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      有幹擾的電磁流量标定中的疑難問題及解決方法

      發布日期:2020-03-02  
      有幹擾的電磁流量計幹式标定中的疑難問題及解決方法 封閉管道式超聲波流量計用于開放型梯形明渠計量電廠回水消耗水量在我省尚屬首例。2002年10月,遼甯清河發電有限責任公司在回水明渠由安裝三組韓國昌民公司生産的5聲道超聲波UR2000流量計及UR1000水位計,用以計量電廠回水消耗水量。流量計、水位計自安裝運行以來,我們發現明渠耗水量很小,甚至出現消耗為負值的不合理情況。為此,我們依照《檢定規程》,參照昌民公司提供的有關數據進行了大量的研究、計算和分析,經過遼甯省計量院先後多次标定以及參考運行情況,在确定流量計設備不确定度過程中,仍有許多疑難問題值得提出和總結,有待進一步探讨和研究。 管道式超聲波流量計 2 幹式标定及其主要内容 超聲波流量計原理采用時差法測量明渠各層面平均流速,求出流速分布曲線。根據水位計測得的水位來計算梯形明渠端面積,進而得出其流量。 在明渠上,以超聲波明渠流量計的原理和流體力學理論為基礎,将各測量參數在外部測量,把各測量參數的誤差綜合來決定誤差,這種間接測量流量計的誤差的方法,叫幹式标定。幹式标定與傳統實流标定不同,可以在不停止流動的情況下,在線對流量計誤差進行标定。 幹式标定不确定度計算内容主要有: ① 線流速測量不确定度,包括時間測量不确定度、聲道長度測量不确定度以及聲道角度測量不确定度。 ② 端面積測量不确定度,包括渠端面輪廓測量誤差和測量水位時産生的水位測量誤差。 ③ 不同流速分布下的不确定度,在多聲道工作狀态下(3個以上),能夠再現流速分布,依據多面平均法計算,或依據平均端面計算流出量時流出量計算不确定度。 ④ 流量不确定度計算,即每個誤差源平方之和的平方根。以此參照流量計性能指标,确定标定等級。 3 實際标定中的疑難問題 現場标定中主要存在以下疑難問題: 3.1 流速分布誤差的計算 流速分布誤差在不确定度的計算中起至關重要的作用,直接影響标定的等級。實際流場由于受提水站、明渠端面等諸多因素影響,多以紊流、亂流(旋渦、橫流)為主,所以精确地測量出流速分布函數,确定流速分布形态,成為流量計算以及不确定度計算的核心問題。設備安裝地址最好選擇在流态穩定,上下遊直管段要足夠長(至少5倍渠寬)。 3.2 平均端面的确定 平均端面對不确定度計算也有重要影響。超聲波流量計适用于平面規整的明渠水道,經過對安裝地址上下遊12個端面,取同一水位實際測量時發現,面積誤差最大達到7.4%,說明回水明渠并非完全規整平面的渠道,對流速分布有影響。如何确定典型端面,以及将典型端面演算到規整的平均端面是不确定度計算中難點問題。 3.3 水溫對誤差計算的影響 水溫對聲波傳播速度有明顯影響。電廠明渠水溫在冬夏、上下遊,甚至每一天都有較大變化,特别是實際現場,明渠水溫與液位測井的水溫有較大差别,嚴重影響了不确定度。究竟溫度綜合影響有多大,是個疑難問題。 3.4 傳感器探頭高出渠壁20cm以上。對流速測量及計算面積的影響 根據計算,假設為規整渠道,不同水位下,探頭未測到部分平均占3.5%,對流量計算有嚴重影響,而且如何演算到全端面,是個難點。建議傳感器座在渠壁内,探頭與壁齊平為好。 3.5 液位計水深與明渠水深存在同步敏感程度的誤差 現場中,明渠水深,在同一時間上,與液位計水深同步變化不同,直接影響流量測量及不确定度計算。 4 結語 多聲道超聲波用于大斷面明渠流量測量,現有理論充分,但真正用好測準并不容易,系統誤差、人為誤差,環境因素的影響,造成不确定度計算的複雜性。通過這次實踐,主要體會如下: ① 要有一個高效的項目組織體系,從考察、選購、安裝、标定到後期維護運行,都需要良好的組織、協調和溝通,保證産品的順利使用,節約時間和财力。 ② 要根據測量對象及現場實際情況有針對性地制定測量方案,才有可能達到測量目的,滿足測量要求。 ③ 選準測量位置,要充分保障測量點上下執行段的長度,以保證測量點流态穩定。 ④ 精确校準測量系統各通道的傳輸延遲時間,正确設定測量系統内部參數。 ⑤ 精确測量執行渠道斷面的幾何參數,換能器的安全位置,牢固安裝水下設備。 水,作為一種商品,準确計量有利于節約用水和促進國民經濟的發展,正确地選擇計量儀器,準确地确定誤差,對于水計量有重要的意義。在封閉管道式超聲波流量計用于開放型梯形明渠中,上述出現的疑難問題,有的已經解決,有的仍需要進一步探讨和研究。 解上述方程組得 式中 c、d——積分常數,由邊界條件确定 假定圓筒是經過切削加工而成的。在加工圓筒的外圓或内孔時,刀尖作用在工件上的切削力可以分解為沿工件圓周切線方向的分力ft、沿工件軸向切削 分力fz以及沿工件徑向的分力fr。在切削力的作用下,工件表層材料在圓周方向、軸向和切向都将産生變形,當切削力去除後,這些變形不能完全恢複,因而加 工後在工件表層産生殘餘應力。因此,經切削加工的圓筒零件,表層殘餘應力理論上應為三向應力,可以将其表示為圓周切向應力σθ、軸向應力σz與徑向應力 σr。切削方法不同,各切削分力之間的比例關系也不相同,如在車削或磨削圓柱面時,切向分力ft比軸向分力fz大得多,一般ft=(2~3)fr。由于切 削分力的比例關系不同,引起的殘餘應力之間的比例關系也不相同。在一般情況下,特别是當圓筒的壁厚較薄時,徑向殘餘應力σr很小,而圓周方向的殘餘應力 σθ是主要的,因此,在利用邊界條件确定公式(8)~(11)的積分常數c和d時,為簡化計算,可隻考慮圓周方向殘餘應力σθ的影響。 因圓筒内的應力是平衡的,故各處的應力必然滿足式(8)、(11)。設圓筒内、外邊界上的圓周向應力分别為σθa、σθb,将r=a時σθ=σθa與r=b時σθ=σθb代入式(9)就可獲得邊界常數c、d,再将c、d代入(11)式可得圓筒壁内任一點的徑向位移u 另外,材料的彈性模量随溫度的變化規律可用下式表示 式中 e0——溫度為t0時材料的彈性模量,可取t0=0℃ αe——彈性模量的溫度系數,普通的金屬材料一般為負值,且 e0
      
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