流量測量范文

導(dǎo)語：如何才能寫好一篇流量測量，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

論文摘要：對目前重要的不同的流量計(jì)（容積式計(jì)量表，質(zhì)量流量計(jì)，電磁流量計(jì)）的原理、測量方法、應(yīng)用條件、注意事項(xiàng)等進(jìn)行了總結(jié)，進(jìn)而對流量測量有進(jìn)一步的了解。

1研究背景：

計(jì)量是工業(yè)生產(chǎn)的眼睛。流量計(jì)量是計(jì)量科學(xué)技術(shù)的組成部分之一,它與國民經(jīng)濟(jì)、國防建設(shè)、科學(xué)研究有密切的關(guān)系。做好這一工作對于保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、促進(jìn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展都具有重要的作用。特別是在能源危機(jī)、工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化程度愈來愈高的當(dāng)今時(shí)代,流量計(jì)在國民經(jīng)濟(jì)中的地位與作用更加明顯。

節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)是大多數(shù)先進(jìn)企業(yè)非常關(guān)心的問題。而要確保壓縮空氣系統(tǒng)高效地運(yùn)轉(zhuǎn)，流量測量是至關(guān)重要的。對一個(gè)典型壓縮空氣系統(tǒng)的全部成本進(jìn)行分析后，我們發(fā)現(xiàn)最大的成本是由電力消耗，而不是系統(tǒng)的投資或維護(hù)產(chǎn)生的。

一臺新式的壓縮機(jī)將百分之九十的電力轉(zhuǎn)換成熱量，而僅將百分之十轉(zhuǎn)換成壓縮空氣，這就使得壓縮空氣比電要貴十倍。測量耗電量隨處可見，但是測量壓縮空氣消耗量的企業(yè)并不多。不進(jìn)行測量就意味著不知道系統(tǒng)的效率。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示百分之三十的壓縮空氣會(huì)由于泄漏而損失掉，這本來是可以被檢測出來并修理好的。

還有另外一個(gè)重要問題：二氧化碳總排放量的百分之四十來自于工業(yè)。這些二氧化碳是在燃燒礦物燃料（媒、石油、煤氣等）來發(fā)電的過程中產(chǎn)生的。我們都知道，過多的二氧化碳會(huì)造成全球變暖。在能源變得短缺并且環(huán)保和我們每一個(gè)人息息相關(guān)的時(shí)候，流量測量將幫助您依據(jù)消耗量和泄漏檢測來分析您的系統(tǒng)，從而減少能耗和成本。

2調(diào)研目的：

由于流量是一個(gè)動(dòng)態(tài)量,流量測量是一項(xiàng)復(fù)雜的技術(shù)。從被測流體來說,包括氣體、液體和混合流體這三種具有不同物理特性的流體;從測量流體流量時(shí)的條件來說,又是多種多樣的,如測量時(shí)的溫度可以從高溫到低溫;測量時(shí)的壓力可以從高壓到低壓;被測流量的大小可以從微小流量到大流量;被測流體的流動(dòng)狀態(tài)可以是層流、湍流等等。此外就液體而言,還存在粘度大小不同等情況。

調(diào)研的目的就是對目前重要的不同的流量計(jì)的原理、測量方法、應(yīng)用條件、注意事項(xiàng)等進(jìn)行了總結(jié)，進(jìn)而對流量測量有進(jìn)一步的了解，對以后的研究工作起一定的指導(dǎo)意義。

3調(diào)研內(nèi)容

3.1概述

3.1.1流量的概念

流體在單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)某一有效截面的體積或質(zhì)量，前者稱體積流量（m3/s)，后者稱質(zhì)量流量(kg/s)。

如果在截面上速度分布是均勻的，則：

如果介質(zhì)的密度為，那么質(zhì)量流量

流過管道某截面的流體的速度在截面上各處不可能是均勻的，假定在這個(gè)截面上某一微小單元面積上速度是均勻的，流過該單元面積上的體積流量為，整個(gè)截面的流量為；測量某一段時(shí)間內(nèi)流過的流體量，即瞬時(shí)流量對時(shí)間的積分，稱之流體總量。，用來測量流量的儀表統(tǒng)稱為流量計(jì)。測量總量的儀表稱為流體計(jì)量表或總量計(jì)。

3.1.2流體的幾個(gè)概念

(1)粘性

在流體的內(nèi)部相互接觸的部分在其切線方向的速度有差別時(shí)會(huì)產(chǎn)生減小其速度差的作用。這是因?yàn)榱魉倏斓牟糠忠铀倥c其相接觸的流速慢的部分，而流速慢的部分要減小與其相接觸的流速快的部分，流體的這種性質(zhì)，稱為粘性。衡量流體粘性大小的物理量稱為粘度

設(shè)有兩塊面積很大距離很近的平板，兩平板中間是流體。令底下的平板保持不動(dòng)，而以一恒定力推動(dòng)上面平板，使其以速度v沿x方向活動(dòng)。由于流體粘性的作用，附在上板底面的一薄層液體以速度v隨上板運(yùn)動(dòng)。而下板不動(dòng)故附在其上的流體不動(dòng)，所以兩板間的液體就分成無數(shù)薄層而運(yùn)動(dòng)，如圖所示。作用力F與受力面平行，稱為剪力，剪力與板的速度v、板的面積S成正比，而與兩板間的距離y成反此，即

（圖）平板間流體速度變化

h稱為粘度，或動(dòng)力粘度(dynamicviscosity)，單位是：泊（P）(Pa.s)

(2)層流和紊流

流體在細(xì)管中的流動(dòng)形式可分為層流和紊流兩種。所謂層流(laminarflow)就是流體在細(xì)管中流動(dòng)的流線平行于管軸時(shí)的流動(dòng)。所謂紊流(turbulentflow)就是流體在細(xì)管中流動(dòng)的流線相對混亂的流動(dòng)。利用雷諾數(shù)可以判斷流動(dòng)的形式。如果雷諾數(shù)小于某一值時(shí)，可判斷為層流，而大于此值時(shí)則判斷為紊流。

由此，我們發(fā)現(xiàn)管內(nèi)流體流動(dòng)時(shí)存在著兩種狀態(tài)：一為層流狀面一為紊流狀態(tài)．在不同的流動(dòng)狀態(tài)下，流體有不同的流動(dòng)特性。在層流流動(dòng)狀態(tài)時(shí)，流量與壓力降成正比；在紊流流動(dòng)狀態(tài)時(shí)，流量與壓力降的平方根成正比，而且在層流與紊流兩種不同的流動(dòng)狀態(tài)時(shí)，其管內(nèi)的速度分布也大不相同。這些對于許多采用測量流速來得到流量的測量方法是很重要的。

(3)雷諾數(shù)

雷諾數(shù)是表征流體流動(dòng)時(shí)慣性力與粘性力之比。利用細(xì)管直徑d，可求出雷諾數(shù)：

為細(xì)管中的平均流速；為流體的運(yùn)動(dòng)粘度,d為管徑。Rd＜2320時(shí)為層流，Rd＞2320時(shí)為紊流；所謂平均流速，一般是指流過管路的體積流量除以管路截面積所得到的數(shù)值。

(4)流體流動(dòng)的連續(xù)性方程

流體在管道內(nèi)作穩(wěn)定流動(dòng)的情況:，若流體是不可壓縮的，即則

（圖）某一段流體管道

即流體在穩(wěn)定流動(dòng)，且不可壓縮時(shí)，流過各截面流體的體積為常量。因此利用上式，很方便的求出流體流過管道不同截面時(shí)的流速。

（4）流體伯努力方程

3.2流量計(jì)

3.2.1容積式計(jì)量表

這類儀表用儀表內(nèi)的一個(gè)固定容量的容積連續(xù)地測量被測介質(zhì)，最后根據(jù)定量容積稱量的次數(shù)來決定流過的總量。習(xí)慣上人們把計(jì)量表也稱為流量計(jì)。根據(jù)它的結(jié)構(gòu)不同，這類儀表主要有橢圓齒輪流量計(jì)、腰輪流量汁、活塞式流量計(jì)等。

(1)橢圓齒輪流量計(jì)

（圖）橢圓齒輪流量計(jì)原理圖

腰輪流量計(jì)（羅茨流量計(jì)）

（圖）腰輪流量計(jì)原理圖

腰輪流量計(jì)除可測液體外，還可測量氣體，精度可達(dá)±0.1％，并可做標(biāo)準(zhǔn)表使用；最大流量可達(dá)1000m3/h。

(2)容積式流量計(jì)的誤差

儀表輸出由指針指示，指示值I:

其中：

流量較小時(shí)，誤差為負(fù)值，在流量增大時(shí)、誤差為正值、且基本保持不變(曲線1)。這種現(xiàn)象主要是由于在運(yùn)動(dòng)件的間隙中泄漏所引起的。這個(gè)泄漏量與間隙、粘度、前后壓差有關(guān)，另外也和流過體積V所需的時(shí)間有關(guān)。

容積式流量計(jì)的測量誤差值E，可由指示值與真值之差與指示值之比表示。設(shè)：V為通過流量計(jì)的流體體積真值；I為流量計(jì)指示值，則誤差值E可表示為

，為流量儀表的流量，，

，

（圖）容積式流量計(jì)的誤差曲線

（3）適用范圍

1）可用于各種液體流量的測量，尤其是用于油流量的準(zhǔn)確測量

2）高壓力、大流量的氣體流量測量

3）適用于性較好、粘度較高的重質(zhì)油品，如原油、重質(zhì)成品油等的計(jì)量

4）計(jì)量范圍受到轉(zhuǎn)子重量的影響，其精度只適用于一定流量的計(jì)量，計(jì)量更大流量時(shí)，要幾臺并聯(lián)使用

由于橢圓齒輪容積流量計(jì)直接依靠測量輪嚙合，因此對介質(zhì)的清潔要求較高，不允許有固體顆粒雜質(zhì)流過流量計(jì)．

3.2.2浮子流量計(jì)（轉(zhuǎn)子流量計(jì)）

(1)原理

浮子流量計(jì)的測量本體由一根自下向上擴(kuò)大的垂直錐管和一只可以沿著錐管的軸向自由移動(dòng)的浮子組成．如圖下

（圖）浮子流量計(jì)測量原理圖

當(dāng)被測流體自錐管下端流入流量計(jì)時(shí)，由于流體的作用，浮子上下端面產(chǎn)生一差壓，該差壓即為浮子的上升力。當(dāng)差壓值大于浸在流體中浮子的重量時(shí)，浮子開始上升。隨著浮子的上升．浮子最大外徑與錐管之間的環(huán)形面積逐漸增大，流體的流速則相應(yīng)下降，作用在浮子上的上升力逐漸減小，直至上升力等于浸在流體中的浮子的重量時(shí)，浮子便穩(wěn)定在某一高度上。這時(shí)浮子在錐管中的高度與所通過的流量有對應(yīng)的關(guān)系。

（2）所受力的分析

作用在浮子上的力有：

流體自下而上運(yùn)動(dòng)時(shí)，作用在浮子上的阻力F;浮子本身的垂直向下的重力W；流體對浮子所產(chǎn)生的垂直向上的浮力B。當(dāng)浮子處于平衡狀態(tài)時(shí)，可列出平衡方程式

