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靶式流量计的原理及应用

时间:2016-08-09 15:26 来源:

 
        上世纪六十年代随着现代工业的发展, 计量领域急需一种能够测量高粘度、低雷诺数流体的计量仪表,靶式流量计的研发和问世部分解决了这一问题。靶式流量计具有结构简单、按装方便、不易堵塞等特点,特别适应于低雷诺数、高粘度介质以及高悬浮混浊液、适量含颗粒浆体流体计量。另外,也可测量一般液体、气体和蒸汽流量。

        结构及测量原理
        靶式流量计的结构见图1 所示。测量器件为一个金属圆形靶面,安装在被测管道中轴线处,当流体流动冲击靶面时,靶面因受持续作用力而产生相应位移,其位移量反映了流量的大小。流体流动对靶面的作用力由两个分力合成。即具有一定流速的流体冲击靶面时,靶面上下游产生压差所形成的作用力;流体流经靶面圆周与被测管道内壁形成的环形空间时,所产生的靶周粘滞摩擦力。试验得知,靶面上下游压差所形成的作用力远比靶周粘滞摩擦力大得多,所以上述两个分力的矢量和约等于压差所形成的作用力。对具体的靶式流量计而言,体积和质量流量仅与靶面压差作用力的平方根成正比,只要测出作用力的大小,即可求出流体的流量。

        流量系数和压力损失
        当流量计的几何尺寸确定后,流量计测量准确度主要取决于流量系数α。和许多仪表一样,某些系数无法凭借数学模型通过严格推导取得,而是经过大量实验,采用数值模拟技术间接得出,靶式流量计流量系数α 就属于这类。实验结果证明,若流量超过某一量值后,流量系数α 将趋近于常量,而使该数趋于恒定时的流体雷诺数ReD,称为靶式流量计的边界雷诺数。
        当流体雷诺数Re > ReD时, 流量系数α 为恒, 而Re <ReD 时,由于流体靶周粘滞摩擦力在合力量值分析中所占比例加大不能忽略,流量系数α 将随Re 而变化,此时,流量计测量准确度将会产生许多不确定因素。另外,实验结果还证明,靶式流量计边界雷诺数ReD 比差压流量计边界雷诺数(推荐使用的最小雷诺数值Remin)要低得多,这正是靶式流量计能测量低雷诺数流体的原因。需要指出的是,靶式流量计边界雷诺数ReD 的实验值是在测量流体靶周粘滞摩擦力的基础上获得的,而靶周粘滞摩擦力大小取决于过流环空面积,即与靶径比β 有关。
        当β 一定时,不同的管直径D 和靶直径d,其过流环空面积不同,则靶式流量计边界雷诺数ReD 也不同,使用时必须注意这一点。一般讲,靶式流量计出厂前使用水介质标定,但实际应用并不推荐测量水介质,而流量系数α 不仅与上述参数有关,还与流体粘度和密度有关,所以为保证测量精度,使用前应该用被测介质进行现场再次标定。靶面安装于管道中属于阻流件,流体通过环形空间必然产生不可恢复压力损失,经试验表明,靶式流量计压力损失要低于节流式流量计。

        种类和测量准确度
        靶式流量计分测量装置和力转换器两部分, 测量装置将流体的动量转换为靶面位移,与力矩成正比。力转换器将靶面位移量转换为电或气信号,一般可分电动靶式流量计和气动靶式流量计两种。无论电动或气动都与流体流速的平方成正比。国产靶式流量计口径系列为15~300mm,测量准确度为±1%( 实际介质标定),量程为0.8~400m2/h。影响测量准确度的因素主要有:由于合力叠加时忽略了靶周粘滞摩擦力,在测量较高粘度流体时,流量测量结果偏大;由于安装偏差,靶面与管道中轴线不同心,结果造成靶周粘滞摩擦力不均匀作用,流量测量结果也偏大;所测流量较小,靶周粘滞摩擦力作用凸显,流体作用力和流速的平方不成线性。






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