靶式流量計的原理及應用
時間:2016-08-09 15:26
來源:
作者:任桂山
上世紀六十年代隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展, 計量領域急需一種能夠測量高粘度、低雷諾數(shù)流體的計量儀表,靶式流量計的研發(fā)和問世部分解決了這一問題。靶式流量計具有結構簡單、按裝方便、不易堵塞等特點,特別適應于低雷諾數(shù)、高粘度介質以及高懸浮混濁液、適量含顆粒漿體流體計量。另外,也可測量一般液體、氣體和蒸汽流量。
結構及測量原理
靶式流量計的結構見圖1 所示。測量器件為一個金屬圓形靶面,安裝在被測管道中軸線處,當流體流動沖擊靶面時,靶面因受持續(xù)作用力而產生相應位移,其位移量反映了流量的大小。流體流動對靶面的作用力由兩個分力合成。即具有一定流速的流體沖擊靶面時,靶面上下游產生壓差所形成的作用力;流體流經靶面圓周與被測管道內壁形成的環(huán)形空間時,所產生的靶周粘滯摩擦力。試驗得知,靶面上下游壓差所形成的作用力遠比靶周粘滯摩擦力大得多,所以上述兩個分力的矢量和約等于壓差所形成的作用力。對具體的靶式流量計而言,體積和質量流量僅與靶面壓差作用力的平方根成正比,只要測出作用力的大小,即可求出流體的流量。
流量系數(shù)和壓力損失
當流量計的幾何尺寸確定后,流量計測量準確度主要取決于流量系數(shù)α。和許多儀表一樣,某些系數(shù)無法憑借數(shù)學模型通過嚴格推導取得,而是經過大量實驗,采用數(shù)值模擬技術間接得出,靶式流量計流量系數(shù)α 就屬于這類。實驗結果證明,若流量超過某一量值后,流量系數(shù)α 將趨近于常量,而使該數(shù)趨于恒定時的流體雷諾數(shù)ReD,稱為靶式流量計的邊界雷諾數(shù)。
當流體雷諾數(shù)Re > ReD時, 流量系數(shù)α 為恒, 而Re <ReD 時,由于流體靶周粘滯摩擦力在合力量值分析中所占比例加大不能忽略,流量系數(shù)α 將隨Re 而變化,此時,流量計測量準確度將會產生許多不確定因素。另外,實驗結果還證明,靶式流量計邊界雷諾數(shù)ReD 比差壓流量計邊界雷諾數(shù)(推薦使用的最小雷諾數(shù)值Remin)要低得多,這正是靶式流量計能測量低雷諾數(shù)流體的原因。需要指出的是,靶式流量計邊界雷諾數(shù)ReD 的實驗值是在測量流體靶周粘滯摩擦力的基礎上獲得的,而靶周粘滯摩擦力大小取決于過流環(huán)空面積,即與靶徑比β 有關。
當β 一定時,不同的管直徑D 和靶直徑d,其過流環(huán)空面積不同,則靶式流量計邊界雷諾數(shù)ReD 也不同,使用時必須注意這一點。一般講,靶式流量計出廠前使用水介質標定,但實際應用并不推薦測量水介質,而流量系數(shù)α 不僅與上述參數(shù)有關,還與流體粘度和密度有關,所以為保證測量精度,使用前應該用被測介質進行現(xiàn)場再次標定。靶面安裝于管道中屬于阻流件,流體通過環(huán)形空間必然產生不可恢復壓力損失,經試驗表明,靶式流量計壓力損失要低于節(jié)流式流量計。
種類和測量準確度
靶式流量計分測量裝置和力轉換器兩部分, 測量裝置將流體的動量轉換為靶面位移,與力矩成正比。力轉換器將靶面位移量轉換為電或氣信號,一般可分電動靶式流量計和氣動靶式流量計兩種。無論電動或氣動都與流體流速的平方成正比。國產靶式流量計口徑系列為15~300mm,測量準確度為±1%( 實際介質標定),量程為0.8~400m2/h。影響測量準確度的因素主要有:由于合力疊加時忽略了靶周粘滯摩擦力,在測量較高粘度流體時,流量測量結果偏大;由于安裝偏差,靶面與管道中軸線不同心,結果造成靶周粘滯摩擦力不均勻作用,流量測量結果也偏大;所測流量較小,靶周粘滯摩擦力作用凸顯,流體作用力和流速的平方不成線性。