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ZNE電磁流量計管道安裝偏心和接口臺肩對流量測量值的影響以及流速分布和流動波動狀況 一 前言 隨著ZNE電磁流量計的發(fā)展,口徑從中小發(fā)展到1m以上國內(nèi)生產(chǎn)已有達到3m,同時流量傳感器的設計優(yōu)化,日趨輕巧小型化.使當前電磁流量傳感器與管道連接面間長度僅為口徑（D）的1.25-2.5倍,精確度普遍提高,基本誤差為±0.5%R（測量值）,于是人們感到要規(guī)定設置前直管段長度的需要.國際標準化組織1991年頒布IS09104《封閉管道液體流量測量—液體ZNE電磁流量計的性能評定方法》中規(guī)定:作流量校準時連接流量計管道內(nèi)徑不得小于流量傳感器內(nèi)徑,不得大于傳感器內(nèi)徑的3%;安裝在傳感器電極軸中心何上游擾動至少10D后和下游擾動5D前的直管段中,在使用安裝時各儀表制造廠也普遍規(guī)定與上游擾動件相距≥5D的要求在人們印象中ZNE電磁流量計受迎流流速分布廓形影響較小,從而對前置直管長度等安裝要求相對較低.這是由于上世紀50~60年代ZNE電磁流量計發(fā)展初期,較小口徑流量傳感器測量管長度較長,本身就已起到將畸變流動狀態(tài)調(diào)整為充分發(fā)展,因此初期也就不提前置直管段長度的要求,且初期儀表精確度較低,基本誤差普遍為±（1.5~2.5）%Fs（滿度值）,即使有流動畸變影響亦僅為基本誤差的幾分之一,問題并不凸顯.安裝不完善對測量值影響幾許？英國Cardiff工程學院C.J.Bates就ZNE電磁流量計管道安裝偏心和接口臺肩對流量測量值的影響以及流速分布和流動波動狀況作了研究發(fā)表于《Flow Measurement and lnstrumentation》,本文簡要闡述研究實驗概況,以及前兩者實驗數(shù)據(jù)和討論. . 安裝不完善對測量值影響幾許？英國Cardiff工程學院C.J.Bates就ZNE電磁流量計管道安裝偏心和接口臺肩對流量測量值的影響以及流速分布和流動波動狀況作了研究發(fā)表于《Flow Measurement and lnstrumentation》（1999:79~89）,本文簡要闡述研究實驗概況,以及前兩者實驗數(shù)據(jù)和討論.近年用標準表法實流校準流量儀表盛行,而很多水流量校準裝置用高精確度ZNE電磁流量計作標準表,其精確度等級通常為0.5級,也有高達0.2~0.3級者.用作標準表的ZNE電磁流量計安裝要求則更為嚴格,不能按一般使用ZNE電磁流量計安裝要求對待之.某些儀表制造廠對于0.3級精確度的儀表甚至規(guī)定流量傳感器前后各接裝一段直管,組合一起后校準,若經(jīng)拆卸重裝,必須重新校準. 二 實驗 實驗對象是HOMKOM公司口徑50mm的ZNE電磁流量計,其進口連接有三組管道,內(nèi)徑分別是50mm、55mm和45mm,其中55mm和45mm形成的進口臺肩,已超過ISO9104的規(guī)定,連接管內(nèi)徑分別大于或小于流量傳感器內(nèi)徑10%.流量傳感器測量管接上連接管道,其中心線與管道中心線分別為同心、垂直和水平兩種偏心,偏心3mm（儀表內(nèi)徑的6%）.ZNE電磁流量計是在定型儀表加長測量管改裝而成的,在測量管兩端水平與垂直方向各開兩個30mm×3mm窺察窗,以便用激光多普勒測速儀測量流速分布.測量管橡膠襯里進口有半徑7.5mm圓弧過渡. 流量實驗裝置系統(tǒng)如圖1所示,兩臺同口徑傳遞標準（Transfer Standard）流量計（5）置于待校流量計（3）下游,它們的電極中心線均處于水平的姿勢.水從恒水頭高位容器（1）流經(jīng)管徑變換段（2）、各流量計和控制閥組（7）進入下位容器（8）.滿度流量（Qmax）時流速約為1.8m/s,雷諾數(shù)（Re）約為79000,5個測量點的參數(shù)見表,最小測量點Re剛過流態(tài)變化過渡區(qū). 5個測量點的參數(shù)表測量點流量/%流速/ms-1Re15.630.216.90.3049913377325.70.4622820275466.41.19555243651001.79978924 在不同流量時連接管偏心的誤差變化見圖2,流量傳感器進口臺肩的誤差變化見圖3,接管偏心和接口臺肩同時存在的復合條件下誤差變化見圖4. 三 討論 （1）接口臺肩對流量測量值的影響 進口連接管內(nèi)徑小于流量傳感器測量管內(nèi)徑時,成為突擴管.液體進入測量管如圖5所示形成一股流束,被分界面與其余部分介質(zhì)分開,它分散并旋卷成強烈旋渦,成為旋渦渦流.隨著流向下游旋渦逐漸消失,流束擴展到整個截面.若電極位置在旋渦渦流區(qū)內(nèi),就要影響流量測量值. 連接管內(nèi)徑大于測量管內(nèi)徑時形成突縮管,液體進入測量管就產(chǎn)生縮脈（Vena Contracta）,如圖6所示C-C位置前后一段距離,靠壁處產(chǎn)生旋渦,影響主流流動,再向下流旋渦逐漸消失,流束擴展到整個截面.若電極處于渦流區(qū),也會影響流量測量值. （2）偏心對流量測量值的影響 接管水平偏心破壞了測量管內(nèi)流速分布對電極中心線的上下對稱性.若如圖4a所示部分遮蓋進口,使下半部分流速相對變緩,上半部分相對變快.若如圖4右所示垂直偏心,部分遮蓋右邊進口使右邊流速相對變緩,左邊相對變快.從圖2連接管內(nèi)徑與流量傳感器測量管相同時,偏心與同心相比誤差正向變化,水平偏心時變化為+（0.1~0.15）%,垂直偏心時誤差變化較大,為+（0.45~0.6）%. 從實驗數(shù)據(jù)（圖3）可以看出,突擴管和突縮管流量在≈0.66Qmax以上時,與無臺肩相比影響量為正向+（0.1~0 2）%;流量小于≈0.25Qmax時,突縮管影響量為正向+（0.1~0.25）%,突擴管影響量為負向-（0.2~0.3）%. （3）偏心和臺肩共存復合條件對流量測量值的影響 圖4a所示是在接口有臺肩,接管有水平偏心的測量誤差,突然擴大呈負向誤差變化,流量在0.17Qmax以上時變化在-0.2%以內(nèi);突然收縮也呈負向變化,但變化較大,流量在0.17Qmax以上時為-（0.6~1）%.圖4b是在接口有臺肩,接管有垂直偏心的測量誤差,突然擴大向正向變化,流量在≈0.17Qmax以上時變化為+（0.3~0.4）%;突然收縮向負向變化,流量在0.17Qmax以上時為-（0.3~0.5）%. （4）本文轉(zhuǎn)述了特定型號ZNE電磁流量計受接管偏心和接口臺肩對流量測量值的影響,具有普遍意義.然而因各型號儀表在設計上（如測量管長度、磁場分布等）的差異,對上述影響的敏感性并不一致,影響量也不同,但其趨向是一致的. 推薦產(chǎn)品.電磁流量計,壓力變送器,孔板流量計,V錐型流量計,超聲波流量計,渦街流量計,渦輪流量計,熱電偶.