摘要(yao):利用π定理(lǐ)推導出孔(kong)闆、文丘裏(lǐ)、電磁及 渦(wo)輪流量計(jì) 水力特性(xìng)。将4種流量(liang)計 串聯組(zu)成測試裝(zhuang)置進行試(shi)驗研究,利(li)用軟件采(cǎi)集各流量(liang)計測試數(shù)據,與稱重(zhòng)法測量數(shù)據進行對(duì)比。用Origin軟件(jian)繪出流量(liang)曲線,分析(xī)在不同流(liú)量條件下(xià)各種流量(liàng)計的精度(dù)和誤差率(lü),以期爲流(liu)量計的選(xuan)型和應用(yong)提供有價(jià)值的參考(kǎo)依據。
　　在泵(beng)的運行與(yǔ)調節中,對(dui)泵流量的(de)測量是泵(beng)性能檢測(ce)的重要指(zhǐ)标,實際中(zhong)要用到大(dà)量的流量(liang)計,流量計(ji)性能将直(zhí)接反映出(chu)泵的流量(liang)精度[1-2],因此(ci)，有必要對(duì)流量計的(de)性能有所(suo)了解和掌(zhǎng)握。本文對(duì)常用的4種(zhong)流量計進(jìn)行試驗對(dui)比,得出了(le)相關結論(lun),以期爲實(shí)際應用及(jí)選型提供(gong)依據。
1常用(yong)的4種流量(liang)計
1.1孔闆、文(wén)丘裏流量(liang)計
　　孔闆、文(wén)丘裏流量(liang)計是基于(yú)伯努利方(fāng)程原理.制(zhì)造的流量(liàng)儀表,如圖(tú)1和圖2所示(shi)。它利用流(liú)體流經節(jiē)流裝置所(suo)産生的壓(ya)差來測量(liàng)流量，因此(cǐ)叫作差壓(yā)流量計,是(shì)目前應用(yong)最廣泛的(de)一類流量(liàng)測量儀表(biǎo)。其特點是(shi):所測介質(zhi)爲單相、均(jun)質的牛頓(dun)流體，在通(tong)過節流裝(zhuāng)置時不發(fā)生相變和(he)析出雜質(zhì),在節流裝(zhuāng)置中不得(dé)有物質黏(nián)附或聚集(jí)。适用于圓(yuan)管和上下(xia)遊有較長(zhang)間距的直(zhí)管段。流動(dòng)應連續、穩(wěn)定,流線與(yǔ)管軸線平(píng)行。節流裝(zhuang)置結構簡(jian)單,使用壽(shou)命長,适應(yīng)性比較廣(guang)，能夠測量(liàng)各種工況(kuàng)下的流體(tǐ),精度可達(dá).±1%;但其壓力(lì)損失較大(dà),刻度呈非(fei)線性。
 
1.2電(diàn)磁流量計(jì)
　　 電磁流量(liang)計 是基于(yu)法拉第電(dian)磁感應定(ding)律制成的(de)測量導電(dian)性液體的(de)儀表,如圖(tú)3所示。即利(lì)用電磁感(gǎn)應原理來(lai)測量導管(guan)中導電液(yè)體的平均(jun)流速。
 
　　其特(te)點是:測量(liàng)通道爲光(guang)滑直管,不(bu)會阻塞,适(shì)用于測量(liang)含固體顆(ke)粒的液固(gu)二相流體(tǐ)(如紙漿、泥(ní)漿.污水等(děng)),沒有壓力(li)損失,所測(ce)體積流量(liàng)不受流體(tǐ)密度、黏度(du)、溫度、壓力(lì)和電導率(lǜ)(>10-5Ω/cm)的影響,測(cè)量範圍大(dà)(流速爲0.3~10m/s),口(kou)徑範圍寬(kuān)(3mm至3m),測量精(jing)度比較高(gao)(基本誤差(cha)值的±0.2%~±0.5%),輸出(chū)與被測介(jie)質平均流(liu)速成正比(bǐ)，與流動狀(zhuàng)态無關,可(kě)測量瞬時(shí)脈動流量(liàng)。但是它不(bú)能測量電(dian)導率很低(di)的液體(如(rú)石油制品(pin)),不能測量(liang)氣體、蒸汽(qì)和含有較(jiào)大氣泡的(de)液體,不能(néng)用于測量(liang)較高溫度(dù)的介質(易(yi)受外界電(diàn)磁幹擾)。
1.3渦(wo)輪流量計(ji)
　　渦輪流量(liàng)計 是基于(yu)動量矩守(shou)恒原理制(zhì)造的速度(du)式流量儀(yi)表,即利用(yòng)置于流體(ti)中葉輪的(de)旋轉角速(su)度與流體(tǐ)流速成比(bǐ)例的關系(xi),通過測量(liàng)葉輪的轉(zhuǎn)速來反映(yìng)通過管道(dao)的體積流(liú)量,是目前(qián)流量儀表(biao)中比較成(cheng)熟的高精(jing)度儀表,工(gōng)作原理如(rú)4所示。
 
