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第15届流量丈量世界会议(FLOMEKO2010)述评-我国流量网PDF

时间:2022-06-17 02:55:23 来源:华体会网页登录入口

  第15届流量丈量世界会议(FLOMEKO 2010)述评 我国仪器外表行业协会 蔡武昌 1 会议概略 第15届流量丈量世界会议(FLOMEKO 2010)于2010年10月13~15日在台北举行了3天陈述会, 由台湾工业技能研讨院量测技能展开中心(CMS/ITRI)安排,16日上午观赏了CMS/ITRI所属流量和能 量研讨试验室。会议还举办了有9个单位参展的小型博览会。 安排委员会主席CMS/ITRI段家瑞主任在全体会议上致欢迎词,英国工程试验室(NEL)Michael Reader Harris博士作《流量丈量和动力》的宗旨陈述,然后分两个会场作学术陈述。 参与会议的有各大洲代表100余人,其间我国大陆代表30人左右,台湾东道主也有不少代表以 及来自各国的华人代表。尽管未有非洲国家人士提出论文,但也见到若干非洲裔代表。 2 论文概略 会谈论文集有108篇论文,其间93篇在会上宣读,15篇为粘贴论文。 按论文性质剖析,属①丈量办法和外表研讨开发方面占82.4%,②办理方面(如规范设备试验室间 比对,规范的修制定)占11.1%,③运用和选用方面占21.3%。有若干篇可剖析两种性质概括,因而总 数

  100%。 按论文评论内容剖析,分①流量规范设备占22.9%,②流量丈量办法和外表占88.9%,③其他相 关参量丈量(如液体密度等),占2.8%,在流量规范设备中如选用规范流量计,则别离概括进①、②, 因而总数也大于100%。 按论文作者界别剖析,来自①计量等研讨机构占47.2%,②大学占30.3%,③外表供给制作企业 占19.7%,④终端用户和工程规划占2.8%。计量等研讨机构和大学是研讨开发的主力军,大学偏重于 原理性前沿研讨,出产企业也投入恰当开发力气。有若干论文是由学研产联合提出。 按论文作者所属国家或区域剖析:美德日等工业发达国家占46.3%,论文较多的有美国22.5篇, 德国9篇;展开我国家占39.8%,我国大陆因地缘近,参与较多,有31篇,巴西也参与较多,有7.5 篇,印度3篇;东道主台湾有8篇。展开我国家宣告论文与1978年第1届81篇中占4.6%,1979年 第2届60篇中占14.2%比较,添加了许多。 这些论文反映了世界流量丈量业界近期重视范畴和活动热门,总结新进展,并展望往后展开趋势。 3 论文议题 论文按流量规范设备,流量丈量办法和外表,其他相关参量三大类细分小类如表1。 表1 论文分类 流量规范设备 流量丈量办法和外表 分类 其他相关参量 液体用 气体用 差压式 超声式 热式 科里奥利式 电磁式 涡街式 涡轮式 浮子式 容积式 其他 14 16 篇数 34 15 8 7 7 6 6 2 1 10 3 28 3.1 流量规范设备 流量规范设备是传递量 作了不懈努力。28篇设备论文中液体设备14篇, 值、校准和研讨流量外表功用的重要设备。流 气体16篇,7篇是试验室空间量值比对,下文 量丈量业界就怎么改进进步精确度和作业效能 择要论说。 - 1 - 3.1.1 规范表法流量规范设备 流量规范设备 一 台 流 量 范 围 1~10000mL/h(0.0167 有选用原级规范容积法/质量法(称重法)和传 ~16.7mL/min)微水流量规范设备,由称重体系 [3] 递规范规范表法两大类,20~30年前选用容积法 原规范和层流差压件为传递规范组成 。经扫除 /质量法居多,近10年选用规范表法或规范表/ 空气过滤微粒制备的水源,在10℃~50℃温度范 称重组合法逐步增多。本次会议规范表法或组 围内坚持某安稳温度(改动小于0.1℃),操控上 合法论文有8篇,用作规范表的种类有音速喷 游压力(改动小于 0.05%)的水流过不同内径 嘴、超声流量计、涡轮流量计、电磁流量计和 (100~325µm)和长度(1~4m)一组毛细管中的一 层流流量计。气体设备中较多选用音速喷嘴作 支,监测其在层流条件下活动,称重计时求取 规范表,计有6篇,其间1篇与涡轮流量计组 流量。设备的流量不承认度为 0.1%(k=2,95% [1] 合 ,1篇是音速喷嘴+层流流量计+称重法组合 置信度)。论文描绘了设备研讨、规划架构和实 [2]。 施。 台湾CMS/ITRI论说从原规范到现场运用超 日本国家计量院(NMIJ)新建一套小流量轻 [5] [4] 声流量计可溯源的标定 。在CMS有陀螺衡器原 油流量规范设备 。该设备选用停止启停静态称 规范(primary standard)的高压空气流量规范 重法为原规范和科里奥利流量计为传递规范组 设备上,传递量值给一组音速喷嘴,再从音速 成流量规划10~100kg/h(0.167~1.67kg/min)。 喷嘴传递给4台Instromet DN150超声流量计 美国Fluke公司对原有气流量规范设备(流 -5 -1 -1 (USF),其扩展不承认度为0.18%。4台DN150USF 量规划2×10 ~100g·s (1Ncc·min ~5000NL· -1 作为坐落台湾南部我国石油公司一套高压空气 min ))作了改进,以下降传递流量的不承认度 循环流量规范设备的规范表传递规范。