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摘要：對V錐流量計抗擾動特性有助于厘清V錐流量計的計量性能。將成套圓片型漩渦、圓片型剖面擾動發(fā)生器，分別安裝在V錐流量計上、下游0D、3D處的直管段上，進行擾動對V錐流量計測量性能影響的試驗。通過分析得出了未安裝與安裝擾動發(fā)生器時流量的相對誤差。結(jié)果表明，上、下游0D、3D處擾動對V錐流量計測量性能的影響明顯，在實際使用中應(yīng)引起足夠的重視。
0引言
　　為了降低流體擾動對差壓式流量計測量性能帶來的影響，節(jié)流裝置的安裝使用應(yīng)具備相應(yīng)的管道條件，上下游配置的直管段長度須滿足相關(guān)技術(shù)要求。對于目前仍廣泛使用的標準孔板來說，只要按標準[1-2]設(shè)計、制造，前后直管段的配管長度、內(nèi)徑、圓度等滿足規(guī)范要求，安裝使用前無需實流標定就可估算其測量誤差。在各類技術(shù)交流及推介資料中，認為V錐流量計具有流體自整流能力，抗流動干擾性能強，直管段要求低的特點，提出前1D～3D、后0D～1D直管段，有些甚至提出了不需要配置直管段就可正常使用。對于提出直管段上述要求的合理性與科學(xué)性，由于沒有擾動對V錐流量計測量性能的影響進行系統(tǒng)的研究，使得配多長的直管段才合適沒有足夠的實驗數(shù)據(jù)支撐，對此業(yè)界一直持有不同的看法，急需通過實驗來獲得答案。V錐流量計是一種差壓式流量儀表，雖然其結(jié)構(gòu)具有一定的自整流能力，但其不對稱的取壓結(jié)構(gòu)，錐體與管道的同軸度誤差，管道、錐體圓度和焊接變形的影響及流場的復(fù)雜性，不可避免地會產(chǎn)生測量附加誤差，更沒有形成成套的技術(shù)手冊用于指導(dǎo)設(shè)計、生產(chǎn)、安裝與使用。為了獲得第一手資料，一臺口徑DN50，β為0.6的V錐流量傳感器，并配置測量范圍為6kPa，精度為0.2級，低零漂差壓變送器，其輸入差壓與輸出電流設(shè)置為線性關(guān)系，以提高小流量時輸出電流的靈敏度；配置0.05級四位半數(shù)字多用表用于指示差壓變送器輸出電流值；工作介質(zhì)水為牛頓流體，連續(xù)并充滿圓管及節(jié)流件，并采用成套擾動器對V錐流量計進行抗擾動性能的實流測試。
1試驗結(jié)果
1.1前直管段0D、3D處擾動試驗
　　在前直管段0D、3D處分別安裝圓片型擾動發(fā)生器，圓片型左漩漩渦擾動發(fā)生器，如圖1所示，圓片型右漩漩渦擾動發(fā)生器，如圖2所示，圓片型速度剖面流動擾動發(fā)生器，如圖3所示，短接環(huán)如圖4所示。

　　圓片型左漩、右漩漩渦擾動發(fā)生器可產(chǎn)生類似于直角連接的兩個90°彎管所引起的漩渦。圓片型速度剖面流動擾動發(fā)生器可產(chǎn)生類似于突出的管道接頭或尚未全開的閘閥所引起的漩渦。利用現(xiàn)有的工作條件，在直管段0D處從DN40直接擴大到DN50，使流動截面突然擴大，模擬日常使用中可能遇到的管道條件，研究當(dāng)管道口徑突變時，引起的擾流對V錐流量計所產(chǎn)生的影響。值得說明的是圓片型左漩漩渦擾動發(fā)生器、圓片型右漩漩渦擾動發(fā)生器、圓片型速度剖面流動擾動發(fā)生器是依據(jù)參考文獻[3]附錄B而設(shè)計制作。前直管段0D、3D設(shè)置擾動器的實驗數(shù)據(jù)，如表1所示。
1.2后直管段0D、3D擾動試驗
　　后直管段0D、3D處分別安裝圓片型左漩漩渦擾動發(fā)生器、圓片型右漩漩渦擾動發(fā)生器、圓片型速度剖面流動擾動發(fā)生器，同時進行了管徑從DN50突變地縮小到DN40的試驗。實驗數(shù)據(jù)如表2所示。