式中，cd為浮子的阻力系數(shù)；ro為流體密度；v為環(huán)形流通面積的平均流速：Af為浮子的最大迎流面積。

為浮子材料的重度；為浮子的體積

浮子在流體中所受的浮力為：為流體的重度

該環(huán)形流通面積為A0，則體積流量為

設(shè)，稱為流量系數(shù)，則

（3）注意事項(xiàng)

只要保持流量系數(shù)a為常數(shù)，則流量與浮子高度h之間就存在一一對應(yīng)的近似線性關(guān)系．我們可以將這種對應(yīng)關(guān)系直接刻度在流量計(jì)的錐管上．顯然，對于不同的流體，由于密度發(fā)生變化，所以qv與h之間的對應(yīng)關(guān)系也將發(fā)生變化，原來的流量刻度將不再適用．所以原則上，轉(zhuǎn)子流量計(jì)應(yīng)該用實(shí)際介質(zhì)進(jìn)行標(biāo)定．

3.2.3電磁流量計(jì)

電磁流量計(jì)是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律制成的一種測量導(dǎo)電液體體積流量的儀表。屬于測速式流量計(jì)

（1）原理

（圖）電磁流量計(jì)原理圖

如圖所示，設(shè)在均勻磁場中，垂直于磁場方向有一個(gè)直徑為D的管道。管道由不導(dǎo)磁材料制成，當(dāng)導(dǎo)電的液體在導(dǎo)管中流動(dòng)時(shí)，導(dǎo)電液體切割磁力線，因而在磁場及流動(dòng)方向垂直的方向上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，如安裝一對電極，則電極間產(chǎn)生和流速成比例的電位差。

式中，c為感應(yīng)電動(dòng)勢：B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，D為管道內(nèi)徑；v為液體在管道內(nèi)平均流速。

（2）使用條件

優(yōu)點(diǎn)：

1）可以測量各種腐蝕性介質(zhì)：酸、堿、鹽溶液以及帶有懸浮顆粒的漿液

2）此流量計(jì)無機(jī)械慣性，反應(yīng)靈敏，可以測量脈沖流量，而且線性較好，可以直接進(jìn)行等分刻度局限性：

1）只能測量導(dǎo)電液體，因此對于氣體、蒸氣以及含大量氣泡的液體，或者電導(dǎo)率很低的液體不能測量

2）由于測量管內(nèi)襯材料一般不宜在高溫下工作，所以目前一般的電磁流量計(jì)還不能用于測量高溫介質(zhì)[（3）分類

直流勵(lì)磁、交流勵(lì)磁、低頻方波勵(lì)磁

3.2.4質(zhì)量流量計(jì)

在工業(yè)生產(chǎn)中，由于物料平衡，熱平衡以及儲存、經(jīng)濟(jì)核算等所需要的都是質(zhì)量，并非體積，所以在測量工作中，常需將測出的體積流量，乘以密度換算成質(zhì)量流量。但由于密度隨溫度、壓力而變化，所以在測量流體體積流量時(shí)，要同時(shí)測量流體的壓力和密度，進(jìn)而求出質(zhì)量流量。在溫度、壓力變化比較頻繁的情況下，難以達(dá)到測量的目的。這樣便希望用質(zhì)量流量計(jì)來測量質(zhì)量流量，而無需再人工進(jìn)行上述換算。

（1）分類

1）直接式：即直接檢測與質(zhì)量流量成比例的量，檢測元件直接反映出質(zhì)量流量。

2）推導(dǎo)式：即用體積流量計(jì)和密度計(jì)組合的儀表來測量質(zhì)量流量，同時(shí)檢測出體積流量和流體密度，通過運(yùn)算得出與質(zhì)量流量有關(guān)的輸出信號。

3）補(bǔ)償式：同時(shí)檢測流體的體積流量和流體的溫度、壓力值，再根據(jù)流體密度與溫度、壓力的關(guān)系，由計(jì)算單元計(jì)算得到該狀態(tài)下流體的密度值，最后再計(jì)算得到流體的質(zhì)量流量值。

補(bǔ)償式質(zhì)量流量則量方法，是目前工業(yè)上普遍應(yīng)用的一種測量方法。

（2）熱式質(zhì)量流量計(jì)

熱式質(zhì)量流量計(jì)是由外熱源對被測流體加熱，測量因流體流動(dòng)而造成的溫度變化來反映質(zhì)量流量，或利用加熱流體時(shí)流體溫度上升所需能量與流體質(zhì)量之間關(guān)系測量流體質(zhì)量流量的儀表。比較典型的一種是托馬斯流量計(jì)。

（圖）托馬斯氣體流量計(jì)原理圖

加熱氣體所需要的能量和加熱器上下游溫差之間的關(guān)系可表示為：

由上式可得氣體的質(zhì)量流量可表示為

從上式知，若采用恒定功率法，即保持功率E為常數(shù)，則溫差與質(zhì)量流量成反比，測量溫差即得流量；若采用恒定溫差法，即保持溫差為常數(shù)，則加熱器輸入功率E與質(zhì)量流量成反比，測得加熱器功率E即可得值。實(shí)用上，無論從特性關(guān)系或?qū)崿F(xiàn)測量的手段看，恒定溫差法都比恒定功率法簡單，因而應(yīng)用較多。

（3）推導(dǎo)式質(zhì)量流量計(jì)

它是由體積流量計(jì)和密度計(jì)組合而成的，其形式可分為

1）檢測的流量計(jì)和密度計(jì)的組合方式；

2）檢測的流量計(jì)和密度計(jì)的組合方式；其中為流體密度，為體積流量

3）檢測的流量計(jì)和檢測的流量計(jì)的組合方式；

（圖）檢測器與密度計(jì)的組合質(zhì)量流量計(jì)原理圖

（圖）檢測器和密度計(jì)組合的質(zhì)量流量計(jì)原理圖

（圖）檢測器和檢測器組合的質(zhì)量流量計(jì)原理圖

4調(diào)研總結(jié)

首先，由于流量是一個(gè)動(dòng)態(tài)量,流量測量是一項(xiàng)復(fù)雜的技術(shù)。對在一定通道內(nèi)流動(dòng)的流體的流量進(jìn)行測量統(tǒng)稱為流量計(jì)量。流量測量的流體是多樣化的，如測量對象有氣體、液體、混合流體；流體的溫度、壓力、流量均有較大的差異，要求的測量準(zhǔn)確度也各不相同。因此，流量測量的任務(wù)就是根據(jù)測量目的，被測流體的種類、流動(dòng)狀態(tài)、測量場所等測量條件，研究各種相應(yīng)的測量方法，并保證流量量值的正確傳遞。

經(jīng)過幾天的調(diào)研，對目前重要的不同的流量計(jì)的原理、測量方法、應(yīng)用條件、注意事項(xiàng)等進(jìn)行了總結(jié)，進(jìn)而對流量測量有了進(jìn)一步的了解。達(dá)到了調(diào)研目的。

其次，流量儀表伴隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展有必要逐步完善其性能,而技術(shù)的進(jìn)步也讓流量儀表的完善成為可能。盡管有些儀表（如電磁）的性能相對較為優(yōu)越，但也并非盡善到可取代所有的流量儀表，況且，它當(dāng)前的價(jià)格還較昂貴，使用的經(jīng)驗(yàn)還不足，有待積累。工業(yè)領(lǐng)域十分廣闊，還沒有一種儀表可以滿足一切要求。所以盡管發(fā)展趨勢有增有減，而取代的過程將是緩慢的。

最后，調(diào)研內(nèi)容有一定的根據(jù)性，對現(xiàn)實(shí)中流量的測量、應(yīng)用，都有一定的幫助

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篇2

[關(guān)鍵詞]電磁流量計(jì) 攪拌器葉片 脈動(dòng)

中圖分類號：O441.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）24-0005-01

一、 電磁流量計(jì)原理

電磁流量計(jì)是一種根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律來測量管內(nèi)導(dǎo)電介質(zhì)體積流量的感應(yīng)式儀表，管道內(nèi)的勵(lì)磁線圈產(chǎn)生磁場，被測介質(zhì)流過管道做切割磁力線，在兩個(gè)檢測電極上產(chǎn)生感應(yīng)電勢，其大小正比于流體的運(yùn)動(dòng)速度。測量管道通過不導(dǎo)電的內(nèi)襯（橡膠，特氟隆等）實(shí)現(xiàn)與流體和測量電極的電磁隔離。其電壓信號轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器處理后，再經(jīng)微處理器處理后，輸出與流量成線性關(guān)系的信號，供后位儀表供記錄、調(diào)節(jié)和控制使用，也可與上位機(jī)通訊（RS485）

二、電磁流量計(jì)測量精度

不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導(dǎo)率變化的影響，傳感器感應(yīng)電壓信號與平均流速呈線性關(guān)系，因此測量精度高，一般為1%。

三、電磁流量計(jì)的特點(diǎn)

沒有可動(dòng)部件和凸出于流體中的零件，具有很高的可靠性，用來測各種酸、堿、鹽溶液，礦漿、糖漿、污水、啤酒、麥汁、等導(dǎo)電流體的流量等各種懸浮物、氣化汽和粘性物質(zhì)的流量。另外由于其密封性能好，還可用于自來水和地下水道系統(tǒng)。

四、電磁流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)

測量管道內(nèi)無阻流件，因此沒有附加的壓力損失；測量管道內(nèi)無可動(dòng)部件，因此傳感器壽命極長。傳感器部分只有內(nèi)襯和電極與被測液體接觸，只要合理選擇電極和內(nèi)襯材料，即可耐腐蝕和耐磨損。

五、攪拌葉片對流量測量的影響

電磁流量計(jì)示值以固定的頻率上、下跳動(dòng)，我廠一段工藝流程如下圖所示：

母液經(jīng)電磁流量計(jì)從前一設(shè)備送向母液罐，儀表投運(yùn)后，流量示值以固定頻率上、下跳動(dòng)。DCS顯示屏上顯示的瞬時(shí)流量歷史曲線成一根很寬的帶子，現(xiàn)場檢查前后直管段長度及接地等安裝條件均符合要求，尚未查出原因。

一次偶然的機(jī)會(huì)，母液罐內(nèi)的攪拌器停止運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)現(xiàn)流量示值自己恢復(fù)穩(wěn)定，向操作者調(diào)查工藝操作上有何變化，才知母液罐內(nèi)的攪拌器停止轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)一步調(diào)查發(fā)現(xiàn)，此攪拌器是側(cè)壁安裝，而且其位置距安裝流量計(jì)的進(jìn)料管口僅一米左右，很明顯攪拌器槳葉以固定周期翻起波浪，使得進(jìn)料口處的阻力周期變化管內(nèi)流速脈動(dòng)。電磁流量計(jì)出口端到容器壁的距離L太近，大約1.5米，使流量計(jì)出口流速不穩(wěn)，流量計(jì)示值產(chǎn)生有規(guī)則的搖擺。然后將電磁流量計(jì)從A位置改到B位置，遠(yuǎn)離原安裝位置10米，流量計(jì)示值穩(wěn)定。

