4種常用流量計性能的對比-江蘇省孝感尼蓝纺织制造有限责任公司

摘要(yao):利用π定(ding)理推導(dǎo)出孔闆(pan)、文丘裏(li)、電磁及(jí) 渦輪流(liu)量計 水(shui)力特性(xìng)。将4種流(liu)量計 串(chuan)聯組成(cheng)測試裝(zhuang)置進行(hang)試驗研(yán)究,利用(yong)軟件采(cai)集各流(liú)量計測(cè)試數據(ju),與稱重(zhong)法測量(liàng)數據進(jìn)行對比(bi)。用Origin軟件(jiàn)繪出流(liu)量曲線(xiàn),分析在(zài)不同流(liu)量條件(jian)下各種(zhong)流量計(jì)的精度(du)和誤差(chà)率,以期(qī)爲流量(liàng)計的選(xuan)型和應(yīng)用提供(gong)有價值(zhí)的參考(kao)依據。
　　在(zài)泵的運(yun)行與調(diào)節中,對(duì)泵流量(liàng)的測量(liàng)是泵性(xìng)能檢測(cè)的重要(yao)指标,實(shí)際中要(yao)用到大(dà)量的流(liú)量計,流(liu)量計性(xìng)能将直(zhi)接反映(yìng)出泵的(de)流量精(jing)度[1-2],因此(cǐ)，有必要(yao)對流量(liàng)計的性(xìng)能有所(suo)了解和(hé)掌握。本(ben)文對常(cháng)用的4種(zhǒng)流量計(ji)進行試(shì)驗對比(bi),得出了(le)相關結(jie)論,以期(qi)爲實際(ji)應用及(ji)選型提(ti)供依據(jù)。
1常用的(de)4種流量(liàng)計
1.1孔闆(pan)、文丘裏(lǐ)流量計(jì)
　　孔闆、文(wen)丘裏流(liú)量計是(shì)基于伯(bo)努利方(fang)程原理(li).制造的(de)流量儀(yí)表,如圖(tú)1和圖2所(suǒ)示。它利(li)用流體(ti)流經節(jiē)流裝置(zhì)所産生(shēng)的壓差(cha)來測量(liàng)流量，因(yin)此叫作(zuò)差壓流(liu)量計,是(shi)目前應(yīng)用最廣(guǎng)泛的一(yi)類流量(liàng)測量儀(yi)表。其特(tè)點是:所(suǒ)測介質(zhi)爲單相(xiang)、均質的(de)牛頓流(liú)體，在通(tōng)過節流(liu)裝置時(shí)不發生(shēng)相變和(he)析出雜(zá)質,在節(jiē)流裝置(zhì)中不得(dé)有物質(zhi)黏附或(huò)聚集。适(shì)用于圓(yuan)管和上(shàng)下遊有(yǒu)較長間(jiān)距的直(zhí)管段。流(liú)動應連(lian)續、穩定(ding),流線與(yǔ)管軸線(xiàn)平行。節(jiē)流裝置(zhi)結構簡(jian)單,使用(yòng)壽命長(zhang),适應性(xìng)比較廣(guang)，能夠測(cè)量各種(zhong)工況下(xià)的流體(ti),精度可(kě)達.±1%;但其(qí)壓力損(sǔn)失較大(dà),刻度呈(chéng)非線性(xing)。
孔闆流(liú)量計原(yuán)理圖示(shì)
1.2電磁流(liú)量計
　　 電(dian)磁流量(liang)計 是基(jī)于法拉(lā)第電磁(ci)感應定(ding)律制成(chéng)的測量(liàng)導電性(xing)液體的(de)儀表,如(ru)圖3所示(shì)。即利用(yòng)電磁感(gǎn)應原理(li)來測量(liàng)導管中(zhong)導電液(yè)體的平(ping)均流速(su)。
電磁流(liú)量計原(yuan)理圖
　　其(qí)特點是(shì):測量通(tong)道爲光(guāng)滑直管(guǎn),不會阻(zu)塞,适用(yòng)于測量(liàng)含固體(ti)顆粒的(de)液固二(er)相流體(tǐ)(如紙漿(jiang)、泥漿.污(wū)水等),沒(méi)有壓力(lì)損失,所(suo)測體積(ji)流量不(bú)受流體(ti)密度、黏(nian)度、溫度(du)、壓力和(he)電導率(lü)(>10-5Ω/cm)的影響(xiǎng),測量範(fan)圍大(流(liu)速爲0.3~10m/s),口(kǒu)徑範圍(wei)寬(3mm至3m),測(ce)量精度(du)比較高(gāo)(基本誤(wu)差值的(de)±0.2%~±0.5%),輸出與(yǔ)被測介(jie)質平均(jun1)流速成(chéng)正比，與(yu)流動狀(zhuàng)态無關(guān),可測量(liang)瞬時脈(mo)動流量(liàng)。但是它(ta)不能測(cè)量電導(dǎo)率很低(di)的液體(ti)(如石油(you)制品),不(bu)能測量(liàng)氣體、蒸(zhēng)汽和含(han)有較大(dà)氣泡的(de)液體,不(bu)能用于(yú)測量較(jiao)高溫度(dù)的介質(zhi)(易受外(wài)界電磁(ci)幹擾)。
1.3渦(wo)輪流量(liàng)計
　　渦輪(lun)流量計(ji) 是基于(yu)動量矩(ju)守恒原(yuán)理制造(zào)的速度(dù)式流量(liàng)儀表,即(jí)利用置(zhi)于流體(ti)中葉輪(lún)的旋轉(zhuan)角速度(du)與流體(tǐ)流速成(chéng)比例的(de)關系,通(tong)過測量(liang)葉輪的(de)轉速來(lái)反映通(tong)過管道(dào)的體積(ji)流量,是(shi)目前流(liu)量儀表(biǎo)中比較(jiao)成熟的(de)高精度(du)儀表,工(gong)作原理(lǐ)如4所示(shi)。

