摘要:在實(shí)際應(yīng)用中，燃油流量計(jì)常會工作于非穩(wěn)定流量狀態(tài)下，此時(shí)流量計(jì)的計(jì)量性能可能會發(fā)生變化。利用燃油動態(tài)流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，對科里奧利質(zhì)量流量計(jì)和容積式刮板流量計(jì)分別進(jìn)行非穩(wěn)態(tài)流量試驗(yàn)，分析了非穩(wěn)態(tài)流量環(huán)境對這兩種流量計(jì)測量結(jié)果的影響，并給出了使用和校準(zhǔn)建議。
0引言
　　目前，實(shí)驗(yàn)室均是在穩(wěn)態(tài)流量條件下，對流量計(jì)進(jìn)行檢定或校準(zhǔn)試驗(yàn)，即通過流量標(biāo)準(zhǔn)裝置提供穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)流量，將流量計(jì)的示值與標(biāo)準(zhǔn)流量值進(jìn)行比較，計(jì)算誤差，從而評價(jià)流量計(jì)的計(jì)量性能，例如:渦輪流量計(jì)檢定規(guī)程要求在特定流量點(diǎn)下進(jìn)行試驗(yàn)，并且要求“在檢定過程中，每調(diào)整一個(gè)流量點(diǎn)，都應(yīng)待壓力、溫度、流量穩(wěn)定后方可進(jìn)行檢定”山。然而實(shí)際工況中的流量往往是非穩(wěn)態(tài)的，例如飛機(jī)在起飛、爬升、俯沖、巡航、加力、滑翔、降落等飛行狀態(tài)時(shí)，發(fā)動機(jī)的耗油速率、耗油量均會發(fā)生急劇變化，燃油管道內(nèi)會產(chǎn)生流場變化和壓力變化，因此有必要對流量計(jì)非穩(wěn)態(tài)下的計(jì)量性能進(jìn)行研究。
　　近年來，國內(nèi)學(xué)者針對渦輪流量計(jì)和科里奧利質(zhì)量流量進(jìn)行了動態(tài)響應(yīng)的理論分析和仿真口2-3，但相關(guān)試驗(yàn)相對較少。利用燃油動態(tài)流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，對科里奧利質(zhì)量流量計(jì)和容積式刮板流量計(jì)分別進(jìn)行非穩(wěn)態(tài)流量試驗(yàn)。
1流量計(jì)原理及數(shù)學(xué)模型
1.1科里奧利質(zhì)量流量計(jì)
　　科里奧利質(zhì)量流量計(jì)基于科里奧利力效應(yīng)，直接.測量流體的質(zhì)量流量，簡稱科氏質(zhì)量流量計(jì)(CoriolisMassFlowmeter,CMF)。該流量計(jì)內(nèi)部設(shè)計(jì)有振動的測量管，流體在測量管中的流動相當(dāng)于直線運(yùn)動，而測量管的振動會產(chǎn)生一個(gè)角速度，由于振動是受到外加電磁場驅(qū)動的，有著固定的頻率，因此，流體在管道中受到的科里奧利力僅與其質(zhì)量和運(yùn)動速度有關(guān)，而質(zhì)量和運(yùn)動速度及流速的乘積就是需要測量的質(zhì)量流量，因此通過測量流體在管道中受到的科里奧利力，便可以測量其質(zhì)量流量。其數(shù)學(xué)模型為

　　當(dāng)流體流過振動的測量管時(shí)，在測量管中產(chǎn)生的科里奧利力會引起振動管發(fā)生微小變形，從而產(chǎn)生進(jìn)口和出口的相位差，如圖1所示。當(dāng)流量為零時(shí)，即流體停滯不流動時(shí)，入口A和出口B處的相位差為零。當(dāng)有流體流過時(shí)，測量管入口A處振動減速，出口B處振動加速，當(dāng)質(zhì)量流量增加時(shí)，相位差也增加，通過入口和出口的電磁式相位傳感器，即可測量管子的振動相位�？评飱W利質(zhì)量流量計(jì)的K系數(shù)就是質(zhì)量流量與相位差的特征數(shù)。

1.2容積式流量計(jì)
　　容積流量計(jì)是一種利用定容積器件連續(xù)測量流體總量的儀表，亦稱為正排量流量計(jì)(PositiveDisplace-mentFlowmeter，PDF)[4]。選用的容積式刮板流量計(jì)的結(jié)構(gòu)如圖2所示，其結(jié)構(gòu)由柱形計(jì)量腔體、一個(gè)阻塞轉(zhuǎn)子(Blockingrotor)和兩個(gè)移動轉(zhuǎn)子(Displace-mentrotors)構(gòu)成。在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的一個(gè)周期內(nèi)的任何位置，計(jì)量腔體、阻塞轉(zhuǎn)子以及至少一個(gè)位移轉(zhuǎn)子之間始終保持著連續(xù)的密封。

