摘 要:本文根據(jù)我廠旋轉(zhuǎn)活塞流量計(jì)投運(yùn)10多年運(yùn)行、使用、檢修和標(biāo)定的情況,通過對(duì)其測(cè)量原理及結(jié)構(gòu)組成的分析,對(duì)旋轉(zhuǎn)活塞流量計(jì)在使用和維修中產(chǎn)生的誤差及修正方法進(jìn)行了簡(jiǎn)要地論述。

0 概 述

旋轉(zhuǎn)活塞流量計(jì)是一種容積式流量儀表,它具有工作可靠、測(cè)量精度高、壓力損失小,當(dāng)介質(zhì)粘度大于50cp時(shí),粘度的變化對(duì)精度無影響。它適用于不含固體顆粒介質(zhì)的液體瞬時(shí)流量和累積流量的測(cè)量。我廠使用該類儀表十多年,幾經(jīng)檢修,標(biāo)定數(shù)據(jù)證實(shí),許多流量計(jì)已出現(xiàn)超差現(xiàn)象(見表1)。下面我們將通過對(duì)其測(cè)量原理及結(jié)構(gòu)組成的分析,來剖析產(chǎn)生誤差的根源和修正方法。

1 測(cè)量原理分析

旋轉(zhuǎn)活塞流量計(jì)是基于將測(cè)量室(v1+v2)連續(xù)充滿和排空原理進(jìn)行測(cè)量的(見圖1)。測(cè)量機(jī)構(gòu)是由帶蓋的測(cè)量室、旋轉(zhuǎn)活塞及隔板組成。開槽活塞有上、下兩個(gè)活塞銷,隔板徑向安裝在進(jìn)出口之間,測(cè)量室銷與導(dǎo)環(huán)同心。測(cè)量時(shí),開槽活塞的槽口沿隔板作直線運(yùn)動(dòng),活塞銷沿導(dǎo)環(huán)作圓周運(yùn)動(dòng)。由于測(cè)量室容積是固定的,則流經(jīng)測(cè)量室介質(zhì)的瞬時(shí)流量大小只與旋轉(zhuǎn)活塞轉(zhuǎn)動(dòng)的速度有關(guān),累積量與旋轉(zhuǎn)活塞轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)有關(guān)。

瞬時(shí)流量(q)=(v1+v2)·旋轉(zhuǎn)速度(v)

累積流量(q)=(v1+v2)·旋轉(zhuǎn)圈數(shù)(n)

從測(cè)量原理我們可以看出,測(cè)量是否準(zhǔn)確,是否滿足或達(dá)到該精度要求,主要取決于測(cè)量室的容積是否發(fā)生變化。只要容積恒定不變,測(cè)量誤差就不易產(chǎn)生。即產(chǎn)生測(cè)量誤差的根源是測(cè)量室容積發(fā)生變化。

2 測(cè)量誤差的產(chǎn)生與修正

2.1 測(cè)量室容積變化產(chǎn)生的誤差與修正

旋轉(zhuǎn)活塞流量計(jì)在使用過程中,由于工藝管道內(nèi)壓力的變化,使得旋轉(zhuǎn)活塞瞬時(shí)轉(zhuǎn)速過大,導(dǎo)致活塞槽口對(duì)隔板的沖擊,使隔板彎曲。對(duì)這一類表進(jìn)行檢修時(shí)發(fā)現(xiàn),凡是隔板彎曲甚至斷裂引起的故障,由于旋轉(zhuǎn)活塞旋轉(zhuǎn)時(shí)不能按照原來的運(yùn)動(dòng)軌跡轉(zhuǎn)動(dòng),造成測(cè)量室的內(nèi)壁和底面、活塞上下端面以及內(nèi)外壁產(chǎn)生嚴(yán)重磨損,甚至出現(xiàn)劃痕和凹槽。在這種情況下,就需要在更換隔板后對(duì)測(cè)量室及活塞進(jìn)行研磨,使旋轉(zhuǎn)活塞能在測(cè)量室內(nèi)旋轉(zhuǎn)自如,重新起到測(cè)量作用。但是經(jīng)過多次檢修研磨后,測(cè)量室的容積將發(fā)生變化(見圖2)。

h———測(cè)量室深度(高度);

v———總?cè)莘e;

v1———外容積;

v2———內(nèi)容積。

研磨后,將會(huì)造成以下尺寸發(fā)生變化。

d 、d1 (增大),d 、d1 (減小),那么

v′———研磨后總?cè)莘e;

