摘(zhāi)要:利用π定理推導(dao)出孔闆、文丘裏、電(dian)磁及 渦輪流量計(ji) 水力特性。将4種流(liu)量計 串聯組成測(cè)試裝置進行試驗(yàn)研究,利用軟件采(cai)集各流量計測試(shi)數據,與稱重法測(ce)量數據進行對比(bǐ)。用Origin軟件繪出流量(liang)曲線,分析在不同(tong)流量條件下各種(zhǒng)流量計的精度和(he)誤差率,以期爲流(liú)量計的選型和應(ying)用提供有價值的(de)參考依據。
　　在泵的(de)運行與調節中,對(duì)泵流量的測量是(shi)泵性能檢測的重(zhong)要指标,實際中要(yao)用到大量的流量(liàng)計,流量計性能将(jiāng)直接反映出泵的(de)流量精度[1-2],因此，有(yǒu)必要對流量計的(de)性能有所了解和(he)掌握。本文對常用(yòng)的4種流量計進行(hang)試驗對比,得出了(le)相關結論,以期爲(wèi)實際應用及選型(xíng)提供依據。
1常用的(de)4種流量計
1.1孔闆、文(wén)丘裏流量計
　　孔闆(pan)、文丘裏流量計是(shi)基于伯努利方程(chéng)原理.制造的流量(liàng)儀表,如圖1和圖2所(suǒ)示。它利用流體流(liu)經節流裝置所産(chan)生的壓差來測量(liang)流量，因此叫作差(cha)壓流量計,是目前(qian)應用最廣泛的一(yī)類流量測量儀表(biao)。其特點是:所測介(jiè)質爲單相、均質的(de)牛頓流體，在通過(guò)節流裝置時不發(fā)生相變和析出雜(za)質,在節流裝置中(zhōng)不得有物質黏附(fu)或聚集。适用于圓(yuán)管和上下遊有較(jiào)長間距的直管段(duàn)。流動應連續、穩定(dìng),流線與管軸線平(píng)行。節流裝置結構(gòu)簡單,使用壽命長(zhǎng),适應性比較廣，能(neng)夠測量各種工況(kuang)下的流體,精度可(ke)達.±1%;但其壓力損失(shi)較大,刻度呈非線(xiàn)性。
 
1.2電磁流量(liàng)計
　　 電磁流量計 是(shì)基于法拉第電磁(ci)感應定律制成的(de)測量導電性液體(ti)的儀表,如圖3所示(shi)。即利用電磁感應(ying)原理來測量導管(guǎn)中導電液體的平(píng)均流速。
 
　　其特點(diǎn)是:測量通道爲光(guang)滑直管,不會阻塞(sai),适用于測量含固(gù)體顆粒的液固二(èr)相流體(如紙漿、泥(ní)漿.污水等),沒有壓(ya)力損失,所測體積(ji)流量不受流體密(mi)度、黏度、溫度、壓力(lì)和電導率(>10-5Ω/cm)的影響(xiang),測量範圍大(流速(sù)爲0.3~10m/s),口徑範圍寬(3mm至(zhi)3m),測量精度比較高(gāo)(基本誤差值的±0.2%~±0.5%),輸(shū)出與被測介質平(píng)均流速成正比，與(yǔ)流動狀态無關,可(kě)測量瞬時脈動流(liu)量。但是它不能測(cè)量電導率很低的(de)液體(如石油制品(pin)),不能測量氣體、蒸(zhēng)汽和含有較大氣(qì)泡的液體,不能用(yong)于測量較高溫度(du)的介質(易受外界(jiè)電磁幹擾)。
1.3渦輪流(liú)量計
　　渦輪流量計(ji) 是基于動量矩守(shou)恒原理制造的速(sù)度式流量儀表,即(ji)利用置于流體中(zhong)葉輪的旋轉角速(sù)度與流體流速成(cheng)比例的關系,通過(guò)測量葉輪的轉速(sù)來反映通過管道(dào)的體積流量,是目(mu)前流量儀表中比(bǐ)較成熟的高精度(dù)儀表,工作原理如(rú)4所示。
 
