1前(qián)言(yán)
在實際的生(shēng)産過程中(zhōng)，爲了有(yǒu)效地進行操作、控(kòng)制(zhì)和(hé)監督，常常需要檢測(cè)各(gè)種流體(tǐ)的流量(liàng)。流(liú)量檢測(cè)儀表是發展(zhǎn)生産，節約能(néng)源(yuán)，改進産品質量，提高經(jīng)濟效益和管(guǎn)理水平的(de)重要工具，同時也是工業自動(dòng)化儀表和裝置(zhì)中的(de)重要儀表(biǎo)之一。
在流(liú)量檢測中(zhōng)有體積流(liú)量和(hé)質量流量兩種方式(shì)進行(háng)測量。質量(liàng)流量(liàng)常常(cháng)需要被測(cè)物(wù)的密度來進(jìn)行檢測(cè)，而(ér)被測(cè)物中含有(yǒu)一定(dìng)的雜質(zhì)導緻測(cè)量的(de)正(zhèng)确。所以在(zài)這種(zhǒng)情(qíng)況下(xià)體積流量的優勢就(jiù)體現出來了。
在體(tǐ)積流量(liàng)中有(yǒu)一(yī)種測量裝置———差壓式流(liú)量計受歡迎。差(chà)壓式流(liú)量(liàng)計具有結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格合(hé)理、使用方(fāng)便的(de)優勢，成爲(wèi)目前工業(yè)生産中應(yīng)用的(de)一種(zhǒng)流量計。
2流(liú)量計(jì)的分(fèn)析及改進(jìn)
2.1差壓式(shì)流量計
差壓(yā)式流(liú)量計(jì)是基于流體的(de)節流原(yuán)理。它是(shì)利用(yòng)流體(tǐ)流經(jīng)節流裝(zhuāng)置時産(chǎn)生的壓力(lì)差來(lái)進行計算測出流量的。在流通管道上設(shè)置一(yī)個流(liú)動阻(zǔ)力件，當流體(tǐ)流經阻(zǔ)力件時(shí)将(jiāng)産生(shēng)壓力差，而這個(gè)壓力(lì)差與(yǔ)流體(tǐ)流(liú)量之(zhī)間有确(què)定的(de)一個數(shù)值關系，通過測量(liàng)出這(zhè)個壓力差就可(kě)以(yǐ)求得流(liú)體流量(liàng)。
産(chǎn)生差(chà)壓的裝置有(yǒu)許(xǔ)多種(zhǒng)，包括節流(liú)裝置、動壓管、均速管、彎管等。在(zài)節流裝置中常(cháng)用的:孔闆流量(liàng)計、噴嘴(zuǐ)、文丘利(lì)管等。這裏(lǐ)主要(yào)分析(xī)闆孔(kǒng)型節(jiē)流裝置和運用(yòng)。
2.2節流(liú)式流量計(jì)
孔闆(pǎn)節流(liú)式流量計可用于測(cè)量液體、氣(qì)體或(huò)蒸汽(qì)的流量。此(cǐ)流量計是(shì)應用(yòng)成熟的差(chà)壓式(shì)流量計，至(zhì)今在(zài)流量(liàng)儀表中占有(yǒu)重(zhòng)要的地位(wèi)。
