摘要:利用π定理(lǐ)推導出孔(kǒng)闆、文丘裏、電磁及 渦輪流量計 水力(lì)特性。将4種(zhǒng)流量(liàng)計 串聯(lián)組成測(cè)試裝(zhuāng)置進(jìn)行試驗研究,利用軟(ruǎn)件采集各(gè)流量(liàng)計測(cè)試數(shù)據,與(yǔ)稱重法(fǎ)測量數據進行對比。用(yòng)origin軟件繪出流量(liàng)曲線,分析在不(bú)同流量條(tiáo)件下各種(zhǒng)流量(liàng)計的(de)精度(dù)和誤差率(lǜ),以期爲流量計(jì)的選型和(hé)應用(yòng)提供有價值的(de)參考(kǎo)依據。
　　在泵(bèng)的運(yùn)行與調節(jiē)中,對(duì)泵流(liú)量的(de)測量是泵性能(néng)檢測的重(zhòng)要指(zhǐ)标,實(shí)際(jì)中要用(yòng)到大(dà)量(liàng)的(de)流量計,流量計性能(néng)将直接(jiē)反映(yìng)出泵的(de)流(liú)量精度(dù)[1-2],因此，有(yǒu)必(bì)要對(duì)流量計(jì)的(de)性能(néng)有所(suǒ)了解(jiě)和掌(zhǎng)握。本(běn)文對常(cháng)用的4種流(liú)量(liàng)計進行試驗(yàn)對比,得出了(le)相關(guān)結論(lùn),以期(qī)爲實際應(yīng)用及選型提供依據(jù)。
1常用的4種(zhǒng)流量(liàng)計(jì)
1.1孔闆、文(wén)丘裏(lǐ)流量計
　　孔(kǒng)闆(pǎn)、文(wén)丘裏流量計是基于伯努利方程原(yuán)理.制造的流(liú)量儀表(biǎo),如圖(tú)1和圖(tú)2所示。它(tā)利用流體流(liú)經節流裝置所産生的(de)壓差來(lái)測量流量，因此叫作差壓(yā)流量計(jì),是目前(qián)應用(yòng)最廣泛的一(yī)類流量(liàng)測量(liàng)儀表。其特(tè)點是:所測(cè)介質爲單相、均(jun1)質(zhì)的牛(niú)頓(dùn)流體(tǐ)，在通(tōng)過(guò)節流裝(zhuāng)置時不發(fā)生相(xiàng)變和析出雜質(zhì),在節(jiē)流裝置中不得有物質黏(nián)附或聚集。适(shì)用于圓管(guǎn)和上下遊有(yǒu)較長間距(jù)的直管(guǎn)段。流動(dòng)應連(lián)續、穩定,流(liú)線與管軸線平(píng)行。節(jiē)流裝(zhuāng)置結(jié)構簡單,使用壽命長,适應性比(bǐ)較廣，能夠(gòu)測量各種(zhǒng)工況(kuàng)下的流體,精度(dù)可達(dá).±1%;但其(qí)壓力損失較大(dà),刻度呈非線性(xìng)。
 
1.2電(diàn)磁流(liú)量計(jì)
　　 電磁(cí)流量計(jì) 是(shì)基于(yú)法拉第電磁感(gǎn)應定(dìng)律制成的(de)測量導電性液(yè)體的儀表(biǎo),如圖(tú)3所示。即(jí)利用電(diàn)磁感應(yīng)原理來(lái)測量導(dǎo)管中導(dǎo)電液體(tǐ)的平(píng)均流速。
 