在我国 [2]。改进的办法是用新的美国NIST REFPROP气 石油公司设备上标定4台Sick DN300 USF,作 体功用数据、新的雷诺数-压力特性,下降监测 为Da-Tan分配和测验站的规范表,其扩展不确 肯定压力和差压的不承认度,改进过滤件规划 定度为0.24%。在Da-Tan站的设备上校准6台 等,下降体系全体不承认度和进步可靠性。 现场运用的Daniel DN300 USF,扩展不承认度 泰国国家计量院(NIMT)和台湾CMS/ITRI联 为0.26%。经二次超声流量计量值传递,不承认 合提出活塞式容积原规范的低压气体流量规范 [6] 度仅添加0.08%。 设备论文 。容积原规范由3套内径为19、44.4、 3.1.2 小流量流量规范设备 跟着生物医药工 143.7mm的玻璃和水银密封活塞组成,用干与仪 程、精细化工等细小流量丈量需求添加,新建 丈量活塞位移,流量规划0.005~24L/h(296.15K 或改建已有小流量规范设备,有4篇文章。 和101.325kPa时)。设备的质量流量相对不确 法 国 CETIAT(Centre Technique des 定度小于0.13%。 Industries Aeratiques et Thermiques)新建 表2 论文按差压产生器分类 种类 音速喷嘴 文丘里管 层流件 内锥体管 孔板 弯管 均速管 各差压式总述 篇数 15 4 4 3 3 2 2 1 [7] 3.1.3 钟罩式气体流量规范设备的标定和不确 斯洛伐克国家气体流量规范 。论文论说了专门 定度评价 有3篇论文。 丈量设备结构、几许丈量的施行、不承认度评 斯洛伐克计量院用一套分辨力为1µm数字 估核算。 3 千分尺和步进电机等组成的专门丈量设备,标 我国计量科学研讨院新建一套1m 钟罩式 定丈量钟罩内腔几许尺度作为气体流量规范装 气体流量规范设备,用激光盯梢仪和激光干与 3 置的容积原规范。体系流量相对扩展不承认度 仪丈量标定钟罩容积,100dm 容积的丈量扩展不 为0.116%。在2002~2005年间与德国PTB原标 承认度(k=2)为0.018%。钟罩表里外表经精细机 准屡次比对和安稳性监测后,在2007年宣告为 械加工以获得杰出的圆度和低的粗糙度。设备 - 2 - 3 3 3 3 的首要参数:容积1m,流量规划0.5~60m/h, 为2m,最大流量为90m/h;钟罩法容积为500L, 3 压力2kPa,压力动摇±5Pa,设备的不承认度≤ 最大流量为40m/h。两种办法获得的流出系数 0.1%。论文论说丈量标定进程,内径和行程实 与ISO 9300:2005规范的公式核算数据比较确 [8] 测数据和不承认度的评价核算 。 认,低雷诺数(约 83000)时差错最大,为± 澳大利亚国家计量院(NMIA)用一组高流率 0.43%;较高雷诺数(约 124000)时差错为± 不承认度为0.13%(k=2),流量为1~25m/h的音3 0.15%。 速喷嘴,评价测验钟罩式气体流量规范设备的 3.2.1.3 音速喷嘴的运用拓宽 德国物理技能 再现性和线性度。在最大流量和规范不承认度 院(PTB)提出一篇音速喷嘴运用性研讨的论文, [9] 下降到0.07%时,非线% 。 串联小音速喷嘴以测定流量和产生混合气体 3.2 差压式流量计 差压式流量计论文有34 [14]。两只喷嘴串联,气体进入榜首只喷嘴,在 篇,其间探究开发专题研讨10篇,校准检定和 两只喷嘴连接点上参加气体a,流量别离为qml 规范研讨5篇,环境影响量研讨2篇,用作标 和qma,在第二只喷嘴出口得混合气流量qmt。 准表9篇,运用3篇。按差压产生器种类分类 挑选适宜两喷嘴喉径和进口压力,便可获得所 有8种,各有论文如表2所示,下文择要分节 需配比的混合气体。文章还对不承认度作了分 论说。 析。 3.2.1 音速喷嘴 触及音速喷嘴的论文中有 8 3.2.2 文丘里管 有4篇文丘里管流量计功用 篇是用作规范表,有2篇音速喷嘴功用研讨, 研讨和运用拓宽等方面的论文。CEESI 有2篇是标定或检定音速喷嘴,1篇是运用拓宽。 (Colorado Engineering Experiment Station 3.2.1.1 音速喷嘴功用研讨 日本计量院研讨 Inc)剖析压缩空气标定76台文丘里流量计试验 [10] 临界喷嘴内流场与压力比的相关性 。以非常 数据,评判与ISO5167规则流出系数的挨近程 [15] 细 的 热 偶 对 (10~50µm) 按 RTA(Recovery 度 。德国Duisburg-Essen大学数值仿真研讨 Temperature Anemometry,康复温度丈量法)测 在文丘里管与孔板流量计中旋转扰动活动,详 [16] 量喷嘴内外表流速散布场,探究压力比相关性, 细剖析仿线篇下文专节论说。 还研讨评价鸿沟流速散布的或许性。 3.2.2.1文丘里流量计丈量湿气体流量[17] 天 台湾高苑科技大学与CMS/ITRI协作研讨小 津大学宣告开发一台文丘里外表丈量湿气流量 [11] 音速喷嘴流出系数的特性 。本课题对硅刻蚀 办法的论文。