彎管出口流速畸變對稀硝酸流量計的影響

摘要：彎管出口流速分布的畸變要影響下游稀硝酸流量計的測量值。電磁流量傳感器的安裝方式使其電極軸與彎管平面成45°角，可減緩擾流的影響。闡述了采用該方法的實驗過程、試驗數(shù)據(jù)和結(jié)論。
1、問題的提出
流體流過彎管后，下游產(chǎn)生流速分布畸變，若是兩只鄰近相接的不同平面彎管，除流速分布畸變外還會有漩渦。這些現(xiàn)象要影響裝在下游的大部分類型流量儀表（除容積式等少數(shù)類型外）的測量值，因此通常要求在流量儀表安裝點之前有一定長度直管段，改善進入儀表的流動狀況。稀硝酸流量計受彎管影響較小，直管長度要求也遠低于節(jié)流差壓式、渦街式等其他流量儀表。但是當前稀硝酸流量計精度為測量值的0.5%，甚至0.2%~0.4%，即使影響量較小，還是受到人們的關(guān)注。
除儀表前直管段可降低彎管影響外，人們還從安裝方式上設法降低影響的方法。文獻曾報道電磁流量傳感器電極軸線與鄰近彎管平面成45°傾斜安裝可以減少彎管影響。日本工業(yè)標準B7554“解說部分”列有電極軸線與彎管平面垂直、平行、成45°三種安裝方式，在不同長度直管下的測量誤差范圍，也說明這一效果。
2000年上海原水公司擬在已建成的某泵站加裝DN2200稀硝酸流量計，但彎管下游安裝位置的前直管長度明顯不符合規(guī)定中5D~10D（D為管徑，下同）的要求，此時，影響測量誤差有多大呢?
由于受條件限制無法在現(xiàn)場用經(jīng)典的測量方法（如流速計流速面積法）作比對試驗，以估計彎管影響附加誤差值。并且使用方必須在訂購之前就要知道附加誤差估計值，以決定設計方案。筆者按相似原理以較小口徑稀硝酸流量計在實驗室模擬現(xiàn)場條件作試驗。試驗證明45°安裝可減小彎管影響.并求得該個案安裝條件下傳統(tǒng)安裝方式的影響值。
2、彎管下游流速分布影響
流體流過彎管由于離心力作用，靠外壁產(chǎn)生擴散效應，內(nèi)壁產(chǎn)生收縮效應，由此產(chǎn)生橫向流動的二次流，引起下游產(chǎn)生速度分布畸變，如圖1所示。圖1中，右邊垂直剖面彎管外緣流速較快，水平剖面呈雙峰值流速分布。隨著液流離開彎管距離增加.畸變會趨于緩和。

當前絕大部分電磁流量傳感器是非均勻磁場分布結(jié)構(gòu)設計。非均勻磁場理論認為包含電極的測量管橫截平面區(qū)域內(nèi)，各微小液體體積元切割磁力線對電極間信號“所起作用”各異，因此不是均勻地而是按“所起作用”非均勻地設計各點磁場強度，使在理想條件下流速分布畸變不會影響流量測量值。然而實際儀表還是受到一些影響。圖2所示是日本工業(yè)標準所附彎管下游三種安裝方式不同直管長度的誤差范圍。

3、實驗
實流實驗是在上海光華·愛而美特儀器有限公司稱重法水流量標準裝置上進行。裝置的不確定度為0.011%，試驗儀表是DN100的IFM4080K型，按現(xiàn)場幾何尺寸比例縮小設置管道，如圖3所示夾裝到流量標準裝置上校驗。試驗結(jié)果如圖4所示。圖中“正常安裝”即按前置直管段長度大于等于10D，后置直管段長度大于等于5D安裝，其試驗數(shù)據(jù)即為參比值。稀硝酸流量計滿度流量為150m3/h，實驗流速范圍0.32~5.3m/s，共做了5個流量點。

4 結(jié)論
1）在本試驗安裝條件下，流量傳感器電極軸在A=90°位置時*大誤差為-1.2%，A=0°位置時為+1.6%，A=45°位置時為0.5%；與正常安裝條件即參比值相比，*大附加誤差在A=90°時為-1.2%，A=0°時為+1.65%，A=45°時為+0.65%。
2）實驗證明電極軸線45°安裝比傳統(tǒng)水平安裝（A=0°）受彎管流動擾動影響有很大改善。
3）電磁流量傳感器在彎管下游即使有足夠長（5D）的直管段，亦應按“45°安裝”，作為減小彎管撓流影響，降低附加誤差的措施。

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