節流(liú)式流量計(jì)中産生差(chà)壓的(de)裝置(zhì)稱節(jiē)流裝置，其主體(tǐ)是一個局部收縮阻(zǔ)力件，稱(chēng)爲(wèi)節流(liú)元件(jiàn)。通(tōng)過節流(liú)元件改變(biàn)流體流通(tōng)截面，從而(ér)在節流元件前(qián)後形(xíng)成壓力差(chà)。節流裝置(zhì)分爲(wèi)标準節流裝置和非标準(zhǔn)節流(liú)裝置，标準節流(liú)裝置的研究最(zuì)爲充分(fèn)，裝置型式已經标(biāo)準化和通(tōng)用化(huà)，隻需(xū)要根(gēn)據有關标(biāo)準進行設計計(jì)算，嚴格按(àn)照加工要(yào)求和安裝(zhuāng)要求，這樣的節(jiē)流(liú)裝置(zhì)不需要(yào)經過(guò)單獨(dú)标定(dìng)就可以使(shǐ)用。而(ér)非标準節流裝(zhuāng)置用以解決髒(zāng)污和高黏度流(liú)體的(de)流(liú)量測量(liàng)問題(tí)，尚缺乏足(zú)夠的實驗數據(jù)，因此沒有标準(zhǔn)化(huà)。
節流式流量(liàng)計的特點是結構簡單，無可動部件;可靠性較高;複現性能好(hǎo);适應性較(jiào)廣，它适用(yòng)于各種工(gōng)況下的單相流(liú)體，适(shì)用的管道(dào)直徑範圍寬，可(kě)以配(pèi)用通(tōng)用差(chà)壓計;節流裝置(zhì)已有(yǒu)标準化型式。其主(zhǔ)要缺點是安裝要求嚴(yán)格;流量計前後(hòu)要求較長(zhǎng)的直(zhí)管段;測量(liàng)範圍(wéi)窄，一(yī)般(bān)範圍度(dù)爲3∶1;壓(yā)力損(sǔn)失較(jiào)大;對于較小直(zhí)徑管道測量比(bǐ)較困難(nán)，精(jīng)度不(bú)夠高(gāo)。
2.3節(jiē)流原理與流(liú)量方程
首(shǒu)先介紹流量計(jì)算方(fāng)程中需要用到(dào)的參(cān)數及(jí)其意義:
ρ—流體密(mì)度;
d、a1—管道(dào)直徑和(hé)截面(miàn)積;
d2、a2—流束最(zuì)細處(即截面(miàn)b處)流束直徑和截(jié)面積;
d、a0—孔(kǒng)闆開孔直徑和開(kāi)孔截(jié)面積;
p1、p2—孔闆(pǎn)前後(hòu)固定位置處靜(jìng)壓力。
管道中(zhōng)流動的流體具(jù)有一定的(de)能量(liàng)，即靜(jìng)壓能和動(dòng)能，并(bìng)且(qiě)這兩種能量可以相互轉化(huà)。可以明顯看出孔闆前(qián)後(hòu)流體的速(sù)度和(hé)靜壓(yā)力(lì)的(de)變化(huà)情況(kuàng)。流體在截(jié)面a以前(qián)，靜壓力(lì)爲p11，流速爲(wèi)υ1，當流體靠近孔(kǒng)闆時，管壁處(chù)的(de)流體此時(shí)受到的阻(zǔ)擋最大，使(shǐ)得部(bù)分動能轉換爲(wèi)了靜壓能，導緻靜壓力(lì)升高，産(chǎn)生靠近管(guǎn)壁流體(tǐ)與(yǔ)管(guǎn)道中心(xīn)流體間的(de)徑向(xiàng)壓差，從(cóng)而使得(dé)靠近(jìn)管壁(bì)流體的流(liú)向與(yǔ)管道(dào)軸線相傾斜，形成了流速收縮運動。由于(yú)慣性(xìng)的作用，流束最(zuì)細處(chù)在孔闆後(hòu)的截面b處，此時(shí)流速υ2最大，而(ér)靜(jìng)壓力p22最小，之後流束漸(jiàn)漸擴大(dà)，到截(jié)面(miàn)c處完全(quán)複原，流速υ3=υ1．
由于(yú)節流(liú)裝置的(de)存在，流體形(xíng)成的(de)局部(bù)渦流和克(kè)服摩(mó)擦力，消耗(hào)部(bù)分能(néng)量，所以(yǐ)流體的靜壓力(lì)不能恢複(fú)到原來的數(shù)值p11，壓力(lì)損失(shī)值爲δp=p11－p3.