两台差压计别离丈量文丘里管收 角锥状缩短进口,喉径约100µm,5°分散角圆 缩段差压(△P1)和分散段差压(△P2),从比值 锥状分散段的音速喷嘴,以3种分散段长度进 K(=△P1/△P2)求解湿气体液相含率,因液相含 2 3 行试验。试验雷诺数规划为5.8×10~4.5×10, 率与K有必定的函数联系。本课题对此作深化 其间一个喷嘴Re=4.4×10 时测得临界背压比3 的理论和试验研讨。原型样机文丘里管进口 β 为0.486。还用FLUENT6仿线,以通明有机玻 时的活动场。 璃制成,便于查询活动状况。试验标明在压力 3.2.1.2 音速喷嘴的标定和检定 河北测验技 规划0.1~0.16MPa、Froude数规划0.4~0.7、液 术院和丹东兰新(音)仪器公司探究用钟罩气体 气质量比0~1的条件下,气体流量相对差错小 流量规范设备标定小喉径(流量为0.016~6m/h) 于±2%,液相小于±10%满度值。3 音速喷嘴。试验证明和差错剖析核算为0.15级 3.2.2.2 文丘里流量计自确诊体系[66] 美国DP 精度等级的钟罩设备标定,可获得0.35级精度 Diagnostic LLC提出文丘里流量计确诊办法的 [12] 的音速喷嘴 。 论文,不只丈量进口与喉径间差压△Pt(总差 印度流体操控研讨所(FCRI)用PVTt法和钟 压),还丈量喉径与出口间差压△Pr(康复差压) 罩法原规范标定标称流量25m/h的2英寸NB临3 和进口与出口间差压△P (总压力丢失)。这些 PPL [13] 界流文丘里喷嘴,评价其功用 。PVTt法容积 实时丈量值的彼此间比值和差错值,与校按时 - 3 - 相对应的值比较较,作逻辑判别或数据核对, ~500Nl/min 的流量规范设备不承认度的论文 然后判别出存在操作过错或测的是湿气体:① [2]。采纳办法有选用新的雷诺数-压力特性等 进口直径误设置;②喉径误设置;③流出系数 NIST PEFPROP气体数据、下降肯定压力和差压 误设置;或④运转时给出所测气体是湿气(如测 监测的不承认度、改进过滤器规划,使其直接 饱满蒸汽,测天然气进入轻油和水)引起各流量 接进外表等。不承认度的改进一同也进步其可 -差压比值的偏移。本文论说一系列试验数据, 靠性。 证明本法的可行。 3.2.4 孔板流量计 触及孔板的论文有4篇。 3.2.3 层流流量计 层流流量计(LFM)与其他 论文[16]对孔板仿真研讨旋转活动扰动。论文 差压式流量计差压与流量平方成正比不同,它 [20]论说CFD仿真和试验研讨孔板锐边(角)保 的差压是与流量成正比。论文集有5篇触及LFM, 持清洁而迎流面近锐角受油脂污秽的影响。论 其间[3]在流量规范设备中用作规范表,前文 文[21]论说由孔板和调理阀组成一体尺度紧凑 3.1.2已有所述,另一篇仅仅在试验室中运用, 的流量调理器。论文[22]论说用线篇如下文所述。 黏度和等熵指数作孔板流量丈量核算的效果。 台湾CMS/ITRI开发以玻璃毛细管为层流件 对天然气工业主张选用NIST PEFPROP 8.0气体 [18] (LFE)的LFM,用作传递规范 。LFM由多根4 特性数据。 种规范(内径µm×长度mm,100×50,200×200, 3.2.5 内锥体流量计 内锥体流量计有3篇论 225×125,300×150)直毛细管LFE并联,与差 文。 压计、压力计、温度计一同组成。差压在 论文[23]剖析研讨在CEESI标定31台内锥 2~100kPa时、气体流量规划1~1000cm/min(参3 体流量计的数据。 比条件273.5K,101.325kPa),规划度20:1~50: 内锥体流量计是常被用做丈量天然气流量 β 1。LFE的再现性<0.02%,重复性<0.03%,阐明 的经济型外表。CEESI宣告DN100, =0.63外表 这种LFE组成的LFM可用作传递规范。用玻璃 气/水/液烃湿天然气一组归纳数据,并与已有 活塞式原规范的流量规范设备校准,彼此间差 β=0.75的数据进行比较,使人们在天然气运用 β β 别<0.13%。 不再局限于 =0.75而扩大到 =0.63;还宣告了 IPTB(巴西Pesquisas技能院)和NIST(美国 稀有气体(氦,氪,氩等)/ 水/液烃气体的一组 National Institute of Standard and 数据[24]。 Technology)联合宣告用于流程气体LFM建模的 美国VorTek和DP Diagnostic联合宣告由 [19] 论文 。IPTB用NIST原规范设备和物理模型公 内锥体流量计和涡街流量计组成一体具有确诊 [25] 式,对3种类型LFM产品(具有不同形状层流件) 功用的气体质量流量计 。内锥体流量计除测 在100、200、300和400kPa压力下,规划度为 量传统进口端与内锥体下流低压端差压△Pt 10:1时校准。LFM在相同压力和流量规划能够 外,添加丈量进口端与出口端差压△P ,并计 PPL 不作实流校准,丈量3种(Ar,He,CO)流程气体, 算出康复差压△Pr。这3个信号经过与涡街流 2 ρ 差错仅为0.5%。LFM的流量标定和丈量用 NIST 量计的流量信号,别离核算出3组流体密度 , t ρ ρ REFPROP8.0数据库的气体特性数据。