分類導航
金湖多特自動化儀表有限公司
地址:金湖縣戴樓工業園區
電話:0517-86997889
傳真:0517-86997889
郵箱:jhduote@163.com
手機:189-3675-2789
QQ:3012377823
有干擾的電磁流量計干式標定中的疑難問題及解
發布日期:2017-5-15 14:32:52
有干擾的電磁流量計干式標定中的疑難問題及解決方法
  封閉管道式超聲波流量計用于開放型梯形明渠計量電廠回水消耗水量在我省尚屬首例。2002年10月,遼寧清河發電有限責任公司在回水明渠由安裝三組韓國昌民公司生產的5聲道超聲波UR2000流量計及UR1000水位計,用以計量電廠回水消耗水量。流量計、水位計自安裝運行以來,我們發現明渠耗水量很小,甚至出現消耗為負值的不合理情況。為此,我們依照《檢定規程》,參照昌民公司提供的有關數據進行了大量的研究、計算和分析,經過遼寧省計量院先后多次標定以及參考運行情況,在確定流量計設備不確定度過程中,仍有許多疑難問題值得提出和總結,有待進一步探討和研究。
管道式超聲波流量計
      2 干式標定及其主要內容
      超聲波流量計原理采用時差法測量明渠各層面平均流速,求出流速分布曲線。根據水位計測得的水位來計算梯形明渠端面積,進而得出其流量。
      在明渠上,以超聲波明渠流量計的原理和流體力學理論為基礎,將各測量參數在外部測量,把各測量參數的誤差綜合來決定誤差,這種間接測量流量計的誤差的方法,叫干式標定。干式標定與傳統實流標定不同,可以在不停止流動的情況下,在線對流量計誤差進行標定。
      干式標定不確定度計算內容主要有:
      ① 線流速測量不確定度,包括時間測量不確定度、聲道長度測量不確定度以及聲道角度測量不確定度。
      ② 端面積測量不確定度,包括渠端面輪廓測量誤差和測量水位時產生的水位測量誤差。
      ③ 不同流速分布下的不確定度,在多聲道工作狀態下(3個以上),能夠再現流速分布,依據多面平均法計算,或依據平均端面計算流出量時流出量計算不確定度。
      ④ 流量不確定度計算,即每個誤差源平方之和的平方根。以此參照流量計性能指標,確定標定等級。
      3 實際標定中的疑難問題
      現場標定中主要存在以下疑難問題:
      3.1 流速分布誤差的計算
      流速分布誤差在不確定度的計算中起至關重要的作用,直接影響標定的等級。實際流場由于受提水站、明渠端面等諸多因素影響,多以紊流、亂流(旋渦、橫流)為主,所以精確地測量出流速分布函數,確定流速分布形態,成為流量計算以及不確定度計算的核心問題。設備安裝地址最好選擇在流態穩定,上下游直管段要足夠長(至少5倍渠寬)。
      3.2 平均端面的確定
      平均端面對不確定度計算也有重要影響。超聲波流量計適用于平面規整的明渠水道,經過對安裝地址上下游12個端面,取同一水位實際測量時發現,面積誤差最大達到7.4%,說明回水明渠并非完全規整平面的渠道,對流速分布有影響。如何確定典型端面,以及將典型端面演算到規整的平均端面是不確定度計算中難點問題。
      3.3 水溫對誤差計算的影響
      水溫對聲波傳播速度有明顯影響。電廠明渠水溫在冬夏、上下游,甚至每一天都有較大變化,特別是實際現場,明渠水溫與液位測井的水溫有較大差別,嚴重影響了不確定度。究竟溫度綜合影響有多大,是個疑難問題。
      3.4 傳感器探頭高出渠壁20cm以上。對流速測量及計算面積的影響
      根據計算,假設為規整渠道,不同水位下,探頭未測到部分平均占3.5%,對流量計算有嚴重影響,而且如何演算到全端面,是個難點。建議傳感器座在渠壁內,探頭與壁齊平為好。
      3.5 液位計水深與明渠水深存在同步敏感程度的誤差
      現場中,明渠水深,在同一時間上,與液位計水深同步變化不同,直接影響流量測量及不確定度計算。
      4 結語
      多聲道超聲波用于大斷面明渠流量測量,現有理論充分,但真正用好測準并不容易,系統誤差、人為誤差,環境因素的影響,造成不確定度計算的復雜性。通過這次實踐,主要體會如下:
      ① 要有一個高效的項目組織體系,從考察、選購、安裝、標定到后期維護運行,都需要良好的組織、協調和溝通,保證產品的順利使用,節約時間和財力。
      ② 要根據測量對象及現場實際情況有針對性地制定測量方案,才有可能達到測量目的,滿足測量要求。
      ③ 選準測量位置,要充分保障測量點上下執行段的長度,以保證測量點流態穩定。
      ④ 精確校準測量系統各通道的傳輸延遲時間,正確設定測量系統內部參數。
      ⑤ 精確測量執行渠道斷面的幾何參數,換能器的安全位置,牢固安裝水下設備。
      水,作為一種商品,準確計量有利于節約用水和促進國民經濟的發展,正確地選擇計量儀器,準確地確定誤差,對于水計量有重要的意義。在封閉管道式超聲波流量計用于開放型梯形明渠中,上述出現的疑難問題,有的已經解決,有的仍需要進一步探討和研究。
 
