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旋进旋涡流量计测量气体的误差及修改措施
发布日期:2016/9/18 14:36:07
  扩散硅压力变送器的关键问题之一是温度补偿, 即消除由于环境温度变化而产生的温度附加误差,国内外对此进行过多年的研究, 基本上都是采用附加补偿线路的方法对力敏元件进行温度补偿。这种方法需要在***30 ℃ 、25 ℃ 和80 ℃ 的恒定温度条件下, 测出元件的参数, 而且每个阻条阻值的测试精度要***到0.02 % 左右。这样***的要求需要解决许多测试技术和设备问题补偿的计算方法也很复杂, 需要大型计算机辅助计算,本文介绍的方法, 从另一个角度解决了这问题, 简称“ 自动校准法” , 避免了复杂的测试和计算而满足同样的要求。 
二、原理
“ 自动校准法” 的原理就是选定一个或两个基准点, 利用现有的数字式仪表的各种单元组成简单的数字运算线路, 对.正在使用中的扩散硅压力变送器, 进行定期的自动校准, 来消除由于温度变化( 包括时漂) 所引起的误差。众所周知, 在某个一定的温度下( 如25 ℃ ) , 扩散硅压力变送器具有良好的线性, 它的压力— 毫伏输出特性基本上为***条直线。这一直线随着环境温度的变化而产生向上或向下平移— “ 平移误差” ( 或称公共模误差) 和斜率变化— “ 倾斜误差”( 或称际准莫吴羞) , 见图l。下面分别讨论这两种误差的消除方法。
1. 平移误差的消除
平移误差在压力变送器中往往是***的, 所以平移误差的消除将显著提高变送器的精度。因此, 在有些要求精度不***的场合, 只消除这项误差即能满足要求。平移误差的特性曲线见图2。可以看出, 平移误差是由于环境温度变化引起的特性曲线平移而造成的。各点变化的数值都相等, 只与温度有关而与压力无关。
为了消除这种误差, 只要从任意一个实测信号中, 减去该误差△Vref即是被测的实际数值。用公式表示, 则
Vscm=V-△Vref    (1)
其中,Vscm ——消除平移误差后的值;
V——实际测出的数值(带有误差△Vref);
△Vref——平移误差值
实现公式( 1 ) 的具体电路如图3。该电路包括一个转换开关, 一个采样***保持单元和一个加法器。图中Pref为基准压力点, 是一个固定不变的值。它对应的输出信号是Vref, 当然也是一个固定值。P 为任意***被测压力, 它对应的输出信号为V。先将基准压力对应的输出信号Vref输入到采样***保持单元, 该信号将保持在这电路中。当需要校准时, 首先将基准压力Pref输入到压力变送器中, 相应的变送器输出接到“ 基准” 端。这时, 如果压力变送器由于温度变化而出现平移误差, 则在变送器输出端有Vref+ △Vref输出。该值输入到采样***保持单元, 经过采样***保持单元的计算, 输出平移误差么△Vref, 并将此值送入加法器。然后将变送器输入换***位置P , 相应的变送器的输出开关接到“ 测量” 端。测出的信号值V 也输入到加法器, 经过加法器运算, 从被测值中消除了平移误差△Vref , 而得到正确的测量值Vscm 。这校准过程可以通过逻辑转换电路自动进行。
旋进旋涡流量计由于其自身结构特点,在油气田生产计量中容易发生旋涡发生器被堵塞和磨损的情况,会使流量计在计量过程中产生附加误差。作***通过模拟旋进旋涡流量计进气道附着油污、堵塞和磨损的状况,在钟罩式气体流量标准装置上对其进行检定,计算出***组数据,定性地分析了相对误差的大小和方向,为天然气的生产计量提供了参考依据。
1 问题的提出
旋进旋涡流量计(以下简称流量计)作为一种精度的气体流量计量仪表,被越来越广泛地应用于油气田天然气的计量中。由于实际生产计量中国气的成分不纯,往往夹杂着一些杂质(如油污、沙砾等),容易造成流量计进气道的污染、堵塞和磨损,从而*影响流量计的计量误差。我们模拟流量计在生产现场的使用情况,利用实验的方法,确定流量计在不同状况下的计量误差,为实际生产提供参考依据。
2 实验方法及数据
2·1 模拟实验
多数流量计的旋涡发生器是铝制材料,容易被腐蚀和磨损,同时,由于旋涡发生器的进气道比较高狭窄,在实际计量中容易被杂质堵塞。因此,根据这种特点以及实际运行中容易发生的故障,我们选用型号为LUXZ-50B的旋进旋涡流量计(仪表精度为1·5%),并设计了如下3种实验方案。