每种类型 , ,若三者不同超越必定限值,标明外表出 PPL r β 外表的物理模型包含有黏性压力降、压缩性和 现毛病。论文还详示由 =0.75内锥体流量计和 非理想气体特性,滑流(slip flow)效应、动能 涡街流量计组成DN100原型样机的试验数据, 效应、气体胀大效应、热效应等诸要素。3种 例举确诊受污染、阻塞等毛病。原型样机体积/ LFM有规划上不同,标明模型公式的批改由外表 质量流量不承认度为0.5%,气体密度的不承认 结构和所测气体而定。 度为1%。 美国Fluke公司宣告改进以LFM和音速喷 3.2.6 其他差压产生器外表 CESSI在[26]中 嘴为传递规范的、流量规划在 1Ncc/min 评论几种新式差压产生器流量计(下简称新式 - 4 - 外表),如内锥体流量计、均速管、多孔孔板(国 两个排放管,是直径3m常压管,处于5~20m/s 内常常称作调整孔板、多孔平衡调理省设备), 流速的激烈湍流,外表前设置 10D直管,一个 环状楔形外表(Torus Wedge Meter)以及确诊型 场所流体首要是空气以及CO,SO,NO,温度 2 2 X 差压外表。制作厂宣告了这些新式外表的长处 为 75℃,含有<10µm 粒子,流体密度为 3 以及精确度,所需前后置直管长度的目标,但 1.2~1.3mg/m;另一场所粒子浓度较低,温度为 与经典规范化了的孔板、文丘里流量计不同, 60℃挨近100%湿度。两者因电子组件损坏,分 有必要实流校准。本文企图协助用户怎么在其间 别运转了135h和53h。试验室测验和现场试运 挑选最适宜的外表,并提出避免跌入“圈套” 行证明在工业环境下运用是可行的,改进后再 的劝告;还谈论了这些外表能否归入规范文件、 作下一阶段试验研讨。 展开成规范应搜集哪些数据、制定哪些规范可 美 国 CEESI 发 表 利 用 流 速 分 布 比 以推进新式外表的展开等等。 VPR(velocity profile ratio)确诊USF运转状 [32] 弯管流量计有2篇论文,[27]是CFD仿线声道沿弦平行传达的USF中, 和试验研讨上下流连接收直径差错与弯管流量 界说VPR=(Vb+Vc)/(Va+Vd),式中V是气体流速, 计流量系数间的相关性;[28]是CFD仿真和实 下标a,b,c,d是声道编号。b,c较近管轴。VPR 验研讨V型弯管流量计的丈量功用,V型弯管流 的纤细改动阐明管壁有污物或锈层,大的改动 量计是设备于直行管道上具有V型状弯管的仪 标明外表附近有异物或活动调整器。有些外表 表。 制作厂的USF设置VPR改动限值。本文统计分 [29]是研讨以FJPE型丈量管改进大管径气 析2台DN300 4弦声道USF运转3年堆集数据, 体流量丈量精确度的测验。FJPE型是一种多点 以查看流速散布改动对USF丈量值的影响。 测速管组成的差压流量计。 美国Cameron Cald超声公司论说丈量产生 [33] 均速管截面形状承认外表功用。[30]以CFD 旋涡油流多声道USF补偿响的办法 。以前所 仿线种带不同形状流 作USF有关旋涡的测验是在较高雷诺数(Re)区, 动调整翼的均速管测验功用,其间FCWⅡ型的线 缺失低Re的测验数据,而实际上重油丈量常在 性度、重复性和产生差压最佳,均优于其他两 Re=100,000以下,乃至紊-层流改动区或层流 种和传统圆型和菱形截面的外表。 区。运用公司8声道X弦安置,8/4声道单平面 3.3 超声流量计 触及超声流量计(USF)的论 Z弦安置,4声道双平穿插Z弦安置的各种USF, 文,原理上都属传达时刻法,没有多普勒法, 测验旋转率(swirlrate)。在6弯管、3弯管不 其间USF开发、检定等研讨9篇,流场等环境 同组态以及装/不装CPA活动调整板的下流,作 影响研讨3篇,用作规范表3篇,运用研讨2 各种声道组合的USF活动扰动影响试验。试验 篇。下文择要论说。 成果标明多声道双平面安置USF有较好旋涡补 3.3.1USF研讨开发和检定 瑞典Lule° a工业大 偿功用,各种活动扰动8声道外表丈量值均匀 学宣告名为火花隙发射(gap discharge)超声的 改动为±0.25%,Re=2000~5000为±0.5%,Re 低压气体超声流量计(下简称GDUSF)原型样机 >40000为±0.15%;4声道单平面安置高Re时 阶段性研评论文[31]。GDUSF是以火花隙产生超 丈量值改动为±0.4%,Re=10000~50000为±1%。 声波,按常用传达时刻差法原理丈量。它的流 不同声道安置各USF,Re<15000~18000时,按 量传感部分是由装在管内壁火花隙超声产生器 流体速度核算的旋涡率随Re添加而添加,超越 和装在对面上下流一段间隔分置的一对压电晶 此值则随Re添加而减小。 体接收器组成,流量信号传送到电子转化处理 GE-传感与丈量部宣告运转于高流速宽量 [34] 部分。原型样机在试验室作功用测验和严格工 程火炬气USF的论文 。迄今已在全球流程工 业现场试用检测。试验室功用测验求得的外表 业装用超越3000台火炬气和烟道排放气USF。 差错为(1~2)%丈量值。试用现场是造粒工厂的 运用中尚存在紧急状况高流速(>80m/s)的测 - 5 - 量问题。