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

一前言
  除容積式、科里奧利式等少數流量儀表外,大部分流量儀表實流校準要求在充分發展素流條件下進行,這種流動狀態符合電磁流量計要求流速以管中心軸對稱的工作條件。流體流經彎管、閥門等擾流件后,流速分布產生畸變,但在經過一定長度直管后又漸漸恢復為充分發展狀態。因此,節流差壓式、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- -些,F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的概念。
二 感應電勢權重函數
  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,B為磁感應強度D為測量管內徑。
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,且管道內不同位置微流元產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w描述此現象,即微流元dτ產生的電動勢在電極上的電壓dE = BVwdτ。傳統點電極電磁流量計的權重函數分布如圖1所示,所繪等權重函數線近電極w=2,遠離電極w=0.65。
 
  兩對電極電磁流量計的權重函數分布如圖2所示,其權重函數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,權重函數越近1的區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,其權重函數分布如圖3,與兩對電極儀表相似,也比一-對電極儀表優越,只是制造比較復雜,現在市場上已少見此類定型產品。
 
 
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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