六、示值脈動(dòng)的危害

如上述流量脈動(dòng)對儀表積算總量影響不大，因?yàn)閿嚢杵鳂~引起脈動(dòng)頻率較低，其數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于所選電磁流量計(jì)的激勵(lì)頻率，所以盡管流量示值大幅度周期擺動(dòng)，但其準(zhǔn)確度并無明顯變化，其影響僅僅是示值難以讀數(shù)和DCS中趨勢取現(xiàn)無法制作。

七、脈動(dòng)幅度過大時(shí)如何處理

脈動(dòng)劉德平均值如果離標(biāo)尺上線不遠(yuǎn)，則脈動(dòng)峰值很容易超過上限而進(jìn)入飽和區(qū)，導(dǎo)致儀表示值偏低，這時(shí)就須啟用電磁流量計(jì)的脈動(dòng)流測量功能。具有脈動(dòng)流測量能力的電磁流量計(jì)，當(dāng)它選用較高的激勵(lì)頻率時(shí)，能對脈動(dòng)流做出快速響應(yīng)，因此能對脈動(dòng)流量進(jìn)行測量，常用來測量往復(fù)泵。隔膜泵等的出口流量。

能用于脈動(dòng)流測量的電磁流量計(jì)，通常在下列3個(gè)方面須作特殊設(shè)計(jì)，并在投運(yùn)時(shí)作適當(dāng)?shù)恼{(diào)試，即激勵(lì)頻率可調(diào)，流量計(jì)的模擬信號處理部分應(yīng)防止脈動(dòng)峰值到來時(shí)進(jìn)入飽和狀態(tài)，為了讀出流量平均值，應(yīng)對現(xiàn)實(shí)部分做平滑處理。

1、 激勵(lì)頻率的決定

以IFM型電磁流量計(jì)為例，該儀表的技術(shù)資料提出，當(dāng)脈動(dòng)頻率低于1.33時(shí)，可以采用穩(wěn)定流時(shí)的激勵(lì)頻率；當(dāng)脈動(dòng)頻率為1.33------3.33時(shí)激勵(lì)頻率應(yīng)取25Hz，顯然，激勵(lì)頻率要求雖然不很嚴(yán)格，但是必須與脈動(dòng)頻率相適應(yīng)，太高和太低都是不利的。

2、 流量信號輸入通道飽和問題

脈動(dòng)流的脈動(dòng)幅值有時(shí)高的出奇，如果峰值出現(xiàn)時(shí)儀表的流量信號輸入通道進(jìn)入飽和狀態(tài)，就如同峰值被消除，必將導(dǎo)致儀表示值偏低。

IFM型電磁流量計(jì)流量信號輸入通道的設(shè)計(jì)分兩檔，其中測量穩(wěn)定流時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換器只允許輸入滿量程信號的150%，而測量脈動(dòng)流流量時(shí)，允許輸入滿量程信號的1000%。因此，在測量脈動(dòng)流流量時(shí)，編寫菜單應(yīng)指定流動(dòng)類型為“PULSATING（脈動(dòng)流）而不是”STEADY”（定常流）。

3、 時(shí)間常數(shù)的選擇

由于電磁流量計(jì)的測量部分能快速響應(yīng)脈動(dòng)流流量的變化，忠實(shí)地反映實(shí)際流量，但是顯示部分如果也如實(shí)地顯示流量值，勢必導(dǎo)致顯示值上、下大幅度跳動(dòng)，難以讀數(shù)，所以顯示應(yīng)取一段時(shí)間內(nèi)的平均值，其實(shí)現(xiàn)方法通常是串入一階慣性環(huán)節(jié)，選定合適的時(shí)間常數(shù)后，儀表就能穩(wěn)定顯示。但若時(shí)間常數(shù)選的太大，則在平均流量變化時(shí)，顯示部分應(yīng)遲鈍，為觀察者帶來錯(cuò)覺。

IFM儀表資料提出了計(jì)算時(shí)間常數(shù)t（s）的經(jīng)驗(yàn)公式：t（s）=1000/N

N-----每分鐘脈動(dòng)次數(shù)

篇3

關(guān)鍵詞：注汽鍋爐 兩相流 干度 流量

蒸汽吞吐是熱力開采稠油油藏的主要方式, 濕蒸汽的流量及干度計(jì)量也就成為生產(chǎn)效果的有力保障，同時(shí)為了防止注汽鍋爐的爐管內(nèi)結(jié)垢，要求鍋爐出口的蒸汽為干度為70-80%為宜。由于濕蒸汽的計(jì)量為流量、干度雙參數(shù)計(jì)量，十分復(fù)雜。從國內(nèi)的研究狀況來看，還沒有非常成熟的應(yīng)用技術(shù)，有限的幾種方法，具有一定的局限性。國際上具代表性的測量裝置有γ射線密度計(jì)-渦輪流量計(jì)-文丘利管組合裝置和γ射線密度計(jì)-網(wǎng)狀靶組合裝置等測量裝置，但是投資昂貴，運(yùn)行費(fèi)用高。

本技術(shù)是在單相流標(biāo)準(zhǔn)孔板、文丘利管[1]的基礎(chǔ)上加以發(fā)展，根據(jù)汽、水兩相流通過標(biāo)準(zhǔn)孔板、文丘利管的壓降規(guī)律，建立數(shù)學(xué)模型，開發(fā)了聯(lián)合式濕蒸汽流量、干度測量裝置，經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行，解決這一測量難題，滿足工程實(shí)際的生產(chǎn)需要。

1、測試原理研究

該測量系統(tǒng)由經(jīng)過標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)孔板、經(jīng)典文丘利管作為一次測量元件，高精度壓力傳感器、智能型差壓變送器[2]轉(zhuǎn)換并傳輸標(biāo)準(zhǔn)信號，標(biāo)準(zhǔn)4～20mA DC信號經(jīng)I/V轉(zhuǎn)換成1～5V電壓信號，進(jìn)入高速數(shù)據(jù)采集卡，首先在工控機(jī)中根據(jù)壓力信號P調(diào)用IAPWS-IF97標(biāo)準(zhǔn)汽、水性質(zhì)模塊計(jì)算出飽和水、飽和蒸汽的密度及比焓；

對于標(biāo)準(zhǔn)孔板及經(jīng)典文丘利管兩節(jié)流件有以下兩流量方程

Qm1= （ΔP1，X1）

（1）

Qm2= （ΔP2，X2）

（2）

根據(jù)質(zhì)量守恒定律，流經(jīng)兩流量計(jì)的質(zhì)量流量相同；管道經(jīng)良好保溫處理，忽略沿程熱量損失及壓力損失，濕蒸汽無相變，流經(jīng)兩流量計(jì)的濕蒸汽干度也相同。

則有條件

Qm1= Qm2

（3）

X1 = X2

（4）

注：下標(biāo)1代表標(biāo)準(zhǔn)孔板處的參數(shù)，下標(biāo)2代表文丘利管處的參數(shù) Qm為質(zhì)量流量，ΔP為壓差，X1為干度

聯(lián)立方程1、2、3、4即可根據(jù)差壓信號、汽水密度算出濕蒸汽的干度、質(zhì)量流量、載熱量，同時(shí)對質(zhì)量流量、載熱量進(jìn)行累積運(yùn)算。重要參數(shù)適時(shí)存儲于數(shù)據(jù)庫，作為歷史數(shù)據(jù)以備后期調(diào)用。系統(tǒng)通過D/A通道或標(biāo)準(zhǔn)通訊接口輸出干度、累積流量，供上位機(jī)使用。原理圖如下：

圖1 聯(lián)合式濕蒸汽流量測量工程原理圖

汽、水性質(zhì)模塊執(zhí)行最新的IAPWS-IF97公式，與IF-67相比計(jì)算精度提高10倍以上，且重復(fù)計(jì)算精度高。而運(yùn)算速度提高4～12倍。

2、兩相流測量數(shù)學(xué)模型[3]

對于直流鍋爐，在穩(wěn)定工況下，根據(jù)流體連續(xù)性原理可知，其濕蒸汽的質(zhì)量流量近似等于給水質(zhì)量流量。則濕蒸汽的質(zhì)量流量、干度和孔板差壓之間的關(guān)系可以抽象地用下式描述：

（5）

式中：G為濕蒸汽的質(zhì)量流量，P為孔板差壓，X為蒸汽干度， 為蒸汽和水的熱物性參數(shù)向量。

對于飽和蒸汽與水的熱物性參數(shù)向量有：

（6）

式中：P為局部工作壓力。

求解非線性方程（5），（6）就可以計(jì)算出鍋爐出口的蒸汽干度?？紤]到汽水兩相流為單組份流，并且工作壓力較高，其流動(dòng)特性近似于單相流動(dòng)，因此可選用均相流孔板測量模型來處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)。所用的均相流模型為：

（7）

式中：G為兩相流總質(zhì)量流量， 為孔板在飽和蒸汽中的流量系數(shù)， 為飽和蒸汽的流束膨脹系數(shù)，F(xiàn)為孔板流通截面積， 為兩相流等效平均密度，P為孔板的差壓，K為系數(shù)，取決于計(jì)算常數(shù)及單位。

兩相流的等效平均密度 由下面的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算：

（8）

式中： 為飽和水的密度， 為飽和汽的密度，X 為蒸汽干度，C 為兩相流經(jīng)驗(yàn)修正因子。

影響修正因子C的主要因素為兩相流速之比，即滑移比。在一定條件下可以近似的認(rèn)為滑移比主要表現(xiàn)為兩相密度比的函數(shù)。對于汽水兩相流，兩相密度比取決于工作壓力與水的臨界壓力之比。因此，可認(rèn)為兩相流修正因子C是工作壓力與臨界壓力之比的函數(shù)：

（9）

式中： 為工作壓力，P0為臨界壓力

用數(shù)學(xué)回歸的方法整理不同的壓力下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，給出了修正因子的經(jīng)驗(yàn)公式：

用于鍋爐出口 （10）

用于井口 （11）

實(shí)驗(yàn)證明，對于孔板比在0.5～0.7，汽水兩相流干度在0.2～0.9范圍內(nèi)，用此模型測量流量其均方誤差小于3%。

因鍋爐出口的蒸汽流量等于鍋爐給水的流量，而給水流量是已知的，即：

（12）

式中：G0為鍋爐給水流量，Gmax為給水流量計(jì)量程，P0為給水流量的差壓，Pmax為給水差壓變送器的量程。

求解非線性方程（7）、（8）、（9）、（12）就可以計(jì)算出鍋爐出口的蒸汽干度。即：

（13）

式中：

K---等熵值數(shù)

支路蒸汽的參數(shù)測量：

在計(jì)量支路分井的流量與干度時(shí)，假定蒸汽干度的分配是均勻的，即兩個(gè)支路的流體平均焓是相等的。在能量守恒關(guān)系中，可采用熱能守恒的關(guān)系，這對于工業(yè)測量系統(tǒng)使用熱能守恒來說，具有足夠的精確度。

