周期性脉动流对涡轮流量计测量精度影响的阐发
时间：2010-12-04 阅读：1132
数学模型的扶植和涡轮流量计动态特性阐发
当脉动频率超出某个范围时,涡轮流量计的测量值就会发生较大的差池。差池的起源首要有以下几个方面:旋转叶片的共振,齿轮的啮合（死板输出的涡轮流量计）,转轴和齿轮的惯性,脉动流的形状,转轴的摩擦阻力等。因为总计的脉动情形都是由正弦波叠加而成,所以可以从阐发正弦脉动对涡轮流量计的测量值的影响下手来阐发周期性脉动的影响情势。
理论和实干均表明,将正弦量参与时不变妄图系统,其平乱状况下的响应是相仿频率的正弦输出量,但幅值和相位则决意于具体系统的动态特性。
涡轮流量计是一种速度式仪表,它是以动量矩守恒原理为本原的,流体伏击涡轮叶片,使涡轮旋转,涡轮的旋转速度随流量的变化而变化,终末从涡轮的转数求出流量值,任凭磁电更换装置（或死板输出装置）将涡轮转速变化成电脉冲,送入二次仪表进行打算和展现,由单位时刻电脉冲数和累计电脉冲数反映出瞬时流量和累计流量（见图1）。所以,只要得出涡轮转图 1速与流量的干系曲线就能阐发周期性脉动流对涡轮流量计测量精度的影响。由动量矩定理可知,涡轮的运动方程为式中:J为涡轮的转动惯量;ω为涡轮的旋转角速度;ΣM为功效在涡轮上的合力矩。式（1）再现一个一阶系统,一阶系统在单位正弦的功效下x（t）=sinω0t（t>0）,其响应为当t趋向于无尽大时,
当涡轮流量计的型号一守时,其幅值A（ω0）就是一个常数,但相位角<=-arctgω0J不呈线性干系,所以输出可能会引起相位失真。我们需要领悟在什么条件下,可以较切确地测出输出量。令ω0=2πfp,fp为脉动频率,由此可知,随着脉动频率和转动惯量的添补,幅值越来越小,而相位角越来越大,即滞后时刻越来越长。可见,涡轮流量计所能测量的脉动频率有一定的范围,否则,就会导致展现较大的差池。
正弦脉动流对测量精度影响的理论阐发
以型号为LW240的涡轮流量计为例进行阐发。
①定常流动时式
（1）变成:ΣM=M-ΣMi=0这里把ΣM分成了两部分,即驱动涡轮旋转的驱动力矩M,和障碍涡轮旋转的各种阻力矩ΣMi。
任凭阐发打算,驱动力矩为式中:θ为叶片与轴线之间的夹角;€r为涡轮平均半径;A为管道风行面积;ρ为流体密度;ω为涡轮的旋转角速度;q为任凭管道的流量。
假定涡轮流量计管事在无阻力的妄图状况下,则涡轮的旋转角速度为 当流量为正弦脉动,即q=asinωt时,涡轮旋转加速度ω是幅值为A）的同相位正弦脉动,其对涡轮流量计测量精度的影响几乎为零。
②非定常流动时
由于管内的流动频频不是一个定常流动,且涡轮在真原形况下还会受到阻力矩的影响,则式（1）为了处理省事,略去方程中的粘性阻力矩C1ηq,上式变为令q=asinωt,经过阐发整理,可以得出涡轮旋转加速度与脉动流各参数的干系:式中:C为平守时的ω值对于所研讨的涡轮流量计,其涡轮叶片的转动惯量J=21889×10-6kg·m2。则上式中的积分项可用以下流程图（见图2）加以打算。
成果与阐发
脉动流频率对测量精度的影响
经过谋区阐发,发现脉动流频率是影响精度的zui关键因素,所加的正弦脉动流频率与稳态下涡轮旋转加速度的干系为ωn=2πfp（1/…qm）€r2（…qm为平均质量流量）时,响应曲线与输入正弦曲线zui为切近,与理论阐发本原切合。频繁变换脉动流频率参数,发现间或图形失真出格厉害,经过对多幅图形（如图3和图4）的阐发,发现如下循序:
①当脉动流频率fp小于角加速度ω,那么流量仪表的响应近似于输入脉冲,测量成果切近于真值;且频率越小,成果越切近,由此可知当脉冲频率远远小于涡轮旋转的角加速度时,仪表的测得值差池几乎为零。
②当脉冲频率fp大于角加速度ω,那么仪表的响应曲线起原失真,且频率fp与角加速度ω相差越大,其失真程度越大。
③脉动流的频率还影响输出图形的幅值大小,经阐发现察,频率越大,幅值越小;频率越小,幅值越大。
2.3.2在脉动流存在的情势下其它参数对测量精度的影响
对于形状不失果真响应曲线,其输出图形幅值还与其它参数有关,经研讨,影响较大的参数有涡轮流量计叶片的转动惯量J。若转动惯量J越小,输出图形的幅值越大;反之,J越大,输出图形的幅值越小。但J太大未必太小都市影响输出曲线的幅值失真过大,J取在（2～3）×10-6kg·m2时,其图形输出。
涡轮流量计叶片的初始旋转加速度C也将影响输出曲线。从参数阐发可知,其响应曲线与输入脉动曲线有一个位移,这个位移大小主若是与初始值C有关,即稳态流动时,旋转加速度越小,这个位移量越小,但小到一定值时,由于其它因素的影响（如流体粘性及死板摩擦阻力的影响等）又会使图形失真,对于被研讨的涡轮流量计,稳态旋转加速度值以大于2π为好。
结论
本文研讨了周期性脉动流对涡轮流量计的测量精度的影响情势,结论如下:
①脉动流的频率影响zui大,当脉动流频率fp小于角加速度ω,那么流量仪表的响应与输入脉动流图形相通,测量成果切近于真值;
②转动惯量J对于输出图形幅值有影响;
③稳态流时的旋转加速度值可能会引起输出图形发生一个向上的位移。