胀冷缩现象,因为它的密度就是温度的函数。当液体密度发生变化时,就有:

计算公式


    在该算式中,假设d20为在20℃下测量液体的密度(kg/m3),dt表示在t℃中测量液体的密度(kg/m3),Uk表示所测量液体的膨胀系数。因为涡街流量计所计算的是液体体积,如果液体发生温度变化,它的体积也会随之变化,但流量计所指示的仅为在该温度(20℃)下液体的体积量。当温度发生较大变化以后,如果不能将固定指示温度值改为特定指示温度值,也会为测量结果带来极大的检测附加误差。因此,必须为涡街流量计构建数学模型,明确温度影响所带来的影响效果。

3 涡街流量计基本检定模型设计
    在涡街流量计中的体积管检定过程中,首先要将被检定流量与标准体积管串联起来,当液体流体全部通过流量计体积管时,启动体积管内置换器,让其随流体流动方向运动进而触发流量计中检测开关,发出测量信号,以脉冲数的形式记录在流体经过管道期间的流量总量。经过脉冲数换算,就可以初步检定流体流经管道过程中流量计的具体流体体积,同时将此流量体积与管内温度及压力值进行容积值对比,就可以得到被检测涡街流量计的具体示值误差,并围绕此误差来构建数学模型,具体计算涡街流量计的体积管处流体实际体积,其计算公式如下

计算公式


    在上述计算公式中,V代表涡街流量计体积管中液体的实际体积(L),Vs代表体积管标准体积(L),ps代表体积管内流体的表面压力平均值(Pa),D代表体积管的实际内径(mm),e代表体积管壁实际厚度(mm),Es代流量计体积管的具体弹性模量(Pa),βs代表体积管的实际膨胀系数(℃-1),ts代表体积管内流体的平均温度(℃)。基于以上指标为体积管修正体积,计算流体体积通过流量计中所累积的实际流量值,给出以下计算公式:

计算公式


    在上式中,Qs代表被检测流量计中流体的实际值(L)(VCF20)s和(VCF20)m分别代表体积管和流量计内20℃温度环境下流体的体积修正系数,κ是流体的压缩系数(Pa-1),而pm代表流量计中液体表的平均压力值(Pa)。根据上述指标再进行涡街流量计的示值误差计算,Em为:

计算公式


    按照上文3个计算公式进行推断,随着外界温度的不断变化,就会引起液体容积式流量中流体体积修正系数的变化。考虑到流体体积系数计算相对复杂,难以确定,所以一般情况下难于对其进行固定的定量分析。如果在温度计读数时不能进行合理修正,它就会直接影响到涡街流量计在随后的流体体积总量计算,将附加误差快速传递到流量计的一系列计算中,它所导致的后果必然会对检定工作带来巨大影响。

4 温度计读数修正对涡街流量计检定结果的影响分析
    现如今,关于涡街流量计的使用已经相当广泛,对它的现场检定工作要利用温度计来完成。对温度计的要求就是要保证它的基本分度值达到0.1~0.2℃,且测量值要保证在0~70℃。以石油化工企业为例,在测量070℃的普通石油焦化产品时一般选择玻璃液体温度计,同时遵循《工作用玻璃液体温度计》中相关规范,确保温度测量读取的最大温度计允许误差不能超过±0.15℃。因此如果完全不考虑温度计读数修正问题,单体温度计的最大引入误差就应该为±0.15℃范围。在利用体积管检定液体容积式流量时还需要进行流量计处读取、体积管进出口温度测量,这些测量工作可能为流量计与体积管之间带来较大温差(0.4℃以上)。但如果按照《涡街流量计检定规程》就可以明确在每一次检定过程中都要严格规范检定介质温度变化,确保其检定介质温度变化范围不能超过0.5℃。因此上述的流量计与体积管温差在0.4℃时,也是能够满足检定标准的。
    对石油化工企业而言,如果它的实际输油温度为24℃。那么它的涡街流量计、体积管管壁包括体积管进出口出实际温度都应该控制统一保持在24℃。当温度计读数没有被修正时,涡街流量计与体积管就很有可能出现涉及温度计读数的若干状况,如表1。
    表1中所用体积管其标准容积为4048L,体积管温度是进口与出口温度之间的平均值,流量计压力在0.300MPa,体积管的实际压力为0.270MPa。根据此表1可以见得如果不对温度计读数作出任何修正,当温度超出标准固定范围就会导致涡街流量计本身出现示值误差,进而产生精确度偏移。举例来说,如果涡街流量计所读取温度比实际外界温度更高,那么该流量计的示值误差就一定朝负方向发生大量偏移,如此一来流量计所显示误差就会比实际误差要更小。也就是说,涡街流量计与体积管处会随着温差的增大而导致示值误差向负方向偏移越大。
 
    如果体积管处所读取到的平均温度值小于外界实际温度值,则涡街流量计的实际示值误差就会出现较大偏移,最大示值误差可以达到0.0960。在这里假设涡街流量计的准确度为0.3级,通过温度计读数修正引入误差,如果所引入误差超出检定规程标准要求,就有必要对温度计读数进行相应修正,这一点绝对不能在现场检定过程中有所忽略。再举例来说,某石油企业输油站每年原油输油量在2000万m3以上,如果在输油过程中未对输油管道体积管进行温度计读数进行修正,就有可能导致收油一方每年损失至少100m3的原油量,而最大时可以达到9600m3,可见温度计读数修正对涡街流量计的检定结果影响之大。因此,在现场进行涡街流量计检定过程中,应该尽可能对温度计读数进行合理修正,降低它对于流量计示值误差的精确度影响。如果温度计读数修正值偏大,就可以依据温度计检定证书中所规定的温度值进行修正,如果温度计读数修正值偏小,则要选定一个修正值,然后根据该选定值,确定流体流动方向,再试图降低温度,确保交接计量的高精度。

5 总结
    三畅仪表探讨了基于涡街流量计的现场流量计检定过程,主要围绕温度计读数修正值来确认其对检定过程的影响,尽可能降低流量计对流体体积总量计算的误差,进而提高检定结果精确度,并保证涡街流量计的计量性准确可靠。

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