中心軸偏移量對流量誤差的影響

/ 廣東省計量科學研究院

0 引言

隨著社會經濟的發(fā)展進步，人民生活水平的提高，國家需擺脫粗獷式的能源消費，提高能源的使用效率，能源計量也越來越受到重視。通過科技手段監(jiān)控企業(yè)的能耗，促使企業(yè)提高工業(yè)技術水平，提高水、電、油、汽等使用效率。能源計量不僅涉及能效，還涉及企業(yè)能源貿易結算和污染物排放量。能源計量中，通常使用測量儀器對能源量值進行計量，測量儀器的準確與否直接關系到能效和貿易結算。對于氣體介質，一般使用流量計進行計量。隨著企業(yè)對成本核算以及計量溯源的重視，許多企業(yè)在使用流量計前，都將流量計送到有資質的專業(yè)檢測機構進行檢定，以保證儀器的準確度達到使用要求。

實際使用中，影響流量計準確度的因素有許多，如何有效地穩(wěn)定地使用流量計，對檢定人員和使用人員提出了較高的要求。首先，檢測機構需嚴格按照檢定規(guī)程要求進行檢定，標準儀器需達到檢定要求；其次，企業(yè)對流量計的使用、安裝和維護，均需按儀器說明書要求進行。然而，有企業(yè)反映已檢定合格的流量計，實際安裝使用后，存在較大的偏差。

本文通過對多個影響量的分析，選取渦街流量計與配管同軸度進行實驗，得到實驗數(shù)據(jù)，這對檢定人員和使用人員有一定的指導意義。

1 安裝管道影響

管道影響渦街流量計計量準確度有四個因素：第一因素，流量計安裝位置的管道前后直管段長度，要求前段10D（D為管道直徑），后段5D；第二因素，管道與流量計連接方式，一般有法蘭連接、管接頭連接和電焊連接；第三因素，管道與流量計內徑差異，盡量選取相同內徑。如該點無法滿足，選取相差不超過±0.03D的內徑；第四因素，流量計和管道中心軸偏移量影響，兩者的中心軸盡量保持在同一軸上。

以上四個影響因素，前三個都可在選擇管道材料和安裝管道時減少或消除，第四個因素需在流量計完成檢定后，在安裝過程中才能確定其影響的大小。而且目前國內無統(tǒng)一的渦街流量計尺寸標準，市場上流量計內徑各異，如密封圈擠壓凸入管道內部及使用非標準尺寸管道等。實際安裝中，管道位置一般為固定和封閉空間，往往無法完全保證中心軸的一致。

2 中心軸偏移量影響

本次選用兩臺重復性、穩(wěn)定性都達到1.0級合格的渦街流量計，實驗管徑為25mm和80mm。實驗依據(jù)為JJG1029-2007《渦街流量計》檢定規(guī)程，實驗標準裝置為臨界流音速噴嘴標準裝置，示值誤差擴展不確定度為0.25%，k=2。實驗因素如表1所示。

表1 實驗因素

首先，流量計和管道完全同軸安裝，得到的結果作為實驗參比量。其次，移動流量計，使流量計中心軸與管道中心軸從左、右、上、下4個方向分別作1～5mm的偏移量，在不同偏移量下檢定出渦街流量計的儀表系數(shù)、線性度和重復性。

DN25、DN80口徑渦街流量計同軸安裝在管道上，管道前段15D，后段20D，實驗介質為空氣，溫度為26.5℃，環(huán)境濕度為63%RH。參比實驗結果如表2、表3所示。

表2 DN25參比量

表3 DN80參比量

通過參比實驗，兩臺實驗渦街流量計數(shù)據(jù)均符合國家檢定規(guī)程1.0級技術要求（示值誤差：±1.0%，重復性：0.33%）。在實驗環(huán)境、操作方式和儀器其他參數(shù)不變的情況下，分別調整中心軸的偏移量，測量數(shù)據(jù)如表4、表5所示。

表4 DN25實驗數(shù)據(jù)

3 數(shù)據(jù)分析

以1.0級合格標準作為判斷依據(jù)，而儀表系數(shù)以測量數(shù)據(jù)與參比量的示值誤差不超過±1.0%為符合要求，分別對DN25和DN80兩臺流量計的儀表系數(shù)、線性度和重復性進行分析。

表5 DN80實驗數(shù)據(jù)

由表4，表5可得到，DN25流量計的儀表系數(shù)在偏移量2mm內，仍然滿足不超過±1.0%的要求；而偏移量達到5mm，除向上偏移，其他三個方向的測量結果均達不到±1.0%的要求。DN80流量計的儀表系數(shù)在偏移量1mm內均滿足±1.0%的要求；而偏移量達到2mm以上，基本無法滿足技術要求。

DN25流量計線性度在左、右和上三個方向2mm偏移量均符合1.0級技術要求，向下偏移超過2mm數(shù)據(jù)明顯超差。DN80流量計在1mm偏移量均符合1.0級技術要求，而偏移量在2mm和5mm位置，左、右和上三個方向均不符合1.0級技術要求。而向下偏移，DN25流量計和DN80流量計測量結果明顯不同。DN25流量計在向下偏移時，誤差比其他三個方向更大；DN80流量計在向下偏移時，測量結果均能達到1.0級技術要求。

對于重復性，1.0級合格的流量計，偏移量不超過5mm情況下，均能保持較好的重復性，仍然符合1.0級技術要求，說明偏移量對該類流量計的重復性影響不大。

4 結語

通過實驗，得到流量計與管道中心軸偏移量為 1mm、2mm 和 5mm 的測量數(shù)據(jù)，對比各個方向偏移量的影響，并將不同數(shù)據(jù)進行比對分析。在1mm內的偏移量，渦街流量計均能符合要求，即在實際安裝中盡量保持流量計和管道中心軸偏移不超過1mm。而對于大口徑流量計，向下偏移對測量數(shù)據(jù)的影響較小，應更注重另三個方向調整。