鍋爐出口蒸汽的平均焓為：

篇4

關(guān)鍵詞：超聲波流量計(jì)；案例運(yùn)用；流量測量

中圖分類號：TM711 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）17-0117-02

1 超聲波流量計(jì)測量原理概述

1.1 超聲波流量計(jì)基本原理

在流動(dòng)流體中流體的運(yùn)行速度與超聲波的傳播速度之間存在著一定的關(guān)系，與固定坐標(biāo)系相比，超聲波的順流中的傳播速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在逆流中的傳播速度。為了更好地對流量速度進(jìn)行測量，首先需要準(zhǔn)備一個(gè)能夠發(fā)射超聲波的超聲波探頭（即換能器），一般可以采用石英等制作成某種元件器件作為流量計(jì)中的超聲波探頭，由此可以在進(jìn)行超聲波發(fā)射的時(shí)候充分使用負(fù)壓電高頻電脈沖的作用力使得壓電晶體實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的高頻振動(dòng)，從而最終實(shí)現(xiàn)有一定脈沖變化的超聲波發(fā)射效應(yīng)。超聲波可以從一定的角度發(fā)射進(jìn)入到流體中進(jìn)行傳播，然后在超聲波換能器的作用之下實(shí)現(xiàn)超聲波信號的接收效能，與此同時(shí)，超聲波換能器再一次經(jīng)過一定的環(huán)節(jié)將高頻電脈沖信號成功轉(zhuǎn)換。從上述分析可以知道對同一個(gè)超聲波換能器進(jìn)行輪流性的使用可以成功發(fā)射不同類型的脈沖壓力波，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)接受功能。

對超聲波流量計(jì)可以從如下幾個(gè)角度進(jìn)行分類：一是按照基本原理可以將超聲波流量計(jì)分為時(shí)差法、聲環(huán)法、相位差法、相關(guān)法、沃街法以及多普勒法等；二是按照超聲波探頭的安裝方式可以將超聲波流量計(jì)分為外縛式以及插入式、插入式又可以按照是否帶有測量管段來進(jìn)行區(qū)分；三是根據(jù)聲道數(shù)量可以將超聲波流量計(jì)分為多聲道和單聲道兩種類型；四是按照超聲波的性能特點(diǎn)可以將超聲波流量計(jì)分為便攜式、固定式、標(biāo)準(zhǔn)型以及低溫防水型等。

1.2 超聲波流量計(jì)測量原理

從上述分析中，可以知道超聲波流量計(jì)有多種類型，這里主要對時(shí)差法和多普勒測量法兩種方法的測量原理進(jìn)行詳細(xì)概述。

時(shí)差法測量原理如圖1所示，時(shí)差法測量一般情況之下是運(yùn)用所測量流體傳播聲波來進(jìn)行測量，并通過不同傳播速度流體特征來測量他們在不同流動(dòng)方向的傳播速度之間的差值，從而最終測量出流體的流動(dòng)流量以及相應(yīng)的速度。

多普勒法超聲波在進(jìn)行流體流量測量實(shí)踐中的基本原理如圖2所示，這是在超聲波在進(jìn)行流體流量測量實(shí)踐中所產(chǎn)生的多普勒效應(yīng)對相應(yīng)的頻率差進(jìn)行相關(guān)測量，由于主要是使用某一個(gè)固定的聲源作為相應(yīng)的發(fā)生器，隨著流體與某一運(yùn)動(dòng)聲源之前的相對運(yùn)動(dòng)，促使該物體進(jìn)入到超聲波中并最終出現(xiàn)超聲波接收器的反射接收。進(jìn)入超聲波和發(fā)射超聲波二者之間的頻率差就是運(yùn)動(dòng)物件所產(chǎn)生的多普勒頻移，并且所測量的多普勒頻率差與流體流速之間呈現(xiàn)出一定的正比例關(guān)系，因此可以如果可以求出多普勒頻率差，就可以相應(yīng)得到流體的流速以及流體相應(yīng)的流量。

2 超聲波流量計(jì)基本特點(diǎn)分析

超聲波流量計(jì)在長期的發(fā)展中逐步將傳統(tǒng)的渦輪流量計(jì)、差壓流量計(jì)以及電磁流量計(jì)等測量方法取代，從各個(gè)角度來進(jìn)行分析，可以知道超聲波流量計(jì)在實(shí)踐運(yùn)用中主要具備如下幾個(gè)方面的優(yōu)勢特征：

第一，超聲波流量計(jì)在實(shí)踐中進(jìn)行安裝維修更為方便快捷，超聲波流量計(jì)與其他的流量計(jì)方法相比而言，安裝維修更為方便快捷，對于大口徑的流量計(jì)量體統(tǒng)來說，超聲波流量計(jì)在這一方面的優(yōu)勢是非常明顯的，可以節(jié)約大量的人力和物流成本。近年來，隨著超聲波流量計(jì)在各個(gè)研究領(lǐng)域的實(shí)踐運(yùn)用，超聲波流量計(jì)在安裝維修時(shí)可以不用考慮是否在官道上切斷流量或者進(jìn)行打孔等繁瑣步驟。

第二，超聲波流量計(jì)的測量管徑相對較大，超聲波流量計(jì)在進(jìn)行測量時(shí)其管徑測量最大可以達(dá)到10 m，這也是超聲波流量計(jì)的突出優(yōu)勢，超聲波流量計(jì)的適用管徑范圍相對來說較大，可以在一定范圍之類進(jìn)行較為自由的流量測量，當(dāng)所測量的管徑超出一定范圍時(shí)，流量計(jì)可能會(huì)受到外界各個(gè)方面的因素限制而難以滿足具體的測量要求，這個(gè)時(shí)候可以考慮使用超聲波流量計(jì)來有針對性地解決這些問題，同時(shí)可以測量任意管徑。除此之外，管徑大小范圍并不會(huì)影響到超聲波流量計(jì)的價(jià)格，而其他流量計(jì)價(jià)格往往會(huì)隨著管徑大小范圍的變化而變化。

第三，超聲波流量計(jì)的測量可靠性較高，不論是濕式安裝或者是外夾式安裝的超聲波流量計(jì)均不會(huì)對測量流量的流暢性產(chǎn)生影響，沒有任何的壓力損失；與此同時(shí)，以微機(jī)為中心的傳感器可以使用鎖相環(huán)路等計(jì)時(shí)的方法解決電力故障以及信號衰弱等方面的問題，從而使得超聲波流量計(jì)的測量可靠性更高。

第四，超聲波流量計(jì)的測量不會(huì)受到流體相關(guān)參數(shù)的影響，比如說流體的物理性能以及導(dǎo)電率、粗糙度等相關(guān)參數(shù)不會(huì)對超聲波流量計(jì)的測量產(chǎn)生影響。除此之外，超聲波流量計(jì)的測量結(jié)果可以通過計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)顯示和打印，并實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行。

但是，超聲波流量計(jì)在實(shí)踐運(yùn)用中也存在一些缺點(diǎn)，一是超聲波流量計(jì)的傳感器安裝情況對測量結(jié)果準(zhǔn)確度有一定的影響，因此傳感器安裝有著嚴(yán)格的要求；二是超聲波流量計(jì)的準(zhǔn)確度與電磁流量計(jì)準(zhǔn)確度相比還存在一定的差距。

3 超聲波流量計(jì)在電廠流量測量上的應(yīng)用

由于超聲波流量計(jì)有著突出的技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢，因此超聲波流量計(jì)在電廠流量測量等各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的關(guān)注的應(yīng)用，可以從如下幾個(gè)應(yīng)用案例中得到體現(xiàn)。

越南IAGIAI Ⅲ水電站中需要對循環(huán)水流量進(jìn)行測量，由于所需要測量的管徑屬于超大型號，分別為DN6000型號和DN3000型號，在對所要測量的流量以及各種類型流量計(jì)進(jìn)行全方位分析論證之后，最終認(rèn)為最為經(jīng)濟(jì)適用可行的超聲波流量計(jì)可以用來解決該方案，因此最終選取了超聲波流量計(jì)對循環(huán)水流量進(jìn)行了準(zhǔn)確的測量，解決了相應(yīng)的問題。

華能白楊河電廠在2003年以前一般都是采用差壓式流量計(jì)實(shí)現(xiàn)單一方向的流量測量，在使用超聲波流量計(jì)進(jìn)行流量測量之后，發(fā)現(xiàn)了負(fù)流量現(xiàn)象，并因此為電廠節(jié)約了大量的購水成本，該電廠最初在凝結(jié)水管道上將渦銜流量計(jì)安裝上，但是由于在實(shí)踐中受到流量計(jì)工藝有所變動(dòng)等方面的影響，從而對流量測量計(jì)的準(zhǔn)確度和精確度提出了更高的要求，而渦銜流量計(jì)在這種情況之下無法滿足這一需求，因此在保障電廠正常運(yùn)行的情況之下可以選取超聲波流量計(jì)做出更為精確的測量。

魯能運(yùn)河發(fā)電廠在2008年時(shí)在實(shí)踐運(yùn)用中需要對相關(guān)油量進(jìn)行相應(yīng)的測量，由于之前使用價(jià)格高達(dá)10萬元的質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行測量，價(jià)格昂貴且運(yùn)行使用周期較長，質(zhì)量流量計(jì)的安裝也極為不方便，后來魯能運(yùn)河發(fā)電廠選用了價(jià)格僅僅兩萬元的外夾式超聲波流量計(jì)，不僅解決了存在的問題，而且在較低的成本之下達(dá)到了有效的測量結(jié)果。

華電漯河發(fā)電廠最開始選取了電磁流量計(jì)對流量進(jìn)行測量，安裝前后均做了較好的防腐內(nèi)襯，其加工難度大且使用成本較高，但是選用超聲波流量計(jì)時(shí)這些問題都迎刃而解了，沒有使用更多的設(shè)備和安裝成本。

綜上所述，當(dāng)前超聲波流量計(jì)已經(jīng)被作為主要的流量測量工具運(yùn)用到愈來愈多的電廠，安裝維護(hù)方便快捷且較長的生命周期優(yōu)勢使得超聲波流量計(jì)備受歡迎，盡管超聲波流量計(jì)還存在一定的缺陷，但是相信隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，超聲波流量計(jì)將以其綜合性優(yōu)勢得到更為廣闊的發(fā)展空間。

參考文獻(xiàn)：

[1] 解兵，梅強(qiáng)，王成亮.超聲波流量計(jì)在發(fā)電機(jī)定子內(nèi)冷水流量測量中的應(yīng)用[J].江蘇電機(jī)工程，2007，（7）：53-54.

[2] 呂永煥.淺析超聲波流量計(jì)在AP1000主給水測量中的應(yīng)用[J].科技風(fēng)，2013，（5）：158-159.

