摘要(yao):利(li)用(yong)π定理推導出(chu)孔闆、文(wen)丘裏(li)、電(dian)磁(ci)及 渦輪流(liu)量(liang)計 水力(li)特性。将4種流量(liang)計 串聯組成測(ce)試裝(zhuang)置進行試(shi)驗研究,利用軟(ruan)件采集各(ge)流量(liang)計測試(shi)數(shu)據,與(yu)稱重法測(ce)量數(shu)據進行對比。用(yong)Origin軟件(jian)繪(hui)出流量曲線(xian),分析在不(bu)同流量條(tiao)件下(xia)各種流量(liang)計的(de)精度和誤差率(lü),以期(qi)爲流(liu)量計(ji)的選(xuan)型(xing)和(he)應用提供(gong)有價(jia)值的(de)參考(kao)依據(ju)。
　　在泵(beng)的運行(hang)與調節(jie)中,對泵流(liu)量的(de)測量是(shi)泵性能(neng)檢測的(de)重(zhong)要指标,實(shi)際(ji)中(zhong)要用(yong)到大量(liang)的(de)流量(liang)計,流量(liang)計性能(neng)将直(zhi)接反映出泵的(de)流量精度(du)[1-2],因此，有必要對(dui)流量計的(de)性能(neng)有所了(le)解和掌(zhang)握。本文(wen)對常用(yong)的4種流(liu)量(liang)計進行試(shi)驗對(dui)比,得(de)出了相關結論(lun),以期(qi)爲(wei)實際應(ying)用及(ji)選型(xing)提供依據。
1常用(yong)的4種(zhong)流量計
1.1孔(kong)闆、文丘裏(li)流量計
　　孔(kong)闆、文丘裏(li)流量(liang)計是(shi)基(ji)于伯努(nu)利方(fang)程原(yuan)理.制(zhi)造的(de)流(liu)量儀表(biao),如圖1和圖2所示。它利用流體流(liu)經節流(liu)裝(zhuang)置所産生的壓差來(lai)測量(liang)流(liu)量，因此叫作(zuo)差(cha)壓流量(liang)計,是(shi)目前(qian)應用最廣(guang)泛的(de)一類(lei)流量(liang)測量(liang)儀表(biao)。其特(te)點是:所測(ce)介質(zhi)爲(wei)單(dan)相、均(jun)質的(de)牛頓流體(ti)，在通過(guo)節(jie)流裝置時(shi)不發(fa)生相(xiang)變和析出(chu)雜質(zhi),在節(jie)流(liu)裝置中(zhong)不得(de)有(you)物(wu)質黏附或(huo)聚(ju)集(ji)。适用(yong)于圓(yuan)管和(he)上下(xia)遊有(you)較(jiao)長間距(ju)的直管段(duan)。流動應連(lian)續、穩定,流(liu)線與管(guan)軸(zhou)線平(ping)行。節(jie)流裝置結(jie)構簡(jian)單(dan),使(shi)用壽命長(zhang),适(shi)應性比(bi)較廣，能夠測量(liang)各種工(gong)況下的(de)流體(ti),精(jing)度(du)可達(da).±1%;但其壓力損失(shi)較大,刻度(du)呈非(fei)線性(xing)。
 
1.2電磁流(liu)量計
　　 電磁(ci)流量計 是(shi)基于(yu)法拉第電磁感(gan)應定律制(zhi)成的(de)測量(liang)導(dao)電(dian)性液(ye)體的儀表,如圖(tu)3所示(shi)。即(ji)利用電(dian)磁感應原(yuan)理來(lai)測量(liang)導(dao)管中導(dao)電液(ye)體的平均流速(su)。
 
