关于水泵性能测试与数据处理的探讨
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通常泵试验系统是由管路系统、控制以及测量系统三大部分组成。
管路系统由管道、稳定装置、气蚀筒、阀门、水池等部分构成,管路系统的设计可使测量断面的液流具有 :速度分布的轴对称性及等静压分布性,没有旋涡的产生。
配电系统、管路切换、启动控制以及管路阀门的调节等组成了泵试验的控制系统。
泵测量系统规定了参数测量用的仪表仪器,泵试验国标GB/T3216规定了测量仪表应适应的系统误差以及最大总误差,分别如表1以及表2所示。
表1 测量仪表应适应的系统误差允许范围/% 参数B级 C级流量 土1.5±2.5扬程轴功率土1.O原动机输入功率 ±2.O转速 ±0.2 士1.0二、水泵性能的测试1.测量误差分析水泵的测量系统所产生的误差主要来 自三个方面,即[c.中国电子学会第十-届全国可靠性物理学术讨论会论文集2005:283-290。
收稿日期:2O12-O5-12[编辑:郭霄]42 中国设备工程 I 20133A表2 测量仪表应适应的最大总误差限允许范围% 参数B级 C级流量 ±2.O泵扬泵轴功率 ±3.5±1.5原动机输入功率(对机组有效率试验)转速 ±O.4 土1.8泵效率 ±2.8 ±5.0机组效率 士2.5 ±4.5系统误差、随机误差以及过失误差。
因仪表构造精度以及环境条件的改变而产生的误差叫系统误差 ,对同-参数进行多次重复测量中,系统误差几乎不变,利用原位校正来降低或消除系统误差。
因偶然因素产生的误差叫随机误差,对参数进行多次重复测量时随机误差通常呈正态分布。随机误差的绝对值不会超过-定的界限,而且随着重复次数的增加随机误差的算术平均值将逐渐趋向零。如果使用计算机,就可以利用增加重复测量次数,来减小随机误差。
由于人为原因而产生的测量误差叫过失误差。如果利用计算机采集和处理实验数据,过失误差可以利用莱以特准则、Roman Malinowski准则、Grubbs准则等进行剔除。
综上所述,测量中的过失误差可忽略不计,随机误差可以通过多次测量来减小 ,因此,系统误差是构成测量误差的重要部分。所以,在计算机辅助测试(CAT)H,如何降低系统误差是提高测试精度的关键。
各测试参数的综合精度可以通过泵效率测试误差反映出来。泵效率测试误差的计算公式如下:研究与探讨 肇 理版赣△ ±、/Ar/2△ △曰 △ △式中:△ 试验泵的效率测试误差;△田厂-试验泵的效率随机测试误差;A0--试验泵的流量测量系统误差;AH--试验泵的扬程测量系统误差 ,如对试验泵的进出口的扬程进行分别测量,则:AH、/ 牙△ 试验泵的转矩测量系统误差;An--试验泵的转速测量系统误差。
在上面所列被测试的参量中,仪器仪表的精度和相应的原位校正根据达到高精度测量要求时投入设备的费用多少以及难易程度情况来排序,排在第-的是流量的测量和原位校正,第二是转矩的测量和原位校正 ,最后是扬程的测量和原位校正。除了上述三个参数以外的测量,如转速以及温度等相对容易解决。下面就对这些测量进行分析。
2.误差的校正方法(1)流量测量仪表及其原位校正GB/T3214《水泵流量测定方法》推荐的几种方法如下。
节流式流量计利用流体经过节流装置时所造成的压力差来进行测量。常见的节流装置主要有孔板和喷嘴。 。
⑤容积法和称重法。这两种方法通常应用在测量精度高、流量小的情况下,主要是对某-时期的平均流量进行测定。测量装置主要由容器和计时器构成。根据泵的A级规范,可以在试验室里完成高精度流量测量的主要方法见表3。
表3 高精度流量的主要测量方法测量方法 校正方法 系统误差范围(95%置信度),%基本方法 称重法 高精度天平 0.1~O.2(原级方法) 容积法 高精度天平 0.1~03孔板式流量计 基本方法 0.30.5涡轮式流量计 基本方法 0.3~0.5电磁式流量计 基本方法 0.5~1.O从表3中的基本方法里可知,测量精度最高的是称重法,但需要有大型的容器,用高精度天平校正称重容器时,校正时间≥60s,称重法适用于流量≤1.5L/s的试验。容积法也用高精度天平来校正的,校正时间≥60s,可用于对较大流量测量。
基本方法通常用于原位校正。原位校正是指在试验现巢装完测量仪表之后,用比它高-级精度的仪表进行的校正。为了降低系统误差,可利用分段原位校正流量计的方法来提高测试精度。
当进行泵的压力测量时 ,常用液柱式压力计、压力传感器、电气压力表、弹性压力表、活塞压力计来计量。其中压力传感器的精度较高,误差为±0.1% 0.2%。
差压信号传感器可用于扬程测量。如果利用0.02级的高精度活塞计以及真空计进行压力信号传感器的原位校正,能够更大程度地降低系统误差▲行原位校正的时候,把传感器与活塞压力计连接在-起,逐渐进行加码或者减码,通过打愈出示测量结果。详细的操作方法如下。
第-步要求出压力传感器在不加码时的零点值,这个值就是计算机的读数值;第二步是求出各个测量点的脉冲压力当量的平均值。
实测值(微机读数-零点)校正系数;求出绝对误差实测值-活塞压力计的法码值。
(2)转矩和转速测量仪表及其原位校正测量转矩及转速常用Jc型转矩转速仪,它的转矩测量精度为±O.5%-l%,转速测量精度为±0.1%。
三、测试数据的处理测量仪表输出的电信号通常是数字量信号或者模拟量信号。测试仪器仪表通常输出的都是数字量信号,计算机能够利用并行接 口来接受数据 ,所以不存在没有数据时的转换误差。
电磁流量计以及压力传感器输出是模拟量信号,需要进行数模转换之后才可以被计算机采集。数模转换应采用16位,分辨率为0.000 015 25,转换精度可达±0.02%,转化误差可以忽略。
根据上面的介绍可以知道,假如利用高精度流量、扬程、转矩以及转速等侧量仪表,而且对这些仪器仪表原位校正之后 ,利用16位数模转换 ,并经过计算机的采集与分析,得出的测试系统误差分别为 :流量AQ±0.18%,扬程△日4-0.1%,转矩△ ±0.1%,转速An-40.1%。设效率随机测试误差△ ±0.1%,则泵效率测试误差AT4-、/A7/23-A$AH%AM%An : !± :! :±Q: : Q: 100 -40.269%所以,利用现代高精度测量仪器仪表,泵效率的测试误差大约在 -40.3%~0.5%的范围内。
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