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玻璃生產(chǎn)線(含全氧燃燒、富氧燃燒、特種玻璃、深加工玻璃線等)常有些氣體介質(zhì)的流量需要測(cè)量,如助燃風(fēng)、調(diào)溫風(fēng)等冷卻風(fēng)、壓縮空氣、惰性氣、氮?dú)?、氫氣、氧氣、天然氣、液化氣、蒸汽等。以zui常見的風(fēng)流量計(jì)的選型應(yīng)用為例,按時(shí)期先后大致如下:節(jié)流差壓式流量計(jì)(標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流孔板、文丘里管等),渦街流量計(jì),差壓式流量計(jì)(均速管流量計(jì)),熱式質(zhì)量流量計(jì),節(jié)流差壓式流量計(jì)(彎管流量計(jì)),節(jié)流差壓式流量計(jì)(多孔孔板平衡流量計(jì))等。幾種流量計(jì)各有優(yōu)缺點(diǎn),下面對(duì)它們進(jìn)行一些分析探討,以期合理選型正確使用。
1.標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流差壓式流量計(jì)
標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流孔板及文丘里管等典型的節(jié)流差壓式流量計(jì),是傳統(tǒng)zui常見的流量計(jì)?;诹黧w連續(xù)性原理和流體力學(xué)能量守衡原理,遵從伯努利定律。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流式流量計(jì)的基本公式為:
質(zhì)量流量:M=αεAd(2ρ△P)1/2
體積流量:Q=M/ρ=αεAd(2△P/ρ)1/2
α--流量系數(shù),ε--流束膨脹系數(shù),Ad--工作狀態(tài)下節(jié)流件開孔面積,ρ--節(jié)流件上游側(cè)取壓處流體密度,標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件上、下游側(cè)規(guī)定的取壓孔位置上所測(cè)得的靜壓力之差。以孔板流量計(jì)為例,推導(dǎo)得其應(yīng)用公式為:
Q=0.01252αεktd2(△P/ρ)1/2
當(dāng)孔板流量系數(shù)α、流束膨脹系數(shù)ε、管道與孔板材料熱膨脹校正系數(shù)kt、流體密度ρ及孔板節(jié)流孔徑d近似視為常數(shù)C時(shí),流體流量Q與孔板前、后的壓力差△P的平方根成正比,公式簡(jiǎn)化為:Q=C△P-2
2.均速管流量計(jì)
屬差壓式流量計(jì),由單點(diǎn)測(cè)速的皮托管演變發(fā)展而來(lái),基于流體力學(xué)能量守衡原理,遵從伯努利定律。流體的全壓(總壓力)等于其動(dòng)壓加靜壓,測(cè)得流體的平均全壓與平均靜壓之差△P,就獲得流體的平均動(dòng)壓值。流體的平均動(dòng)壓即平均差壓△P與平均流速V間的關(guān)系為:
V=K(2△P/ρ)1/2
Q=AV
其中K為均速管流量系數(shù),A為管道有效截面積。均速管流量計(jì)導(dǎo)致的流體壓力損失很小,其*壓力損失僅是標(biāo)準(zhǔn)孔板的5%以下,均速管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,安裝維護(hù)比較方便(但比渦街流量計(jì)和熱式質(zhì)量流量計(jì)要增加取壓導(dǎo)壓管和差壓變送器),大口徑管路流量測(cè)量時(shí)優(yōu)點(diǎn)突出。各公司標(biāo)稱的所需直管段差異很大,有的小到2D,大的卻要20D;價(jià)格差異也很大,不含差壓變送器,便宜的一兩千元,貴的上萬(wàn)元。
3.熱式質(zhì)量流量計(jì)
熱式質(zhì)量流量計(jì)基于熱傳遞原理。傳感元件是封裝于不銹鋼套管內(nèi)的2個(gè)精密熱電阻RTD(一般為鉑電阻),其一是流體介質(zhì)溫度傳感元件,另一為加熱兼?zhèn)鞲性?,由它們組成惠斯登電橋的兩個(gè)橋臂,控制加熱傳感器的加熱功率,以使加熱傳感器和參比溫度傳感器間保持恒定溫差△t=ts-ta=常數(shù)。流體流過(guò)加熱傳感器所帶走的熱量和流體的流速與密度之積ρV的m次方成正比,即與流體的質(zhì)量流量的m次方成正比。流體的質(zhì)量流量變化時(shí),必須同時(shí)相應(yīng)改變加熱傳感器的加熱功率,才能保持△t不變,故測(cè)得加熱功率就間接地測(cè)得流體的質(zhì)量流量。檢測(cè)元件總熱損失E與質(zhì)量流速ρV、質(zhì)量流量M間的函數(shù)關(guān)系式如下:
E=(kAs/d)[B+C(ρVd/μ)m](Ts-Ta)
M=AρVk--流體導(dǎo)熱系數(shù),As--被加熱元件面積,B--傳感器支撐件的自然對(duì)流、熱輻射和熱傳導(dǎo)總的熱傳遞常數(shù)(相對(duì)于介質(zhì)的強(qiáng)制對(duì)流,傳感器的自然對(duì)流、熱輻射和熱傳導(dǎo)影響極?。?,C--常數(shù),d--傳感器直徑,μ--流體黏度,m--系數(shù)(一般m≥0.3),Ts--元件表面溫度,Ta--介質(zhì)溫度,A--管道有效截面積。
總結(jié)
標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流孔板、文丘里管等傳統(tǒng)節(jié)流差壓式流量計(jì)*壓力損大(由于死區(qū)和大量渦流),量程比小,要求直管段長(zhǎng),尤其不適合允許壓力損小、直管段短和大口徑管路的測(cè)量。新型的A+K多函數(shù)孔圓盤式平衡流量計(jì)BFM(BalancedFlowMeter),是美國(guó)航空航天局、馬歇爾航空飛行中心深入研究、大量試驗(yàn)的成果,巧妙地將傳統(tǒng)整流器和節(jié)流件一體化、創(chuàng)新化,雖然原理類同標(biāo)準(zhǔn)孔板等節(jié)流式差壓流量計(jì),同樣遵從伯努利定律,但由于圓盤具有多個(gè)*的函數(shù)孔,在節(jié)流同時(shí)還對(duì)流體進(jìn)行整流和平衡調(diào)整,因此在減小直管段要求(zui短0.5D),減小*壓力損(是傳統(tǒng)的1/3),提高量程比(>10:1)、測(cè)量精度(優(yōu)于0.5%)、穩(wěn)定性(噪聲是傳統(tǒng)的1/15)、耐污堵等方面均有極大改善。還可測(cè)雙向流、氣液兩相流、漿料甚至固體顆粒流,幾乎適用于所有流體。以下是美國(guó)A+流量技術(shù)公司(A+FlowTek)(合作商上??蒲罂萍及l(fā)展有限公司)提供的A+K多孔平衡流量計(jì)與其它差壓式流量計(jì)的對(duì)比(由于各制造廠及現(xiàn)場(chǎng)狀況的差異,以下有些描述不盡準(zhǔn)確,個(gè)別作了修改,僅供參考)
導(dǎo)軌油流量計(jì) 導(dǎo)熱油流量計(jì) 樹脂流量計(jì) 重油流量計(jì) 乳化油流量計(jì)