提高对模拟输出的涡街流量计检定的可靠性

　　0　引言

　　在使用标准表法气体流量标准装置检定模拟输出的涡街流量计时,常常出现流量计的相对误差较大,但重复性较好的问题。经检查该类流量计的频率输出正常,问题出在模拟输出上。经过多次试验,仔细研究、分析检定纪录,发现其问题多出现在涡街流量计的下限。

　　1　理论分析

　　1.1　涡街流量计的工作原理

　　在流体中设置旋涡发生体(阻流体),从旋涡发生体两侧交替地产生有规则的旋涡,这种旋涡称为卡曼涡街,如图1所示。旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列。设旋涡的发生频率为f,被测介质流的平均速度为v,旋涡发生体迎面宽度为d,表体通径为D,根据卡曼涡街原理,有如下关系式:

　　式中:v1为旋涡发生体两侧平均流速,;Sr为斯特劳哈尔数;m为旋涡发生体两侧弓形面积与管道横截面面积之比。

　　管道内体积流量qv为:

　　则流量计的仪表系数K(单位体积的脉冲数)为:

　　K除与旋涡发生体、管道的几何尺寸有关外,还与斯特劳哈尔数有关。斯特劳哈尔数为无量纲参数,它与旋涡发生体形状及雷诺数有关,图2所示为圆柱状旋涡发生体的斯特劳哈尔数与管道雷诺数的关系图。由图2可见,Re在2×~7×范围内,Sr可视为常数,这是仪表正常工作范围。

　　由图2可知,只有当流体流动的雷诺数超过一定值以后,才能形成稳定的卡曼涡街,交替分离的漩涡才是所要检测的信号。而且在时,流量计不能保证计量的准确度。

　　1.2　涡街流量计的组成

　　涡街流量计由传感器和转换器两部分组成。传感器包括漩涡发生体(阻流体)、检测元件、仪表表体等;转换器包括前置放大器、滤波整形电路、D/A转换电路、输出接口电路、端子、支架和防护罩等。

　　1.3　模拟信号输出涡街流量计的应用

　　作为流量计量仪表,涡街流量计输出与状态体积流量成正比的方波脉冲信号,通过流量仪表实现流量计算。作为过程检测仪表,在自动控制系统中,为方便信号远传,提高信号的抗干扰能力,涡街流量计将脉冲输出信号转换成标准的4~20mA模拟信号。

　　2　零点校正

　　我们的实验室环境、检定过程、检定方法均符合JJG198-1994《速度式流量计》检定规程的要求。在排除了检定步骤及操作错误带来误差的可能之后,又对检定纪录进行了全面分析,对部分流量计进行了频率检定,结果线性、重复性均较好,从而排除了流量计本身超差的可能性。模拟量输出的涡街流量计量程范围在4~20mA,检定时超差的部分都是在下限,说明问题可能是在模拟量输出的4mA上。经过仔细研究,发现规程没有要求对零点进行校正。