　　其特(tè)點是(shì):測量通道爲(wèi)光(guāng)滑(huá)直管,不會阻塞,适用(yòng)于(yú)測量含固(gù)體顆(kē)粒的液固(gù)二相(xiàng)流體(tǐ)(如紙漿、泥漿.污(wū)水等),沒有(yǒu)壓力損失,所(suǒ)測(cè)體積(jī)流量不受(shòu)流體密(mì)度(dù)、黏度(dù)、溫度、壓力(lì)和電(diàn)導率(>10-5Ω/cm)的影(yǐng)響,測(cè)量範圍大(dà)(流速(sù)爲0.3~10m/s),口徑範圍寬(kuān)(3mm至3m),測量精度比較高(gāo)(基本誤差值的±0.2%~±0.5%),輸出(chū)與被(bèi)測介質(zhì)平均流(liú)速成正比(bǐ)，與流(liú)動狀态(tài)無(wú)關,可測量(liàng)瞬時脈動流量。但(dàn)是(shì)它不(bú)能測量電導(dǎo)率(lǜ)很低的液體(如(rú)石油制品),不能測量氣(qì)體、蒸汽和含有較大氣(qì)泡的(de)液體,不能(néng)用于(yú)測量較高(gāo)溫度的介質(易(yì)受外(wài)界電(diàn)磁幹(gàn)擾)。
1.3渦輪(lún)流(liú)量計(jì)
　　渦輪(lún)流量計 是基于動量(liàng)矩守恒原(yuán)理(lǐ)制造的速度(dù)式流(liú)量儀表,即利用置于(yú)流體中(zhōng)葉(yè)輪的旋轉(zhuǎn)角(jiǎo)速度與(yǔ)流體流(liú)速成比例的關系,通過(guò)測量葉輪的轉(zhuǎn)速來反映通過(guò)管道的體積流(liú)量,是(shì)目前流量(liàng)儀表中比(bǐ)較成(chéng)熟(shú)的高精度儀(yí)表,工作(zuò)原理如4所示。
 
　　其(qí)特(tè)點是(shì):結構簡單(dān)、加工零部件少、重量(liàng)輕、維(wéi)修方便、流通能(néng)力大(同樣(yàng)口徑(jìng)可通過的流量大),易實現(xiàn)脈沖遠距(jù)離傳送(sòng),可适應(yīng)高參(cān)數(高溫、高(gāo)壓和低溫(wēn))的測量需要,測量精(jīng)度較(jiào)高,測(cè)量範圍較(jiào)寬，動态響(xiǎng)應好(hǎo),壓力(lì)損失(shī)較(jiào)小(xiǎo);但是被測(cè)流體(tǐ)的部(bù)分(fèn)物性對測量(liàng)精(jīng)度有一(yī)定的(de)影響(xiǎng),不能(néng)長期保(bǎo)持(chí)校準(zhǔn)特性,對被測介(jiè)質清潔度(dù)要求較高(gāo),流體的溫(wēn)度、黏度、密(mì)度對(duì)儀表指示(shì)值有較大影響(xiǎng),由于(yú)有轉動(dòng)部件會(huì)帶來(lái)磨損,儀表(biǎo)的使用年限受(shòu)影響(xiǎng)。适宜(yí)測量比較潔淨的低黏度液體。
2π定理(lǐ)推導(dǎo)水力特性
2.1孔闆、文丘裏流(liú)量計(jì)水力特性(xìng)
　　對于孔闆、文丘裏流(liú)量(liàng)計,流速ʋ的影響因素有(yǒu):進口管徑d1、孔徑(jìng)(喉徑)d2、流體(tǐ)的密度ρ、動力黏度系(xì)數μ及(jí)斷(duàn)面間壓(yā)強差(chà)△p.據π定理:
 
　　由(yóu)(2)式可知,流量q與(yǔ)流量(liàng)系數μq、管(guǎn)道雷諾(nuò)數re及管徑(jìng)與孔(kǒng)徑比d2/d1有關(guān)。
2.2電磁(cí)流量(liàng)計水力特性(xìng)
　　當流體(tǐ)的電(diàn)導率大于10-5s/cm時,電(diàn)磁流(liú)量計 流速(sù)與(yǔ)流體的物性(xìng)無(wú)關,流速(sù)ʋ的影響因(yīn)素有(yǒu):電磁感應強度(dù)e、磁場(chǎng)強度(dù)b、管道(dào)直徑d.據(jù)π定理:
 