篇5

關(guān)鍵詞：河流流量；測驗(yàn)；誤差

中圖分類號： P343 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：

隨著我國水資源開發(fā)利用程度的提高，水資源短缺現(xiàn)象日益突出，社會(huì)國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性發(fā)展對水資源的可持續(xù)利用提出了更高的要求。因此，河流流量測驗(yàn)精度，是衡量一個(gè)灌區(qū)供水單位管理水平的重要尺度。水文測驗(yàn)工作不僅要做好大洪水監(jiān)測，為防汛服務(wù);而且也要加強(qiáng)對河流的控制監(jiān)測，提高河流流量測驗(yàn)精度，為水資源的統(tǒng)一管理和調(diào)度服務(wù)。

1 河流流量測驗(yàn)儀器方面的影響因素

1.1 流速儀誤差

流速的誤差在用流速儀進(jìn)行流量測驗(yàn)時(shí),流速測定的正確性在流量測驗(yàn)中占有相當(dāng)重要的地位,它是主要決定測流準(zhǔn)確度的因素。流速儀是流量測驗(yàn)的主要工具，分旋漿式流速儀和旋杯式流速儀。按國家標(biāo)準(zhǔn)，旋漿式流速儀和旋杯式流速儀在正常使用保養(yǎng)下，其使用期限為10a。而儀器檢定公式穩(wěn)定期為1a或累積工作300h，并取時(shí)間間隔短的。由于各種原因，儀器不能及時(shí)校核，即使按時(shí)校核，也因使用和保養(yǎng)不善或者運(yùn)輸不當(dāng)而產(chǎn)生較大的誤差。因此，按國家標(biāo)準(zhǔn)《河流流量測驗(yàn)規(guī)范》，常用流速儀施測達(dá)到50～80h時(shí)，應(yīng)與備用的同類型流速儀進(jìn)行比測。若比測結(jié)果偏差不超過±3%，系統(tǒng)偏差不超過±1%時(shí)，常用流速儀可繼續(xù)使用，否則應(yīng)及時(shí)送專業(yè)技術(shù)部門進(jìn)行檢定。若沒有條件比測的站，儀器使用1～2a后必須重新檢定。超過檢定日期2～3a以上的流速儀，雖未使用，也應(yīng)送專業(yè)部門檢定，以便消除儀器本身的誤差。

1.2 測速計(jì)數(shù)器誤差

測速計(jì)數(shù)器是流量測驗(yàn)中測記流速儀器轉(zhuǎn)子訊號，或是顯示轉(zhuǎn)子所測流速的工具。對測速計(jì)數(shù)器要求計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)準(zhǔn)確，不漏記多記，抗干擾性較強(qiáng)，性能穩(wěn)定可靠。因此，計(jì)數(shù)裝置在使用前進(jìn)行檢查和定期測試檢查，發(fā)現(xiàn)誤差應(yīng)及時(shí)訂正或更換，否則將直接影響到流量測驗(yàn)。

1.3 停表誤差

停表是流量測驗(yàn)工作中的計(jì)時(shí)工具，在正常情況下，應(yīng)每年汛前檢查一次。當(dāng)停表受過雨淋、碰撞、劇烈震動(dòng)或發(fā)現(xiàn)走時(shí)異常等情況，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行檢查，否則計(jì)算流速時(shí)產(chǎn)生較大誤差。檢查時(shí)，按國家標(biāo)準(zhǔn)《河流流量測驗(yàn)規(guī)范》，應(yīng)以每日誤差小于0.5min帶秒針的鐘表為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)時(shí)，與停表同時(shí)走動(dòng)10min，當(dāng)讀數(shù)不超過±3s，可認(rèn)為停表合格，否則應(yīng)及時(shí)更換停表。

1.4 旋轉(zhuǎn)部件誤差

在流量測驗(yàn)前，要檢查流速儀旋轉(zhuǎn)部件是否正常。通常在檢查旋漿(旋杯)的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，用右手拿住旋漿(旋杯)軸，用嘴輕輕吹動(dòng)漿葉，如果和清潔良好，并且安裝正確，不論軸的位置是否水平、垂直、傾斜旋漿都應(yīng)靈敏的轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)若干周后緩慢停止，如勉強(qiáng)轉(zhuǎn)動(dòng)或突然停止，則說明儀器部件有毛病，應(yīng)進(jìn)行拆洗檢查來消除儀器旋轉(zhuǎn)部件帶來的誤差。

1.5 接觸機(jī)構(gòu)誤差

在流量測驗(yàn)前，接好轉(zhuǎn)動(dòng)旋漿進(jìn)行流速儀接觸機(jī)構(gòu)的檢查，傾聽測速計(jì)數(shù)器發(fā)出的聲音是否正常。一般音響持續(xù)時(shí)間應(yīng)為旋漿的3回轉(zhuǎn)左右。如果發(fā)現(xiàn)時(shí)間過長或過短，則說明流速儀接觸機(jī)構(gòu)有誤差，應(yīng)立即拆卸儀器檢查接觸絲的松緊度，直到調(diào)整適宜為止，重新試驗(yàn)直至工作正常為止，這樣可消除流速儀接觸機(jī)構(gòu)本身的誤差。

2 流量測驗(yàn)過程中的影響因素

2.1 水位觀測誤差

水位觀測可能引起的誤差主要表現(xiàn)在兩方面:①在測驗(yàn)流量過程中，測深、測速前和結(jié)束后，應(yīng)立即觀測水位，以避免在測流過程中，水量發(fā)生了變化，引起測量結(jié)果與實(shí)際流量的偏差，從而影響到水位流量對應(yīng)關(guān)系的誤差。因此，按照《河流流量測驗(yàn)規(guī)范》，應(yīng)及時(shí)觀測水位的變化，做好垂線水深修正；②表現(xiàn)在水位人工定時(shí)觀測或校核定位時(shí)的誤差，應(yīng)盡可能消除水面光線折射、波浪、障礙物、短歷時(shí)波動(dòng)等方面的影響，進(jìn)而準(zhǔn)確推求出斷面水量。

2.2 水深測量誤差

在河流水深測量采用手持測桿施測方法時(shí)，由于測桿是剛性帶刻度和底盤的，在水深測量時(shí)，一般是通過測桿讀數(shù)直接讀取水深值。但往往受到水面波浪和測桿是否保持垂直狀態(tài)而影響水深測量的精度，使測算的斷面面積與實(shí)際不符，或因垂線測點(diǎn)位置不準(zhǔn)而導(dǎo)致流速測量誤差。解決辦法是施測者保持垂直下放測桿，正確讀取測桿的數(shù)值；當(dāng)波浪較大時(shí)每條垂線水深應(yīng)連測3次以上并取其平均值，這樣可減少由于水深測量帶來的誤差。

2.3 測深、測速垂線布設(shè)誤差

在河流測驗(yàn)工作中，測深、測速是同時(shí)進(jìn)行的，全斷面垂線布設(shè)應(yīng)以控制斷面原型為準(zhǔn)，由于所有斷面并非一致，垂線布設(shè)的不合理，將直接影響所測斷面面積的精度，使流量產(chǎn)生較大誤差。

2.4 測速垂線上測點(diǎn)的分布誤差

流量測驗(yàn)工作中，測速垂線上測點(diǎn)的分布不合理，直接影響垂線平均流速實(shí)測結(jié)果，導(dǎo)致流量產(chǎn)生較大誤差。按國家標(biāo)準(zhǔn)《河流流量測驗(yàn)規(guī)范》，一般垂線可用一點(diǎn)法、兩點(diǎn)法、三點(diǎn)法或五點(diǎn)法等施測，具體采用主要以測得的測點(diǎn)流速計(jì)算垂線平均流速與實(shí)際垂線平均流速接近為原則。在垂線分布不規(guī)則的情況下，水深足夠時(shí)盡量用五點(diǎn)法或六點(diǎn)法施測。在精測法中，流速測點(diǎn)分布是嚴(yán)格按測得水深來分布的。

2.5 流速測點(diǎn)定位誤差

在流量施測過程中，流速儀是否安放在準(zhǔn)確的位置，測桿是否穩(wěn)定呈垂直狀態(tài)，流速儀在水下是否呈水平狀態(tài)，而平行于水流線，施測者采用懸測或是底測方法都將影響流速測點(diǎn)定位誤差，所以流速測點(diǎn)定位不準(zhǔn)直接影響所測的垂線平均流速與實(shí)際垂線平均流速有偏差，使流量產(chǎn)生較大誤差。因此，為減小這種誤差，對于流速較快的斷面施測者應(yīng)多采用底測的測驗(yàn)方法，且測桿要緊靠測橋，保證測桿的垂直與穩(wěn)定性。

2.6 測速歷時(shí)計(jì)時(shí)誤差

當(dāng)流速儀在測點(diǎn)定位后，應(yīng)先測試流速儀訊號是否正常，后進(jìn)行施測流速。在實(shí)際工作中，往往出現(xiàn)流速儀剛?cè)胨烷_始測速計(jì)時(shí)，并未做流速儀的訊號測試。另外，還有在施測過程中歷時(shí)停表計(jì)時(shí)不規(guī)范。這樣就出現(xiàn)測速歷時(shí)的偏差而使流量產(chǎn)生較大誤差，因此，在實(shí)際流量測驗(yàn)工作中，流速儀入水經(jīng)過2～3個(gè)訊號測試正常后，方才開始施測。歷時(shí)計(jì)時(shí)以流速儀某訊號為起始訊號，立即開動(dòng)停表計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)開始后出現(xiàn)的訊號為第1個(gè)訊號，當(dāng)累計(jì)到某個(gè)訊號時(shí)已符合測速歷時(shí)的規(guī)范要求時(shí)，應(yīng)及時(shí)關(guān)閉停表，計(jì)時(shí)終了。

2.7 測速訊號計(jì)數(shù)誤差

在流量測驗(yàn)過程中，測速歷時(shí)計(jì)時(shí)與訊號計(jì)數(shù)是同時(shí)進(jìn)行的，也是相互對應(yīng)的。在實(shí)際工作中，往往出現(xiàn)開動(dòng)停表計(jì)時(shí)的起始訊號也在計(jì)算之內(nèi)。這樣，無形中就多計(jì)算1個(gè)訊號數(shù)，使計(jì)算流量比實(shí)際流量偏大而產(chǎn)生誤差。另外，由于有些渠道斷面流速較大，使得流速儀轉(zhuǎn)速較快，在施測過程中，訊號計(jì)數(shù)有時(shí)可在2s內(nèi)達(dá)到3個(gè)訊號的情況，訊號計(jì)數(shù)之快，往往較容易多計(jì)或少計(jì)而引起流量誤差。因此，在流量測驗(yàn)過程中測速訊號計(jì)數(shù)要認(rèn)真仔細(xì)，訊號計(jì)數(shù)和歷時(shí)計(jì)時(shí)要嚴(yán)格按規(guī)范執(zhí)行，將測速訊號計(jì)數(shù)帶來的誤差降到最小。