　　其特點是(shi):測(ce)量通道(dao)爲光滑直管,不會阻(zu)塞,适用于(yu)測量含固(gu)體顆粒的液固(gu)二相(xiang)流體(ti)(如紙(zhi)漿、泥(ni)漿.污(wu)水等),沒有(you)壓力(li)損失(shi),所測(ce)體積(ji)流量不受(shou)流體密度(du)、黏度(du)、溫度(du)、壓力和電(dian)導率(>10-5Ω/cm)的(de)影(ying)響,測量範(fan)圍大(da)(流速(su)爲0.3~10m/s),口徑範(fan)圍寬(kuan)(3mm至3m),測量(liang)精度比(bi)較高(基(ji)本誤差(cha)值的±0.2%~±0.5%),輸出與被(bei)測介質平(ping)均流速成(cheng)正(zheng)比(bi)，與流(liu)動狀态(tai)無(wu)關,可(ke)測量瞬時(shi)脈動(dong)流量。但(dan)是(shi)它不(bu)能測(ce)量電(dian)導率(lü)很低(di)的液體(如(ru)石油(you)制品(pin)),不能(neng)測量氣體(ti)、蒸汽(qi)和含(han)有較大氣(qi)泡的液體,不能用于(yu)測(ce)量較高(gao)溫度的(de)介(jie)質(易受外界(jie)電磁幹(gan)擾)。
1.3渦輪流(liu)量計(ji)
　　渦輪(lun)流(liu)量計 是(shi)基于動量(liang)矩守(shou)恒原(yuan)理制造的(de)速度式流(liu)量儀(yi)表,即(ji)利用置于(yu)流體中葉輪的旋轉(zhuan)角(jiao)速(su)度與(yu)流體流速成比(bi)例的(de)關(guan)系(xi),通過(guo)測量(liang)葉輪(lun)的轉(zhuan)速來(lai)反(fan)映(ying)通過(guo)管道的(de)體積流(liu)量,是(shi)目(mu)前流量(liang)儀表中比(bi)較成(cheng)熟的(de)高精度儀(yi)表,工作原(yuan)理如(ru)4所示(shi)。
 
　　其(qi)特(te)點是(shi):結構簡(jian)單(dan)、加工零部(bu)件少、重量(liang)輕、維修方(fang)便、流(liu)通能(neng)力大(同樣(yang)口徑可(ke)通(tong)過的(de)流量(liang)大),易實現(xian)脈沖(chong)遠距(ju)離傳送,可适應高參(can)數(高溫、高壓和低溫(wen))的測(ce)量需(xu)要,測(ce)量精度較高,測(ce)量範圍較(jiao)寬，動态(tai)響應好(hao),壓力損失較小(xiao);但是被測流體(ti)的部分物性對(dui)測量精度(du)有一(yi)定的(de)影(ying)響,不能(neng)長期(qi)保持(chi)校準(zhun)特性,對被測介(jie)質清潔(jie)度要求較高(gao),流(liu)體的溫(wen)度、黏度、密度對(dui)儀表(biao)指示值有(you)較大影(ying)響(xiang),由于有轉(zhuan)動部件會(hui)帶來磨(mo)損,儀表(biao)的使(shi)用(yong)年限受(shou)影響。适(shi)宜測量(liang)比較潔(jie)淨的低(di)黏度(du)液(ye)體。
2π定理推導(dao)水力(li)特性(xing)
2.1孔闆(pan)、文丘(qiu)裏流(liu)量計(ji)水(shui)力特性(xing)
　　對于(yu)孔闆、文丘(qiu)裏流量計,流速(su)ʋ的影響因(yin)素有(you):進口(kou)管徑d1、孔徑(jing)(喉徑)d2、流體的密(mi)度ρ、動力黏(nian)度系(xi)數μ及斷面間壓(ya)強差(cha)△p.據π定理:
 
　　由(you)(2)式可知(zhi),流(liu)量Q與流量系數μQ、管道(dao)雷諾數Re及(ji)管徑(jing)與孔(kong)徑(jing)比(bi)d2/d1有關(guan)。
2.2電磁流量(liang)計水力特性(xing)
　　當流體(ti)的電導率大于10-5s/cm時,電(dian)磁流量計(ji) 流速與(yu)流體的物性(xing)無關,流速(su)ʋ的影響(xiang)因(yin)素有(you):電磁(ci)感應(ying)強度(du)e、磁場強度(du)B、管道(dao)直徑D.據π定理:
 