　　當(dāng)流體通過流量計(jì)時(shí)，會推動計(jì)量腔內(nèi)部的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動中的轉(zhuǎn)子將流體分割，流體的流動與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動同時(shí)進(jìn)行。當(dāng)流體進(jìn)入計(jì)量腔時(shí)，流體不斷的被分割和測量，與此同時(shí)前部的流體通過流量計(jì)并進(jìn)入下游管道。由于計(jì)量腔的容積是已知的，且阻塞轉(zhuǎn)子的每一次旋轉(zhuǎn)中通過流量計(jì)的體積量都是相同的，通過測量轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)數(shù)，即可得到通過流量計(jì)的累積流量。容積式流量計(jì)的理論公式為
Q=Kn　　　　　　　　(2)
式中:Q為流體總量;K為儀表系數(shù);n為分割流體機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)數(shù)。

2非穩(wěn)態(tài)流量源
　　本次試驗(yàn)所使用的標(biāo)準(zhǔn)裝置為燃油動態(tài)流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，該裝置采用主動式活塞體積管作為標(biāo)準(zhǔn)器，其擴(kuò)展測量不確定度U=0.05%(k=2)，原理如圖4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(jī)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(jì)后經(jīng)過過濾器回到儲油箱;同時(shí)，儲油箱里的油經(jīng)過下游管段進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)體積管。通過設(shè)置電機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)非穩(wěn)態(tài)流量，通過采集光柵值來確定活塞的移動位置，由于截面積已知，可準(zhǔn)確計(jì)算得到標(biāo)準(zhǔn)流量值。.
3試驗(yàn)結(jié)果分析
　　選用直管式科里奧利質(zhì)量流量計(jì)和容積式刮板流量計(jì)作為試驗(yàn)對象，分別進(jìn)行穩(wěn)態(tài)流量試驗(yàn)和非穩(wěn)態(tài)流量試驗(yàn)。試驗(yàn)流量計(jì)選型如表1所示。試驗(yàn)介質(zhì)為航空燃油RP-3，密度約為780m'/h，運(yùn)動粘度約為1.591mm2/s。
3.1穩(wěn)態(tài)下試驗(yàn)
　　在穩(wěn)態(tài)流量下，參照國家檢定規(guī)程分別對科里奧利質(zhì)量流量計(jì)和刮板流量計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)試驗(yàn)，得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2與表3所示。

　　試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，選用的科里奧利質(zhì)量流量計(jì)和刮板流量計(jì)在穩(wěn)態(tài)流量下誤差很小，具有較好精度。
3.2非穩(wěn)態(tài)下試驗(yàn)
　　調(diào)節(jié)燃油流量標(biāo)準(zhǔn)裝置中的電機(jī)轉(zhuǎn)速，使裝置產(chǎn)生的流量按照一定的斜率逐漸變化，流量變化如圖5所示。

　　此時(shí)，對科里奧利質(zhì)量流量計(jì)分別進(jìn)行流量遞增校準(zhǔn)測試和流量遞減校準(zhǔn)測試，重復(fù)測試3次，得到試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表4所示。
同樣的對刮板流量計(jì)分別進(jìn)行流量遞增校準(zhǔn)測試和流量遞減校準(zhǔn)測試，重復(fù)測試3次，得到試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表5所示。

　　上述數(shù)據(jù)表明，在瞬時(shí)流量qs連續(xù)增大的過.程中，科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的儀表系數(shù)會減小，其顯示流量值小于標(biāo)準(zhǔn)流量;在瞬時(shí)流量qs連續(xù)減小的過程中，科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的儀表系數(shù)會增大，其顯示流量值大于標(biāo)準(zhǔn)流量。而對于刮板流量計(jì)，無論瞬時(shí)流量qs增大還是減小，其儀表系數(shù)未發(fā)生明顯變化。
4結(jié)論
　　 在非穩(wěn)態(tài)流量條件下，容積式流量計(jì)的計(jì)量性能要優(yōu)于科里奧利質(zhì)量流量計(jì)，在非穩(wěn)態(tài)流量測量時(shí)，推薦優(yōu)先選擇容積式流量計(jì)。對科里奧利質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行檢定或者校準(zhǔn)試驗(yàn)時(shí)，要求標(biāo)準(zhǔn)裝置必須提供穩(wěn)定流量源，否則會產(chǎn)生非穩(wěn)態(tài)下的測量誤差。

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