流量方程的推導:
由(yóu)于最小(xiǎo)流束截(jié)面b的位置(zhì)是不(bú)固定的，會随流體性質(zhì)和直徑(jìng)比β=d/d變化而變化(huà)，因此不可(kě)能取得最(zuì)小截(jié)面壓力，而隻能(néng)取出固定取壓(yā)位置(zhì)處的(de)壓力(lì)差Δp=p1－p2，又因爲(wèi)d2，a2無(wú)法測量，故用節流元件(jiàn)開孔(kǒng)直徑d和開(kāi)孔面積a0代替。
節流(liú)元件的型式(shì)、取壓方(fāng)式、節(jiē)流(liú)裝置開孔直徑(jìng)、管道(dào)直徑(jìng)和流體的(de)流動狀态(tài)都會(huì)影響(xiǎng)α。
2.4改善措施(shī)與應用領(lǐng)域
由于(yú)差(chà)壓式(shì)流量計(jì)具(jù)有結(jié)構簡(jiǎn)單、價格合(hé)理(lǐ)、使用方便的(de)優點，許多人都(dōu)喜歡(huān)使用(yòng)。但是(shì)在現場實際應(yīng)用中(zhōng)，往(wǎng)往有較(jiào)大(dà)的(de)測量誤差(chà)，這是由(yóu)于選型(xíng)、設計(jì)計算(suàn)、加工(gōng)制造(zào)和(hé)維護不(bú)當造成的(de)。針對這些狀況(kuàng)給出(chū)了一些改(gǎi)善措(cuò)施，提高測(cè)量正确度。
2.4.1使(shǐ)用标準孔闆
标準孔闆(pǎn)的β=d/d在0．2～0．75左右。爲了(le)方便(biàn)計算可(kě)取(qǔ)0．5。但是由(yóu)于标準孔闆(pǎn)測量(liàng)精度(dù)低，壓(yā)力(lì)損(sǔn)失大，隻用于(yú)清潔流(liú)體。
2.4.2節流裝置(zhì)的(de)設計(jì)和計算。
(1)已知管内(nèi)直(zhí)徑和現場布(bù)置情況，并且已(yǐ)知流體(tǐ)的性(xìng)質和工作(zuò)參數，給(gěi)出流量(liàng)測量(liàng)範圍，要求(qiú)設計标(biāo)準節流(liú)裝置(zhì)。這種情況(kuàng)下的(de)設計(jì)隻(zhī)要(yào)将自(zì)己選擇的(de)節流型式，測量(liàng)範圍還(hái)有節流(liú)元件的開孔尺(chǐ)寸等(děng)交給廠家(jiā)。廠家有完整的(de)手冊和軟件，可(kě)以按照用戶的(de)要求(qiú)提供。
(2)已知(zhī)管道内徑和節(jiē)流元件開孔尺(chǐ)寸、取壓方(fāng)式、被(bèi)測流體參數等(děng)必要條件(jiàn)。要求(qiú)根據所測得(dé)的(de)差壓(yā)值計算流(liú)量。這一般是實(shí)驗的工作(zuò)需要(yào)，爲了更加(jiā)正确(què)地求得流(liú)量，此(cǐ)時需(xū)要我(wǒ)們同(tóng)時正确(què)地測量流體(tǐ)的溫(wēn)度、壓(yā)力參數。
3結(jié)論
在(zài)實際(jì)生活(huó)中差(chà)壓式流量計的優點明顯，現在(zài)市場(chǎng)上所(suǒ)使用(yòng)的流量檢(jiǎn)測裝(zhuāng)置大部分都是差壓式(shì)流量計(jì)。孔闆節流(liú)式流(liú)量計(jì)作爲其中(zhōng)的(de)代表(biǎo)應用廣(guǎng)泛。在(zài)長(zhǎng)期的使(shǐ)用中手冊(cè)數據資料齊全，對我(wǒ)們而言(yán)是十分(fèn)有利(lì)的。我們隻(zhī)要按照标準來(lái)确定(dìng)自己的參數大小。按(àn)照計算方(fāng)便和加工(gōng)容易的考慮。
開(kāi)孔尺寸、工作參(cān)數等(děng)要求(qiú)。按照(zhào)這種方法，用戶(hù)可以(yǐ)自己(jǐ)簡單(dān)準确計算出自(zì)己生(shēng)産中(zhōng)所需(xū)的測量裝置;而(ér)在實驗工(gōng)作中，要求數據的更(gèng)加(jiā)正确和嚴謹(jǐn)，往往(wǎng)一個數(shù)據(jù)會保留到(dào)小數點後(hòu)面(miàn)幾位，這(zhè)樣在計算時如(rú)果出現平方開(kāi)根号現象(xiàng)會使得結果(guǒ)更加複(fú)雜，導緻制作加(jiā)工難(nán)度的上升(shēng)。如果(guǒ)合(hé)理(lǐ)取值(zhí)後計算(suàn)結(jié)果十(shí)分方(fāng)便(biàn)，對于計算加工都是有(yǒu)幫助的。這樣對于裝置可以更(gèng)加合理，生産(chǎn)力有了更大的提(tí)高。
相信(xìn)在未來(lái)孔闆節流式流(liú)量計(jì)會有更大的發(fā)展(zhǎn)和(hé)改善(shàn)，會有一批節流式流量計的出(chū)現投(tóu)入(rù)到更廣(guǎng)更深(shēn)的(de)市場運(yùn)用中去。
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