(1)将流量计安装在钟罩式气体流量标准装置上,调节流量调节阀,依据JJG198-94《速度式流量计检定规程》在大流量下重复检定3次,计算出该流量点的平均仪表系数K0。然后用液化的松香模拟油污喷在流量计的旋涡发生器进气道的每个叶片上,形成1mm模拟的油污层,在不改变流量调节阀状态的情况下,对该流量计重复检定3次,计算出该流量点的平均仪表系数K1。同样的情况,分别模拟油污厚度2mm、4mm、7mm、10mm进行检定,求出对应的仪表系数Ki,具体实验数据见表1。
(2)将流量计其安装在钟罩式气体流量标准装置上,调节流量调节阀,依据JJG198-94《速度式流量计检定规程》在大流量下重复检定3次,计算出该流量点的平均仪表系数K0。然后堵塞住旋涡发生器的一个进气道,在不改变流量调节阀状态的情况下,对该流量计重复检定3次,计算出该流量点的平均仪表系数K1。同样的情况,分别堵塞旋涡发生器的2个、3个直***5个进气道(即只剩下1个进气道不堵)进行检定,求出对应的仪表系数Ki,具体实验数据见表2。
(3)将流量计安装在钟罩式气体流量标准装置上,调节流量调节阀在***和很小流量点下分别求出其仪表系数K0。然后将流量计卸下、拆开,根据旋涡发生器1年磨损0·2mm情况,我们用手动砂轮机将旋涡发生器进气道的每个叶片磨去0·2mm,尽量保持流量调节阀的开口状态与原始状态一致,对流量计分别在大流量和小流量点进行检定,求出该状态下的仪表系数K1,同样的情况,分别将旋涡发生器的进气道叶片磨去0·4~1mm再进行检定,求出对应的仪表系数Ki,具体实验数据见表3。
表1、表2、表3中的仪表系数和线性度的计算参见JJG198-94《速度式流量计检定规程》中对流量计的仪表系数和线性度的计算方法。相对误差的计算则是利用下面的公式逐步推导的。假设流量计在旋涡发生器堵塞或磨损后的某次检定中所发出的高冲数为N,根据检定规程的计算方法可以求出这时的仪表系数Ki,由于钟罩内的气体温度和气体压力与流量计处的温度、压力差别不大,在不考虑温度压力修正的情况下得出公式:
式中:V为钟罩的标准体积。
同时,由于流量计内所设置的仪表系数为原始状态的仪表系数K0,根据流量计积算仪的工作原理可以得出公式:
式中:Vi为流量计的示值。
根据相对误差的计算公式
将(1)式和(2)式代入(3)式中可得
利用公式(4)可以求出改变旋涡发生器状态后的每次相对误差。
3 实验结果的分析
3·1 模拟油污实验结论
从表1的数据中可以看出,当逐步增加模拟油污的厚度时,由于流量计的有效流通面积逐渐变小,压力损失增大,其流量值越来越小。同时,还可以看出仪表系数越来越大,表明油污厚度的增加造成旋涡流的旋转频率加快,压电传感器发出的高冲数增多,流量计的显示值也比实际数值大,从而造成相对正误差越来越大。
3·2 模拟堵塞实验结论
从表2的数据中可以看出,当逐个堵塞旋涡发生器的进气道时,其流量值越来越小。同时仪表系数越来越大(堵塞5个进气道情况除外),表明堵塞个别进气道后,旋涡流的旋转频率加快,压电传感器发出的高冲数增多,流量计的显示值也比实际数值大,从而造成相对正误差越来越大。当堵塞5个进气道,只剩下1个进气道时,由于气流通过这个进气道后不能形成完整的旋涡流,致使旋涡流的旋转频率变慢,造成相对负误差。
3·3 模拟磨损实验结论
从表3的数据中可以看出,随着进气道每个叶片磨损程度的加深,气流通过磨损了的进气道后不能形成完整的旋涡流,致使旋涡流的旋转频率逐渐变慢,压电传感器发出的高冲数减少,流量计的显示值也比实际数值小,造成相对负误差越来越大。当进气道的入口边缘被磨损后,仪表系数和相对误差都发生了较高大的变化,这说明旋涡流的产生主要依靠进气道的入口形状。
通过实验可以得出,在实际生产计量过程中,如果发生油污附着在发生器0·7mm以上,以及堵塞两个以上进气道,或***进气道被磨损0·4mm以上的情况,都将会造成10%以上的相对正(或负)误差,这种计量误差即使在计量站的******计量中也是不允许的。因此,在旋进漩涡流量计的使用过程中,应该严格按照有关要求安装使用,定期清洗过滤器,抄录表头数据(每天或每周),发现计量数据异常,要及时清洗或更换流量计的旋涡发生器,并送检定机构检定后再使用。对于杂质含量较高大的天然气生产单位,可缩短检定周期,确保不受经济损失. 
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