　　其特(te)點是:結構(gou)簡單、加工(gōng)零部件少(shao)、重量輕、維(wéi)修方便、流(liú)通能力大(dà)(同樣口徑(jing)可通過的(de)流量大),易(yì)實現脈沖(chong)遠距離傳(chuan)送,可适應(ying)高參數(高(gāo)溫、高壓和(he)低溫)的測(ce)量需要,測(cè)量精度較(jiao)高,測量範(fan)圍較寬，動(dong)态響應好(hao),壓力損失(shī)較小;但是(shì)被測流體(tǐ)的部分物(wù)性對測量(liàng)精度有一(yi)定的影響(xiang),不能長期(qi)保持校準(zhun)特性,對被(bèi)測介質清(qīng)潔度要求(qiu)較高,流體(tǐ)的溫度、黏(nián)度、密度對(duì)儀表指示(shi)值有較大(da)影響,由于(yu)有轉動部(bù)件會帶來(lai)磨損,儀表(biao)的使用年(nian)限受影響(xiang)。适宜測量(liang)比較潔淨(jing)的低黏度(du)液體。
2π定理(li)推導水力(lì)特性
2.1孔闆(pǎn)、文丘裏流(liú)量計水力(lì)特性
　　對于(yu)孔闆、文丘(qiu)裏流量計(jì),流速ʋ的影(yǐng)響因素有(you):進口管徑(jing)d1、孔徑(喉徑(jing))d2、流體的密(mi)度ρ、動力黏(nian)度系數μ及(jí)斷面間壓(yā)強差△p.據π定(dìng)理:
 
　　由(2)式可(ke)知,流量Q與(yu)流量系數(shù)μQ、管道雷諾(nuo)數Re及管徑(jìng)與孔徑比(bi)d2/d1有關。
2.2電磁(ci)流量計水(shuǐ)力特性
　　當(dāng)流體的電(dian)導率大于(yu)10-5s/cm時,電磁流(liu)量計 流速(sù)與流體的(de)物性無關(guān),流速ʋ的影(ying)響因素有(yǒu):電磁感應(ying)強度e、磁場(chang)強度B、管道(dào)直徑D.據π定(ding)理:
 
　　由(4)式可(ke)知,當磁場(chǎng)強度B、管道(dao)直徑D爲常(chang)數時，流量(liang)Q僅與電磁(ci)感應強度(dù)e相關且成(cheng)正比。
2.3渦輪(lun)流量計水(shui)力特性
　　當(dang)渦輪結構(gòu)一定時,渦(wo)輪流量計(ji)流速v與葉(ye)輪的轉速(su)相關,故影(ying)響因素有(you):葉輪的旋(xuán)轉角速度(du)w、流體密度(dù)ρ、動力黏度(du)系數μ、管徑(jing)D、葉輪轉動(dòng)的阻力矩(jǔ)M(包括摩擦(cā)阻力矩和(hé)磁阻尼力(li)矩等).據π定(ding)理:
 
 
　　由(6)式可(kě)知,當管徑(jing)D一定,流量(liang)Q與渦輪轉(zhuǎn)速n成--定的(de)比例關系(xi),和雷諾數(shù)Re、渦輪旋轉(zhuan)阻力與流(liu)體慣性力(lì)之比及渦(wo)輪平均半(ban)徑與管徑(jing)之比相關(guān)。
3試驗裝置(zhì)及方法
　　試(shì)驗測試裝(zhuāng)置由電磁(cí)、渦輪、文丘(qiu)裏和孔闆(pan)4個同口徑(jing)(中25mm)的流量(liang)計,組成串(chuàn)聯管路、自(zi)動切換控(kong)制儀、計算(suàn)機測控系(xì)統、自循環(huan)供水系統(tǒng)及輔助補(bu)水機構,如(rú)圖5所示。
 
　　孔(kǒng)闆流量計(ji) 采用标準(zhǔn)孔闆角接(jiē)取壓,β=0.450;文丘(qiu)裏流量計(jì)采用圓錐(zhui)形文丘裏(li)管,β=0.628;電磁流(liú)量計傳感(gan)器型号LDG-25S,精(jīng)度1級;渦輪(lun)流.量計傳(chuan)感器型号(hao)LWGY-25A,精度0.5級。輔(fǔ)助補水機(jī)構的作用(yòng)是當用稱(chēng)重法測量(liang)時,對水箱(xiāng)進行補水(shui)以保持水(shui)箱水位不(bú)變,形成管(guan)道内恒速(sù)定常運動(dòng)。系統管徑(jìng)φ25mm,流量範圍(wéi)0~3m3/h。各流量計(ji)數據由計(jì)算機瞬時(shi)采集。稱重(zhòng)法由秒表(biao)記錄時間(jian),電子秤測(cè)試重量,采(cai)用同一流(liú)量測3次,取(qu)平均值爲(wei)測定流量(liàng)。同一流量(liang)4個流量計(ji)和稱重法(fa)同時測量(liang),測定流量(liàng)值各不相(xiàng)同，以稱重(zhong)法爲真值(zhi)基準，通過(guò)分析對比(bi),揭示各自(zi)的性能特(tè)點。
4試驗數(shù)據及分析(xī)
　　本試驗測(cè)得流量計(ji)及稱重法(fa)5組實驗數(shu)據,按試驗(yan)順序計算(suan)彙總如表(biǎo)1和表2所示(shì)。爲了便于(yú)研究,将稱(chēng)重法測量(liàng)數據爲X軸(zhou),各流量計(ji)數據與稱(chēng)重法數據(jù)之差爲Y軸(zhóu),以及相對(duì)誤差爲Y軸(zhou),利用Origin軟件(jian)繪流量曲(qu)線如圖6、圖(tú)7所示。
 