　　其特點是:結(jié)構簡單、加工零部(bù)件少、重量輕、維修(xiū)方便、流通能力大(dà)(同樣口徑可通過(guò)的流量大),易實現(xian)脈沖遠距離傳送(sòng),可适應高參數(高(gao)溫、高壓和低溫)的(de)測量需要,測量精(jing)度較高,測量範圍(wei)較寬，動态響應好(hao),壓力損失較小;但(dàn)是被測流體的部(bu)分物性對測量精(jing)度有一定的影響(xiǎng),不能長期保持校(xiào)準特性,對被測介(jie)質清潔度要求較(jiào)高,流體的溫度、黏(nián)度、密度對儀表指(zhi)示值有較大影響(xiǎng),由于有轉動部件(jian)會帶來磨損,儀表(biao)的使用年限受影(ying)響。适宜測量比較(jiào)潔淨的低黏度液(yè)體。
2π定理推導水力(li)特性
2.1孔闆、文丘裏(lǐ)流量計水力特性(xing)
　　對于孔闆、文丘裏(li)流量計,流速ʋ的影(ying)響因素有:進口管(guǎn)徑d1、孔徑(喉徑)d2、流體(ti)的密度ρ、動力黏度(du)系數μ及斷面間壓(yā)強差△p.據π定理:
 
　　由(2)式(shi)可知,流量Q與流量(liang)系數μQ、管道雷諾數(shu)Re及管徑與孔徑比(bi)d2/d1有關。
2.2電磁流量計(ji)水力特性
　　當流體(tǐ)的電導率大于10-5s/cm時(shi),電磁流量計 流速(su)與流體的物性無(wu)關,流速ʋ的影響因(yin)素有:電磁感應強(qiáng)度e、磁場強度B、管道(dào)直徑D.據π定理:
 
　　由(4)式(shi)可知,當磁場強度(dù)B、管道直徑D爲常數(shù)時，流量Q僅與電磁(cí)感應強度e相關且(qie)成正比。
2.3渦輪流量(liang)計水力特性
　　當渦(wō)輪結構一定時,渦(wō)輪流量計流速v與(yǔ)葉輪的轉速相關(guān),故影響因素有:葉(ye)輪的旋轉角速度(du)w、流體密度ρ、動力黏(nian)度系數μ、管徑D、葉輪(lún)轉動的阻力矩M(包(bāo)括摩擦阻力矩和(he)磁阻尼力矩等).據(ju)π定理:
 
 
　　由(6)式可知,當(dāng)管徑D一定,流量Q與(yǔ)渦輪轉速n成--定的(de)比例關系,和雷諾(nuo)數Re、渦輪旋轉阻力(lì)與流體慣性力之(zhi)比及渦輪平均半(bàn)徑與管徑之比相(xiàng)關。
3試驗裝置及方(fang)法
　　試驗測試裝置(zhì)由電磁、渦輪、文丘(qiū)裏和孔闆4個同口(kǒu)徑(中25mm)的流量計,組(zu)成串聯管路、自動(dòng)切換控制儀、計算(suàn)機測控系統、自循(xún)環供水系統及輔(fu)助補水機構,如圖(tú)5所示。
 
