摘要:消防水流量計在安裝和使用過程中往往存在直管段口徑與流量計通徑不完全一致的現(xiàn)象。選取CL系列和LWGY系列消防水流量計，在燃油動態(tài)流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上進(jìn)行了上下游直管段不同口徑條件下的校準(zhǔn)試驗，從而得到直管段口徑對消防水流量計K系數(shù)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(zhǔn)消防水流量計時應(yīng)務(wù)必保證直管段口徑與流量計通徑一致。
流量是現(xiàn)代工業(yè)測量中的一個重要參數(shù)。消防水流量計具有測量精度高、量程范圍寬、重復(fù)性與動態(tài)特性好等特點，廣泛用于流量測量領(lǐng)域，例如航空發(fā)動機試車臺、發(fā)動機附件試驗器、發(fā)動機半物理仿真試車臺實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的直管段，同軸同口徑安裝。美國**標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)流器的結(jié)構(gòu)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(zhǔn)過程中，上下游直管段的通徑往往不會與流量計的通徑完全一致，同樣會直接影響消防水流量計的準(zhǔn)確度和校準(zhǔn)結(jié)果，目前國內(nèi)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儀表，流動流體的動力驅(qū)使渦輪葉片旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)速度與體積流量近似成比例。通過流量計的流體體積值是以渦輪葉輪轉(zhuǎn)數(shù)為基準(zhǔn)的。消防水流量計主要由傳感器和轉(zhuǎn)換器組成。使用儀表K系數(shù)或累積流量來計算流量計的示值誤差。

式中:K為儀表系數(shù)，m-3或L-1;N為流量計顯示儀表測得的脈沖數(shù);V為標(biāo)準(zhǔn)裝置測得的實際體積，m3或L。
本次試驗所使用的標(biāo)準(zhǔn)裝置為燃油動態(tài)流量標(biāo)準(zhǔn)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。

燃油動態(tài)流量標(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)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(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)體積管。
2試驗內(nèi)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(nèi)壁直徑。依據(jù)JJG1037-2008《消防水流量計檢定規(guī)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(nèi)，上游直管段長度為20D，下游直管段長度為10D。試驗過程中，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(zhǔn)測試。設(shè)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(chǔ)上，每次試驗過程中，根據(jù)流量計的流量范圍，選取9個流量點，每個流量點校準(zhǔn)3次。流量計的銘*信息及直管段口徑選擇詳見表1。

3試驗結(jié)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消防水流量計的值作為標(biāo)準(zhǔn)值，用KU表示，根據(jù)式(3)對其它工況下試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化。

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

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



從K系數(shù)差值比曲線圖中可以看出，直管段通徑d與流量計通徑D的差值越大，則對K系數(shù)的影響越嚴(yán)重。對于CL系列消防水流量計，若d＜D，則儀表K系數(shù)會減小;若d＞D，則儀表K系數(shù)會增大;而對于LWGY系列消防水流量計，d的變化與儀表K系數(shù)之間無明顯對應(yīng)關(guān)系。
通過式(4)對不同工況下儀表系數(shù)波動Δ情況進(jìn)行計算。

式中:Kmax為同**量點下不同工況下儀表系數(shù)*大值;Kmin為同**量點下不同工況下儀表系數(shù)*小值。
從表2中可以得到，試驗中系數(shù)*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(yuǎn)遠(yuǎn)超過流量計的*大允許誤差。

4結(jié)論
在消防水流量計的檢定校準(zhǔn)過程中，校準(zhǔn)實驗室會保證直管段口徑與流量計口徑一致，而在實際使用過程中，直管段口徑往往很難滿足要求，因此直接應(yīng)用檢定校準(zhǔn)結(jié)果，勢必引入誤差。建議各單位在設(shè)計消防水流量計上下游管路時務(wù)必保證JJG1037-2008《消防水流量計檢定規(guī)程》中的安裝條件，對于高精度消防水流量計，必要時，應(yīng)當(dāng)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度不同而引入的誤差。