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电磁流量计受接管偏心和接口台肩对流量测量值
发布日期:2017-5-15 14:32:52
电磁流量计受接管偏心和接口台肩对流量测量值有哪些影响
    在人们印象中电磁流量计受迎流流速分布廓形影响较小,从而对前置直管长度等安装要求相对较低。这是由于上世纪50~60年代电磁流量计发展初期,较小口径流量传感器测量管长度较长,本身就已起到将畸变流动状态调整为充分发展,因此初期也就不提前置直管段长度的要求,且初期仪表精确度较低,基本误差普遍为±(1.5~2.5)%Fs(满度值),即使有流动畸变影响亦仅为基本误差的几分之一,问题并不凸显。
    随着电磁流量计的发展,口径从中小发展到1m以上国内生产已有达到3m,同时流量传感器的设计优化,日趋轻巧小型化。使当前电磁流量传感器与管道连接面间长度仅为口径(D)的1.25-2.5倍,精确度普遍提高,基本误差为±0.5%R(测量值),于是人们感到要规定设置前直管段长度的需要。国际标准化组织1991年颁布IS09104《封闭管道液体流量测量—液体电磁流量计的性能评定方法》中规定:作流量校准时连接流量计管道内径不得小于流量传感器内径,不得大于传感器内径的3%;安装在传感器电极轴中心离任何上游扰动至少10D后和下游扰动5D前的直管段中,在使用安装时各仪表制造厂也普遍规定与上游扰动件相距≥5D的要求。
    近年用标准表法实流校准流量仪表盛行,而很多水流量校准装置用高精确度电磁流量计作标准表,其精确度等级通常为0.5级,也有高达0.2~0.3级者。用作标准表的电磁流量计安装要求则更为严格,不能按一般使用电磁流量计安装要求对待之。某些仪表制造厂对于0.3级精确度的仪表甚至规定流量传感器前后各接装一段直管,组合一起后校准,若经拆卸重装,必须重新校准。
    安装不完善对测量值影响几许?英国Cardiff工程学院C.J.Bates就电磁流量计管道安装偏心和接口台肩对流量测量值的影响以及流速分布和流动波动状况作了研究发表于《Flow Measurement and lnstrumentation》(1999:79~89),本文简要阐述研究实验概况,以及前两者实验数据和讨论。
    二 实验
    实验对象是Danfoss公司口径50mm的电磁流量计,其进口连接有三组管道,内径分别是50mm、55mm和45mm,其中55mm和45mm形成的进口台肩,已超过ISO9104的规定,连接管内径分别大于或小于流量传感器内径10%。流量传感器测量管接上连接管道,其中心线与管道中心线分别为同心、垂直和水平两种偏心,偏心3mm(仪表内径的6%)。电磁流量计是在定型仪表加长测量管改装而成的,在测量管两端水平与垂直方向各开两个30mm×3mm窥察窗,以便用激光多普勒测速仪测量流速分布。测量管橡胶衬里进口有半径7.5mm圆弧过渡。
    流量实验装置系统如图1所示,两台同口径传递标准(Transfer Standard)流量计(5)置于待校流量计(3)下游,它们的电极中心线均处于水平的姿势。水从恒水头高位容器(1)流经管径变换段(2)、各流量计和控制阀组(7)进入下位容器(8)。满度流量(Qmax)时流速约为1.8m/s,雷诺数(Re)约为79000,5个测量点的参数见表,最小测量点Re刚过流态变化过渡区。
    5个测量点的参数表
测量点 流量/% 流速/ms-1 Re
1 5.63 0.1013 4443
2 16.9 0.30499 13377
3 25.7 0.46228 20275
4 66.4 1.1955 52436
5 100 1.799 78924
    在不同流量时连接管偏心的误差变化见图2,流量传感器进口台肩的误差变化见图3,接管偏心和接口台肩同时存在的复合条件下误差变化见图4。
    三 讨论
    (1)偏心对流量测量值的影响
    接管水平偏心破坏了测量管内流速分布对电极中心线的上下对称性。若如图4a所示部分遮盖进口,使下半部分流速相对变缓,上半部分相对变快。若如图4右所示垂直偏心,部分遮盖右边进口使右边流速相对变缓,左边相对变快。从图2连接管内径与流量传感器测量管相同时,偏心与同心相比误差正向变化,水平偏心时变化为+(0.1~0.15)%,垂直偏心时误差变化较大,为+(0.45~0.6)%。
    (2)接口台肩对流量测量值的影响
    进口连接管内径小于流量传感器测量管内径时,成为突扩管。液体进入测量管如图5所示形成一股流束,被分界面与其余部分介质分开,它分散并旋卷成强烈旋涡,成为旋涡涡流。随着流向下游旋涡逐渐消失,流束扩展到整个截面。若电极位置在旋涡涡流区内,就要影响流量测量值。
    连接管内径大于测量管内径时形成突缩管,液体进入测量管就产生缩脉(Vena Contracta),如图6所示C-C位置前后一段距离,靠壁处产生旋涡,影响主流流动,再向下流旋涡逐渐消失,流束扩展到整个截面。若电极处于涡流区,也会影响流量测量值。
    从实验数据(图3)可以看出,突扩管和突缩管流量在≈0.66Qmax以上时,与无台肩相比影响量为正向+(0.1~0 2)%;流量小于≈0.25Qmax时,突缩管影响量为正向+(0.1~0.25)%,突扩管影响量为负向-(0.2~0.3)%。
    (3)偏心和台肩共存复合条件对流量测量值的影响
    图4a所示是在接口有台肩,接管有水平偏心的测量误差,突然扩大呈负向误差变化,流量在0.17Qmax以上时变化在-0.2%以内;突然收缩也呈负向变化,但变化较大,流量在0.17Qmax以上时为-(0.6~1)%。图4b是在接口有台肩,接管有垂直偏心的测量误差,突然扩大向正向变化,流量在≈0.17Qmax以上时变化为+(0.3~0.4)%;突然收缩向负向变化,流量在0.17Qmax以上时为-(0.3~0.5)%。
    (4)本文转述了特定型号电磁流量计受接管偏心和接口台肩对流量测量值的影响,具有普遍意义。然而因各型号仪表在设计上(如测量管长度、磁场分布等)的差异,对上述影响的敏感性并不一致,影响量也不同,但其趋向是一致的。