高流速导致声束漂移,活动噪声陡增, 察了一系列案例,显现在进入水轮机蜗壳进口 超声信号下降。本课题研讨火炬气超声的传达 前的杂乱流场,USF丈量差错在0.3%~0.6%之间; 和气流引起声束漂移,经力学方面和换能器的 CFD仿真查询不同尺度流道的活动。最终结合现 改进,使最大流速进步到123.7m/s,典型外表 场数据,得出设备于三峡电站 USF精确度优于 的实流校准证明,丈量值的规范差错在1.2%以 1%的定论。 内,全体的精确度为3%~4%。 [38]一文论说按份额缩小三峡电站至 现还未有从头校准USF规范化的间隔年限 500mm直径管道和USF模型体系的试验。测验 规则,CEESI在[35]文中评论评价USF运用多少 USF不同方位声道的流速,其流速散布的不同, 时刻需从头校准的办法。曾选未替换配件的35 能够标明出流场扰动的程度,描绘流速散布特 台现场运用4年以上DN100~DN300气体USF,在 性,试验数据还出现双丈量平面声道安置能减 CEESI衣阿华州的流量规范设备上从头校准,这 小横向活动扰动影响的现象。比较几组不同实 些外表未作任何清洗。将各外表校准数据点绘 验条件测验成果,可明显地查询到流速散布是 成运用年-现有差错图、流速-初始差错图、流 非对称性的。在管道模型这一特定流场,外表 速-现有差错图、不同流速点0-8年间各年差错 差错约为+0.3%。 图等。从图上能够看出各流速初始差错在 [65]一文论说以CFD数值核算办法剖析估 0.3%~0.5%之间;运用后起先几年高流速时 计大管径USF在扰动活动条件下丈量精确度。 (80~100ft/s,1ft/s=0.305m/s)差错在1%以内, 流场剖析得到X轴向和Y、Z两个横向流速散布, 8年在1.5%以内;在低流速时(5~10ft/s) 起先 核算了1~5m/s规划内3种流速的流量差错和 几年差错在1.6%以内,3年今后在1.5~3%之间。 5m/s流速时多种声路安置对流量差错的影响。 从这些图上还能够看出两个现象,即①跟着流 核算流量差错挨近模型试验差错,两者差错小 速添加差错减小,②跟着运用时刻添加差错增 于0.5%。 大,得出运用中USF功用随时刻而变的定性结 3.3.3USF环境影响和影响要素研讨 有3篇文 论。下一步作改动量的定量和选定重校准间隔 章评论流体污秽、流体旋涡、流体温度和前置 时刻的研讨,最终再替换原配件外表的承认程 弯管的影响。 序。 荷兰Krohne Oil&Gas论说污秽和锈蚀对气 乌克兰SEMPAL公司论说CFD研讨涡轮流量 体USF的影响,考虑外表规划上改进和运转中 [36] [39] 计和传达时刻法USF 。在研讨USF方面用CFD 的确诊 。文章剖析污秽有5种类型,及其不 软件FLUENT获取沿传达声道流速散布,查询各 同影响丈量的途径:①使底部活动变慢沉积于 丈量通道形状的流速散布改动。仿真多种几许 底下部的污秽;②断续地粘沾于管壁的污秽; 形状组态对USF丈量功用的影响,并试验验证。 ③均匀粘附于管壁的污秽;④粘附于换能器, ε 选用k- 模型阐明扰动,要点研讨换能器罩形 特别是迎流外表的污秽;⑤换能器腔室 状、缩短和挑选丈量通道尺度间正确联系。 (transducer pocket)内有液滴。污秽影响丈量 3.3.2 三峡工程运用USF的研讨 我国计量科 的首要途径是:①流转截面减小;②添加管壁 学研讨院(NIMC)近年展开三峡电站水轮机功用 粗糙度;③缩短声程长度;④反射系数下降引 测验大型管道用USF的流量丈量课题。本次会 起超声信号衰减;⑤换能器迎流面污秽吸收超 议上提出有关的3篇论文。 声信号;⑥换能器腔室液滴添加对线]一文论说针对三峡电站设备的 talk)搅扰。 DN12.4m18声道USF的精确度,施行试验和CFD Krohne公司考虑了各种污秽构成的影响, 仿真两种办法,剖析杂乱流场对丈量的影响。 新规划AltosonicV12型USF,其声路安置着眼 建立了按1:24缩小的试验体系,在国家水大流 于能检测出污秽,由6条V反射声路组成,2条 量站(开封)流量规范设备上校准试验,查询考 是彼此笔直的直径声路,4条是与其间一条直径 - 6 - 平行的弦声路。在上述5类不同污秽类型条件 产品,展望其展开前景。 下,在气体流速2~30m/s时作了试验,从图上 [42]文论说所开发运用于城市燃气的MEMS 读得5种类别污秽影响的改动,别离不超越① 流量外表 ,外表由专用规划多个传感件的MEMS 0.2%、②0.6%、③0.5%、④0.1%、⑤高流速时 质量流量传感芯片组成,由几种类型:①流量 0.1%,低流速时0.7%。 传感器直接伸入丈量通道中心的燃气外表,测 天津大学和我国计量科学研讨院联合对90° 量精确度优于±1.5%,规划度20:1,电池寿数 [40] 单弯管下流传达时刻法USF作CFD仿真研讨 。 视作业条件而异,为5~10年;②家居住所用仪 USF按不同口径(0.1,1,10m),1~18声路不同 表口径为15~25mm,压力≤0.5MPa,流量最大到 3 声路安置,置于弯管下流1~20D方位,仿线Nm/h,商业用口径为20~50mm,满度流量规划 3 算丈量差错,还剖析管道粗糙度的影响。这些 6~160Nm/h;③工业用燃气外表最大口径 研讨成果可作为外表制作者和运用者参阅。