2.8 流速脈動(dòng)誤差

在河流流量測驗(yàn)工作中，流速的脈動(dòng)影響與垂線流速有著直接的關(guān)系，按國家標(biāo)準(zhǔn)《河流流量測驗(yàn)規(guī)范》規(guī)定，為減少流速脈動(dòng)帶來的誤差，一般每個(gè)流速測點(diǎn)總歷時(shí)達(dá)到100s以上；在搶測短歷時(shí)大流量時(shí)，可采用總歷時(shí)為60s或30s。在作測點(diǎn)流速脈動(dòng)誤差檢查時(shí)，作者總結(jié)多年測流工作經(jīng)驗(yàn)，整理出測點(diǎn)流速脈動(dòng)公式為:ΣR=2R時(shí)，2S－10%S≤ΣS≤2S+10%S(其中ΣR為總信號；R為分組信號；ΣS為總歷時(shí)；S為分組歷時(shí))，以此來檢驗(yàn)流速脈動(dòng)誤差，ΣS應(yīng)在變化范圍內(nèi)，否則應(yīng)重測，以減少短時(shí)紊流對測驗(yàn)精度的影響。

3 其它方面的因素

3.1 流量測驗(yàn)方法誤差

流速儀施測流量方法一般分為精測法、常測法和簡測法，在實(shí)際工作中，不同的時(shí)期或不同的情況下采用不同的方法，通常工作中常用精測法和常測法。由于金溝河灌區(qū)河流水量不但年內(nèi)分配不均，而且在汛期內(nèi)日變幅較大，加之上游無控制性水利樞紐工程，在水量分配時(shí)不得不隨水勢的漲落而作時(shí)時(shí)調(diào)整。為了及時(shí)準(zhǔn)確搶測到峰值，實(shí)時(shí)掌握渠道引水量，一般適用簡測法才能達(dá)到工作要求。如若采用精測法或常測法，往往流量未測完，洪峰流量就已回落了，這樣則不能準(zhǔn)確地反映出渠道實(shí)時(shí)來水量。因此，要根據(jù)河道的時(shí)時(shí)來水量及時(shí)準(zhǔn)確地做出流量測驗(yàn)的方法。

3.2 測橋起點(diǎn)距定位誤差

起點(diǎn)距一般是固化在測橋迎水面的，記錄每一條施測垂線與測橋起點(diǎn)的相應(yīng)距離。由于渠道斷面發(fā)生變化或起點(diǎn)距刻畫時(shí)標(biāo)志點(diǎn)不在邊坡與渠底的交叉點(diǎn)上，產(chǎn)生起點(diǎn)距間距測量誤差，使計(jì)算的過水面積與實(shí)際面積不符而產(chǎn)生流量測驗(yàn)誤差。因此，要求每隔一段時(shí)間，檢查一次斷面是否發(fā)生變化，若變化較大時(shí)應(yīng)及時(shí)調(diào)整測水位置，從而將由測橋起點(diǎn)距變化而引起的誤差降到最小。

3.3 邊坡流速系數(shù)取值誤差

河流邊坡流速系數(shù)取值是按渠道邊坡的建筑材料來選擇的。不同材料的邊坡流速系數(shù)取值是完全不同的。若取值不科學(xué)、不合理，則直接影響流量測驗(yàn)的成果。通常，邊坡流速系數(shù)可按經(jīng)驗(yàn)系數(shù)來取值:混凝土預(yù)制塊陡岸取0.92，混凝土預(yù)制塊斜坡取0.90，混凝土板漿砌石卵石混合斜坡取0.85，漿砌卵石斜坡取0.82，干砌卵石斜坡及不平整陡岸取0.80，土質(zhì)或自然戈壁石斜坡取0.70。

4 結(jié)束語

總之，對于河流流量測驗(yàn)誤差的認(rèn)識和處理，是正確地評價(jià)和合理地使用流量測驗(yàn)技術(shù)和獲得既經(jīng)濟(jì)又精確的測驗(yàn)成果的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠、精度高，大大縮短測流時(shí)間，提高工作效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，增加了安全性，為防洪、報(bào)汛提供了更快、更準(zhǔn)確的流量資料。

參考文獻(xiàn)

篇6

【關(guān)鍵詞】流速儀；流量測驗(yàn)；誤差；研究

流速儀是最早最常用的測流儀器，也是流量測量最精確的儀器之一，廣泛的被應(yīng)用于水文行業(yè)，用流速儀進(jìn)行流量測驗(yàn)是水文行業(yè)使用普遍、最精確的方法。用流速儀進(jìn)行流量測驗(yàn)產(chǎn)生的誤差繁多，有的方面在日常工作中往往被忽視。然而流量資料在流域水利規(guī)劃，各種水利工程設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行管理，防汛抗旱，水質(zhì)監(jiān)測和水資源保護(hù)等方面有著相對重要的作用，所以對流速儀流量測驗(yàn)誤差是非常必要的。

1.單次流量誤差組成

流量測驗(yàn)是水文測驗(yàn)的基礎(chǔ)工作，流量測驗(yàn)誤差的分析與評定是流量測驗(yàn)工作的重要組成部分。流量測驗(yàn)誤差存在于流量測驗(yàn)過程的每一個(gè)環(huán)節(jié)。恰當(dāng)?shù)姆治隽髁繙y驗(yàn)誤差的來源和組成，并對測量成果誤差進(jìn)行評定，有助于測驗(yàn)人員自覺的提高測驗(yàn)質(zhì)量，也有利于資料使用部門準(zhǔn)確把握水文資料質(zhì)量對其成果的影響。

當(dāng)采用流速儀―面積法測流并用“垂線平均部分法”計(jì)算流量時(shí)，流量誤差由5個(gè)方面組成。即：①測深誤差和測寬誤差，②流速儀檢定誤差，③測點(diǎn)有限測速歷時(shí)不足導(dǎo)致的誤差，④測速垂線測點(diǎn)數(shù)目不足導(dǎo)致的垂線平均流速計(jì)算誤差，⑤測速垂線數(shù)目不足導(dǎo)致的誤差。這5部分誤差的綜合，在單次流量測驗(yàn)與計(jì)算中統(tǒng)稱為總誤差χQ，其計(jì)算公式為：

（1）

式中χ″Q――系統(tǒng)誤差；χ′Q――偶然誤差。

2.單次流量誤差分析

現(xiàn)行流量測驗(yàn)規(guī)范將流量測驗(yàn)誤差分為偽誤差、隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差。測量成果含有偽誤差的必須剔除。測驗(yàn)結(jié)束后，進(jìn)行“四隨”分析計(jì)算的目的就是消滅偽誤差；含有已定系統(tǒng)誤差的，應(yīng)進(jìn)行修正；含有隨機(jī)誤差的，按正態(tài)分布，采用置信水平為95%的隨機(jī)不確定度描述。因此在流量誤差分析中分析的是系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差。

2.1 系統(tǒng)誤差分析

系統(tǒng)誤差是由測量條件中某些特定因素的系統(tǒng)性影響而產(chǎn)生的誤差。其特點(diǎn)是在同等測量條件下的一系列觀測中，系統(tǒng)誤差的大小和符號常固定不變，或僅呈系統(tǒng)性的變化。對于一定的測量條件和作業(yè)程序，系統(tǒng)誤差在數(shù)值上服從一定的函數(shù)規(guī)律。總系統(tǒng)誤差的計(jì)算公式為：

（2）

式中χ″b――寬度系統(tǒng)誤差，寬度系統(tǒng)誤差水文站不超過±0.2%～±0.5%，小河站不超過±1.0%，從水文站歷年實(shí)際斷面起點(diǎn)距測量結(jié)果看，完全達(dá)到精度要求；χ″d――水深系統(tǒng)誤差，根據(jù)最近幾年對水文站基本測驗(yàn)設(shè)施鑒定統(tǒng)計(jì)結(jié)果，水文站高水不超過±0.5%，水文站低水及水文站不超過±1.0%；χ″c――流速儀系統(tǒng)誤差，我國檢定的流速儀，高速不超過±0.5%，低速不超過±1.0%。

以上對流量測驗(yàn)系統(tǒng)誤差產(chǎn)生影響的三個(gè)因素提出的指標(biāo)，與水文站實(shí)際測驗(yàn)數(shù)據(jù)相差不大。將“垂線平均部分法”作為我國計(jì)算流量的主要方法，而這種近似計(jì)算方法對多個(gè)測站測驗(yàn)資料進(jìn)行多次分析計(jì)算，其計(jì)算方法系統(tǒng)誤差χ″f可以達(dá)到水文站±1.0%，小河站±1.5%。因此在上述系統(tǒng)誤差計(jì)算公式中增加了χ″f這一影響因素，計(jì)算公式（2）變?yōu)椋?/p>

（3）

根據(jù)公式（3）及以上數(shù)據(jù)，可分別計(jì)算水文站不同水情的百分比系統(tǒng)誤差如下：

高水：

低水：

高水：

低水：

從上面計(jì)算可以看出，總系統(tǒng)誤差χ″Q在單次流量誤差中所占的比重較小，完全符合系統(tǒng)誤差范圍在±1%～±2.5%的規(guī)定。但是只要測驗(yàn)設(shè)備、測驗(yàn)方法、操作規(guī)程沒有根本改變，系統(tǒng)誤差χ″Q就不能消除。

2.2 偶然誤差分析

偶然誤差是由測量條件中各種隨機(jī)因素的偶然性影響而產(chǎn)生的。偶然誤差的出現(xiàn)，就單個(gè)而言，無論數(shù)值和符號，都無規(guī)律性，而對于誤差的總體，卻存在一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。在流量測驗(yàn)中，單次流量誤差的主要部分是偶然誤差，因此偶然誤差是流量測驗(yàn)誤差研究的重點(diǎn)。提出偶然誤差由下列誤差組成：垂線數(shù)目偶然誤差χ′m，寬度偶然誤差χ′b，水深偶然誤差χ′d，測速歷時(shí)偶然誤差χ′t，測點(diǎn)數(shù)目偶然誤差χ′n，流速儀偶然誤差χ′c。對多站多次流量資料進(jìn)行分析計(jì)算，建議增列計(jì)算整理方法偶然誤差χ′f。

以上各項(xiàng)偶然誤差中，垂線數(shù)目偶然誤差χ′m直接影響斷面流量精度，其他各單項(xiàng)偶然誤差則只影響各部分流量，其對流量的影響還需要通過流量加權(quán)得出，由此得到單次流量的總偶然誤差公式為（5）式及（6）式。

（4）

（5）

我國用“垂線平均部分法”計(jì)算流量Q的通用公式為：

（6）

式中：m――測速垂線數(shù)；bi、di、vi――第i條垂線的寬度、垂線水深和垂線平均流速。

當(dāng)各部分流量接近相等，而且用χ′b、χ′d、χ′t、χ′n、χ′c、χ′f分別代表各垂線的平均值，則可將（5）式簡化如下：

（7）

由（7）式可以看出，χ′m對單次流量偶然誤差影響顯著，是關(guān)鍵性的影響因素；χ′t、χ′n雖然數(shù)字較大，也只起一定的作用；至于其他因素則影響較小。由此看來，過去分析流量誤差時(shí)，將χ′m與其他影響因素等價(jià)分析是不夠妥當(dāng)?shù)摹?/p>

在此將各單項(xiàng)因素的誤差取值扼要介紹，并與規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)比較如下：寬度偶然誤差χ′b，從多年的測驗(yàn)資料分析，大小河站均不超過±1.0%；測速垂線偶然誤差χ′m，水文站按河寬十分之一布置測速垂線，以0.6相對水深一點(diǎn)法100s測速歷時(shí)，計(jì)算其高低水測速垂線偶然誤差的平均值。