　　其特點(diǎn)是:結構(gòu)簡單、加(jiā)工零部(bù)件少、重(zhong)量輕、維(wei)修方便(biàn)、流通能(néng)力大(同(tong)樣口徑(jìng)可通過(guo)的流量(liang)大),易實(shi)現脈沖(chong)遠距離(lí)傳送,可(kě)适應高(gao)參數(高(gāo)溫、高壓(yā)和低溫(wēn))的測量(liang)需要,測(ce)量精度(dù)較高,測(ce)量範圍(wéi)較寬，動(dong)态響應(ying)好,壓力(lì)損失較(jiao)小;但是(shì)被測流(liú)體的部(bu)分物性(xing)對測量(liang)精度有(you)一定的(de)影響,不(bú)能長期(qī)保持校(xiào)準特性(xing),對被測(ce)介質清(qīng)潔度要(yào)求較高(gāo),流體的(de)溫度、黏(nian)度、密度(du)對儀表(biǎo)指示值(zhí)有較大(da)影響,由(yóu)于有轉(zhuan)動部件(jiàn)會帶來(lai)磨損,儀(yi)表的使(shi)用年限(xiàn)受影響(xiǎng)。适宜測(ce)量比較(jiao)潔淨的(de)低黏度(du)液體。
2π定(ding)理推導(dǎo)水力特(te)性
2.1孔闆(pan)、文丘裏(li)流量計(jì)水力特(tè)性
　　對于(yu)孔闆、文(wén)丘裏流(liú)量計,流(liú)速ʋ的影(ying)響因素(su)有:進口(kou)管徑d1、孔(kong)徑(喉徑(jìng))d2、流體的(de)密度ρ、動(dòng)力黏度(dù)系數μ及(jí)斷面間(jiān)壓強差(cha)△p.據π定理(li):

　　由(2)式可(ke)知,流量(liang)Q與流量(liàng)系數μQ、管(guǎn)道雷諾(nuò)數Re及管(guan)徑與孔(kǒng)徑比d2/d1有(yǒu)關。
2.2電磁(ci)流量計(jì)水力特(te)性
　　當流(liú)體的電(dian)導率大(da)于10-5s/cm時,電(diàn)磁流量(liàng)計 流速(su)與流體(tǐ)的物性(xìng)無關,流(liu)速ʋ的影(yǐng)響因素(su)有:電磁(cí)感應強(qiang)度e、磁場(chǎng)強度B、管(guǎn)道直徑(jing)D.據π定理(li):