论 100mm,最大压力为 2.5MPa,满度流量规划 3 文首要定论为①单丈量平面声路安置至少要 4 125~3600Nm/h。 条,且外表置于弯管下流5D才干获得±0.5%准 [43]文论说热渡越时刻(TOF)技能传感器 确度,有9条声路在下流3D可获得±0.2%精确 和组成的外表。本技能外表与传统热量型流量 度,声路平面设备视点为0° (即与流向平行效果 计不同,不受气体成分改动、水气、粉粒和其 最好,90° 时最差);②穿插双丈量平面与单平面 他污秽影响。本文描绘了MEMS渡越时刻流量传 比较,丈量精确度相同,仅仅不非常敏感于安 感器规划电路计划,列示了测验成果 。本技能 装视点;③只要弯管下流外表前3D内管壁粗糙 也适用于极低流速液体流量丈量,运用于当时 度才会影响精确度,超越3D可予疏忽;④在3D 医药业的研讨开发。 -4 内管壁临界相对粗糙度是2×10 。 上海Siago、成都国家测验技能院和上海测 我国计量科学研讨院在[64]文中剖析检定 试技能院联合宣告交易交代用MEMS质量流量计 [44] 超声热量计时的影响要素。影响要素有:①声 的校准和检定 。一般热式流量计的精确度是 速在热水中改动、②丈量温度的方位、③热水 以满量程百分率(%FS)标明,不适用于交易交代 中气泡。论文以为水温引起水中声速改动对检 计量。本文针对以丈量值百分率(%R)标明精确 定影响最为明显。水温从50℃添加到60℃时, 度的MEMS热式流量计研讨规划校准的程序和分 流量要添加1.5%。 析丈量不承认度的核算。试验成果标明,处理 3.4 热式质量流量计 各种变量规划后的MEMS外表,无论是热散布式 3.4.1 MEMS热式质量流量计 本类外表是由 原理或热散失(金氏规律)原理都能运用于交易 MEMS(微机电体系,Micro Electro Mechanical 交代计量,能到达遍及承受的±1.5%R的精确 System)微传感器组成。美国Siago公司和上海 度。 Siago宣告了6篇相关论文。 [45]论说价格可与浮子流量计比美而有全 [41]一文回忆了Siago研制MEMS流量外表 数字数据处理,如流量丈量和总量计量、用户 的进程,2003年以其专利技能开发可代替家用 可编程流量报警、数据存储等功用的MEMS热式 膜式燃气表和商业、工业用交易交代外表;研 质量流量计。外表既可制成DN4~DN100固定安 发 与 传 统 热 量 型 流 量 计 (calorimetric 装型,也可制成手持型,设备到已有管道上, principle flow meter)丈量原理不同的渡越时 由运用者在现场按预校准组态编程。外表还配 间法(time-of- flight)热式流量计,它与传统 备RS485通讯接口,便利联网远程办理。 热式流量计不同,不受被测流体成分改动影响, [46]论说医疗用按热量原理规划的一次性 正在进行产品化进程中;研制运用于清洁、低 小型MEMS流量传感器和原型样机。流量传感器 黏度液体低流速微流量外表。论文归纳剖析了 可便利地设置在微通道医用塑料构件内,流量 市场上现有MEMS热式质量流量计的丈量技能和 传感件置于药液流转通道平面。原型样机的流 - 7 - 量规划0~500ml/h。 偿科里奥利力来完成。 3.4.2 热散布型热式质量流量计 北京七星华 浙江大学和天信外表公司联合宣告CMF零 [52] 创电子公司和清华大学联合提出2篇热散布型 点漂移的试验研讨 。CMF在工业应际运用中有 热式流量计(thermal profile flowmeter,亦 时仍遭到零点漂移影响,即外表零点在零流量 称毛细管型热式流量计)。 时的读数随温度改动而异。本文对狭 U形CMF 在[47]文中,论说了运用于燃料电池体系 作了一系列改动环境温度的功用试验和剖析。 丈量气体混合配比的新类型数字质量流量操控 剖析以为引起零点改动或许要素是流量传感件 器,由传感部分、低压损电磁阀和 电子部件三 (丈量管)的物理功用(包含构件不对称,剩下应 部分组成。论文列示了试验数据和现场运用数 力,丈量管壁厚不均匀)受温度改动而导致零点 据。 改动。 在[48]文中论说一种定功率丈量法气体仪 Krohne(英国)公司宣告扩展CMF丈量才能, [53] 表。经改进后的新流量传感器,其丈量电路弃 进步流量规划的文章 。文章叙说DN100直管 用一般选用的惠斯登电桥,精确度从1%FS进步 CMF在称重法水流量规范设备上辅以超声流量 到1%R,呼应时刻从0.5s缩短到0.3s,零点漂 计作规范表,按专门制定的校准进程施行校准。 移温度系数从0.05%FS/℃下降到0.01%FS/℃。 3.6 电磁流量计 触及电磁流量计(EMF)的论 3.5 科里奥利质量流量计 触及科里奥利质量 文有7篇,其间2篇是用作流量规范设备中的 流量计(CMF)的论文有7篇,其间两篇是在流量 规范表或设备间量值比对的传递东西,本文不 规范设备中用作规范表,或在多家试验室设备 赘述,其他5篇都是俄罗斯Niteplopribor国 间用作比对东西,另一篇谈论到由MEMS技能设 家研讨中心对EMF的研讨开发,下文分节阐明。 [49] 计制作的微流量CMF 。 