△v———研磨前、后容積變化量。

若v、v′對(duì)應(yīng)的體積流量分別為q、q′,則該表的引用誤差為:

隨著檢修、研磨次數(shù)的增多,δ值將越來越大,超過該表的精度等級(jí)范圍,使其測(cè)量精度不能滿足工藝生產(chǎn)的需要。為了使它重新獲得較高的測(cè)量精度,恢復(fù)其測(cè)量的準(zhǔn)確性,出現(xiàn)這種測(cè)量誤差,我們可以通過以下兩種途徑進(jìn)行修正,使其達(dá)到精度要求。

(1) 利用檢修后的標(biāo)定數(shù)據(jù),通過更換配對(duì)齒輪的方法進(jìn)行修正。

大家都知道,許多流量測(cè)量儀表發(fā)訊機(jī)構(gòu)都是采用齒輪機(jī)構(gòu)傳送的,齒輪的變速比決定了指示機(jī)構(gòu)與測(cè)量機(jī)構(gòu)的比例對(duì)應(yīng)關(guān)系。我們就是利用改變這種比例關(guān)系來達(dá)到修正的目的。

例如:一臺(tái)旋轉(zhuǎn)活塞流量計(jì),精度為0.5級(jí),經(jīng)多次檢修、研磨后,重新標(biāo)定,標(biāo)定出的指示誤差值為-1.27%?，F(xiàn)用更換配對(duì)齒輪的方法進(jìn)行修正,步驟如下:

a.拆開發(fā)訊機(jī)構(gòu)的變速齒輪部分,卸下變速齒輪,并讀出齒輪上的標(biāo)記。若測(cè)量機(jī)構(gòu)齒輪標(biāo)記為“1-74”,指示機(jī)構(gòu)齒輪標(biāo)記為“1-125”。

b.對(duì)照表2查出原配對(duì)齒輪已補(bǔ)償?shù)闹甘菊`差為0.29%(見表2),然后計(jì)算出流量計(jì)的實(shí)際誤差。實(shí)際誤差=已補(bǔ)償指示誤差+標(biāo)定誤差=0.29%+(-1.27%)=-0.98%

c.對(duì)照表2查出補(bǔ)償值為-0.98%的配對(duì)齒輪,測(cè)量機(jī)構(gòu)齒輪標(biāo)記為“1-60”,指示機(jī)構(gòu)齒輪標(biāo)記為“1-110”,找出印有該標(biāo)記的配對(duì)齒輪裝上,并重新標(biāo)定,即可達(dá)到精度要求。

(2) 利用乘以系數(shù)k的方法進(jìn)行修正。

目前,許多廠都使用了集散系統(tǒng),kmm數(shù)字調(diào)節(jié)器等儀表系統(tǒng),這類儀表系統(tǒng)都具有對(duì)可變參數(shù)的系數(shù)進(jìn)行調(diào)整、修改的功能。我們就是利用這種系數(shù)調(diào)整的方法,來實(shí)現(xiàn)對(duì)誤差的修正。

例如,一臺(tái)旋轉(zhuǎn)活塞流量計(jì),精度為0.5級(jí),量程為0.6~6m3/h,經(jīng)過多次檢修、研磨后,重新標(biāo)定其指示相對(duì)誤差為-1.05%。根據(jù)所給數(shù)據(jù),得到表3和圖3。

根據(jù)表3和圖3,我們可以看出:

