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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生器時流量的相對誤差。結果表明，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，節流裝置的安裝使用應具備相應的管道條件，上下游配置的直管段長度須滿足相關技術要求。對于目前仍廣泛使用的標準孔板來說，只要按標準[1-2]設計、制造，前后直管段的配管長度、內徑、圓度等滿足規范要求，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性，由于沒有擾動對V錐流量計測量性能的影響進行系統的研究，使得配多長的直管段才合適沒有足夠的實驗數據支撐，對此業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，雖然其結構具有一定的自整流能力，但其不對稱的取壓結構，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雜性，不可避免地會產生測量附加誤差，更沒有形成成套的技術手冊用于指導設計、生產、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置為線性關系，以提高小流量時輸出電流的靈敏度；配置0.05級四位半數字多用表用于指示差壓變送器輸出電流值；工作介質水為牛頓流體，連續并充滿圓管及節流件，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生器，圓片型左漩漩渦擾動發生器，如圖1所示，圓片型右漩漩渦擾動發生器，如圖2所示，圓片型速度剖面流動擾動發生器，如圖3所示，短接環如圖4所示。

　　圓片型左漩、右漩漩渦擾動發生器可產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生器可產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，研究當管道口徑突變時，引起的擾流對V錐流量計所產生的影響。值得說明的是圓片型左漩漩渦擾動發生器、圓片型右漩漩渦擾動發生器、圓片型速度剖面流動擾動發生器是依據參考文獻[3]附錄B而設計制作。前直管段0D、3D設置擾動器的實驗數據，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生器、圓片型右漩漩渦擾動發生器、圓片型速度剖面流動擾動發生器，同時進行了管徑從DN50突變地縮小到DN40的試驗。實驗數據如表2所示。


2數據處理
　　由于差壓變送器的輸出電流正比于輸入差壓，設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ReD＜2300為層流狀態，ReD=2000～4000為過渡狀態，ReD＞4000為紊流狀態，流體雷諾數的計算公式如下：

式中：
qv——體積流量，m3/h；
D——管道內徑，mm；
ν——流體運動黏度，m2/s
　　差壓式流量計需有適用的雷諾數ReD范圍工作于湍流流動狀態。當管道內徑D為50mm，水的運動黏度ν為1.006×10-6m2/s，雷諾數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范圍內為過渡狀態。
　　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試驗中發現的現象
　　當流量增大到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。在用玻璃轉子流量計進行比對測量時，能直觀地發現浮子上下大范圍地沉浮，管道內的壓強波動較大，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，對應的差壓Δp=[（4.117-4）mA/（20-4）mA]×6kPa≈0.044kPa。在流量計靜態時，若管道內壓力波動或引壓管內氣泡等原因導致引壓管內壓差不平衡，只要產生44Pa相當于4.5mm水柱的液位差，即可產生高達1m3/h的虛假流量[4]。雖然V錐流量計的壓損相對較小，但產生的差壓也相對較低，因此，小流量時的測量誤差應引起足夠重視。
4結語
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，差壓引壓管應具有良好的工作狀態，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構，即使是穩定流在支撐桿上流過，發生“卡門”渦街是不可避免的，同時受上游來流沖擊也會產生時變加速度將誘發流體振蕩，當與懸臂梁結構產生共振時將對測量結果產生較大影響。
由于阻流件類型的復雜多樣，以及V錐流量計的結構、制造及安裝等原因，對擾動產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展。

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