摘要:消防水流量計在安裝和使用過(guò)程中往往存在直管段口徑與流量計通徑不完全一致的現象。選取CL系列和LWGY系列消防水流量計，在燃油動(dòng)態(tài)流量標準裝置上進(jìn)行了上下游直管段不同口徑條件下的校準試驗，從而得到直管段口徑對消防水流量計K系數的影響。試驗證明，直管段口徑所引入的誤差不可忽視，因此在使用或校準消防水流量計時(shí)應務(wù)必保證直管段口徑與流量計通徑一致。
流量是現代工業(yè)測量中的一個(gè)重要參數。消防水流量計具有測量精度高、量程范圍寬、重復性與動(dòng)態(tài)特性好等特點(diǎn)，廣泛用于流量測量領(lǐng)域，例如航空發(fā)動(dòng)機試車(chē)臺、發(fā)動(dòng)機附件試驗器、發(fā)動(dòng)機半物理仿真試車(chē)臺實(shí)驗中均選用消防水流量計對燃油流量進(jìn)行測量。
消防水流量計的安裝要求較高，其上下游需有足夠長(cháng)的直管段，同軸同口徑安裝。美國**標準與技術(shù)研究院(NIST)曾對上游安裝90°單彎頭和異面90°雙彎頭分別進(jìn)行了試驗研究，天津大學(xué)對上游彎頭和漸縮管對消防水流量計測量性能進(jìn)行了試驗研究，并對消防水流量計前導流器的結構和性能也進(jìn)行了相關(guān)研究，哈爾濱工業(yè)大學(xué)針對直管段長(cháng)度對消防水流量計精度的影響進(jìn)行了分析。但是在消防水流量計的使用與檢定校準過(guò)程中，上下游直管段的通徑往往不會(huì )與流量計的通徑完全一致，同樣會(huì )直接影響消防水流量計的準確度和校準結果，目前國內尚未進(jìn)行相關(guān)的試驗。本文選取了典型消防水流量計，進(jìn)行了消防水流量計變口徑管路試驗。
1試驗裝置
消防水流量計是一種流量測量?jì)x表，流動(dòng)流體的動(dòng)力驅使渦輪葉片旋轉，其旋轉速度與體積流量近似成比例。通過(guò)流量計的流體體積值是以渦輪葉輪轉數為基準的。消防水流量計主要由傳感器和轉換器組成。使用儀表K系數或累積流量來(lái)計算流量計的示值誤差。

式中:K為儀表系數，m-3或L-1;N為流量計顯示儀表測得的脈沖數;V為標準裝置測得的實(shí)際體積，m3或L。
本次試驗所使用的標準裝置為燃油動(dòng)態(tài)流量標準裝置，該裝置采用體積管法，測量擴展不確定度為U=0.05%(k=2)，其原理如圖1所示。

燃油動(dòng)態(tài)流量標準裝置的工作原理為:工作過(guò)程中電機旋轉，驅動(dòng)滾珠絲杠帶動(dòng)標準體積管活塞左行，排出液體流經(jīng)控制閥門(mén)及被檢流量計后，經(jīng)過(guò)過(guò)濾器回到儲油箱;同時(shí)，儲油箱里的油經(jīng)過(guò)下游管段進(jìn)入標準體積管。
2試驗內容
研究中選擇常用的CL系列消防水流量計和LWGY系列消防水流量計進(jìn)行試驗。分別選取DN4，DN6和DN10口徑的流量計，且均為0.5級。
圖2為本次試驗消防水流量計的安裝示意圖，圖中D為被校消防水流量計的通徑，d為上下游直管段的內壁直徑。依據JJG1037-2008《消防水流量計檢定規程》的要求，保證上下游的直管段與被校流量計同軸安裝，并且連接處的密封墊不得凸入流體管道內，上游直管段長(cháng)度為20D，下游直管段長(cháng)度為10D。試驗過(guò)程中，保證試驗流體為單相液體，介質(zhì)為航空燃油ＲP-3。

消防水流量計安裝示意圖
在試驗過(guò)程中，為每只流量計配制了7組不同口徑的直管段，對每只流量計進(jìn)行7次校準測試。設K為消防水流量計通徑與直管段通徑的比值，則有

其中，0.75＜K＜1.2。在此基礎上，每次試驗過(guò)程中，根據流量計的流量范圍，選取9個(gè)流量點(diǎn)，每個(gè)流量點(diǎn)校準3次。流量計的銘*信息及直管段口徑選擇詳見(jiàn)表1。

3試驗結果
選取h=1，即以上下游管路直徑與消防水流量計的口徑完全一致時(shí)消防水流量計的值作為標準值，用KU表示，根據式(3)對其它工況下試驗數據進(jìn)行無(wú)量綱化。

式中:E為其它工況與標準工況下的系數差值比;KU為標準工況下的儀表系數，m-3或L-1;Ki為其它工況下的儀表系數，m-3或L-1。
圖3～圖8分別為流量計的K系數曲線(xiàn)圖和無(wú)量綱化后的差值比曲線(xiàn)圖。
消防水流量計K系數曲線(xiàn)圖和K系數差值比曲線(xiàn)圖

從K系數曲線(xiàn)圖中可以看出，不同直管段口徑會(huì )影響儀表K系數，但是與儀表本身K系數的變化趨勢一致。



從K系數差值比曲線(xiàn)圖中可以看出，直管段通徑d與流量計通徑D的差值越大，則對K系數的影響越嚴重。對于CL系列消防水流量計，若d＜D，則儀表K系數會(huì )減小;若d＞D，則儀表K系數會(huì )增大;而對于LWGY系列消防水流量計，d的變化與儀表K系數之間無(wú)明顯對應關(guān)系。
通過(guò)式(4)對不同工況下儀表系數波動(dòng)Δ情況進(jìn)行計算。

式中:Kmax為同**量點(diǎn)下不同工況下儀表系數*大值;Kmin為同**量點(diǎn)下不同工況下儀表系數*小值。
從表2中可以得到，試驗中系數*大相差2.7%之多，所選進(jìn)行試驗消防水流量計*大允許誤差為0.5級，直管段口徑改變造成的誤差遠遠超過(guò)流量計的*大允許誤差。

4結論
在消防水流量計的檢定校準過(guò)程中，校準實(shí)驗室會(huì )保證直管段口徑與流量計口徑一致，而在實(shí)際使用過(guò)程中，直管段口徑往往很難滿(mǎn)足要求，因此直接應用檢定校準結果，勢必引入誤差。建議各單位在設計消防水流量計上下游管路時(shí)務(wù)必保證JJG1037-2008《消防水流量計檢定規程》中的安裝條件，對于高精度消防水流量計，必要時(shí)，應當將消防水流量計上下游直管段與流量計一同送至檢定單位，以減少直管段口徑和長(cháng)度不同而引入的誤差。