根據(jù)計(jì)算出的比率系數(shù),在集散系統(tǒng)的該控制回路中,或在kmm調(diào)節(jié)器可變參數(shù)中通過組態(tài),修正現(xiàn)場(chǎng)來的測(cè)量信號(hào),得到實(shí)際的指示值和累積值。

實(shí)際指示值=測(cè)量示值(pv值)×比率系數(shù)(k′),即:

q′=q·k′

2.2 介質(zhì)溫度變化引起介質(zhì)密度變化而產(chǎn)生的誤差與修正

眾所周知,許多體積流量儀表都存在溫度對(duì)測(cè)量流量精度的影響,它可以通過補(bǔ)償、選型等方法來最大限度地克服這種影響。然而許多生產(chǎn)裝置,特別是化工裝置,對(duì)流量的要求比較高,化學(xué)反應(yīng)是考慮質(zhì)量流量,而不是體積流量。質(zhì)量流量(m)與體積流量(q)的關(guān)系是:m=ρ·q(ρ是介質(zhì)密度),在體積流量不變的情況下,如果流體介質(zhì)密度發(fā)生變化,則質(zhì)量流量將隨之而變。對(duì)于液體介質(zhì),壓力對(duì)密度影響甚微,可以忽略不計(jì)。但是溫度對(duì)密度的影響就不能忽視。為了解決測(cè)量體積流量的旋轉(zhuǎn)活塞流量計(jì)達(dá)到測(cè)量質(zhì)量流量的目的,我們做了一些嘗試。下面我們以化工原料中乙二醇為例,根據(jù)乙二醇介質(zhì)的溫度與密度關(guān)系,討論乙二酵的溫度對(duì)體積流量測(cè)量的影響。

例如,一臺(tái)旋轉(zhuǎn)活塞流量計(jì),精度為0.5級(jí),測(cè)量范圍為0.6~6m3/h,工藝要求設(shè)定控制流量為2.5m3/h,介質(zhì)溫度為180℃。若溫度變?yōu)?65℃時(shí),則在質(zhì)量流量不變的情況下,體積流量將發(fā)生變化,并出現(xiàn)流量示值偏離給定值,出現(xiàn)示值超差現(xiàn)象。180℃時(shí)的體積流量為 2.5m3/h,乙二醇密度為986kg/m3,則此時(shí)控制的質(zhì)量流量為:

m=ρ·q=986×2.5=2465kg/h

165℃時(shí),如果要保持控制的質(zhì)量流量為2465kg/h,此時(shí)乙二醇密度為1000kg/h,則相應(yīng)的體積流量為:

那么,由于溫度的變化,在質(zhì)量流量不變的情況下,體積流量產(chǎn)生的誤差是顯而易見的。

由于這種誤差是由旋轉(zhuǎn)活塞流量計(jì)外部因素(溫度)引起的,而且對(duì)工藝影響也比較大,化學(xué)反應(yīng)只與物質(zhì)的質(zhì)量(或者說摩爾數(shù))有關(guān),而與物質(zhì)的體積無關(guān)。因此,要保證介質(zhì)的質(zhì)量流量不變,在溫度發(fā)生較大變化時(shí),就必須考慮對(duì)體積流量的誤差修正,而這種修正是不能通過旋轉(zhuǎn)活塞流量計(jì)本身來修正的,也不能通過更換配比齒輪或乘以系數(shù)k的方法來修正,而只有通過改變體積流量的設(shè)定值來修正。以上例來說,如果將流量設(shè)定從2.5m3/h改為2.465m3 /h,就可達(dá)到修正目的,滿足工藝對(duì)測(cè)量的要求。

綜上所述,我們對(duì)旋轉(zhuǎn)活塞流量計(jì)的測(cè)量誤差及修正方法進(jìn)行了簡(jiǎn)要論述,對(duì)如何克服因容積、溫度變化而帶來的誤差作了一些分析。其方法簡(jiǎn)便易行,有利于解決該表超差降級(jí)問題,僅供大家參考。