四、用線性孔板差壓流量計(jì)測(cè)量蒸汽質(zhì)量流量
傳統(tǒng)的孔板流量計(jì)最大的不足是在被測(cè)流量相對(duì)于滿量程流量較小時(shí),差壓信號(hào)很小,這一缺點(diǎn)大大的影響其范圍度和測(cè)量精確度。人們針對(duì)其不足在傳統(tǒng)的孔板式差壓流量計(jì)基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了可變面積可變壓頭孔板流量計(jì)。因?yàn)槠漭敵龅牟顗盒盘?hào)與被測(cè)流量之間有線性關(guān)系,所以也稱線性孔板差壓流量計(jì)。
(1)線性孔板流量計(jì)工作原理
線性孔板又稱彈性加載可變面積可變壓頭孔板,其環(huán)隙面積隨流量大小而自動(dòng)變化,曲面圓錐形塞子在差壓彈簧力的作用下來(lái)回移動(dòng),環(huán)隙變化使輸出信號(hào)(差壓)與流量成線性關(guān)系,并大大地?cái)U(kuò)大范圍度,其結(jié)構(gòu)如圖(3.34)所示。
在孔板流量計(jì)中,當(dāng)流體流過(guò)開(kāi)孔面積為A的孔板時(shí),流量q與孔板前后產(chǎn)生的差壓之間有如下關(guān)系,即:
在如圖3.34所示的線性孔板中,于孔板處插入一個(gè)仿錘形活塞,由差壓引起的活塞-彈簧組件的壓縮量(活塞的移動(dòng)距離)為X,則式3.36成立,即:
由式(3.39)可知,流量與差壓成線性關(guān)系,所以取出差壓信號(hào)即可得到流量。
(2)特點(diǎn)
①范圍度寬。在使用0.1%精確度的差壓變送器時(shí)典型的線性孔板差壓式流量計(jì)可測(cè)范圍為1%~100%FS,保證精確度的范圍為5%~100%FS(若使用更高精確度的差壓變送器,如0.05%精確度,范圍度可進(jìn)一步提高),因此,對(duì)于流量變化大的測(cè)量對(duì)象,一臺(tái)流量計(jì)就可解決。能適應(yīng)蒸汽、燃油測(cè)量的夏季、冬季負(fù)荷變化。
②線性差壓輸出。差壓信號(hào)與流量成線性關(guān)系,被測(cè)流量相對(duì)于滿量程流量較小時(shí),差壓信號(hào)幅值也較大,有利于提高測(cè)量精確度。
③直管段要求低。由于孔板的變面積設(shè)計(jì),使其成為在高雷諾數(shù)條件下工作的測(cè)量機(jī)構(gòu),可在緊靠彎管、三通下游的部位進(jìn)行測(cè)量(為了保證測(cè)量精確度,要求上游直管段≥6倍管徑,下游直管段≥3倍管徑)。
(3)保證測(cè)量精確度的措施
典型的線性孔板流量計(jì)GILFLO承諾具有±1%精確度,為了達(dá)到這一指標(biāo),采取了幾項(xiàng)重要措施,其中包括如下幾項(xiàng)。
①對(duì)線性孔板逐臺(tái)用水標(biāo)定。
從式(3.36) 和式(3.37)可知,只要線性孔板中的彈簧線性好,而且活塞被加工成理想形狀,使得流通面積A與位移X的1/2次方成線性關(guān)系,就能使差壓與流量之間的線性關(guān)系成立。但是,活塞的曲面加工得很理想是困難的,最終不得不用逐臺(tái)標(biāo)定的方法來(lái)彌補(bǔ)這一不足。
Spirax-sarco公司對(duì)線性孔板進(jìn)行逐臺(tái)標(biāo)定是以水為介質(zhì),不同口徑的線性孔板均選擇14個(gè)標(biāo)定點(diǎn),其中流量較小時(shí),標(biāo)定點(diǎn)排得較密,圖3.40所示為一臺(tái)DN200線性孔板標(biāo)定曲線,圖中的差壓?jiǎn)挝粸閕nH2O(1inH2O=249.0889Pa)表3.41所列是一臺(tái)DN200的線性孔板的實(shí)際標(biāo)定數(shù)據(jù),其中從體積流量換算到質(zhì)量流量是建立在水的密度ρ=998.29kg/m3基礎(chǔ)上的。
而利用標(biāo)定數(shù)據(jù)對(duì)線性孔板的非線性誤差進(jìn)行校正還需借助于流量二次表。具體做法是將標(biāo)定數(shù)據(jù)寫(xiě)入二次表中的折線表,然后二次表根據(jù)輸入的差壓信號(hào)(電流值)用查表和線性內(nèi)插的方法求得水流量值qmw。