　　由(yóu)(4)式可知,當(dāng)磁場(chǎng)強度b、管道(dào)直徑(jìng)d爲常數時(shí)，流量(liàng)q僅與電磁(cí)感應強度e相關且成正比(bǐ)。
2.3渦輪流量(liàng)計水力特(tè)性
　　當(dāng)渦輪結構(gòu)一定(dìng)時,渦輪流(liú)量計(jì)流速(sù)v與葉輪的(de)轉速相關,故影響因素有:葉輪(lún)的旋轉角速度(dù)w、流體(tǐ)密度ρ、動力(lì)黏度系數(shù)μ、管徑(jìng)d、葉輪轉動(dòng)的阻力(lì)矩m(包括摩擦(cā)阻力(lì)矩和(hé)磁阻(zǔ)尼力矩等(děng)).據π定理:
 
 
　　由(yóu)(6)式可知,當(dāng)管徑(jìng)d一定,流量(liàng)q與渦(wō)輪轉速n成(chéng)--定的比例關系(xì),和雷諾數re、渦輪旋轉阻(zǔ)力與流(liú)體慣性力(lì)之比(bǐ)及渦輪平均半徑與管徑之比(bǐ)相關。
3試(shì)驗(yàn)裝置(zhì)及方(fāng)法
　　試驗測試裝置由電磁(cí)、渦輪、文(wén)丘裏和(hé)孔闆4個同口徑(中25mm)的流量(liàng)計,組(zǔ)成串(chuàn)聯(lián)管(guǎn)路、自(zì)動切換控制儀(yí)、計算機測(cè)控系(xì)統、自循環(huán)供水(shuǐ)系統及輔(fǔ)助補水機構(gòu),如圖5所(suǒ)示。
 
　　孔(kǒng)闆流(liú)量計(jì) 采用标準(zhǔn)孔闆(pǎn)角接取壓(yā),β=0.450;文(wén)丘(qiū)裏流量計(jì)采用(yòng)圓錐形(xíng)文丘裏(lǐ)管,β=0.628;電磁流量計(jì)傳感器型(xíng)号ldg-25s,精(jīng)度1級;渦輪(lún)流(liú).量(liàng)計傳感器(qì)型号lwgy-25a,精度(dù)0.5級。輔助補(bǔ)水機(jī)構(gòu)的(de)作用是當用稱重法(fǎ)測量時,對水箱進行(háng)補水(shuǐ)以保(bǎo)持水箱水(shuǐ)位不(bú)變,形成管道内恒速定常運動(dòng)。系統管徑φ25mm,流(liú)量範圍0~3m3/h。各(gè)流(liú)量計數據由計(jì)算機瞬時采集(jí)。稱重法(fǎ)由(yóu)秒表記錄(lù)時間,電子秤測(cè)試重量(liàng),采用同(tóng)一流量(liàng)測(cè)3次,取平均值爲測定流量。同一流量(liàng)4個流(liú)量計和稱重法同時測量(liàng),測定(dìng)流(liú)量值各(gè)不相同，以(yǐ)稱重(zhòng)法爲真(zhēn)值(zhí)基準(zhǔn)，通過(guò)分析(xī)對比(bǐ),揭示(shì)各自的性(xìng)能特點。
4試(shì)驗數(shù)據及(jí)分析
　　本試(shì)驗(yàn)測得流(liú)量計(jì)及稱(chēng)重法5組實(shí)驗數據,按試驗(yàn)順序計(jì)算彙總(zǒng)如表1和(hé)表2所示。爲了便于(yú)研究(jiū),将稱重法(fǎ)測(cè)量數據爲x軸(zhóu),各流(liú)量計(jì)數據與稱重法(fǎ)數據(jù)之差(chà)爲(wèi)y軸,以及相對(duì)誤差(chà)爲y軸,利用(yòng)origin軟件繪(huì)流(liú)量曲線如(rú)圖6、圖7所示(shì)。
 