　　由(you)(4)式可知,當磁場(chang)強度(du)B、管道直徑(jing)D爲常數(shu)時(shi)，流量Q僅與(yu)電(dian)磁(ci)感應(ying)強度(du)e相關(guan)且成正比。
2.3渦輪流量(liang)計水(shui)力特(te)性
　　當(dang)渦輪結(jie)構(gou)一定(ding)時,渦輪(lun)流(liu)量計流速v與葉輪的(de)轉速相關(guan),故影(ying)響因(yin)素有(you):葉輪(lun)的旋轉角(jiao)速度(du)w、流體密度(du)ρ、動力(li)黏度(du)系(xi)數μ、管徑D、葉輪轉動的阻(zu)力矩M(包括(kuo)摩擦阻力(li)矩(ju)和磁阻(zu)尼力矩等(deng)).據π定(ding)理:
 
 
　　由(you)(6)式可知,當(dang)管徑D一定(ding),流量(liang)Q與渦輪轉(zhuan)速n成(cheng)--定的(de)比例關系(xi),和雷(lei)諾數Re、渦輪(lun)旋轉(zhuan)阻力(li)與流(liu)體慣性(xing)力之比(bi)及渦輪(lun)平(ping)均半徑與(yu)管徑之比(bi)相關。
3試驗(yan)裝置及方(fang)法
　　試驗測(ce)試裝置由(you)電磁、渦輪(lun)、文(wen)丘裏和(he)孔闆4個同(tong)口徑(jing)(中25mm)的(de)流(liu)量計,組(zu)成串(chuan)聯管(guan)路、自動切(qie)換(huan)控制儀(yi)、計算機(ji)測(ce)控系(xi)統、自(zi)循環供水(shui)系統(tong)及(ji)輔助補(bu)水機(ji)構,如圖5所(suo)示。
 
　　孔闆流量計 采用(yong)标準孔闆(pan)角接取壓,β=0.450;文丘(qiu)裏流(liu)量計(ji)采用(yong)圓錐形文(wen)丘裏管,β=0.628;電(dian)磁流量計(ji)傳感器(qi)型(xing)号LDG-25S,精(jing)度1級(ji);渦輪流.量(liang)計傳感(gan)器(qi)型号(hao)LWGY-25A,精度(du)0.5級。輔助補(bu)水機構的作用是當(dang)用(yong)稱重法(fa)測量(liang)時,對水箱(xiang)進行(hang)補水以保(bao)持水箱水(shui)位不變,形(xing)成管道内(nei)恒速定(ding)常運動。系統管徑φ25mm,流量(liang)範圍(wei)0~3m3/h。各流(liu)量計(ji)數據由計算機(ji)瞬時采集。稱重法由(you)秒表(biao)記錄(lu)時間,電子秤測(ce)試重量,采用同(tong)一流量測(ce)3次,取(qu)平均值(zhi)爲測定(ding)流量。同(tong)一(yi)流量4個流(liu)量計和稱(cheng)重法同時(shi)測量(liang),測定(ding)流量(liang)值各(ge)不相同(tong)，以(yi)稱重(zhong)法爲(wei)真值基準(zhun)，通過分(fen)析(xi)對比(bi),揭示各自(zi)的性(xing)能特點。
4試驗數(shu)據及分析
　　本試(shi)驗測(ce)得流(liu)量計(ji)及稱(cheng)重法5組實(shi)驗數據(ju),按(an)試驗(yan)順序計(ji)算彙總(zong)如表1和表(biao)2所示。爲了(le)便(bian)于(yu)研究(jiu),将稱重法測量(liang)數據(ju)爲(wei)X軸,各流(liu)量計(ji)數據(ju)與稱(cheng)重法(fa)數據之差(cha)爲Y軸(zhou),以及(ji)相對誤差(cha)爲Y軸(zhou),利用(yong)Origin軟件繪流(liu)量曲線如圖6、圖(tu)7所示(shi)。
 
