氣體介質(zhì)濕度對(duì)膜式燃?xì)獗碛?jì)量檢定的影響

林錫聰 / 泉州市計(jì)量所

氣體介質(zhì)濕度對(duì)膜式燃?xì)獗碛?jì)量檢定的影響

林錫聰 / 泉州市計(jì)量所

該文按照規(guī)程的要求，采用鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置對(duì)4臺(tái)相對(duì)穩(wěn)定燃?xì)獗碓诓煌臐穸葪l件下進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)得不同濕度下的壓力損失、測(cè)量示值誤差。結(jié)合管道中氣體介質(zhì)的相關(guān)特性理論進(jìn)行比較分析，得出不同的濕度對(duì)燃?xì)獗頇z定的影響程度，為檢定人員在檢定過程中的判定提供參考依據(jù)，最后提出如何減弱濕度影響的措施。

濕度：檢測(cè)；壓力損失；示值誤差

0 引言

按照J(rèn)JG 577-2012膜式燃?xì)獗頇z定規(guī)程的有關(guān)規(guī)定，膜式燃?xì)獗淼臋z定項(xiàng)目包括外觀、密封性、壓力損失、示值誤差以及附加裝置功能檢測(cè)，并且對(duì)其示值誤差在壓力、溫度等方面都有進(jìn)行修正。而本文主要討論的是檢測(cè)介質(zhì)的濕度對(duì)其壓力損失、示值誤差兩方面的影響，為檢定人員對(duì)燃?xì)獗頇z測(cè)結(jié)果的判定提供參考條件。

1 實(shí)驗(yàn)儀表設(shè)備與實(shí)驗(yàn)方案

1.1 實(shí)驗(yàn)儀表設(shè)備

G2.5膜式燃?xì)獗?臺(tái)、濕度計(jì)、溫度計(jì)、氣壓表、鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置系統(tǒng)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方案

本實(shí)驗(yàn)按照膜式燃?xì)獗頇z定規(guī)程的要求進(jìn)行，采用自動(dòng)化鐘罩氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置進(jìn)行檢測(cè)。首先選取4臺(tái)qmax為2.5 m3/h的穩(wěn)定性和重復(fù)性相對(duì)較好的膜式燃?xì)獗磉M(jìn)行測(cè)量，通過溫度計(jì)、氣壓表、相對(duì)濕度計(jì)等儀表的監(jiān)測(cè)來控制實(shí)驗(yàn)環(huán)境，使之符合實(shí)驗(yàn)要求。再將4臺(tái)膜式燃?xì)獗矸謩e在相對(duì)濕度為45%、60%、75%的三種測(cè)量環(huán)境下進(jìn)行恒溫恒濕4 h，使之達(dá)到測(cè)量條件進(jìn)行檢測(cè)，分別在三種不同的濕度環(huán)境下檢測(cè)qmax，0.2qmax各3次，分別取其平均值，由于qmin影響相對(duì)較小，本文暫不作討論。檢測(cè)流程見圖1（其中B1、B2、B3、B4分別表示4臺(tái)被檢燃?xì)獗淼臋z測(cè)順序，同表1、表2）。

圖1 膜式燃?xì)獗頇z測(cè)流程

表1 燃?xì)獗碓谙鄬?duì)濕度條件下的檢測(cè)壓力損失

表2 燃?xì)獗碓谙鄬?duì)濕度條件下的檢測(cè)示值誤差

1.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果分析

1.3.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

本實(shí)驗(yàn)在規(guī)定的條件下取得的壓力損失和示值誤差數(shù)據(jù)，由于本檢測(cè)系統(tǒng)能夠自動(dòng)算出平均值，因此本實(shí)驗(yàn)直接給出數(shù)據(jù)，見表1、表2。

