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兩電極電磁流量計降低流速分布影響
發(fā)布時間:2021-6-15 08:39:21

一前言
  除容積式、科里奧利式等少數(shù)流量儀表外,大部分流量儀表實流校準要求在充分發(fā)展素流條件下進行,這種流動狀態(tài)符合電磁流量計要求流速以管中心軸對稱的工作條件。流體流經(jīng)彎管、閥門等擾流件后,流速分布產(chǎn)生畸變,但在經(jīng)過一定長度直管后又漸漸恢復為充分發(fā)展狀態(tài)。因此,節(jié)流差壓式、超聲式、渦輪式、渦街式等流量儀表的上游,需要較長直管段(15~ 50倍管徑D的長度);電磁流量計的要求則相對低些。雖然國家標準GB/T18659-2002《電磁流量計的性能評定方法》中規(guī)定流量傳感器“安裝在離任何.上流擾動至少10倍公通徑”的參比條件下校準,但當前各制造廠的使用說明書中大部分卻規(guī)定前置直管長度為5D因此流量測量值與參比條件校準值相比,受流速分布影響的誤差可能要偏大一些,F(xiàn)在通行電磁流量傳感器的電極設計是-對小面積點狀電極,然而改進電極結構設計,如中小口徑儀表采用大面積板狀電極和大口徑(2500mm)儀表采用兩對電極,也可降低流分布畸變影響的敏感度,可進一步縮短前置直管的長度。本文闡述在閘閥流速分布畸變流動狀態(tài)下游,作兩對電極與-對電極儀表的實驗比較,視察其改善程度。此前先說明感應電勢權重函數(shù)的概念。
二 感應電勢權重函數(shù)
  電磁流量計是按法拉第電磁感應定律工作的,流體在磁場中切割磁力線運動時,在兩電極產(chǎn)生如下式所示的與平均流速`V`成正比的電動勢E,式中k為系數(shù),B為磁感應強度D為測量管內(nèi)徑。
E = kBD`V
  這是宏觀地闡明電磁流量計的工作原理,假設磁通密度B是均勻分布的,流速是處處相等的。實際上并非如此,且管道內(nèi)不同位置微流元產(chǎn)生的電動勢不會等同地全部貢獻給兩電極間流量信號。這是由于不同位置介質(zhì)的短路效應形成的衰減不同,使電極附近微流元貢獻大,遠離電極微流元貢獻小。引入權重函數(shù)w描述此現(xiàn)象,即微流元dτ產(chǎn)生的電動勢在電極上的電壓dE = BVwdτ。傳統(tǒng)點電極電磁流量計的權重函數(shù)分布如圖1所示,所繪等權重函數(shù)線近電極w=2,遠離電極w=0.65。
 
  兩對電極電磁流量計的權重函數(shù)分布如圖2所示,其權重函數(shù)0.85~1.2范圍的陰影線部分比圖1所示陰影線部分面積擴大,權重函數(shù)越近1的區(qū)域流速分布畸變影響的敏感度越小,減少了流速分布影響。中小口徑儀表所采用板狀電極,其權重函數(shù)分布如圖3,與兩對電極儀表相似,只是制造比較復雜,現(xiàn)在市場上已少見此類定型產(chǎn)品。
 
 
三試驗與效果
  橫河電機(日)以流速分布畸變顯著的各種開度閘閥為擾流件,置于流量傳感器上游3D處,以電極軸與閘閥開啟方向平行和垂直兩種姿勢(見圖4),4種閘閥開度,即25%、50%、75% .和全開,作流速1m/s的實流實驗。結果如圖5所示,閘閥開度在(25~ 75)%范圍,兩對電極儀表比一對電極儀表誤差可減小一半以上,從而可縮短前置直管長度。
 
 
  橫河電機規(guī)定兩對電極電磁流量計前置直管長度要求,與一對電極比較如表所示。
 
四 結語
  供水行業(yè)為加強出廠水計量工作,建議流量變化較大的場所采用"單泵一表制", 因此較多水廠出廠水泵房每臺泵后裝有一臺電磁流量計。然而水廠管系布置常受場地制約,沒有足夠直管長度位置,此時可選用兩對電極電磁流量計。

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