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      四个工程师关于孔板流量计误差的准确度的不确定分析

      来源: 作者: 发布日期:2021-08-22

       鉴于贡献者众多,不要对绝对准确度置之不理

      问:在您的仪器工程师手册,第四版 - 过程测量和分析,第 I 卷的第 2.15 节“孔口”的非常好页上写道:“如果正确计算、准备和安装孔径,孔口可以精确到实际流量的 ±0.25 至 ±0.5%。”
       
      我的问题如下:根据 ISO 5167-1 的公式 3 并忽略除流量系数 C 之外的所有其他不确定性,质量流量的非常小不确定性与 C 的不确定性相同。后者,根据第 5.3 条ISO 5167-1 的 .3.1 至少为 0.5%。
       
      赛义德·贝赫什蒂·马尔
       
      A1: 一个非常有用的问题,因为它表明有时会混淆循环性能和组件性能。在我的手册每一章的前面,只给出了所讨论组件(在这种情况下是孔板)的关键数据,但没有给出流动回路的关键数据。此类关键数据包括不确定性,也可以称为错误或不准确(但肯定不是准确性)?装宓氖,如第 2.15 章所述,仅适用于该组件,并假定为校准板。
       
      ISO 声明可能也是这种情况,因为它假定 ß、D、Re 等是准确已知的常数,并且误差为零。对于循环组件,这很常见。例如,当 ABB 报告其 Flow-X 计算器不确定度为 0.006% 时,并不意味着流量测量误差仅为 0.006%。简而言之,我的建议是不仅要阅读前面的摘要,还要阅读我手册中的整章,因为首页摘要仅针对讨论的组件,可能会被误解。实际上,在以后的版本中,我可能会略去这些摘要以避免此类误解。
       
      现在,让我详细说明对孔板式流量测量的总不确定度的其他潜在误差贡献。通过孔板的体积流量 Q 为:
      体积流量Q
      质量流量 W 为:
      质量流量 W
       
      其中 Q 是体积流量,C 是流量系数,A 是管道横截面积,h 是穿过孔口的压降,ρ 是密度。现在,让我提一下潜在的误差源,它会增加孔板式流量测量的总不确定度。
       
      密度 (ρ): 密度(或成分)测量的不确定度通常很高(尤其是在天然气测量中),由此产生的误差是孔口误差本身的附加误差。测量质量流量时密度低于平方根的事实是有利的,因为这减少了流量测量误差的增加。如果压降超过入口压力的 0.25,也会出现误差,因为当流体通过孔板时会产生过度的密度变化。
       
      流量系数 (C):C 的变化是总流量测量误差的主要贡献者,因为 C 的变化不仅是由 ß 比变化(ß 比必须保持在 0.2 和 0.65 之间)引起的,而且还有许多其他原因。例如,由于雷诺数变化,C 随着速度分布的变化而变化。图 1 显示了许多头部型流量传感器的流量系数 C 与雷诺数之间的关系,包括同心方形边缘、斜面、偏心、整体和象限半径孔口。
      对于产生压差的流量元件,流量系数随被测流量的雷诺数而变化。
      对于产生压差的流量元件,流量系数随被测流量的雷诺数而变化。
      如果收缩静脉的位置发生变化,C 也会发生变化,因为它随流速移动,并且还因为下游测压孔通常不在收缩静脉处。通常法兰或角型水龙头用于 2 英寸以下的管道尺寸,静脉收缩水龙头用于 6 英寸;蚋蟮墓艿,管接头用于两者之间的尺寸。此外,随着材料在管道内表面堆积或腐蚀或侵蚀降低孔口边缘的锋利度,C 值也会发生变化。
       
      重新校准、可调范围: 双腔孔板配件允许在不中断流量的情况下通过在压力下更换孔板来移除、更换或插入孔板,因此它们消除了计划外;奔。这些双室设备可以手动操作或电动操作,并且可以降低测量不确定度。他们可以通过将新板滑入具有不同 ß 比的流动流中来改变测量的流量等级(增加范围能力)。此类配件还可用于替换同样失去边缘锋利度的孔口,或者可以用校准板替换它们。
       
      变送器: 除了上述误差源之外,产生的压降的测量误差对流量测量造成进一步的不确定性。即使是具有自动量程切换的新型智能变送器通常也会产生大约 0.1% 的满量程 (FS) 误差,这是一个固定量,必须乘以量程范围才能确定非常小流量下的实际读数 (AR) 误差百分比。
       
      非常重要的是,即使是带有非常先进发射器的新校准板也会有 1% 左右的不确定性;带有模拟变送器的未校准孔板的误差不会超过 2%,并且会随着时间的推移变得更糟。
      贝拉·利普塔克
       
       
      A2: 关于孔板精度的问题(我讨厌那个词),它简直不能比单个组件的整体不确定性更好。作为起点,流量系数的不确定性必须添加到测量系统的不确定性中,即用于将指示压差转换为流量的压差单元。这需要远高于仪器工程师手册中规定的非常小不确定性。我不得不说它所做的声明具有极端的误导性。应遵循 ISO 5167-1 中概述的方法,并且必须考虑所有有影响的影响。
       
      根据我 40 多年的经验,我还没有发现安装的孔板即使是新的也没有超过 1%。边缘锐度和管道内部粗糙度随时间变化,我对旧孔板进行了独立审核,发现在某些情况下整体不确定性大于 5%。我希望这有助于回答您的担忧。
       
      理查德·弗内斯博士
       
       
      A3: 也许您发现了 Instrument Engineers' Handbook 中的错误陈述。此外,孔板流量计不测量质量流量,只测量体积流量;蛐 ISO 5167 标准中有关质量流量的声明是不准确的。
       
      第二,谁在乎?使用孔板流量计进行精确的流量测量是鲁莽的?装辶髁考朴涝恫换嶙既,随着时间的推移,孔板的锋利边缘会磨损,精度会降低。使用法兰接头很常见,但下游法兰接头永远不会位于收缩静脉的位置,即使孔口测量取决于下游接头精确定位在收缩静脉处。
       
      如果需要精度,请使用容积式流量计、涡轮流量计或科里奥利流量计?装辶髁考品浅3S糜诓恍枰鹊芍馗葱院苤匾牧髁靠刂。
       
      迪克卡罗
       
      A4:  ± 0.25% 可能是指校准孔口。
       
      罗纳德·H·迪克

       

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