 
　　分析圖(tu)6和圖7,當流量(liang)0.451m3/h時,管(guan)中水(shui)速爲0.255m/s,雷(lei)諾(nuo)數Re=6336,處(chu)于紊流(liu)狀态。對(dui)于電(dian)磁流(liu)量計,測量精(jing)度主要(yao)受傳(chuan)感器性能的影響(xiang)，流(liu)速較(jiao)低時積(ji)聚在電極上(shang)的電荷較(jiao)少,受縱向(xiang)速度(du)影響明(ming)顯,因此(ci)出現較大的偏差;在流量逐漸(jian)增加的(de)過程中,縱向(xiang)速度的影(ying)響逐漸減(jian)小,誤(wu)差減小,精度、可(ke)靠性增(zeng)加(jia),說明(ming)電磁(ci)流(liu)量(liang)計在(zai)小流量時精度較低(di)。對(dui)于渦輪(lun)流量計(ji),流(liu)量與(yu)渦輪(lun)轉速成比(bi)例,與儀表(biao)常數(shu)有關(guan),小(xiao)流(liu)量時(shi)出現偏差(cha),測量(liang)值偏小(xiao),這是因(yin)爲此(ci)時(shi)葉(ye)輪的(de)機械(xie)摩(mo)擦(ca)阻力(li)及磁阻尼力矩相對旋轉力矩(ju)較大，因此(ci)所測(ce)的流(liu)量值(zhi)偏小(xiao);随着(zhe)流(liu)量(liang)的增(zeng)加,旋轉(zhuan)力矩增(zeng)大,誤差逐(zhu)漸減小,精(jing)度、可靠性(xing)增加。.對于(yu)文丘(qiu)裏流(liu)量計,屬于(yu)平緩節流(liu),所測過程中受(shou)旋渦(wo)影響較小，且沒(mei)有旋(xuan)轉部件,精(jing)度取決于(yu)試驗(yan)标定(ding),因(yin)此精度(du)、可靠性較(jiao)高,說(shuo)明文丘裏流量(liang)計适應性(xing)較廣(guang)。對于(yu)孔闆流量(liang)計,小(xiao)流(liu)量時所(suo)測數據偏大,這(zhe)是因爲此(ci)時壓差△p較(jiao)小，易受流(liu)體擾動(dong)的(de)影響(xiang),孔闆前後(hou)區域(yu)存在(zai)旋(xuan)渦，因而(er)測量(liang)偏(pian)差(cha)較大(da);随着流量的增(zeng)加,旋(xuan)渦(wo)的影響(xiang)減小(xiao),精度、可靠(kao)性增(zeng)加,說明孔(kong)闆流量計不适于測(ce)量(liang)較小流(liu)量。流量從(cong)0.745m3/h增加(jia)1.899m3/h的過程(cheng)中,電磁(ci)流量(liang)計的(de)精度(du)要略(lue)高于渦輪(lun)、文丘裏(li)和(he)孔闆(pan)流量(liang)計(ji),精度都(dou)能達到1級。流量從1.899m3/h增(zeng)加(jia)2.963m3/h的(de)過程(cheng)中,各流量(liang)計精(jing)度都(dou)較高,表現(xian)在圖7中(zhong)的(de)曲線(xian)趨于(yu)一點。
　　以上(shang)分析可(ke)知(zhi),電磁(ci)、渦輪、孔闆流量(liang)計均(jun)不(bu)适(shi)于較(jiao)小的流量，而文(wen)丘裏(li)流(liu)量(liang)計因爲壓(ya)損(sun)小,對旋(xuan)渦不敏(min)感,較接(jie)近真(zhen)值。大(da)流量(liang)時各流量(liang)計都(dou)有一(yi)定的波.動(dong),但測值接近真值,說(shuo)明(ming)它(ta)們的(de)性能(neng)是可(ke)靠的。
5結語(yu)
　　通過(guo)本次(ci)試驗可(ke)知(zhi),在小(xiao)流量時,孔(kong)闆與(yu)電磁流(liu)量(liang)計的(de)數據(ju)偏大、相對(dui)誤差(cha)也較大,渦(wo)輪流量(liang)計數據(ju)偏小、相對誤差(cha)也較(jiao)小,文丘裏(li)流量計(ji)則(ze)接近(jin)真值(zhi);大流(liu)量時(shi)各流量計讀數都有一定偏差(cha),但所測(ce)值(zhi)接近(jin)真值(zhi)，說明(ming)性能(neng)都較(jiao)可靠。

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