 
　　分析圖(tú)6和圖7,當流量0.451m3/h時,管中水(shuǐ)速爲0.255m/s,雷諾數(shù)re=6336,處(chù)于紊流狀态。對(duì)于電磁(cí)流(liú)量計(jì),測量(liàng)精度主要(yào)受傳感器性能(néng)的影響，流(liú)速較(jiào)低時積聚(jù)在電(diàn)極上(shàng)的電(diàn)荷較(jiào)少,受縱(zòng)向(xiàng)速度(dù)影(yǐng)響(xiǎng)明顯,因此(cǐ)出現(xiàn)較(jiào)大的偏差;在(zài)流量逐漸(jiàn)增加的過程中,縱向(xiàng)速(sù)度(dù)的影(yǐng)響逐漸減小,誤差減(jiǎn)小,精度、可(kě)靠性增加(jiā),說明電磁流(liú)量計在(zài)小流量時精度(dù)較低(dī)。對于渦輪(lún)流量(liàng)計,流量與渦輪(lún)轉速(sù)成比(bǐ)例,與儀表常數(shù)有關(guān),小流量時(shí)出現偏差,測量(liàng)值偏小,這是因爲此時(shí)葉(yè)輪的機械摩擦阻力(lì)及磁阻尼(ní)力矩(jǔ)相對旋轉力矩(jǔ)較大，因此(cǐ)所測的流量值偏小(xiǎo);随着(zhe)流量的增加,旋(xuán)轉力矩增大,誤差(chà)逐漸減(jiǎn)小,精度、可靠性(xìng)增加。.對(duì)于(yú)文丘裏流(liú)量(liàng)計,屬于(yú)平緩節流,所測(cè)過程(chéng)中受旋渦(wō)影響較小，且沒有旋(xuán)轉(zhuǎn)部件,精(jīng)度取決于試驗(yàn)标定,因此精度(dù)、可靠(kào)性較高,說(shuō)明文丘裏流量計适應性(xìng)較廣。對于孔闆流量(liàng)計,小(xiǎo)流量(liàng)時所(suǒ)測(cè)數(shù)據偏大,這(zhè)是因爲(wèi)此(cǐ)時壓差△p較小，易受流體擾動的(de)影響(xiǎng),孔闆(pǎn)前後區域(yù)存在旋(xuán)渦(wō)，因而測量偏差(chà)較大(dà);随着流量(liàng)的增(zēng)加,旋(xuán)渦的影響減小,精(jīng)度、可靠(kào)性增加(jiā),說(shuō)明孔(kǒng)闆流量(liàng)計不适于測量較小流(liú)量。流量從0.745m3/h增加(jiā)1.899m3/h的過(guò)程(chéng)中,電磁(cí)流量計的(de)精度(dù)要略高(gāo)于渦輪(lún)、文丘(qiū)裏和(hé)孔闆流量計,精度都(dōu)能達到1級(jí)。流量(liàng)從(cóng)1.899m3/h增加2.963m3/h的過程(chéng)中,各流量(liàng)計(jì)精(jīng)度都(dōu)較高,表現(xiàn)在圖7中的(de)曲線趨于一點。
　　以上分析可知(zhī),電磁(cí)、渦輪、孔闆流量(liàng)計均(jun1)不适(shì)于較(jiào)小的流量，而文(wén)丘裏流量計因(yīn)爲壓(yā)損小,對旋(xuán)渦不敏感,較接(jiē)近真(zhēn)值。大流量(liàng)時各流(liú)量計都(dōu)有一(yī)定的波.動(dòng),但測(cè)值接(jiē)近真(zhēn)值,說明它們的(de)性能是可(kě)靠的(de)。
5結語
　　通(tōng)過本次(cì)試驗(yàn)可知,在小流量時,孔闆與(yǔ)電磁流量(liàng)計的數據偏(piān)大、相對誤差也較大,渦(wō)輪流量計數據(jù)偏小、相對(duì)誤差也較(jiào)小,文丘裏流量計則接近(jìn)真值;大(dà)流量時(shí)各流量(liàng)計讀數(shù)都有一定偏差(chà),但所測值接近(jìn)真值，說明(míng)性能(néng)都較可(kě)靠。

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