 
　　分析(xī)圖6和圖7,當(dāng)流量0.451m3/h時,管(guǎn)中水速爲(wei)0.255m/s,雷諾數Re=6336,處(chu)于紊流狀(zhuàng)态。對于電(diàn)磁流量計(jì),測量精度(du)主要受傳(chuan)感器性能(néng)的影響，流(liú)速較低時(shí)積聚在電(dian)極上的電(diàn)荷較少,受(shou)縱向速度(dù)影響明顯(xiǎn),因此出現(xiàn)較大的偏(piān)差;在流量(liàng)逐漸增加(jiā)的過程中(zhōng),縱向速度(dù)的影響逐(zhu)漸減小,誤(wù)差減小,精(jing)度、可靠性(xìng)增加,說明(míng)電磁流量(liàng)計在小流(liu)量時精度(du)較低。對于(yú)渦輪流量(liang)計,流量與(yǔ)渦輪轉速(su)成比例,與(yu)儀表常數(shu)有關,小流(liu)量時出現(xiàn)偏差,測量(liàng)值偏小,這(zhè)是因爲此(ci)時葉輪的(de)機械摩擦(cā)阻力及磁(cí)阻尼力矩(jǔ)相對旋轉(zhuǎn)力矩較大(da)，因此所測(cè)的流量值(zhi)偏小;随着(zhe)流量的增(zēng)加,旋轉力(lì)矩增大,誤(wu)差逐漸減(jian)小,精度、可(ke)靠性增加(jia)。.對于文丘(qiu)裏流量計(ji),屬于平緩(huǎn)節流,所測(cè)過程中受(shou)旋渦影響(xiǎng)較小，且沒(méi)有旋轉部(bu)件,精度取(qu)決于試驗(yan)标定,因此(ci)精度、可靠(kao)性較高,說(shuō)明文丘裏(li)流量計适(shì)應性較廣(guang)。對于孔闆(pan)流量計,小(xiǎo)流量時所(suǒ)測數據偏(pian)大,這是因(yin)爲此時壓(yā)差△p較小，易(yì)受流體擾(rǎo)動的影響(xiang),孔闆前後(hòu)區域存在(zài)旋渦，因而(ér)測量偏差(cha)較大;随着(zhe)流量的增(zēng)加,旋渦的(de)影響減小(xiao),精度、可靠(kào)性增加,說(shuo)明孔闆流(liú)量計不适(shi)于測量較(jiào)小流量。流(liu)量從0.745m3/h增加(jiā)1.899m3/h的過程中(zhong),電磁流量(liang)計的精度(dù)要略高于(yu)渦輪、文丘(qiu)裏和孔闆(pǎn)流量計,精(jing)度都能達(dá)到1級。流量(liang)從1.899m3/h增加2.963m3/h的(de)過程中,各(ge)流量計精(jīng)度都較高(gāo),表現在圖(tu)7中的曲線(xian)趨于一點(diǎn)。
　　以上分析(xī)可知,電磁(ci)、渦輪、孔闆(pan)流量計均(jun1)不适于較(jiao)小的流量(liàng)，而文丘裏(lǐ)流量計因(yin)爲壓損小(xiao),對旋渦不(bu)敏感,較接(jiē)近真值。大(da)流量時各(ge)流量計都(dou)有一定的(de)波.動,但測(cè)值接近真(zhen)值,說明它(tā)們的性能(néng)是可靠的(de)。
5結語
　　通過(guò)本次試驗(yan)可知,在小(xiǎo)流量時,孔(kǒng)闆與電磁(ci)流量計的(de)數據偏大(dà)、相對誤差(cha)也較大,渦(wo)輪流量計(ji)數據偏小(xiao)、相對誤差(chà)也較小,文(wen)丘裏流量(liang)計則接近(jin)真值;大流(liu)量時各流(liu)量計讀數(shù)都有一定(dìng)偏差,但所(suo)測值接近(jin)真值，說明(ming)性能都較(jiào)可靠。

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