影響分體式電磁流量計響應速（sù）度的常見因素（sù）及處理結果分析

摘要：分析影響分體式電磁流（liú）量計響應速度的常見因素，通過實驗測（cè）試研究分析了某型號分體式電（diàn）磁流（liú）量計在+23℃、-30℃和-40℃三種溫度θ下，出口壓力（lì）p2分別在2.1kPa和30kPa時，流量變化分別從*1階（jiē）梯突變到*5階梯時的響應速度。
響應速度是分（fèn）體（tǐ）式電磁流量計性能指標之一，它對於滿足下遊用戶對燃氣的（de）需求起著重要作用。通常情況下，分體式電磁流量計的響應速度由以下幾個因素決定，溫度θ的高低，摩擦（cā）力F的大小，潤滑脂的（de）黏度μ，以及（jí）下（xià）遊（yóu）管道容（róng）積V的大小（xiǎo）等。在我國北方寒冷（lěng）的冬季，室外平（píng）均溫（wēn）度在零下-10℃左右（yòu），局部地區達（dá）到零下-20℃、-30℃，這對於工作在室外的分體式電磁流量計是一個*大的（de）挑戰（zhàn）。同時，天然氣在絕熱節流膨脹的傳輸過程（chéng）中，由於焦耳（ěr）-湯（tāng）姆遜效應，隨著壓力降的增加，溫度會逐漸降低，這又會加劇分體式電磁流量計工作的惡（è）劣（liè）環境。
1、影響分體式電磁流量計響應（yīng）速度的常見因素
影響分體（tǐ）式電磁流量（liàng）計響應的因素主要從以下幾個方麵考慮：
1.1 從設計方麵，分體式電磁流量計的響應速度主要取決於以下幾個因素
（1）係統摩擦力的大小；
（2）設計時係統平衡力是趨於開啟還是趨（qū）於關閉；
（3）阻（zǔ）尼器阻力大小；呼吸孔氣體交換的速度；
1.2 從燃氣傳輸係統方麵考慮，取（qǔ）決於下麵兩（liǎng）個因素
（1）下遊管線體積越（yuè）小，越不利於係統（tǒng）響應；
（2）氣體介質密度越大，其流動（dòng）性（xìng）越差，係統響應（yīng）也越慢。
1.3 從使用環境來看，有以下2個因素：
（1）分體式電磁流量計工作的環境溫度（dù）
（2）工作介質的（de）清潔程度
本文主要從分體（tǐ）式電磁流量計使用的環境溫度方麵考慮，結合（hé）客戶在使用中遇到的（de）實際問（wèn）題，對分體式電磁流量計（jì）在不同的溫（wēn）度條件下進行測（cè）試、分析。圖1所示為北美客戶所使（shǐ）用某型號分體式（shì）電磁流量計典型工作環境，由於該產品工作在戶外，冬季夜間溫度可達到-30℃到（dào）-40℃，工作環境*其惡劣。

2、實驗室模擬測試
2.1 實驗內（nèi）容（róng）
該（gāi）測試主要利（lì）用實驗室（shì）測試條（tiáo）件，模擬（nǐ）客戶（hù）現場使用情況。其主要測試內容包括：測試分體式電磁流量計在+23℃，-30℃和（hé）-40℃三種溫度下，分體式電（diàn）磁流量計出口壓力分別在2.1kPa和30kPa時，流量分別從*1階梯到（dào）*5階梯時的響應速度（dù），客戶所提供的流量階梯如圖2所示。橫軸（zhóu）表示下遊球閥開啟動作時間，縱軸（zhóu）表示分體式電磁流量計下遊需要的流量q。

2.2 實驗裝置
分體式（shì）電磁流量計響應測試裝置（zhì）圖見圖3。實驗裝置主要由某型號分體式電磁（cí）流量計，恒（héng）溫溫控箱，DN40壓力管道（dào），三通，球閥，壓力變送器，流量計和數據采集係統等組成，實驗介質為清（qīng）潔的壓縮空氣。
其中被測分體式電磁流量計是符合GB 27790-2011《城鎮分體式電磁流量計》規定的“靜特性測試裝置（zhì）”，穩壓精度可達AC5。
恒（héng）溫溫控（kòng）箱：控溫範圍為-78℃-180℃，精度為（wéi）+0.1℃。
壓力變送器：進口壓力端量程0-100Psi，出口壓力端0-250英寸水柱，精度均為±0.025%。
流量計：采用（yòng）精度為±0.35%的（de）質量流量（liàng）計。
球閥：響應（yīng）速度為150ms
數據（jù）采集係統：NI Labview采集係統，數據采集頻率為50次/s。

