在流量測量儀表的工業(yè)應(yīng)用中, 孔板流量計是歷史*悠久、應(yīng)用*廣泛的儀表之一。它具有結(jié)構(gòu)簡單、制造容易, 安裝、使用和維修方便, 可靠性高等優(yōu)點(diǎn), 只要按照國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計算、加工制作, 孔板節(jié)流裝置無需進(jìn)行實(shí)際流量標(biāo)定, 就能得到較高的測量精度。由于上述這些特點(diǎn)是其他形式的流量計所無法比擬的, 因此在流量測量中孔板流量儀表占有較高的比重。近年來雖然有一些新型流量儀表投放市場, 但由于其結(jié)構(gòu)、造價、使用條件等方面的原因限制, 仍未能動搖孔板流量儀表在流量測量中的地位。但是, 由于孔板節(jié)流裝置輸出的差壓信號, 經(jīng)開方后才與流量成正比關(guān)系以及流出系數(shù)受雷諾數(shù)等因素的影響, 使得流量測量量程比的提高受到制約, 因而擴(kuò)大孔板流量計量程比成為不少研究者的研究內(nèi)容 。
孔板流量計量程比不夠大的原因分析
1、差壓測量**度的制約
常用孔板流量計的量程比一般為3: 1, 這同其他類型的流量計相比較, 量程比不高?？装辶髁坑嬃砍瘫炔粔虼笾饕軒讉€因素的制約, 其一是差壓計的**度的制約?？装迨讲顗毫髁坑嬢敵鲂盘柵c流量之間為平方關(guān)系, 在百分率流量(相對于滿量程用百分比表示的流量)較小時, 差壓信號相對值非常小, 這就導(dǎo)致測量誤差相應(yīng)增大。例如在流量為滿量程( FS) 的20% 時, 差壓信號理論值只有滿量程的4%。以**度為1..0% 的差壓流量計分析, 在流量為30% FS 時, 差壓值只為差壓上限的9%, 按GB /T2624-93 中不確定度估算方法可知, 差壓測量的不確定度取決于差壓變送器的準(zhǔn)確度等級, 如果是老式的1..5級差壓流量計, 則測量的不確定度更大, 因此在差壓測量精度得到充分提高以前, 要拓寬流量測量量程比是不可能的。
2、流出系數(shù)非線性的制約
流出系數(shù)C 的定義為通過節(jié)流裝置的實(shí)際流量值與理論流量值之比。在一定條件下, 對于給定的節(jié)流裝置, 該值僅與雷諾數(shù)有關(guān), 對于不同的節(jié)流裝置, 只要這些裝置是幾何相似, 并且在相同的雷諾數(shù)條件下, 則C 值是相同的, 流出系數(shù)C 的計算式是以大量實(shí)驗(yàn)所確定的數(shù)值為依據(jù), 并以標(biāo)準(zhǔn)的形式給出。傳統(tǒng)的孔板流量計將流量計算公式中的流出系數(shù)C 當(dāng)作常數(shù)來處理, 這在當(dāng)時的技術(shù)發(fā)展階段是不得已而為之。其實(shí)C 值并非常數(shù), 在一定的安裝條件下, 對于給定的節(jié)流裝置, C 值是隨雷諾數(shù)的變化而變化的。..流量測量節(jié)流裝置用孔板、噴嘴和文丘里管測量充滿圓管的流體流量.. ( GB /T2624-93)以實(shí)驗(yàn)確定的數(shù)據(jù)為依據(jù), 給出了求C 值的方程式。C = 0..595 9+ 0..031 2 ..2..1 - 0..184 0 ..8 + 0..002 9 ..2..5 ( 106 /R e) 0..75 ( 2) 式中, C 為流出系數(shù); ..為孔板開孔直徑和管道直徑之比; R e為雷諾數(shù), 表征流體慣性力和粘性力之比, 可用下式表示: R e= vD.. 式中, v為管道中流體的平均軸向流速, m / s; D 為管道直徑, m; ..為流體的運(yùn)動黏度, m2 / s。在傳統(tǒng)的孔板流量計算中, 要對C 值進(jìn)行修正是困難的, 為了減小C 值的影響, 常常采用下面的措施: ( 1)將差壓上限..Pmax盡可能取得大一些, 使..值小一些, 對C 值的影響盡可能小一些; ( 2) 縮小管徑, 提高流速, 從而使節(jié)流裝置在較高雷諾數(shù)條件下使用; ( 3)限制流量計的使用下限(結(jié)合差壓計精度的約束條件, 一般測量下限不低于25% FS) , 因?yàn)榱髁吭降? 雷諾數(shù)越小, C 與常用流出系數(shù)C com的差異越大, 誤差也越大。由于C 的在線修正難以實(shí)施, 所以在設(shè)計節(jié)流裝置時設(shè)法將流量測量下限對應(yīng)的C 和C com之間的偏差規(guī)定為不大于0..5%。
3、可膨脹性系數(shù)的制約
可膨脹性系數(shù)..是對流體流過節(jié)流件時由于密度發(fā)生變化而引起流出系數(shù)變化的修正。根據(jù)GB /T2624-93, 角接、徑距和法蘭這三種取壓方式的孔板, 可用經(jīng)驗(yàn)公式計算可膨脹性系數(shù).= 1- ( 0..41+ 0..35 ..4 ) .. ..P / ( kP 1 ) ( 3) 式中, ..為工作狀態(tài)下的可膨脹性系數(shù); k 為等熵指數(shù); P 1 為工作狀態(tài)下孔板前流體的**壓力, Pa。式( 3)的適用范圍為P2 /P 1..0..75(P 2 為工作狀態(tài)下孔板后流體的**壓力, Pa)。在節(jié)流裝置前后壓差..P .. 1 kPa時, 甚至對于低壓氣體, 實(shí)際的..值與1的差別很小, 因此可以取為1, 而沒有什么誤差。常用流量條件下的..已在設(shè)計節(jié)流裝置時予以解決。也就是說, 如果儀表在常用流量條件下使用, ..不會引起附加誤差。但是偏離常用流量之后, 必定引起附加誤差, 而偏離常用流量的情況經(jīng)常發(fā)生, 因而在幾年前計算機(jī)技術(shù)還不發(fā)達(dá)的時候, 常用孔板流量計的量程比一般只能達(dá)到3..1。
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