1.3.2 結(jié)果分析

從表1各列項(xiàng)看，對(duì)比4臺(tái)燃?xì)獗淼母鱾€(gè)檢定點(diǎn)從45%到75%的相對(duì)濕度條件下檢測(cè)的壓力損失，如B1燃?xì)獗碓趒max檢定點(diǎn)的壓力損失從141.73 Pa上升到178.75 Pa，可見燃?xì)獗淼膲毫p失隨著相對(duì)濕度的上升而增加，反之也跟著減少。從表2各列項(xiàng)，來對(duì)比4臺(tái)燃?xì)獗淼母鱾€(gè)檢定點(diǎn)從45%到75%的相對(duì)濕度條件下檢測(cè)的示值誤差，如B4燃?xì)獗碓趒max檢定點(diǎn)的示值誤差從0.543%下降到-0.46%，測(cè)得的示值誤差隨著相對(duì)濕度的上升而下降，往負(fù)差的方向偏移，反之則上升，往正差方向偏移，與姜宏兵等人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是相一致的。很顯然不管是燃?xì)獗淼膲毫p失還是示值誤差都會(huì)隨著相對(duì)濕度的變化，出現(xiàn)上升或下降。

2 濕度影響因素原因分析與處理措施

相對(duì)濕度，指空氣中水汽壓與飽和水汽壓的百分比。一個(gè)穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，就如一個(gè)相對(duì)密閉的獨(dú)立空間，隨著濕度的增大，氣體介質(zhì)水分子增多，空氣密度變大。

2.1 壓力損失分析

首先，膜式燃?xì)獗硎抢萌嵝员”跍y(cè)量室進(jìn)行氣體體積測(cè)量的氣體流量計(jì)，可看成是普通管道，具備其他管道相同特性。按照狹義的管道特性來分析，Rp是氣體流量在經(jīng)過管道中某一管段產(chǎn)生渦流時(shí)所生成的局部的阻力或壓力損失，按式（1）計(jì)算：

式中：ξ—— 管道中局部管件的摩阻損失系數(shù)；

ρj—— 管道中氣體的密度，kg/m3；

v—— 管道內(nèi)的氣體流量速度，m/s

按照式（1）可以得出，在管道內(nèi)的氣體流速不變的情況下，空氣密度變大，燃?xì)獗砹髁坑?jì)的壓力損失Rp會(huì)增大，也就說隨著相對(duì)濕度的增長(zhǎng)，流量計(jì)的壓力損失有升高的趨勢(shì)，這也符合了前面所做的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，因此在檢測(cè)人員對(duì)有臨界壓力損失的燃?xì)獗淼呐卸〞r(shí)，會(huì)因?yàn)樵诓煌臐穸拳h(huán)境下，判定結(jié)果有所不同。

2.2 示值誤差分析

根據(jù)管網(wǎng)特性：管網(wǎng)的壓力損失為：R=RfL，其中Rf是單位長(zhǎng)度管道氣體流量與管壁摩擦所產(chǎn)生的摩擦阻力或摩擦損失，L是管道的長(zhǎng)度（m）。

摩擦阻力或摩擦損失的計(jì)算公式為

式中：λ—— 氣體與管壁的摩擦阻力系數(shù)，N·s2/m4；

D—— 圓形管道的直徑，m；

ρj—— 管道中氣體的密度，kg/m3；

v—— 管道內(nèi)的氣體流量速度，m/s

按照式（2）可以得出，在管道內(nèi)的氣體流速v、管徑D、摩擦阻力系數(shù)λ不變的情況下，空氣密度ρj變大，單位長(zhǎng)度管道內(nèi)的壓力損失Rf增大，也就說隨著相對(duì)濕度的增長(zhǎng)，管網(wǎng)的壓力損失R跟著升高。

按照規(guī)程要求計(jì)算單次測(cè)量示值誤差：

式中：E—— 單次測(cè)量的示值誤差，%；

Vm—— 燃?xì)獗淼淖x數(shù)值，dm3；

Vref—— 通過燃?xì)獗淼膶?shí)際氣體流量，dm3

Vref通過測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)裝置處和燃?xì)獗磉M(jìn)口處的溫度和壓力，并按式（4）進(jìn)行修正