3.6.1 液态金属用EMF和含有磁性金属粒纸浆 瑞士E+H公司研讨低雷诺数活动时CMF灵 用EMF [54]是研讨调理丈量通道壁鸿沟层条 敏 度 的 流 体 结 构 互 动 (Fluid-Structure 件的液态金属EMF。液态金属EMF通道壁没有衬 [50] -Interaction,FSI)仿真 。在工业运用中特 覆电绝缘层,这样就有敏感于被测金属和金属 别在石油工业,常常遇到因流体黏度高处于低 壁两个环境边际电参数的不安稳性。环境边际 雷诺数区。CMF读数在低雷诺数时会受流体动力 条件的偶尔改动是管内壁潮湿性(wettability) 影响而产生偏移,FSI 研讨标明受影响始于 变坏、氧化物脱落、积沉积层等引起的。液态 Re=10000,Re下降到800时,差错高达0.5%~1%。 金属与壁直触摸电阻的不安稳,能够为是一个 借助于很多FSI仿真,详细调查导致此差错的 丈量进程的外界扰动。论文考虑了借助于引进 物理机理,出现差错是雷诺数的函数,可用一 外界电流的电极和丈量体系,产生电位以支撑 个周期剪切效果进程与振荡科里奥利力彼此作 通道壁的电位特性散布,消除触摸电阻不安稳 用来解说。按批改/未批改的试验成果与相对应 搅扰影响;论说其原理、电极安置和丈量电路 的仿真数值作比较。本办法已运用该公司产品。 等。 德国Christian-Albrechts大学研讨沿测 [55]论说一种用于丈量含磁性金属粒纸浆 量管温度梯度或设备条件改动 CMF活络度和零 专用电磁质量流量计,使其丈量不敏感于浆液 点所引起的差错,证明有必要检测此差错,以保 磁性功用改动。处理计划是添加一个检测纸浆 [51] 证CMF的高精确度丈量 。论文提出一种剖析 磁化率传感件的电信号,不只扫除纸浆磁性物 评价零点的模型。首要当丈量管被鼓励的第 1 质含量改动引起对容积的质量流量丈量不承认 形式(即CMF的作业原理)时,质量流量影响到 度,并且还能够丈量金属含量质量。论文以为 第2形式振荡;其次当第2形式鼓励时,质量 本电磁质量流量计是处理这类丈量难题的具有 流量效果到第1形式振荡。这两个特性用MINO 展开前景的办法。本类外表国内亦已开发,在 相位复合矢量操控(MINO-Phasor-Control)补 现场试用。 - 8 - [59] 3.6.2 EMF模仿法干法校准的研讨和运用 涡产生体产生涡街功用的论文 。所研讨的旋 [56]论说所开发POTOK-T型成套仪器的数 涡产生体直径d=40mm圆柱体轴向,开一与活动 学模型模仿、组成和运用经历。仪器由①一组(6 方向笔直宽度为S的直槽,别离在水流槽和低 件)磁场检测件(恰当于感应线圈),②拼装有接 速风洞上作宽度对产生涡街质量影响的试验, 口块、模数/数模转化接口板和软件等的模块 试验标明(S/d)=0.1~0.15时信号最佳,且斯特 箱,③IBM PC型个人核算机组成,以及合作使 劳哈尔数-雷诺数间联系最为线性。在水槽的实 用的电阻数据表和长度计量卡尺。所开发的由 验,Re=2200~11500间,S/d=0.15,从图上读得 印刷板制成的磁场检测件,运用时紧贴电磁流 非线%,而无槽圆柱体则高达约13%;Re 量传感器流转通道内壁的不同方位,模仿感应 低至2400涡街信号质量仍坚持可承受的程度, 的互感量,求取该方位的权重函数。仪器可测 然后恰当下降下限流量。用热线流速计在风洞 EMF 口径 25~4000mm,满度体积流量规划 测验旋涡产生下流尾迹区,出现几乎是完美的 0.01~350000m/h,体积流量根本差错±0.2%,3 2-维涡街活动结构。 多参量根本差错±0.5%。不同类型EMF可按其 浙江大学和天信外表公司联合开发在低流速区 [60] 主张书给出批改系数,但随之亦会下降校准准 功用杰出的涡街流量计 。文章描绘一种双旋 确度;也能够施行实流校准和用本仪器干法校 涡产生体涡街流量计自适应算法,以改进在低 准法求取校对系数,备作今后核对查看时运用。 流速时的丈量活络度。试验查找两旋涡产生体 据报道,该国家中心已将该成套仪器技能和产 产生旋涡度最强的相隔最佳间隔。比较了单旋 (注1) 品在我国推介 。 涡产生体、双旋涡产生体和带自适应FFT(快速 [57]是评论模仿EMF的物理根底。流量计 富里叶改换算法)双旋涡产生体外表的试验数 的模仿模型是用柔性印刷板制成的感应线圈, 据,验证了在小流量时丈量功用的改进。以DN50 紧贴流转通道内壁检测磁通,求取外表权重函 样机的试验数据,丈量差错≤±1%时最低流量 3 数等位线来完成的。外表权重函数依存于通道 单旋涡产生体为 25m/h、双旋涡产生体为 3 3 几许形状、运动流结构(kinematic flow 15m/h、带FFT双旋涡产生体为12m/h。 structure)和通道原料电导率。完成外表在各 德国Freiburg大学宣告涡街流量计在高湍流区 [61] 种通道形状、运动流结构、雷诺数和其他作业 拓宽丈量规划的论文 。涡街流量计在低流速 条件的外表权重函数核算。 时信号弱,而在高流速时涡街信号上叠加湍流 [58]用GPU(general processing unit)构 搅扰信号,然后添加别离涡街信号的难度,两 成的芯片作EMF的数值仿真,研讨描绘流转通 者均直接影响流量丈量规划。