2.3 實驗步（bù）驟
將某型號（hào）分體式電磁流量計安裝在如圖3所示的測試管線上分別將分體式（shì）電磁流量計的出口壓力p2設定在2.1kPa和30kPa，其響應速度測試實驗步驟如下：
開啟1號球閥（fá），同時關閉2，3，4號（hào）球閥，使係統流量q維持在8.5m3/h，將溫控箱溫度設定在-30℃，並（bìng）維持24h，使分體式電（diàn）磁流量計所有零部件均達到相同溫度。
打開數據采集係統，並將采樣頻率設定在50次/s，采集時間t為120s的數據。
打開2號球（qiú）閥，使測（cè）試係統流量q由8.5m3/h增加到51m3/h。
采集120s的數據。
同時打開3，4號球閥，使係統流量q由（yóu）51m3/h增加到164m3/h。
采集120s的數（shù）據。
關閉4號球閥，使係統（tǒng）流量q由164m3/h降低至119m3/h。
采集120s的數（shù）據。
同時關閉2，3號球閥，使係統流量q 由119m3/h降低至8.5m3/h。
采集120s的數據。
關閉數據采集係統。
將（jiāng）溫控箱溫度重新設定至-40℃，和+23℃，重複步驟a）到l）。
3、實驗數據處理及結果分析
3.1 實驗數據（jù）處理
通過實驗室的模擬測試，對於2.1kPa和30kPa出口設（shè）定壓力，分（fèn）別得（dé）到的6條（tiáo）曲線，3條不同溫度下的壓力曲線和3條（tiáo）不同溫度下的流（liú）量曲線，如圖4和圖5所示。在*120s、240s和360s時，由於流量突然增加，造成（chéng）出口壓力瞬（shùn）時降低。在*480s時，由於流量突然減小，造成（chéng）出口（kǒu）壓力瞬時（shí）升高。圖中的橫軸表示球（qiú）閥的動作響應時間，*一縱軸對（duì）應分體式電磁流量計（jì）出口壓力p2，*二（èr）縱軸表示分體式電磁流量計對應該出口壓力下流（liú）量q。

3.2 實驗結果分析（xī）
為了深入研究溫度及流量突（tū）變對（duì）分體式電磁流量計響應速度的影響趨勢（shì），把每個流量突變點前後的出口壓力p2，流量（liàng）q列表如表（biǎo）1所示（shì）。
從*1階梯到（dào）*2階梯，以及從*2階梯到*3階（jiē）梯，下遊用戶需求量（liàng）突然增大，流量陡增，分體式電磁流量計不能及時打開，造成出口壓力p2在流量陡增的瞬間下降，然後逐漸恢複平衡。相應的從*3階梯到*4階梯，以及從*4階梯到*5階梯，下遊用戶需求量突然減小，流量陡降，分體式電磁流量計不能及時關閉，造成（chéng）出口壓力p2在流量陡降的瞬間突然升高，然後逐漸恢複平衡。
為了更直觀嚴謹的對（duì）比每個階段響應速度的不同，對原始數據進行處理，得到如下表格2和表（biǎo）格3。將△p2%/△q%作為響應速度的（de）直觀量化表達，若△p2%/△q%的值大，說（shuō）明單位流量變化照成的出口壓力變化（huà）大，即說明（míng）分體式電磁流量計響應相對較慢（màn），反之亦然。


4、結束語
在相同條件下，工（gōng）作環境溫度越（yuè）低，分體（tǐ）式電磁流量計響應速度越慢。在流量陡降瞬間，-40℃溫度（dù）條件下，分體式電磁流量計的響應速度*慢。
分體式電磁流量計在流量陡降時（*3階梯到（dào）*4階梯，*4階梯到*5階梯）比流量陡增時（*1階梯到*2階梯，*2階梯（tī）到*3階梯）響應速度慢。即（jí）分體式電磁流量計在關閉時的響應速度比打開時的響應速度慢。
在相同工況下，分體式電磁（cí）流量計（jì）出口壓力p2的設定值越低，其響應速度相對越慢。

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