[导读] 流体的粘性对涡轮流量计的仪表系数有很大影响，本文使用活塞式液体标准体积管在不同粘度下对轮流量计进行了实验研究，得出了仪表系数与流量、流体的粘度之间关系曲线。
1 前言
涡轮流量计是基于力矩平衡原理，属于速度式流量仪表。它具有如下特点：（1）它的量程比宽，量程比可达8~10，在同样的口径下，它的最大流量值大于很多其它流量计。（2）它输出的信号是与流量成正比的脉冲信号，在传输过程准确度不降低，易于累积，易于送入计算机系统。（3）结构简单、反应灵敏、安装维修方便。因而在流量计量过程中具有广泛应用。
目前涡轮流量计出厂一般都是用水或粘度比较低的柴油进行检定，涡轮流量计所适用的流体一般都是低粘度（一般应低于15×10-6 m2/s）流体，但当流体的粘度大于15×10-6 m2/s时，流体的流动状态会发生变化。在层流状态时，流体的阻力矩与流体的粘度、涡轮的旋转角速度成正比。而在素流状态下，流体流动阻力矩与流体密度和流量成正比。因此，流体在不同的流动状态下，流体流动对涡轮流量计的影响是不相同的。
本文用标准体积管作为基准，通过实验研究流体的粘性变化对涡轮流量计仪表系数的影响。
2 试验设备与方法
2.1 试验介质
对于粘度较低的流体，选用清水和-35#军用柴油作为试验介质。对于其它粘度的试验介质，获得方法为用粘度较高的120BS基础油与粘度较低的-35#军用柴油按不同的比例混合，得到试验所需粘度的介质。试验方法是在实验室用较精确地配置比倒，如用10%、20%、30%、50%及100%的粘度较高的120BS基础油与-35#军用柴油混合，混合均匀后，在一定的温度下测量混合后的粘度，根据测量的数据，回归出介质的粘度与混合比的关系（如图1）。然后配置所需要的试验介质。本试验共选用6种粘度进行试验，它们粘度分别是1×10-6、2×10-6、55×10-6、105×10-6、210×10-6、290×10-6 m2/s。
2.2 主要的试验装置
活塞式液体标准体积管的型号为JHYG-100，流量范围：0.4~400 m3/h、精度：0.03%。
它在使用之前，必须进行检定，以确保在标定流量计时，从体积管标准段内置换出的液体数量。
对活塞式液体标准体积管进行标定时所用的仪表设备如下：二等标准金属量器容积100L准确度±0.025%；标准压力表0~1.0 MPa、精度等级0.4级；标准温度计0~50℃，其分度值0.1℃。秒表分度值0.01秒。
每次标定时记录体积管进、出口水的温度和进口处的压力，记录体积管光电检测筒内殷钢棒的温度；等标准罐内水位稳定之后再记录标准罐刻度尺上的数值，在放水时测量水温。根据要求，检定次数N≥6，检定数据见表1。
表1 JHYG-100型标准体积管标准体积检定数据
测试次数N
体积管处温度ts(℃)
量器内水温tp(℃)
殷钢棒温度tr(℃)
体积管处水压PP(MPa)
量器标尺读数L(mm)
1
18.9
19.0
19.5
0.050
127.40
2
19.0
19.0
20.0
0.052
127.50
3
18.7
19.0
20.0
0.052
129.90
4
18.5
18.9
19.9
0.054
129.46
5
18.2
18.9
19.9
0.053
130.00
6
17.9
18.5
20.0
0.053
130.00
Vs=100+（L-70.16）·5.03/1000 （1）
式中，L为标准量器标尺读数mm，Vs未经温度、压力修正的体积管标定容积（L）、根据文献[3]可求得标准体积管的体积。
（2）
式中，VPa为经过压力温度修正后的体积（L）；
βs为标准量器材质的体膨胀系数，βs=3.3×10-5 （1/℃）：
βω为水的体膨胀系数，βω=2.015×10-4（1/℃）；
Fω为水的压缩系数，Fω=4.91×10-10（1/Pa）：
E为体积管材质的弹性模量，E=2.0×1011（Pa）；
D为体积管内径，D=0.375（m）；
e为体积管的厚度，e=0.012（m）；
αP为体积管材质的线胀系数，αP=1.22×10-5 （1/℃）
αr为测量杆材质的线胀系数，αr=1.44×10-5 （1/℃）；
ta、tP分别为标准量器和体积管的壁温（℃）；
tr为测量杆的温度（℃）：
PP为体积管内液体压力（Pa）
取6次测量的平均值作为体积管的基本体积 Vn=100.2856（L）
标准体积管标准偏差σ
标准体积管的重复性ER
式中，ta（k）为置信度为95%的t分布系数
ta（k）=2.57
活塞式液体标准体积管的准确度E
式中，Es为标准量器的准确度，Es=0.O25%
2.3 试验装置流程图
进行流量计检定时，根据[3]要求，在流量计的上游安装压力表，在流量计的下游安装温度计。涡轮变送器与计算机采用屏蔽线连接，为便于调节流量同时把变送器与流量积算仪连接，根据积算仪的瞬时流量显示，调节每个检定点流量的大小，保证要检定点的流量符台检定规程的要求检定流程图2如示。