本文规划一种模 道内感应磁场的办法,使或许评价磁场空间分 拟滤波器电路,增设在微操控器内根据卡曼 布;研讨通道原料和流体电导率、通道壁厚度 (Kalman)滤波器DSP算法,评判拓宽段丈量范 等各种要素对外表活络系数和线性度的影响。 围的频率,然后将高湍流量量程添加55%。 3.7 涡街流量计 触及涡街流量计有6篇,其 3.7.2 涡街流量计迎流流场影响的研讨 中[25]是与内锥体流量计组合成质量流量计, 德国Duisburg-Essen 大学、德国 Krohne 前文3.2.5节已有所述,3篇是研制新漩涡产生 丈量技能公司和法国ICAMEcole d′ingenieurs 体和拓宽流量规划,2篇是流场影响研讨。 联合宣告涡街流量计丈量精确度受上游蝶阀影 [62] 3.7.1 研制新漩涡产生体和拓宽流量规划 响的研评论文 。用CFD 立成功大学提出研讨带槽圆柱形漩 注1 报道见《外表世界》2011年4月号第39页《俄罗斯电磁流量计干标定技能交流会》 FLUENT Ver.63活动仿线°,全开), 街流量计在上游2种直管长度(50,80mm), 大气压理想气体在雷诺数规划 12000~ - 9 - 480000活动条件下受蝶阀的影响。实流实 波流,并与规范例比较。提出对不同流入 验是在两台DN50涡街流量计串联比较来实 条件引起根本频率偏移的一些原因,作了 现的,榜首台外表在蝶阀下流350mm(7D), 若干定论和下一步作业主张。 第 2 台外表在第 1 台外表下流 1000mm 4 台湾的流量试验室 (20D),7~60m/s间取5个流速点作比较。 所观赏的流量试验室是坐落离台北车 台湾I-Shou大学、空军学院和动力管 程约80分钟新竹的CMS/ITRI所属流量和 理体系公司联合宣告在不同上游条件下涡 能量研讨试验室(FERL),设置有传递流量 [63] 街流量计的流场仿真论文 。借助于FFT 量值给工业用流量外表的11套流量标定系 技能仿真瞬时湍流活动,获取旋涡频率。 统和设备。图1所示水和油流量体系规范 以充分展开活动进口为规范例,按数值仿 设备试验室全景相片,会议供给的相片和 真和试验获得斯特劳哈尔-雷诺数间联系。 文字介绍PPT稿的电子文档。 沿管道活动的质量按规则的界说予以量 化,研讨几种进口不对称流和非安稳正弦 图1 水和油流量体系规范设备试验室 表3 台湾流量和能量研讨试验室的流量规范设备 编 体系称号 规划L/min 不承认度(U )% 阐明 95 号 流量0.06 ~ F1 洪流流量 200 8000 称重法 液 总量0.05 体 流量 流 0.04~0.06 F2 小水流量 2~700 称重法 量 总量 0.03~0.06 - 10 - F3 低粘油流量 300~6000 总量0.05 称重法,介质是轻油(lightoil) ~ F4 高粘油流量 300 6000 总量0.05 称重法,介质是绽子油 3 ~ F5 高压空气流量 15 18000 m/h 0.18 称重法+音速喷嘴法,0.1~6MPa压缩空气 4支玻璃活塞体积管组成,用干与仪丈量活塞位 ~ F6 低压空气流量 0.002 24 0.10 气 移 F7 体 低压空气流量 4~100 0.15 60升钟罩式体积法 F8 流 低压空气流量 20~1000 0.11 600升钟罩式体积法 量 小空气流量 0.002~20 0.16 称重法 F9 小空气流量 0.002~24 0.18 MOLBLOC法 ~ 小空气流量 0.01 20 0.18 音速喷嘴法 ~ F10 空气流速 0.25 25m/s 0.5 激光多普勒流速仪+风洞 F11 微液体流量 0.0001~10mL/min 3~0.5 称重法,丈量微量级流量和纳晋级总量 流量试验室规划不大,但规划计划有 视;触及差压式外表的论文超越30%,出现 许多值得学习和学习之处,流量规范设备 出此传统丈量办法的研讨依然兴趣浓厚; 安置、结构等详细规划制作也恰当精美, 超声流量计在前一时期有较多展开,因而 如表3所示编号F6体系不承认度优于大陆 论文数量也较多,超越13%。这些论文的概 (0.2%)相应设备。有些细小流量的规范测 览将有助于咱们把握世界流量丈量的动 试设备在大陆还未见到过,特别是微液体 向。 流量的标定测验给大陆代表留下深刻印 参阅文献(括号内为论文集原编号) 象。 [1]ChuangLi,etal.EstablishingofAir 表3所示是11套体系流量规范设备的 Flow Test Bench with Interact-Check 流量规划、丈量不承认度等的汇总表。 Standards (A3-4) 电子文档还简介从FERL流量原始规范 [2] Michael Bair. Improvements in the 传递的流量规范设备: Implementation of Laminar and Sonic (1)两套由音速喷嘴作规范表组成的 Based Gas Flow meters in the Range of -5 -1 检定膜式燃气表的流量规范设备,一套为 2×10 g·s(1Ncc·min )to100g·s(1Nc

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