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摘要:在實際應(yīng)用中，燃油流量計常會工作于非穩(wěn)定流量狀態(tài)下，此時流量計的計量性能可能會發(fā)生變化。利用燃油動態(tài)流量標(biāo)準裝置，對科里奧利質(zhì)量流量計和容積式刮板流量計分別進行非穩(wěn)態(tài)流量試驗，分析了非穩(wěn)態(tài)流量環(huán)境對這兩種流量計測量結(jié)果的影響，并給出了使用和校準建議。
0引言
　　目前，實驗室均是在穩(wěn)態(tài)流量條件下，對流量計進行檢定或校準試驗，即通過流量標(biāo)準裝置提供穩(wěn)定的標(biāo)準流量，將流量計的示值與標(biāo)準流量值進行比較，計算誤差，從而評價流量計的計量性能，例如:渦輪流量計檢定規(guī)程要求在特定流量點下進行試驗，并且要求“在檢定過程中，每調(diào)整一個流量點，都應(yīng)待壓力、溫度、流量穩(wěn)定后方可進行檢定”山。然而實際工況中的流量往往是非穩(wěn)態(tài)的，例如飛機在起飛、爬升、俯沖、巡航、加力、滑翔、降落等飛行狀態(tài)時，發(fā)動機的耗油速率、耗油量均會發(fā)生急劇變化，燃油管道內(nèi)會產(chǎn)生流場變化和壓力變化，因此有必要對流量計非穩(wěn)態(tài)下的計量性能進行研究。
　　近年來，國內(nèi)學(xué)者針對渦輪流量計和科里奧利質(zhì)量流量進行了動態(tài)響應(yīng)的理論分析和仿真口2-3，但相關(guān)試驗相對較少。利用燃油動態(tài)流量標(biāo)準裝置，對科里奧利質(zhì)量流量計和容積式刮板流量計分別進行非穩(wěn)態(tài)流量試驗。
1流量計原理及數(shù)學(xué)模型
1.1科里奧利質(zhì)量流量計
　　科里奧利質(zhì)量流量計基于科里奧利力效應(yīng)，直接.測量流體的質(zhì)量流量，簡稱科氏質(zhì)量流量計(CoriolisMassFlowmeter,CMF)。該流量計內(nèi)部設(shè)計有振動的測量管，流體在測量管中的流動相當(dāng)于直線運動，而測量管的振動會產(chǎn)生一個角速度，由于振動是受到外加電磁場驅(qū)動的，有著固定的頻率，因此，流體在管道中受到的科里奧利力僅與其質(zhì)量和運動速度有關(guān)，而質(zhì)量和運動速度及流速的乘積就是需要測量的質(zhì)量流量，因此通過測量流體在管道中受到的科里奧利力，便可以測量其質(zhì)量流量。其數(shù)學(xué)模型為

　　當(dāng)流體流過振動的測量管時，在測量管中產(chǎn)生的科里奧利力會引起振動管發(fā)生微小變形，從而產(chǎn)生進口和出口的相位差，如圖1所示。當(dāng)流量為零時，即流體停滯不流動時，入口A和出口B處的相位差為零。當(dāng)有流體流過時，測量管入口A處振動減速，出口B處振動加速，當(dāng)質(zhì)量流量增加時，相位差也增加，通過入口和出口的電磁式相位傳感器，即可測量管子的振動相位�？评飱W利質(zhì)量流量計的K系數(shù)就是質(zhì)量流量與相位差的特征數(shù)。

1.2容積式流量計
　　容積流量計是一種利用定容積器件連續(xù)測量流體總量的儀表，亦稱為正排量流量計(PositiveDisplace-mentFlowmeter，PDF)[4]。選用的容積式刮板流量計的結(jié)構(gòu)如圖2所示，其結(jié)構(gòu)由柱形計量腔體、一個阻塞轉(zhuǎn)子(Blockingrotor)和兩個移動轉(zhuǎn)子(Displace-mentrotors)構(gòu)成。在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的一個周期內(nèi)的任何位置，計量腔體、阻塞轉(zhuǎn)子以及至少一個位移轉(zhuǎn)子之間始終保持著連續(xù)的密封。

