浅析水表分界流量与计量准确度的关系

在水表检定过程中,分界流量是检定规程中一个重要的技术指标。就水表流量而言,从最小流量到过载流量,把这个范围分割成“高区”和“低区”两部分。在“高区”和“低区”中,也各存在一个最大的误差,该最大误差是判别水表特性的主要标准。

在水表检定过程中,分界流量是检定规程中一个重要的技术指标。就水表流量而言,从最小流量到过载流量,把这个范围分割成“高区”和“低区”两部分。在“高区”和“低区”中,也各存在一个最大的误差,该最大误差是判别水表特性的主要标准。

水表相关检定规程中也明确规定了水表的示值误差限:①从最小流量Qmin(包括Qmin)到分界流量Qt(不包括Qt)的低区为±5%;②从分界流量Qt(包括Qt)到过载流量Qmax(包括Qmax=2Qn)的高区为±2%。因为在误差限标准中都涉及分界流量这个关键数据,所以分界流量才作为水表流量划分区域的重要依据。

 一、分界流量的概念

笔者在查找现有的水表规程和相关技术资料的过程中发现,对于分界流量都没有明确的说法,没有现成的、确切的定义。

根据水表的相关技术资料,通过计算、推理和判断,笔者认为分界流量有可能与液体的流态有关。

众所周知,在自然界中,任何液体都具有两种流动形态——层流和紊流。液体各层的质点互不掺混,与管道轴向平行的流动称为层流;各质点的瞬时速度大小及方向随时间改变,质点互相掺混、互相碰撞,液流内部紊乱的流动形态称为紊流。分界流量可能是以层流和紊流的过渡区或临界点来定义的。也就是说,当水流的液态为层流时为一个区域,当水流的流态为紊流时为另一个区域。

二、雷诺数

英国物理学家雷诺曾做过专门的试验,也就是著名的雷诺试验。他通过试验发现了临界流速随着管径d和运动黏滞系数v而变化,得到了上下临界雷诺数。上临界雷诺数易受到外界干扰,而下临界雷诺数却是个比较稳定的数值。试验得到管流的下临界雷诺数Re=2320,就是当Re<2320时的流体状态为层流,Re>2320时的流体状态为紊流。

三、分界流量与公称流量的关系

经过计算和对比后,笔者发现,水表的分界流量与公称流量之间存在一定的比例关系。

对于旋翼式水表而言:A级表的Qn=10Qt,B级表的Qn=12.5Qt,C级表的Qn=66.7Qt。

对于螺翼式水表:A级表的Qn=3.33Qt;B级表的Qn=5Qt。

根据雷诺试验的结果,圆管内充满液体的流动,其下临界雷诺数Re=υd/v(υ=Q/ω)。其中,ω=πd2/4,υ为流速,ω为过水断面面积,d为管径,v为黏滞系数,Q为通过的流量。

通过对各种管径雷诺数的计算发现,在通过流量Q取公称流量值,黏滞系数取t=20℃时的0.0101cm2/s的情况下,结果Re值大部分都在20000左右。按照旋翼式A级水表Qn=10Qt的比例关系,Re值接近于2320。从水表技术发展历史看,用分界流量把水表的流量范围划分为两个区域的理论依据是:根据水流通过水表后流态的雷诺下临界数来进行划分的。这样就使得分界流量与公称流量之间存在一定的线性关系。水表水流通过的能力越大,比值越小。另外,B级表的分界流量要低于A级表,C级表的分界流量又远低于B级表。不同口径的水表,只要计量等级相同,这个比例关系也是相同的。所以,计量等级越高的水表,分界流量值也就越小。

四、结束语

随着科学技术的不断发展,水表制造工艺的不断改进,计量等级也在不断提高,使得分界流量与公称流量之间的关系更加复杂,更不容易找到其中的规律。从水表的特性曲线图可以看出,水表准确度越高,它的最小流量和分界流量值越小。随着Qt值的前移,低区的范围就会变窄,高区变宽,误差范围减小,使水表的小流量计量性能更好。根据这种理论规律,制造高精度计量水表也就有了明确的方向和目标。

作者:黄儒林 

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