摘要：本文對渦輪流量計在脈動(dòng)流中的特性進(jìn)行了研究。利用渦輪流量傳感器的數學(xué)模型，求出了在正弦脈動(dòng)流作用下的角加速度與脈動(dòng)頻率及振幅的理論關(guān)系式，通過(guò)對不同脈動(dòng)頻率和振幅下渦輪流量計誤差的編程計算，總結并驗證了脈動(dòng)流對脈沖輸出渦輪流量計誤差的影響規律。

1、引言

所謂脈動(dòng)流是指流體在測量區域的流速是時(shí)間的函數，但在一個(gè)足夠長(cháng)的時(shí)間段內有一個(gè)恒定的平均值。脈動(dòng)流的存在會(huì )導致流量計出現計量誤差，甚至不能正常工作。如何校正或減少脈動(dòng)對流量測量特性的影響，是流量測量中比較重要的課題。

2、脈動(dòng)對渦輪流量計流量測量的影響

2.1誤差方程及其計算

應用機翼理論來(lái)分析作用在渦輪轉子上的驅動(dòng)力矩和阻力矩，可得到其運動(dòng)方程：

式中，J為葉片轉動(dòng)慣量，θ為葉片與軸線(xiàn)之間的夾角，r為渦輪葉片的平均半徑，A =為管道流道面積，ρ為流體密度，ω為渦輪的旋轉角速度，Q為通過(guò)管道的流量。

若把脈動(dòng)流表示為Q=asin2πfpt，經(jīng)分析整理，可得出渦輪旋轉加速度與脈動(dòng)流各參數的關(guān)系：

其中，c為穩態(tài)時(shí)的ω值。此時(shí)其顯示誤差可用下式表示：

E=ω/c-1

對特定的渦輪流量計和不同的脈動(dòng)流，可編程計算出(2)式在脈動(dòng)周期內各離散點(diǎn)所對應的ω(t)，據此可計算出渦輪流量計顯示誤差E，并畫(huà)出相應曲線(xiàn)。

2.2結果與分析

經(jīng)過(guò)計算分析，發(fā)現導致渦輪流量計產(chǎn)生誤差的主要因素是脈動(dòng)流的振幅和頻率，通過(guò)對多幅圖形的比較，發(fā)現有如下規律：

1)從曲線(xiàn)分布的象限來(lái)看，脈動(dòng)流導致渦輪流量計出現一個(gè)正誤差。當流體存在脈動(dòng)時(shí)，在加速流體中，葉片的轉動(dòng)慣量能引起轉子速度變慢，落后于定常流時(shí)的轉速；在減速流體中，葉片的轉動(dòng)慣量能導致轉子速度加快，超過(guò)定常流時(shí)的轉速。由于加速時(shí)的影響比減速時(shí)的影響小得多，因此，脈動(dòng)流存在時(shí)流量計顯示的平均流速遠大于平均流量，出現正誤差，此誤差有時(shí)*大可達50%。

2)當脈動(dòng)頻率fp小于渦輪轉子的角頻率ω時(shí)，流量計類(lèi)似輸入脈沖，測量結果接近真值，脈動(dòng)流所引起的誤差很小。當脈動(dòng)頻率fp大于渦輪轉子的角頻率ω時(shí)，響應失真，會(huì )引起較大誤差，且隨著(zhù)頻率的增大，誤差隨著(zhù)增大，*終趨于穩定(如圖1，圖2)。

3)當脈動(dòng)頻率大于渦輪轉子的角加速度時(shí)，頻率脈動(dòng)振幅的變化能引起渦輪流量計的測量誤差產(chǎn)生大的改變，此誤差隨著(zhù)脈動(dòng)振幅的增大而升高，*大可達50%，但*終趨于穩定(如圖3，圖4，a為脈動(dòng)振幅與穩態(tài)振幅之比)。

3、結 論

從以上分析計算可知，脈動(dòng)流使渦輪流量計產(chǎn)生一個(gè)正的系統誤差，該誤差受脈動(dòng)頻率和振幅的影響。當脈動(dòng)頻率小于角加速度時(shí)，其誤差可認為為零；當脈動(dòng)振幅小于某一振幅值時(shí)，其誤差亦可認為不影響渦輪流量計的精度。脈動(dòng)流對渦輪流量計測量精確度的影響存在*限值。