　　當(dāng)流體通過流量計時，會推動計量腔內(nèi)部的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動中的轉(zhuǎn)子將流體分割，流體的流動與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動同時進行。當(dāng)流體進入計量腔時，流體不斷的被分割和測量，與此同時前部的流體通過流量計并進入下游管道。由于計量腔的容積是已知的，且阻塞轉(zhuǎn)子的每一次旋轉(zhuǎn)中通過流量計的體積量都是相同的，通過測量轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)數(shù)，即可得到通過流量計的累積流量。容積式流量計的理論公式為
Q=Kn　　　　　　　　(2)
式中:Q為流體總量;K為儀表系數(shù);n為分割流體機構(gòu)的轉(zhuǎn)數(shù)。

2非穩(wěn)態(tài)流量源
　　本次試驗所使用的標(biāo)準裝置為燃油動態(tài)流量標(biāo)準裝置，該裝置采用主動式活塞體積管作為標(biāo)準器，其擴展測量不確定度U=0.05%(k=2)，原理如圖4所示。

　　燃油動態(tài)流量標(biāo)準裝置的工作原理為:工作過程.中電機旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動滾珠絲杠帶動標(biāo)準體積管活塞左行，排出液體流經(jīng)控制閥門及被檢流量計后經(jīng)過過濾器回到儲油箱;同時，儲油箱里的油經(jīng)過下游管段進入標(biāo)準體積管。通過設(shè)置電機的轉(zhuǎn)速實現(xiàn)非穩(wěn)態(tài)流量，通過采集光柵值來確定活塞的移動位置，由于截面積已知，可準確計算得到標(biāo)準流量值。.
3試驗結(jié)果分析
　　選用直管式科里奧利質(zhì)量流量計和容積式刮板流量計作為試驗對象，分別進行穩(wěn)態(tài)流量試驗和非穩(wěn)態(tài)流量試驗。試驗流量計選型如表1所示。試驗介質(zhì)為航空燃油RP-3，密度約為780m'/h，運動粘度約為1.591mm2/s。
3.1穩(wěn)態(tài)下試驗
　　在穩(wěn)態(tài)流量下，參照國家檢定規(guī)程分別對科里奧利質(zhì)量流量計和刮板流量計進行校準試驗，得到的試驗數(shù)據(jù)如表2與表3所示。

　　試驗數(shù)據(jù)表明，選用的科里奧利質(zhì)量流量計和刮板流量計在穩(wěn)態(tài)流量下誤差很小，具有較好精度。
3.2非穩(wěn)態(tài)下試驗
　　調(diào)節(jié)燃油流量標(biāo)準裝置中的電機轉(zhuǎn)速，使裝置產(chǎn)生的流量按照一定的斜率逐漸變化，流量變化如圖5所示。

　　此時，對科里奧利質(zhì)量流量計分別進行流量遞增校準測試和流量遞減校準測試，重復(fù)測試3次，得到試驗數(shù)據(jù)如表4所示。
同樣的對刮板流量計分別進行流量遞增校準測試和流量遞減校準測試，重復(fù)測試3次，得到試驗數(shù)據(jù)如表5所示。

　　上述數(shù)據(jù)表明，在瞬時流量qs連續(xù)增大的過.程中，科里奧利質(zhì)量流量計的儀表系數(shù)會減小，其顯示流量值小于標(biāo)準流量;在瞬時流量qs連續(xù)減小的過程中，科里奧利質(zhì)量流量計的儀表系數(shù)會增大，其顯示流量值大于標(biāo)準流量。而對于刮板流量計，無論瞬時流量qs增大還是減小，其儀表系數(shù)未發(fā)生明顯變化。
4結(jié)論
　　 在非穩(wěn)態(tài)流量條件下，容積式流量計的計量性能要優(yōu)于科里奧利質(zhì)量流量計，在非穩(wěn)態(tài)流量測量時，推薦優(yōu)先選擇容積式流量計。對科里奧利質(zhì)量流量計進行檢定或者校準試驗時，要求標(biāo)準裝置必須提供穩(wěn)定流量源，否則會產(chǎn)生非穩(wěn)態(tài)下的測量誤差。

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