從中可以看出，20、15、10、5根測速垂線的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)都小于規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，說明水文站測速垂線布置數(shù)量以滿足測驗(yàn)精度要求。

水深偶然誤差χ′d，對多個(gè)測站基本測流設(shè)施鑒定結(jié)果統(tǒng)計(jì)，水深偶然誤差為±1.0%，和水深偶然誤差為±2.0%，與規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)一致。

測速歷時(shí)偶然誤差χ′t，對0.6h相對水深一點(diǎn)法3min長歷時(shí)與30s、60s及100s測速歷時(shí)測量成果進(jìn)行分析計(jì)算，其結(jié)果較規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)偏小許多，說明測速歷時(shí)的長短對流量的測驗(yàn)誤差影響甚小。

測點(diǎn)數(shù)目偶然誤差χ′n，對高水位時(shí)的95次五點(diǎn)法測驗(yàn)資料進(jìn)行分析計(jì)算如下，其三點(diǎn)、兩點(diǎn)和一點(diǎn)法成果較規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)都偏小，說明這三個(gè)站的常用一點(diǎn)法測流成果精度已滿足規(guī)范要求。

表1 水文測站測點(diǎn)數(shù)目偶然誤差χ′n分析統(tǒng)計(jì)表

流速儀偶然誤差χ′c，根據(jù)我國流速儀檢定成果，一般為±0.4%～±1.0%，平均為±1.0%，與規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)接近。計(jì)算整理偶然誤差χ′f，主要由尾數(shù)收舍所造成，規(guī)定流速、面積、流量等項(xiàng)均取三位有效數(shù)字，則計(jì)算最大誤差為χ′f=±0.5%。

常測法流量的測速垂線及垂線測點(diǎn)，水文站為10～15線和為5～8線，均為一點(diǎn)法，測速歷時(shí)100s，將以上各項(xiàng)數(shù)據(jù)代入公式（7），得到常測法單次流量的百分比偶然誤差。

高水：χ′Q=±2.9

低水：χ′Q=±6.2

高水：χ′Q=±5.9

低水：χ′Q=±9.0

現(xiàn)行精測法的標(biāo)準(zhǔn)，一般為20～25線，一般為10～12線，均為五點(diǎn)法或三點(diǎn)法，測速歷時(shí)100s，根據(jù)（7）式及各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可得精測法流量的百分比偶然誤差。

水文站：χ′Q=±0.9

水文站：χ′Q=±3.7

如果打破規(guī)定，參照規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)果實(shí)際情況以多線法15線和8線，0.6h一點(diǎn)法，測速歷時(shí)30s，作為經(jīng)常測流方法，百分比偶然誤差為：

水文站：χ′Q=±3.6

水文站：χ′Q=±6.8

由上可知，多線一點(diǎn)短歷時(shí)測法，其偶然誤差接近于規(guī)定的“精測法”的偶然誤差，而較常測法的偶然誤差減少很多，還提高了功效，這是流量測驗(yàn)中很值得注意的問題。

根據(jù)9個(gè)站歷年多線多點(diǎn)100s測速的精測法資料進(jìn)行精簡分析，簡化為常測法垂線5～10線，一點(diǎn)法測速，測速歷時(shí)50s，其誤差一般可達(dá)常測法的標(biāo)準(zhǔn)。因測驗(yàn)斷面較差，其誤差界限超過的規(guī)定，稍差一些。如果不進(jìn)行垂線精簡，測速歷時(shí)50s也符合要求，由此可見測速歷時(shí)100s是沒有必要的。

3.結(jié)語

綜上所述，流速儀流量測驗(yàn)誤差的來源雖繁多，但主要可分為五類：流速誤差、測深誤差、測深垂線與測速垂線在斷面上分布的代表性、相應(yīng)水位誤差、河床沖淤變化的影響。流量資料作為水文資料的重要組成部分，對其誤差的研究是非常必要的。本文就流速儀流量測驗(yàn)誤差進(jìn)行了研究，以期能為流量測量的有關(guān)方面提供參考。

參考文獻(xiàn)：

篇7

孔板流量計(jì)測量的是流量管道中管道斷面上的平均速度。

孔板流量計(jì)是將標(biāo)準(zhǔn)孔板與多參數(shù)差壓變送器，或差壓變送器、溫度變送器及壓力變送器，配套組成的高量程比差壓流量裝置，可測量氣體、蒸汽、液體及引的流量，廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、電力、供熱、供水等領(lǐng)域的過程控制和測量。節(jié)流裝置又稱為差壓式流量計(jì)，是由一次檢測件（節(jié)流件）和二次裝置（差壓變送器和流量顯示儀）組成廣泛應(yīng)用于氣體。蒸汽和液體的流量測量。具有結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，性能穩(wěn)定。

（來源：文章屋網(wǎng) ）

篇8

【關(guān)鍵詞】通風(fēng)機(jī)；流量；測量不確定度；試驗(yàn)

0 引言

測量不確定度是對測量結(jié)果可信性、有效性的懷疑程度或不肯定程度，是定量說明測量結(jié)果的質(zhì)量的一個(gè)參數(shù)，表明賦予被測量之值的分散性，是通過對測量過程的分析和評定得出的一個(gè)區(qū)間。它是對測量結(jié)果質(zhì)量的定量表征，測量結(jié)果的可用性很大程度上取決于其不確定度的大小。

通風(fēng)機(jī)產(chǎn)品檢測檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)企業(yè)在使用GB/T1236《工業(yè)通風(fēng)機(jī)用標(biāo)準(zhǔn)化風(fēng)道進(jìn)行性能試驗(yàn)》對通風(fēng)機(jī)進(jìn)行性能試驗(yàn)時(shí)，C型試驗(yàn)裝置（進(jìn)氣試驗(yàn)）錐形進(jìn)口集流器法是最為常用的一種流量測量方式，本文根據(jù)JJF1059-1999《測量不確定度評定與表示》和GB/T 1236-2000標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的試驗(yàn)方法和計(jì)算公式，建立了通風(fēng)機(jī)流量測量不確定度評定數(shù)學(xué)模型，并結(jié)合實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行了通風(fēng)機(jī)流量測量不確定度的評定，為通風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)準(zhǔn)確性提供科學(xué)依據(jù)，為正確評定通風(fēng)機(jī)流量測量不確定度提供了參考。

1 測量不確定度評定的步驟

首先，確定被測量和測量方法：包括測量原理、環(huán)境條件、所用儀器設(shè)備、測量程序和數(shù)據(jù)處理等。然后建立數(shù)學(xué)模型，確定被測量與各輸入量之間的函數(shù)關(guān)系；求被測量的最佳估計(jì)值；按A類和B類評定進(jìn)行確定各輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度；利用不確定度傳播率，對輸出量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量進(jìn)行合成；根據(jù)被測量的概率分布和所需的置信度，確定包含因子，由合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算擴(kuò)展不確定度；最后確定測量結(jié)果的不確定度。

2 數(shù)學(xué)模型

2.1 測量裝置及參數(shù)：C型試驗(yàn)裝置錐形進(jìn)口測量流量的示意圖見GB/T 1236-2000圖74 的a）“用進(jìn)口ISO文丘里噴嘴、90°弧進(jìn)口噴嘴、錐形進(jìn)口測量流量”。測量參數(shù)有d5（風(fēng)管內(nèi)徑）、？駐p（靜壓差）、pa（大氣壓力）、ta（靠近管道進(jìn)口的環(huán)境溫度）、hu（相對濕度）。

4 測量結(jié)果表述

通風(fēng)機(jī)質(zhì)量流量為（236.0±3.1） kg/min，或通風(fēng)機(jī)質(zhì)量流量為（236.0）kg/min，不確定度1.31%。

【參考文獻(xiàn)】

篇9

關(guān)鍵詞：多相流；計(jì)量；軟測量

中圖分類號： TB937 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

一、 多相流

（一）多相流簡介

多相流中的“相”，在物理學(xué)中是指一個(gè)宏觀物理系統(tǒng)所具有的一組狀態(tài)，在化學(xué)中是根據(jù)系統(tǒng)中物質(zhì)存在的形態(tài)和分布不同，將系統(tǒng)分為相。相是指在沒有外力作用下，物理、化學(xué)性質(zhì)完全相同、成分相同的均勻物質(zhì)的聚集態(tài)。而多相流常見于各種形態(tài)的兩相流。（1）氣-固兩相流，如氣流輸送（噴吹）粉料，含塵埃的大氣流動(dòng)等；（2）氣-液兩相流，如：泄水建筑中的摻氣水流等；（3）液-固兩相流，如天然河道中的含沙水流等。由于多相流中的各相間有相對速度，流動(dòng)的同時(shí)各相之間是隨時(shí)變化的，導(dǎo)致了多相流的流動(dòng)特性、特征參數(shù)及計(jì)量要比單相流復(fù)雜。

（二） 多相流存在的特點(diǎn)

多相流的流型復(fù)雜多變，相與相之間相互作用強(qiáng)，相界面之間存在界面擾動(dòng)。由此造成多相流存在參數(shù)多、流型復(fù)雜多樣、各相間存在相對流動(dòng)、影響流動(dòng)因素多、各相間存在傳熱和傳質(zhì)及化學(xué)反應(yīng)等特點(diǎn)。因此，我們可以把多相流認(rèn)為是存在變動(dòng)分界面的多種獨(dú)立物質(zhì)系統(tǒng)組成的物體的流動(dòng)。

（三）難于計(jì)量多相流的原因

多相流計(jì)量難度很大主要有以下幾個(gè)原因：（1）多相流中含有多種不相溶混的相且個(gè)向組分之間是不均勻混合的，他們各自具有一組流動(dòng)變量。即使兩相流，也可劃分為氣液、氣固、液液、液固四種，描述多相流的參數(shù)要比單相流的參數(shù)多。（2）多相流中各相的體積百分?jǐn)?shù)以及分散相的顆粒大小變化范圍寬，各組分之間存在相互作用，引起流動(dòng)性質(zhì)及流動(dòng)結(jié)構(gòu)變化大。（3）多相流中有多種流動(dòng)形式，流型的不同及各相間相對速度不同也會(huì)引起流動(dòng)狀況的很大改變。例如氣固流化床中氣流速度對流動(dòng)結(jié)構(gòu)影響很大。（4）多相流中各相的物理性質(zhì)及相與相之間界面的表面現(xiàn)象都是影響多相流的重要因素及各相的性質(zhì)、含量及流動(dòng)參數(shù)決定了流動(dòng)形態(tài)，不同的流型可用不同的方法來處理。

二、通過現(xiàn)代技術(shù)手段和信號處理技術(shù)相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)多相流計(jì)量

