1前言
在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，為了有效地進(jìn)行操作、控制和監(jiān)督，常常需要檢測各種流體的流量。流量檢測儀表是發(fā)展生產(chǎn)，節(jié)約能源，改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量，提高經(jīng)濟(jì)效益和管理水平的重要工具，同時(shí)也是工業(yè)自動(dòng)化儀表和裝置中的重要儀表之一。
在流量檢測中有體積流量和質(zhì)量流量兩種方式進(jìn)行測量。質(zhì)量流量常常需要被測物的密度來進(jìn)行檢測，而被測物中含有一定的雜質(zhì)導(dǎo)致測量的正確。所以在這種情況下體積流量的優(yōu)勢(shì)就體現(xiàn)出來了。
在體積流量中有一種測量裝置———差壓式流量計(jì)受歡迎。差壓式流量計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格合理、使用方便的優(yōu)勢(shì)，成為目前工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的一種流量計(jì)。
2流量計(jì)的分析及改進(jìn)
2.1差壓式流量計(jì)
差壓式流量計(jì)是基于流體的節(jié)流原理。它是利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)產(chǎn)生的壓力差來進(jìn)行計(jì)算測出流量的。在流通管道上設(shè)置一個(gè)流動(dòng)阻力件，當(dāng)流體流經(jīng)阻力件時(shí)將產(chǎn)生壓力差，而這個(gè)壓力差與流體流量之間有確定的一個(gè)數(shù)值關(guān)系，通過測量出這個(gè)壓力差就可以求得流體流量。
產(chǎn)生差壓的裝置有許多種，包括節(jié)流裝置、動(dòng)壓管、均速管、彎管等。在節(jié)流裝置中常用的:孔板流量計(jì)、噴嘴、文丘利管等。這里主要分析板孔型節(jié)流裝置和運(yùn)用。
2.2節(jié)流式流量計(jì)
孔板節(jié)流式流量計(jì)可用于測量液體、氣體或蒸汽的流量。此流量計(jì)是應(yīng)用成熟的差壓式流量計(jì)，至今在流量儀表中占有重要的地位。
節(jié)流式流量計(jì)中產(chǎn)生差壓的裝置稱節(jié)流裝置，其主體是一個(gè)局部收縮阻力件，稱為節(jié)流元件。通過節(jié)流元件改變流體流通截面，從而在節(jié)流元件前后形成壓力差。節(jié)流裝置分為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置和非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的研究最為充分，裝置型式已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化和通用化，只需要根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，嚴(yán)格按照加工要求和安裝要求，這樣的節(jié)流裝置不需要經(jīng)過單獨(dú)標(biāo)定就可以使用。而非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置用以解決臟污和高黏度流體的流量測量問題，尚缺乏足夠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，因此沒有標(biāo)準(zhǔn)化。
節(jié)流式流量計(jì)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，無可動(dòng)部件;可靠性較高;復(fù)現(xiàn)性能好;適應(yīng)性較廣，它適用于各種工況下的單相流體，適用的管道直徑范圍寬，可以配用通用差壓計(jì);節(jié)流裝置已有標(biāo)準(zhǔn)化型式。其主要缺點(diǎn)是安裝要求嚴(yán)格;流量計(jì)前后要求較長的直管段;測量范圍窄，一般范圍度為3∶1;壓力損失較大;對(duì)于較小直徑管道測量比較困難，精度不夠高。
2.3節(jié)流原理與流量方程
首先介紹流量計(jì)算方程中需要用到的參數(shù)及其意義:
ρ—流體密度;
D、A1—管道直徑和截面積;
d2、A2—流束最細(xì)處(即截面B處)流束直徑和截面積;
d、A0—孔板開孔直徑和開孔截面積;
P1、P2—孔板前后固定位置處靜壓力。
管道中流動(dòng)的流體具有一定的能量，即靜壓能和動(dòng)能，并且這兩種能量可以相互轉(zhuǎn)化�？梢悦黠@看出孔板前后流體的速度和靜壓力的變化情況。流體在截面A以前，靜壓力為P11，流速為υ1，當(dāng)流體靠近孔板時(shí)，管壁處的流體此時(shí)受到的阻擋最大，使得部分動(dòng)能轉(zhuǎn)換為了靜壓能，導(dǎo)致靜壓力升高，產(chǎn)生靠近管壁流體與管道中心流體間的徑向壓差，從而使得靠近管壁流體的流向與管道軸線相傾斜，形成了流速收縮運(yùn)動(dòng)。由于慣性的作用，流束最細(xì)處在孔板后的截面B處，此時(shí)流速υ2最大，而靜壓力P22最小，之后流束漸漸擴(kuò)大，到截面C處完全復(fù)原，流速υ3=υ1．
由于節(jié)流裝置的存在，流體形成的局部渦流和克服摩擦力，消耗部分能量，所以流體的靜壓力不能恢復(fù)到原來的數(shù)值P11，壓力損失值為δP=P11－P3.