　　由(4)式可(kě)知,當磁(ci)場強度(dù)B、管道直(zhi)徑D爲常(cháng)數時，流(liu)量Q僅與(yu)電磁感(gan)應強度(du)e相關且(qiě)成正比(bǐ)。
2.3渦輪流(liu)量計水(shuǐ)力特性(xing)
　　當渦輪(lun)結構一(yi)定時,渦(wo)輪流量(liang)計流速(su)v與葉輪(lun)的轉速(su)相關,故(gu)影響因(yin)素有:葉(yè)輪的旋(xuan)轉角速(su)度w、流體(tǐ)密度ρ、動(dòng)力黏度(du)系數μ、管(guan)徑D、葉輪(lun)轉動的(de)阻力矩(ju)M(包括摩(mó)擦阻力(lì)矩和磁(ci)阻尼力(li)矩等).據(ju)π定理:

　　由(yóu)(6)式可知(zhi),當管徑(jìng)D一定,流(liú)量Q與渦(wo)輪轉速(su)n成--定的(de)比例關(guān)系,和雷(léi)諾數Re、渦(wō)輪旋轉(zhuǎn)阻力與(yu)流體慣(guan)性力之(zhi)比及渦(wo)輪平均(jun1)半徑與(yǔ)管徑之(zhī)比相關(guān)。
3試驗裝(zhuang)置及方(fang)法
　　試驗(yan)測試裝(zhuāng)置由電(dian)磁、渦輪(lun)、文丘裏(lǐ)和孔闆(pan)4個同口(kǒu)徑(中25mm)的(de)流量計(ji),組成串(chuàn)聯管路(lù)、自動切(qiē)換控制(zhi)儀、計算(suan)機測控(kong)系統、自(zì)循環供(gong)水系統(tong)及輔助(zhù)補水機(ji)構,如圖(tu)5所示。

　　孔(kǒng)闆流量(liàng)計 采用(yòng)标準孔(kǒng)闆角接(jie)取壓,β=0.450;文(wen)丘裏流(liú)量計采(cai)用圓錐(zhui)形文丘(qiū)裏管,β=0.628;電(diàn)磁流量(liang)計傳感(gan)器型号(hào)LDG-25S,精度1級(ji);渦輪流(liu).量計傳(chuán)感器型(xing)号LWGY-25A,精度(du)0.5級。輔助(zhù)補水機(jī)構的作(zuo)用是當(dāng)用稱重(zhòng)法測量(liàng)時,對水(shuǐ)箱進行(hang)補水以(yi)保持水(shuǐ)箱水位(wei)不變,形(xing)成管道(dào)内恒速(sù)定常運(yùn)動。系統(tong)管徑φ25mm,流(liu)量範圍(wei)0~3m3/h。各流量(liàng)計數據(jù)由計算(suan)機瞬時(shi)采集。稱(cheng)重法由(yóu)秒表記(ji)錄時間(jian),電子秤(cheng)測試重(zhòng)量,采用(yòng)同一流(liú)量測3次(cì),取平均(jun1)值爲測(ce)定流量(liang)。同一流(liú)量4個流(liú)量計和(hé)稱重法(fa)同時測(ce)量,測定(dìng)流量值(zhí)各不相(xiang)同，以稱(chēng)重法爲(wei)真值基(jī)準，通過(guò)分析對(dui)比,揭示(shi)各自的(de)性能特(te)點。
4試驗(yan)數據及(ji)分析
　　本(ben)試驗測(cè)得流量(liàng)計及稱(cheng)重法5組(zu)實驗數(shù)據,按試(shi)驗順序(xu)計算彙(huì)總如表(biao)1和表2所(suo)示。爲了(le)便于研(yán)究,将稱(cheng)重法測(cè)量數據(ju)爲X軸,各(ge)流量計(ji)數據與(yǔ)稱重法(fǎ)數據之(zhi)差爲Y軸(zhou),以及相(xiang)對誤差(cha)爲Y軸,利(li)用Origin軟件(jiàn)繪流量(liàng)曲線如(rú)圖6、圖7所(suǒ)示。