（一）通過軟測量技術(shù)實(shí)現(xiàn)多相流計(jì)量

軟測量是一種利用較容易在線測量的的過程變量（稱為輔助變量）和離線分析信息去估計(jì)不可測或難以直接測量的待測變量（稱為主導(dǎo)變量）的方法。軟測量一般情況下是在成熟的硬件傳感器基礎(chǔ)上，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為支撐平臺，通過應(yīng)用數(shù)學(xué)模型運(yùn)算處理而完成的。因此，也可把實(shí)現(xiàn)軟測量功能的實(shí)體看成是一種軟儀表，它可利用多種易測變量傳感器信息和先驗(yàn)分析信息，通過軟測量模型計(jì)算處理得到所需檢測的難測或不可測參數(shù)的信息。通過軟測量技術(shù)實(shí)現(xiàn)多相流的計(jì)量主要包括以下四個(gè)步驟：（1）選取輔助變量：正確選取輔助變量是能夠準(zhǔn)確、簡潔計(jì)算各相流量的基本；（2）處理輔助變量的相關(guān)數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)的處理直接決定了流量計(jì)算的準(zhǔn)確性；（3）建立軟測量模型：基于多種模型的存在，正確選擇軟測量模型才能保證簡單、快捷、準(zhǔn)確的計(jì)量；（4）軟測量模型的在線校正。

（二）實(shí)現(xiàn)多相流計(jì)量的軟測量建模方法

目前，在多相流檢測領(lǐng)域存在多種軟測量建模的方法，其常用的方法主要有以下幾種：（1）基于工藝機(jī)理分析的軟測量建模；（2）基于回歸分析的軟測量建模；（3）基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的軟測量建模；（4）基于模式識別的軟測量建模；（5）基于模糊數(shù)學(xué)的軟測量建模；（6）基于支持向量機(jī)（Support Vector Machines， SvMs）的方法；（7）基于現(xiàn)代非線性信息處理技術(shù)的軟測量建模；（8）基于多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)的測量方法；（9）基于虛擬儀器技術(shù)的測量方法。

結(jié)語

軟測量計(jì)量技術(shù)為解決多相流計(jì)量這一技術(shù)難題提供了一條有效途徑，近年來得到了迅速發(fā)展，國內(nèi)外很多機(jī)構(gòu)也積極探索研究將軟測量技術(shù)完全應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)中，從而實(shí)現(xiàn)多相流計(jì)量的計(jì)量準(zhǔn)確、穩(wěn)定、適應(yīng)性強(qiáng)、成本低。但是雖然經(jīng)過多年的發(fā)展形成了一定的理論體系，也達(dá)到了一定的技術(shù)水平，但距離將軟測量技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際計(jì)量中，尚有很長的路。相信隨著科技的發(fā)展及多相流體力學(xué)的深入研究，將軟測量的理論技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際的諸多問題終將得以克服，使軟測量技術(shù)完全應(yīng)用于多相流的計(jì)量領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)

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[3]孔瓏主.兩相流體力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2004.

[4]紀(jì)綱.流量測量儀表應(yīng)用技巧[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

篇10

關(guān)鍵詞：單片機(jī) 氣體流量 實(shí)時(shí)采集 人機(jī)交互 自動(dòng)控制

中圖分類號：TP216 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）04（c）-0009-02

氣體質(zhì)量流量控制器（MFC）是一種能夠?qū)怏w流量進(jìn)行測量與控制的設(shè)備。隨著真空領(lǐng)域和半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展，氣體流量控制器的重要性更加突顯出來，它的主要作用是對氣體的流量進(jìn)行精確地檢測和控制，以達(dá)到工藝要求。在半導(dǎo)體制作過程中，如分子束外延、等離子刻蝕、擴(kuò)散等關(guān)鍵工藝，都要求對氣體的流量進(jìn)行嚴(yán)格的控制。氣體流量控制器在現(xiàn)代新能源新材料領(lǐng)域中應(yīng)用也非常廣泛，如在單晶硅、多晶硅、非晶硅、太陽能集熱管以及太陽能電池等的生產(chǎn)制造過程中，也需要通過氣體流量控制器來對氣體的流量進(jìn)行精確的計(jì)量和嚴(yán)格的控制。

1 工作原理

總體設(shè)計(jì)方案如圖1所示，被檢測的氣體通過一個(gè)流量傳感器，傳感器實(shí)時(shí)采集流量數(shù)據(jù)，并送到A/D轉(zhuǎn)換器，即可得到數(shù)字化的流量信息，再與設(shè)定值進(jìn)行比較，根據(jù)比較所得的差值，控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)向，通過齒輪傳動(dòng)進(jìn)而調(diào)節(jié)閥門的開度大小，實(shí)現(xiàn)流量的自動(dòng)控制。該裝置以單片機(jī)作為核心控制芯片，采用PID控制算法，并提供基本的人機(jī)交互界面，配備有12864液晶顯示屏和獨(dú)立按鍵，通過LCD顯示器輸出氣體的瞬時(shí)流量和累積流量。

2 設(shè)計(jì)方案及選材

2.1 電源部分

本裝置總的供電系統(tǒng)如圖2所示。

2.1.1 穩(wěn)壓電路

本裝置采用8～10 V的蓄電池作為電源，由于單片機(jī)、舵機(jī)和A/D轉(zhuǎn)換芯片（ADC0804）所需電壓均為5 V，因此在蓄電池后，需加穩(wěn)壓電路使其電壓降低才能達(dá)到各部分對電壓的要求。

本裝置采用線性LM2940穩(wěn)壓芯片，其具有紋波小、轉(zhuǎn)換效率高、電路結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點(diǎn)。其部分參數(shù)如下：輸出電壓固定的低壓差三端穩(wěn)壓器；輸出電壓5 V；輸出電流1A；輸出電流1A時(shí)，最小輸入輸出電壓差小于0.8 V；最大輸入電壓26 V；工作溫度 -40 ℃～+125 ℃；內(nèi)含靜態(tài)電流降低電路、電流限制、過熱保護(hù)、電池反接和反插入保護(hù)電路。

2.1.2 傳感器供電電路

因?yàn)榱髁總鞲衅鞯墓ぷ麟妷簽?～18 V，故蓄電池可以直接給傳感器供電，如圖2所示。

2.2 控制部分

控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案如圖3所示。

2.2.1 單片機(jī)芯片的選擇

以STC89C52芯片作為微處理器，其主要特點(diǎn)：低功耗、高性能，具有8k字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器，512字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時(shí)器，3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，最高運(yùn)作頻率35 MHz等等?；谄湟陨瞎δ芴匦?，該芯片可以很好地滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需要。

2.2.2 流量傳感器的選擇

選擇美國矽翔微機(jī)電系統(tǒng)公司生產(chǎn)的FSG4003熱式質(zhì)量流量傳感器進(jìn)行氣體流量的數(shù)據(jù)采集，該傳感器的主要特點(diǎn)：靈敏度高，有極小的始動(dòng)流量；傳感器芯片采用熱質(zhì)量流量計(jì)量，無需溫度壓力補(bǔ)償，保證了傳感器的高精度計(jì)量；在單個(gè)芯片上實(shí)現(xiàn)了多個(gè)傳感器集成，使傳感器的量程比大大提高；零點(diǎn)穩(wěn)定度高，低功耗，響應(yīng)時(shí)間快等。這一傳感器適用于各類清潔氣體，獨(dú)特的封裝技術(shù)使之可用于各類管徑，成本低、易安裝，可替代容積式或壓差式的傳統(tǒng)流量傳感器。其性能指標(biāo)見表1。

流量傳感器采集的模擬信息經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為單片機(jī)可以處理的數(shù)字信息。再按照圖4中的轉(zhuǎn)化關(guān)系，就可計(jì)算出氣體的質(zhì)量流量，進(jìn)而通過液晶顯示器顯示出來。

2.2.3 人機(jī)交互系統(tǒng)

人機(jī)交互系統(tǒng)可以分為2個(gè)獨(dú)立的小模塊，即鍵盤信號識別和LCD顯示，本裝置選擇獨(dú)立按鍵作為外部輸入，12864液晶顯示流量信息。人機(jī)交互系統(tǒng)的核心主要任務(wù)有3個(gè)：第一是設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)。第二是控制系統(tǒng)狀態(tài)。第三是通過顯示器輸出計(jì)量結(jié)果和系統(tǒng)狀態(tài)信息。

2.2.4 自動(dòng)控制閥部件

本裝置通過齒輪傳動(dòng)把舵機(jī)和調(diào)節(jié)閥連接起來，如圖5所示。

3.3 程序設(shè)計(jì)部分

其主流程圖如圖6所示。計(jì)算任務(wù)和控制任務(wù)是流量控制裝置的一個(gè)核心任務(wù)，根據(jù)流量傳感器采集的流量參數(shù)計(jì)算出流量信息，并根據(jù)PID算法完成對流量閥開度的調(diào)節(jié)。

3.3.1 PID算法

PID算法是目前一般控制領(lǐng)域中經(jīng)常使用的自動(dòng)控制算法，它依據(jù)給定的設(shè)定值，反饋值，以及比例系數(shù)，積分和微分時(shí)間，計(jì)算出一定的控制量，使被控對象能保持在設(shè)定的工作范圍，并且可以自動(dòng)的消除外部擾動(dòng)。該裝置采用PID算法作為控制流量的主要算法。下面介紹PID算法的實(shí)現(xiàn)以及其離散化的過程和依據(jù)。

位置式PID算法在時(shí)域的傳遞函數(shù)表達(dá)式：

對上式中的微分和積分進(jìn)行近似

式中：為離散點(diǎn)的個(gè)數(shù)。

于是傳遞函數(shù)可以簡化為：

其中：

用經(jīng)驗(yàn)法確定了一組調(diào)節(jié)參數(shù)：，，。

3.3.2 本裝置可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)的功能

功能1：氣體以恒定的流速輸出。通過按鍵設(shè)定流量值，控制器把瞬時(shí)流量值和設(shè)定值進(jìn)行比較。若該差值大于瞬時(shí)流量穩(wěn)定度，控制器就會(huì)發(fā)出命令，驅(qū)動(dòng)舵機(jī)正旋或反旋來調(diào)節(jié)閥門，使瞬時(shí)流量值接近或等于設(shè)定值。

功能2：氣體輸出某一恒定質(zhì)量的氣體。通過按鍵設(shè)定總流量值，控制器通過積分運(yùn)算計(jì)算出累積流量，并設(shè)定值進(jìn)行比較，當(dāng)累積流量等于設(shè)定值時(shí)，控制器發(fā)出命令，驅(qū)動(dòng)舵機(jī)關(guān)閉閥門。

4 結(jié)語

基于真空領(lǐng)域和半導(dǎo)體領(lǐng)域?qū)怏w流量控制器的需求，市場上現(xiàn)有的流量控制器大都針對較大流量氣體的控制，不能滿足小流量氣體的測量與控制的要求。本文設(shè)計(jì)了一種新型的氣體流量的精密測量與自動(dòng)控制裝置，該裝置采用FSG4003熱式質(zhì)量流量傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)對氣體流量信息的快速、精確測量，單片機(jī)作為微處理器，模塊集成化高，處理速度快，采用PID算法，使控制更迅速。裝置配備了較好的人機(jī)交互界面，使流量顯示更直觀，操作起來更便捷。此外，與市場上氣體流量控制器相比，該裝置具有價(jià)格低廉，裝配容易的優(yōu)勢，具有較好的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

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