流量方程的推導(dǎo):
由于最小流束截面B的位置是不固定的，會(huì)隨流體性質(zhì)和直徑比β=d/D變化而變化，因此不可能取得最小截面壓力，而只能取出固定取壓位置處的壓力差ΔP=P1－P2，又因?yàn)閐2，A2無法測量，故用節(jié)流元件開孔直徑d和開孔面積A0代替。
節(jié)流元件的型式、取壓方式、節(jié)流裝置開孔直徑、管道直徑和流體的流動(dòng)狀態(tài)都會(huì)影響α。
2.4改善措施與應(yīng)用領(lǐng)域
由于差壓式流量計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格合理、使用方便的優(yōu)點(diǎn)，許多人都喜歡使用。但是在現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用中，往往有較大的測量誤差，這是由于選型、設(shè)計(jì)計(jì)算、加工制造和維護(hù)不當(dāng)造成的。針對(duì)這些狀況給出了一些改善措施，提高測量正確度。
2.4.1使用標(biāo)準(zhǔn)孔板
標(biāo)準(zhǔn)孔板的β=d/D在0．2～0．75左右。為了方便計(jì)算可取0．5。但是由于標(biāo)準(zhǔn)孔板測量精度低，壓力損失大，只用于清潔流體。
2.4.2節(jié)流裝置的設(shè)計(jì)和計(jì)算。
(1)已知管內(nèi)直徑和現(xiàn)場布置情況，并且已知流體的性質(zhì)和工作參數(shù)，給出流量測量范圍，要求設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置。這種情況下的設(shè)計(jì)只要將自己選擇的節(jié)流型式，測量范圍還有節(jié)流元件的開孔尺寸等交給廠家。廠家有完整的手冊(cè)和軟件，可以按照用戶的要求提供。
(2)已知管道內(nèi)徑和節(jié)流元件開孔尺寸、取壓方式、被測流體參數(shù)等必要條件。要求根據(jù)所測得的差壓值計(jì)算流量。這一般是實(shí)驗(yàn)的工作需要，為了更加正確地求得流量，此時(shí)需要我們同時(shí)正確地測量流體的溫度、壓力參數(shù)。
3結(jié)論
在實(shí)際生活中差壓式流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)明顯，現(xiàn)在市場上所使用的流量檢測裝置大部分都是差壓式流量計(jì)。孔板節(jié)流式流量計(jì)作為其中的代表應(yīng)用廣泛。在長期的使用中手冊(cè)數(shù)據(jù)資料齊全，對(duì)我們而言是十分有利的。我們只要按照標(biāo)準(zhǔn)來確定自己的參數(shù)大小。按照計(jì)算方便和加工容易的考慮。
開孔尺寸、工作參數(shù)等要求。按照這種方法，用戶可以自己簡單準(zhǔn)確計(jì)算出自己生產(chǎn)中所需的測量裝置;而在實(shí)驗(yàn)工作中，要求數(shù)據(jù)的更加正確和嚴(yán)謹(jǐn)，往往一個(gè)數(shù)據(jù)會(huì)保留到小數(shù)點(diǎn)后面幾位，這樣在計(jì)算時(shí)如果出現(xiàn)平方開根號(hào)現(xiàn)象會(huì)使得結(jié)果更加復(fù)雜，導(dǎo)致制作加工難度的上升。如果合理取值后計(jì)算結(jié)果十分方便，對(duì)于計(jì)算加工都是有幫助的。這樣對(duì)于裝置可以更加合理，生產(chǎn)力有了更大的提高。
相信在未來孔板節(jié)流式流量計(jì)會(huì)有更大的發(fā)展和改善，會(huì)有一批節(jié)流式流量計(jì)的出現(xiàn)投入到更廣更深的市場運(yùn)用中去。
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