　　孔闆流量計(ji) 采用标準孔闆角(jiao)接取壓,β=0.450;文丘裏流(liu)量計采用圓錐形(xing)文丘裏管,β=0.628;電磁流(liú)量計傳感器型号(hao)LDG-25S,精度1級;渦輪流.量(liàng)計傳感器型号LWGY-25A,精(jīng)度0.5級。輔助補水機(jī)構的作用是當用(yong)稱重法測量時,對(duì)水箱進行補水以(yǐ)保持水箱水位不(bú)變,形成管道内恒(heng)速定常運動。系統(tǒng)管徑φ25mm,流量範圍0~3m3/h。各(ge)流量計數據由計(jì)算機瞬時采集。稱(chēng)重法由秒表記錄(lu)時間,電子秤測試(shi)重量,采用同一流(liú)量測3次,取平均值(zhí)爲測定流量。同一(yī)流量4個流量計和(hé)稱重法同時測量(liang),測定流量值各不(bú)相同，以稱重法爲(wei)真值基準，通過分(fen)析對比,揭示各自(zì)的性能特點。
4試驗(yan)數據及分析
　　本試(shi)驗測得流量計及(ji)稱重法5組實驗數(shù)據,按試驗順序計(ji)算彙總如表1和表(biao)2所示。爲了便于研(yan)究,将稱重法測量(liang)數據爲X軸,各流量(liàng)計數據與稱重法(fa)數據之差爲Y軸,以(yǐ)及相對誤差爲Y軸(zhóu),利用Origin軟件繪流量(liàng)曲線如圖6、圖7所示(shì)。
 
 
　　分析圖6和圖7,當流(liu)量0.451m3/h時,管中水速爲(wei)0.255m/s,雷諾數Re=6336,處于紊流(liú)狀态。對于電磁流(liu)量計,測量精度主(zhu)要受傳感器性能(néng)的影響，流速較低(di)時積聚在電極上(shàng)的電荷較少,受縱(zòng)向速度影響明顯(xiǎn),因此出現較大的(de)偏差;在流量逐漸(jian)增加的過程中,縱(zong)向速度的影響逐(zhu)漸減小,誤差減小(xiǎo),精度、可靠性增加(jia),說明電磁流量計(ji)在小流量時精度(du)較低。對于渦輪流(liu)量計,流量與渦輪(lún)轉速成比例,與儀(yi)表常數有關,小流(liu)量時出現偏差,測(cè)量值偏小,這是因(yin)爲此時葉輪的機(ji)械摩擦阻力及磁(ci)阻尼力矩相對旋(xuán)轉力矩較大，因此(cǐ)所測的流量值偏(piān)小;随着流量的增(zēng)加,旋轉力矩增大(da),誤差逐漸減小,精(jīng)度、可靠性增加。.對(dui)于文丘裏流量計(jì),屬于平緩節流,所(suo)測過程中受旋渦(wo)影響較小，且沒有(you)旋轉部件,精度取(qu)決于試驗标定,因(yin)此精度、可靠性較(jiào)高,說明文丘裏流(liu)量計适應性較廣(guǎng)。對于孔闆流量計(ji),小流量時所測數(shu)據偏大,這是因爲(wei)此時壓差△p較小，易(yi)受流體擾動的影(yǐng)響,孔闆前後區域(yu)存在旋渦，因而測(cè)量偏差較大;随着(zhe)流量的增加,旋渦(wō)的影響減小,精度(du)、可靠性增加,說明(ming)孔闆流量計不适(shi)于測量較小流量(liang)。流量從0.745m3/h增加1.899m3/h的過(guò)程中,電磁流量計(ji)的精度要略高于(yu)渦輪、文丘裏和孔(kong)闆流量計,精度都(dou)能達到1級。流量從(cong)1.899m3/h增加2.963m3/h的過程中,各(gè)流量計精度都較(jiào)高,表現在圖7中的(de)曲線趨于一點。
　　以(yǐ)上分析可知,電磁(cí)、渦輪、孔闆流量計(ji)均不适于較小的(de)流量，而文丘裏流(liu)量計因爲壓損小(xiǎo),對旋渦不敏感,較(jiao)接近真值。大流量(liàng)時各流量計都有(yǒu)一定的波.動,但測(cè)值接近真值,說明(ming)它們的性能是可(ke)靠的。
5結語
　　通過本(ben)次試驗可知,在小(xiǎo)流量時,孔闆與電(diàn)磁流量計的數據(jù)偏大、相對誤差也(yě)較大,渦輪流量計(ji)數據偏小、相對誤(wu)差也較小,文丘裏(lǐ)流量計則接近真(zhēn)值;大流量時各流(liu)量計讀數都有一(yi)定偏差,但所測值(zhi)接近真值，說明性(xing)能都較可靠。

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