2數(shù)據(jù)處理
　　由于差壓變送器的輸出電流正比于輸入差壓，設(shè)未安裝擾動器輸出電流為I0，安裝擾動器后輸出電流為I，則輸出電流的相對誤差為[(I-I0)/I0]×100％。可得在前直管段0D、3D處擾動與無擾動時電流的相對誤差曲線，如圖5所示。后直管段0D、3D處擾動與無擾動時電流的相對誤差曲線，如圖6所示。
　　一般管道雷諾數(shù)ReD＜2300為層流狀態(tài)，ReD=2000～4000為過渡狀態(tài)，ReD＞4000為紊流狀態(tài)，流體雷諾數(shù)的計算公式如下：

式中：
qv——體積流量，m3/h；
D——管道內(nèi)徑，mm；
ν——流體運動黏度，m2/s
　　差壓式流量計需有適用的雷諾數(shù)ReD范圍工作于湍流流動狀態(tài)。當(dāng)管道內(nèi)徑D為50mm，水的運動黏度ν為1.006×10-6m2/s，雷諾數(shù)ReD取4000時，則體積流量：
qv=DνReD/354×10-3=0.05×1.006×10-6×4000/354×10-3≈5.7×10-4m3/s≈2.0m3/h
　　由此可知，體積流量在1.0～2.0m3/h范圍內(nèi)為過渡狀態(tài)。
　　由于流量與差壓的方差成正比，故有流量與差壓變送器輸出電流的方差成正比。則流量的相對誤差為

　　從式（2）可得，在前直管段0D、3D處擾動與無擾動時流量的相對誤差曲線，如圖7所示，后直管段0D、3D處擾動與無擾動時流量的相對誤差曲線，如圖8所示，其中將流量小于0.5m3/h的電流信號切除（當(dāng)流量值較小，電流I0接近4時，δ將很大，沒有實際意義）。




3試驗中發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象
　　當(dāng)流量增大到8m3/h時，在以電磁流量計作為標準表的水流量標準裝置上進行測試時，由于流量波動太大已難以讀數(shù)。在用玻璃轉(zhuǎn)子流量計進行比對測量時，能直觀地發(fā)現(xiàn)浮子上下大范圍地沉浮，管道內(nèi)的壓強波動較大，流速場變化明顯。
　　另外，由于V錐流量計輸出的差壓較低，引壓管液位的微小波動或差壓變送器零漂對流量有著顯著的影響。如在流量點1m3/h處，實測輸出電流僅為4.117mA，由于差變的量程為6kPa，對應(yīng)的差壓Δp=[（4.117-4）mA/（20-4）mA]×6kPa≈0.044kPa。在流量計靜態(tài)時，若管道內(nèi)壓力波動或引壓管內(nèi)氣泡等原因?qū)е乱龎汗軆?nèi)壓差不平衡，只要產(chǎn)生44Pa相當(dāng)于4.5mm水柱的液位差，即可產(chǎn)生高達1m3/h的虛假流量[4]。雖然V錐流量計的壓損相對較小，但產(chǎn)生的差壓也相對較低，因此，小流量時的測量誤差應(yīng)引起足夠重視。
4結(jié)語
1）在0D處V錐流量計具有較好抗管道口徑突變的能力。
2）前、后0D、3D處擾動對V錐流量計測量性能的影響不可忽視。
3）配置高精度、低零漂差壓變送器，差壓引壓管應(yīng)具有良好的工作狀態(tài)，否則，小信號有效切除的難度較大，并將縮減成套V錐流量計的范圍度。
4）V錐流量計是一個典型的懸臂梁結(jié)構(gòu)，即使是穩(wěn)定流在支撐桿上流過，發(fā)生“卡門”渦街是不可避免的，同時受上游來流沖擊也會產(chǎn)生時變加速度將誘發(fā)流體振蕩，當(dāng)與懸臂梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生共振時將對測量結(jié)果產(chǎn)生較大影響。
由于阻流件類型的復(fù)雜多樣，以及V錐流量計的結(jié)構(gòu)、制造及安裝等原因，對擾動產(chǎn)生測量誤差的研究將是長期和艱巨的。通過擾動對V錐流量計測量性能影響，拋磚引玉，將有效助推V錐流量計的進步與流量的發(fā)展。

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