摘要：分析影响循环水流量计响应速度的常见因素，通过实验测试研究分析了某型号电磁流量计在+23℃、-30℃和-40℃三种温度θ下，出口压力p2分别在2.1kPa和30kPa时，流量变化分别从*1阶梯突变到*5阶梯时的响应速度。
响应速度是电磁流量计性能指标之一，它对于满足下游用户对燃气的需求起着重要作用。通常情况下，电磁流量计的响应速度由以下几个因素决定，温度θ的高低，摩擦力F的大小，润滑脂的黏度μ，以及下游管道容积V的大小等。在我国北方寒冷的冬季，室外平均温度在零下-10℃左右，局部地区达到零下-20℃、-30℃，这对于工作在室外的电磁流量计是一个*大的挑战。同时，天然气在绝热节流膨胀的传输过程中，由于焦耳-汤姆逊效应，随着压力降的增加，温度会逐渐降低，这又会加剧循环水流量计工作的恶劣环境。
1、影响循环水流量计响应速度的常见因素
影响电磁流量计响应的因素主要从以下几个方面考虑：
1.1 从设计方面，电磁流量计的响应速度主要取决于以下几个因素
（1）系统摩擦力的大小；
（2）设计时系统平衡力是趋于开启还是趋于关闭；
（3）阻尼器阻力大小；呼吸孔气体交换的速度；
1.2 从燃气传输系统方面考虑，取决于下面两个因素
（1）下游管线体积越小，越不利于系统响应；
（2）气体介质密度越大，其流动性越差，系统响应也越慢。
1.3 从使用环境来看，有以下2个因素：
（1）电磁流量计工作的环境温度
（2）工作介质的清洁程度
本文主要从循环水流量计使用的环境温度方面考虑，结合客户在使用中遇到的实际问题，对电磁流量计在不同的温度条件下进行测试、分析。图1所示为北美客户所使用某型号电磁流量计典型工作环境，由于该产品工作在户外，冬季夜间温度可达到-30℃到-40℃，工作环境*其恶劣。
2、实验室模拟测试
2.1 实验内容
该测试主要利用实验室测试条件，模拟客户现场使用情况。其主要测试内容包括：测试电磁流量计在+23℃，-30℃和-40℃三种温度下，电磁流量计出口压力分别在2.1kPa和30kPa时，流量分别从*1阶梯到*5阶梯时的响应速度，客户所提供的流量阶梯如图2所示。横轴表示下游球阀开启动作时间，纵轴表示循环水流量计下游需要的流量q。
2.2 实验装置
循环水流量计响应测试装置图见图3。实验装置主要由某型号电磁流量计，恒温温控箱，DN40压力管道，三通，球阀，压力变送器，流量计和数据采集系统等组成，实验介质为清洁的压缩空气。
其中被测电磁流量计是符合GB 27790-2011《城镇电磁流量计》规定的“静特性测试装置”，稳压精度可达AC5。
恒温温控箱：控温范围为-78℃-180℃，精度为+0.1℃。
压力变送器：进口压力端量程0-100Psi，出口压力端0-250英寸水柱，精度均为±0.025%。
流量计：采用精度为±0.35%的质量流量计。
球阀：响应速度为150ms
数据采集系统：NI Labview采集系统，数据采集频率为50次/s。
2.3 实验步骤
将某型号循环水流量计安装在如图3所示的测试管线上分别将电磁流量计的出口压力p2设定在2.1kPa和30kPa，其响应速度测试实验步骤如下：
开启1号球阀，同时关闭2，3，4号球阀，使系统流量q维持在8.5m3/h，将温控箱温度设定在-30℃，并维持24h，使电磁流量计所有零部件均达到相同温度。
打开数据采集系统，并将采样频率设定在50次/s，采集时间t为120s的数据。
打开2号球阀，使测试系统流量q由8.5m3/h增加到51m3/h。
采集120s的数据。
同时打开3，4号球阀，使系统流量q由51m3/h增加到164m3/h。
采集120s的数据。
关闭4号球阀，使系统流量q由164m3/h降低至119m3/h。
采集120s的数据。
同时关闭2，3号球阀，使系统流量q 由119m3/h降低至8.5m3/h。
采集120s的数据。
关闭数据采集系统。
将温控箱温度重新设定至-40℃，和+23℃，重复步骤a）到l）。
3、实验数据处理及结果分析
3.1 实验数据处理
通过实验室的模拟测试，对于2.1kPa和30kPa出口设定压力，分别得到的6条曲线，3条不同温度下的压力曲线和3条不同温度下的流量曲线，如图4和图5所示。在*120s、240s和360s时，由于流量突然增加，造成出口压力瞬时降低。在*480s时，由于流量突然减小，造成出口压力瞬时升高。图中的横轴表示球阀的动作响应时间，*一纵轴对应电磁流量计出口压力p2，*二纵轴表示电磁流量计对应该出口压力下流量q。
3.2 实验结果分析
为了深入研究温度及流量突变对循环水流量计响应速度的影响趋势，把每个流量突变点前后的出口压力p2，流量q列表如表1所示。
从*1阶梯到*2阶梯，以及从*2阶梯到*3阶梯，下游用户需求量突然增大，流量陡增，电磁流量计不能及时打开，造成出口压力p2在流量陡增的瞬间下降，然后逐渐恢复平衡。相应的从*3阶梯到*4阶梯，以及从*4阶梯到*5阶梯，下游用户需求量突然减小，流量陡降，循环水流量计不能及时关闭，造成出口压力p2在流量陡降的瞬间突然升高，然后逐渐恢复平衡。
为了更直观严谨的对比每个阶段响应速度的不同，对原始数据进行处理，得到如下表格2和表格3。将△p2%/△q%作为响应速度的直观量化表达，若△p2%/△q%的值大，说明单位流量变化照成的出口压力变化大，即说明电磁流量计响应相对较慢，反之亦然。
4、结束语
在相同条件下，工作环境温度越低，电磁流量计响应速度越慢。在流量陡降瞬间，-40℃温度条件下，电磁流量计的响应速度*慢。
循环水流量计在流量陡降时（*3阶梯到*4阶梯，*4阶梯到*5阶梯）比流量陡增时（*1阶梯到*2阶梯，*2阶梯到*3阶梯）响应速度慢。即电磁流量计在关闭时的响应速度比打开时的响应速度慢。
在相同工况下，电磁流量计出口压力p2的设定值越低，其响应速度相对越慢。