　　分析(xī)圖6和圖(tú)7,當流量(liang)0.451m3/h時,管中(zhōng)水速爲(wèi)0.255m/s,雷諾數(shu)Re=6336,處于紊(wen)流狀态(tài)。對于電(diàn)磁流量(liàng)計,測量(liang)精度主(zhu)要受傳(chuán)感器性(xing)能的影(yǐng)響，流速(sù)較低時(shí)積聚在(zai)電極上(shang)的電荷(hé)較少,受(shou)縱向速(su)度影響(xiang)明顯,因(yin)此出現(xian)較大的(de)偏差;在(zai)流量逐(zhu)漸增加(jia)的過程(cheng)中,縱向(xiàng)速度的(de)影響逐(zhu)漸減小(xiao),誤差減(jian)小,精度(du)、可靠性(xìng)增加,說(shuo)明電磁(ci)流量計(jì)在小流(liu)量時精(jing)度較低(dī)。對于渦(wō)輪流量(liàng)計,流量(liàng)與渦輪(lun)轉速成(cheng)比例,與(yu)儀表常(cháng)數有關(guan),小流量(liang)時出現(xian)偏差,測(ce)量值偏(piān)小,這是(shi)因爲此(cǐ)時葉輪(lun)的機械(xiè)摩擦阻(zǔ)力及磁(cí)阻尼力(li)矩相對(duì)旋轉力(li)矩較大(dà)，因此所(suǒ)測的流(liu)量值偏(piān)小;随着(zhe)流量的(de)增加,旋(xuán)轉力矩(ju)增大,誤(wu)差逐漸(jiàn)減小,精(jing)度、可靠(kao)性增加(jia)。.對于文(wen)丘裏流(liu)量計,屬(shǔ)于平緩(huǎn)節流,所(suǒ)測過程(chéng)中受旋(xuán)渦影響(xiǎng)較小，且(qiě)沒有旋(xuán)轉部件(jiàn),精度取(qǔ)決于試(shì)驗标定(ding),因此精(jing)度、可靠(kao)性較高(gao),說明文(wén)丘裏流(liú)量計适(shi)應性較(jiao)廣。對于(yú)孔闆流(liú)量計,小(xiao)流量時(shí)所測數(shù)據偏大(dà),這是因(yīn)爲此時(shi)壓差△p較(jiao)小，易受(shòu)流體擾(rǎo)動的影(ying)響,孔闆(pǎn)前後區(qu)域存在(zài)旋渦，因(yin)而測量(liang)偏差較(jiào)大;随着(zhe)流量的(de)增加,旋(xuan)渦的影(ying)響減小(xiao),精度、可(ke)靠性增(zēng)加,說明(ming)孔闆流(liú)量計不(bu)适于測(cè)量較小(xiao)流量。流(liu)量從0.745m3/h增(zēng)加1.899m3/h的過(guo)程中,電(dian)磁流量(liang)計的精(jing)度要略(luè)高于渦(wo)輪、文丘(qiū)裏和孔(kong)闆流量(liang)計,精度(dù)都能達(da)到1級。流(liú)量從1.899m3/h增(zēng)加2.963m3/h的過(guò)程中,各(gè)流量計(jì)精度都(dou)較高,表(biao)現在圖(tu)7中的曲(qu)線趨于(yú)一點。
　　以(yǐ)上分析(xi)可知,電(dian)磁、渦輪(lún)、孔闆流(liú)量計均(jun1)不适于(yu)較小的(de)流量，而(ér)文丘裏(li)流量計(jì)因爲壓(yā)損小,對(dui)旋渦不(bu)敏感,較(jiào)接近真(zhen)值。大流(liu)量時各(ge)流量計(jì)都有一(yī)定的波(bo).動,但測(cè)值接近(jìn)真值,說(shuo)明它們(men)的性能(neng)是可靠(kào)的。
5結語(yu)
　　通過本(ben)次試驗(yàn)可知,在(zài)小流量(liàng)時,孔闆(pan)與電磁(cí)流量計(ji)的數據(ju)偏大、相(xiang)對誤差(chà)也較大(dà),渦輪流(liú)量計數(shu)據偏小(xiao)、相對誤(wu)差也較(jiào)小,文丘(qiū)裏流量(liang)計則接(jiē)近真值(zhí);大流量(liàng)時各流(liu)量計讀(dú)數都有(you)一定偏(pian)差,但所(suǒ)測值接(jiē)近真值(zhí)，說明性(xìng)能都較(jiào)可靠。