 
解上述方程組得
式中 c、d——積分常數,由邊界條件確定
假定圓筒是經過切削加工而成的。在加工圓筒的外圓或內孔時,刀尖作用在工件上的切削力可以分解為沿工件圓周切線方向的分力ft、沿工件軸向切削 分力fz以及沿工件徑向的分力fr。在切削力的作用下,工件表層材料在圓周方向、軸向和切向都將產生變形,當切削力去除后,這些變形不能完全恢復,因而加 工后在工件表層產生殘余應力。因此,經切削加工的圓筒零件,表層殘余應力理論上應為三向應力,可以將其表示為圓周切向應力σθ、軸向應力σz與徑向應力 σr。切削方法不同,各切削分力之間的比例關系也不相同,如在車削或磨削圓柱面時,切向分力ft比軸向分力fz大得多,一般ft=(2~3)fr。由于切 削分力的比例關系不同,引起的殘余應力之間的比例關系也不相同。在一般情況下,特別是當圓筒的壁厚較薄時,徑向殘余應力σr很小,而圓周方向的殘余應力 σθ是主要的,因此,在利用邊界條件確定公式(8)~(11)的積分常數c和d時,為簡化計算,可只考慮圓周方向殘余應力σθ的影響。
因圓筒內的應力是平衡的,故各處的應力必然滿足式(8)、(11)。設圓筒內、外邊界上的圓周向應力分別為σθa、σθb,將r=a時σθ=σθa與r=b時σθ=σθb代入式(9)就可獲得邊界常數c、d,再將c、d代入(11)式可得圓筒壁內任一點的徑向位移u
另外,材料的彈性模量隨溫度的變化規律可用下式表示
式中 e0——溫度為t0時材料的彈性模量,可取t0=0℃
αe——彈性模量的溫度系數,普通的金屬材料一般為負值,且 e0< 1
若圓筒為等溫體,即t(r)=t=常數時,將(13)式代入(12)式并簡化得
當r分別為a和b、溫度從t1變化到t2時,圓筒內表面的熱變形量δua為
式中 δt=t2-t1
從(15)式中可以看出,圓筒徑向尺寸的熱變形由2部分組成:①由材料的熱膨脹產生;②由零件內部的殘余應力產生,它的大小與應力的大小、方向及圓筒內外徑的尺寸有關。
綜上所述,加工過程形成的應力影響機械零件的熱變形,而且在了解了應力分布情況下應力對熱變形的影響是可以近似估計的。
3 實驗數據與結果分析
為了測量機械零件的熱變形,設計了一套高精度的熱變形測量裝置。經分析,在測量圓筒徑向尺寸的熱變形時,當被測長度不大于100 mm,本裝置的測量合成標準不確定度為uc≈0.34μm。用本裝置分別測量了由鑄鋁合金zl110和45號鋼加工的多種圓筒形零件?,F選取2組數據進行 分析。
(1)實驗1
圓筒由鑄鋁材料zl110制備,其尺寸:公稱外徑d=135 mm,公稱內徑d=15 mm,零件在鑄造后經切削加工而成。圓筒內徑在不同溫度下的尺寸測量值見表2所列。
根據表2,當溫度從0.12℃變化到49.77℃時,圓環內徑從13 577.24μm變化到13 589.66μm,熱變形的實際測量值為12.42μm。但根據表1,zl110材料的線膨脹系數為22×10-6/℃,按照公式 (1),熱變形量的 計算值為16.47μm,計算值與實驗結果相差4.05μm。
(2)實驗2
圓筒由45號鋼制備,公稱外徑d=135 mm,公稱內徑d=15 mm,零件在鑄造后經切削加工而成。圓筒內徑在不同溫度下的尺寸見表3所列。
根據雙頻激光干涉儀的讀數及電感測頭的熱變形,零件內徑在5.13~45.12℃間的熱變形為19.99μm。取鋼的線膨脹系數 11.6×10-6/℃,按照公式(1)計算,熱變形量為23.16μm,公式計算與實驗相差3.17μm。上述實驗測定與公式計算的結果相差較大,說明 了機械零件的熱變形遠比材料的熱膨脹復雜,證明了上述多種因素對機械零件的熱變形的影響。
根據上述的因素分析,機械零件的受熱變形除了受材料熱膨脹的影響之外,還受到其它5種因素的影響;根據實驗對比,由于這些因素的影響,零件的熱 變形與材料的簡單熱膨脹相差很大,因此對于精密測試與精密加工,尤其超精加工與納米技術,這些因素的影響是不可忽略的,必須根據實際情況消除這些因素的影響。
 
 
 


服務熱線
189-3675-2789

微信掃一掃關注我們
日屄视频