式中：Vs—— 標(biāo)準(zhǔn)裝置的示值，dm3；

Psa—— 標(biāo)準(zhǔn)裝置處的絕對(duì)壓力，Pa；

Tsa—— 標(biāo)準(zhǔn)裝置處的熱力學(xué)溫度，K；

Pma—— 燃?xì)獗磉M(jìn)口處的絕對(duì)壓力，Pa；

Tma—— 燃?xì)獗磉M(jìn)口處的熱力學(xué)溫度，K

標(biāo)準(zhǔn)裝置處的絕對(duì)壓力Psa與燃?xì)獗磉M(jìn)口處的絕對(duì)壓力Pma之差，即為氣體介質(zhì)流經(jīng)管道與管壁摩擦產(chǎn)生的阻力或壓力損失：

在溫度Tsa、Tma和工作壓力Psa恒定的情況，根據(jù)式（5）計(jì)算，隨著管道壓力損失R的增大，Pma必然下降，按照Vref溫度、壓力修正式（4）計(jì)算，Vref顯然也增大，再按照單次測(cè)量示值誤差E計(jì)算式（3）得出E是變小的，可見示值誤差E會(huì)隨著相對(duì)濕度的上升而下降，這與前面所做的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是相同的。

2.3 處理措施

那么如何減小濕度對(duì)膜式燃?xì)獗頊y(cè)量結(jié)果的影響，特別是南方春天潮濕多雨的天氣：一、條件允許應(yīng)當(dāng)就地取材，使用當(dāng)?shù)禺?dāng)時(shí)生產(chǎn)膜式燃?xì)獗頊y(cè)量，以適應(yīng)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件。二、提高實(shí)驗(yàn)室環(huán)境質(zhì)量，保持環(huán)境氣體介質(zhì)的均勻性、穩(wěn)定性。三、可以適當(dāng)采取大數(shù)據(jù)的方法，根據(jù)不同濕度的不同影響程度進(jìn)行修正。

3 結(jié)語

顯而易見，不管是從實(shí)驗(yàn)結(jié)果，還是理論分析結(jié)果來看，檢測(cè)的燃?xì)獗淼膲毫p失和示值誤差都會(huì)隨著相對(duì)濕度的變化而產(chǎn)生變化，因此在檢測(cè)人員對(duì)有臨界壓力損失或示值誤差的燃?xì)獗砼卸〞r(shí)，會(huì)因?yàn)樵诓煌臐穸拳h(huán)境下，判定結(jié)果有所不同。僅僅因?yàn)榻橘|(zhì)濕度環(huán)境因素的影響，導(dǎo)致燃?xì)獗砹髁坑?jì)判定結(jié)果不同，會(huì)造成人力、財(cái)力等資源方面的浪費(fèi)，特別面對(duì)量大的燃?xì)獗硇枨?，檢測(cè)效率大打折扣。因此，降低濕度對(duì)燃?xì)獗頇z測(cè)的影響，對(duì)提高檢測(cè)效率和檢測(cè)質(zhì)量方面非常有益。

[1]全國(guó)流量容量計(jì)量技術(shù)委員會(huì).JJG 577-2012 膜式燃?xì)獗頇z定規(guī)程[S].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2012.

[2]姜宏兵，楊曉梅，楊紅日.測(cè)試介質(zhì)濕度對(duì)燃?xì)獗碛?jì)量特性影響的實(shí)驗(yàn)與分析[J].四川：機(jī)械，2013（4）：78.

[3]川田裕郎.流量測(cè)量手冊(cè)[M].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，1980.

[4]華紹曾，楊學(xué)寧.實(shí)用流體阻力手冊(cè)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1985.

[5]蘇彥勛，梁國(guó)偉，盛建.流量計(jì)量與測(cè)試[M].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2007.

In fl uence of humidity of gas medium on the measurement of membrane gas meter

Lin Xicong
（Quanzhou Metrology Institute）

In this paper, four relatively stable gas meters were tested under different humidity conditions according to the standard requirements of bell-type gas flow.The pressure loss under different humidity was measured and the indication error was measured.Gas medium correlation theory, and then compare and analyze the different humidity on the gas meter test is how the impact and the degree of impact for the test staff in the test process to provide a reference basis, and fi nally put forward how to reduce the impact of humidity measures.

humidity; detection; pressure loss; indication error