煤矿排水流量计在不同温度下的特性变化研究

摘要：为了研究高精度煤矿排水流量计在不同温度下的特性变化，以山东省计量院的DN50～DN400热水流量标准装置为实验平台，对横河DN40、科隆DN80、西门子DN100三块0.2级煤矿排水流量计进行研究。采用热水流量标准装置质量法测试煤矿排水流量计在不同温度及流速下的仪表系数和重复性。通过实验分析得出：煤矿排水流量计的仪表系数随介质温度的升高逐渐降低；仪表系数在高温以及低温处受影响明显，DN40煤矿排水流量计的仪表系数本次实验高低温处最大变化量约为0.7%；在煤矿排水流量计对应的流量范围内，仪表系数受介质流速变化的影响不超过±0.2%等。通过实验分析，对煤矿排水流量计的特性有了深入的了解，对流量计量器具的标定以及相关的实验工作有着积极的作用。
煤矿排水流量计由于测量精度高，压损小等优点，广泛应用于国家法定计量机构和相关计量器具生产企业中。根据煤矿排水流量计的测量原理，通常认为煤矿排水流量计所测流量不受温度、流速等诸多因素的影响，但相关研究文献却几乎没有。而在实验过程中发现，温度等因素对高精度煤矿排水流量计测量还是有着一定的影响，因此，有必要对高精度煤矿排水流量计的温度等影响因素进行实验研究分析。
山东省计量院的DN50～DN400热水流量标准装置，口径与测量不确定度国际领先。质量法流量测量范围为(0.1～1200)m3/h，低温制冷装置最低可达5℃，高温加热装置最高可达85℃，满足煤矿排水流量计实验流量点及温度点的测量要求。该标准装置为研究高精度煤矿排水流量计流量在不同温度点下的特性提供了良好的实验平台。
1、实验设计
以山东省计量院DN50～DN400热水流量标准装置为实验平台，煤矿排水流量计共3块，分别为横河DN40煤矿排水流量计，科隆dn80煤矿排水流量计，西门子DN100煤矿排水流量计，精度均为0.2级。3块煤矿排水流量计经过多次校准比对，性能稳定。对电流量计在10、20、50、80℃，4个温度点下进行仪表系数及重复性测量，根据JJG643-2003《标准表法流量标准装置》的要求选取流量点。
2、实验研究
实验利用热水流量标准装置质量法标定煤矿排水流量计的仪表系数和重复性，主要测试其在不同温度及不同流速下的仪表系数及重复性的变化规律。单块标准表在同一温度点下，每个流量点进行10次仪表系数测量，计算该流量点下的平均仪表系数及重复性，将所有流量点测量完成后，得到该煤矿排水流量计在此温度点下的仪表系数及重复性的实验数据。依次变换煤矿排水流量计及温度点进行测量，得到不同煤矿排水流量计在不同温度下的仪表系数及重复性数据。
2.1 仪表系数分析
将实验测得的煤矿排水流量计在不同温度及流速下的仪表系数数据整理，特性曲线如图1所示，3组曲线分别对应DN40、DN80、DN100的3块煤矿排水流量计的仪表系数曲线。

由图1可得：
(1) 随着介质温度的升高，煤矿排水流量计的仪表系数均呈逐渐降低的趋势。其中20℃和50℃的仪表系数基本相同，10℃和80℃的仪表系数与20℃时偏离较大。
(2) 温度对煤矿排水流量计的仪表系数在高温以及低温处影响明显，以DN40煤矿排水流量计为例，仪表系数本次实验高低温处最大变化量约为0.7%。
(3) 在煤矿排水流量计相应的流量范围内，在同一温度下，随着介质流速的变化，煤矿排水流量计的仪表系数在个别点出现略微浮动，但整体变化不超过±0.2%。
2.2 重复性分析
将实验测得的煤矿排水流量计在不同温度及流速下的重复性数据整理，特性曲线如图2所示，3组曲线分别对应DN40、DN80、DN100的3块煤矿排水流量计的重复性曲线。

由图2可得，随着介质温度及流速的变化，煤矿排水流量计的重复性有一定的波动，但都在0.07%以下，符合JJG1033-2007《煤矿排水流量计》的重复性要求，说明煤矿排水流量计的重复性受温度及流速影响较小，同时表明该热水流量标准装置在不同温度点下的测量性能稳定。
3、结束语
通过测试结果分析得出：
(1) 随着介质温度的升高，煤矿排水流量计的仪表系数均呈逐渐降低的趋势。
(2) 温度对煤矿排水流量计的仪表系数在高温以及低温处影响明显，DN40煤矿排水流量计的仪表系数本次实验高低温处最大变化量约为0.7%。
(3) 在煤矿排水流量计对应的流速范围内，仪表系数受介质流速变化的影响不超过±0.2%。
(4) 煤矿排水流量计的重复性均在0.07%以下，符合重复性要求，说明煤矿排水流量计的重复性受温度及流速影响较小，同时表明该热水流量标准装置在不同温度点下的测量性能稳定。
通过实验分析，对煤矿排水流量计在不同温度、流速下的实验特性有了深入的了解，为标准表在实际工况下的特性提供了详实的实验数据的支持。这对流量计量器具的标定以及相关的标准表实验工作都有着积极的作用。