噴嘴流量計計算公式與流量測試裝置

本文噴嘴流量計計算公式與流量測試裝置進(jìn)行了討論,尤其對噴嘴流量計從測量原理上進(jìn)行了探討,研究了減少測量誤差的措施。著重對滴管流量計量程向小流量方向拓展進(jìn)行了深入的研究,提出了真空滴管式流量計的設(shè)想,完善了結(jié)構(gòu)設(shè)置和操作規(guī)程,總結(jié)了真空滴管式流量計的特點。

　　測量機(jī)械真空泵流量的儀器種類繁多，有渦輪流量計、渦街流量計、轉(zhuǎn)子流量計、質(zhì)量流量計、孔板流量計、噴嘴流量計和滴管流量計等等，真空行業(yè)中常用的是后面幾種。

　　轉(zhuǎn)子流量計存在精度低、讀數(shù)不夠穩(wěn)定等缺點，不宜作測量儀表。但由于價格低廉、使用方便、讀數(shù)直觀并可遠(yuǎn)傳，常常被應(yīng)用于生產(chǎn)流程中的流量顯示。

　　質(zhì)量流量計精度高、響應(yīng)速度快、穩(wěn)定可靠、操作使用方便，因此得到了廣泛的應(yīng)用。但對真空設(shè)備行業(yè)而言，卻存在流導(dǎo)不足的問題。例如目前最大的質(zhì)量流量計，最大量程已達(dá)2000 SLM，但連接口徑只有10 mm，故適宜于測量壓力氣體的流量；用來測量真空泵則量程只有其額定值的幾分之一，經(jīng)實際驗證，情況確實如此，所以在真空行業(yè)中只能用來測量小流量。

　　孔板流量計曾被廣泛應(yīng)用于水泵行業(yè)，因其體積較大，安裝和使用相對比較麻煩，應(yīng)用得較少。主要使用在低真空和中、大流量的場合，例如活塞式真空泵、水環(huán)式真空泵的測量中。真空行業(yè)中使用最廣泛的是滴管流量計和噴嘴流量計，這是二種絕對流量計，只要認(rèn)真操作，完全可以獲得較高的精度。

1、噴嘴流量計

　　噴嘴流量計是根據(jù)流體動力學(xué)中的Laval（拉瓦爾）噴管原理設(shè)計的一種絕對流量計，它在噴嘴出口壓力與入口壓力之比等于0.528 時，噴嘴中氣流速度達(dá)到超音速，通過的氣體流量達(dá)到最大值。噴嘴出口壓力繼續(xù)降低，上述壓力比將開始小于0.528 并繼續(xù)下降，氣體流量保持不變。

　　上述流量的計算還需經(jīng)換算和校正，如大氣壓力換算、氣體常數(shù)換算、噴嘴效率校正和壓力比校正。需要特別指出的是壓力比的校正，當(dāng)噴嘴出口壓力與入口壓力之比大于0.528 之后，噴嘴中的氣流速度開始低于音速，并隨著壓力比的繼續(xù)增加，噴嘴中的氣流速度進(jìn)一步下降，在此狀態(tài)下的流量計算已不再遵循公式（1），必需進(jìn)行壓力比校正。具體計算參見GB/T13930 水環(huán)真空泵和水環(huán)壓縮機(jī)氣量測定方法。

　　噴嘴流量計的測試裝置如圖1 所示。

　　本噴嘴流量計測試裝置與GB/T13930 規(guī)的不同之處在于，各噴嘴中的超音速氣流進(jìn)入到測試罩后，由于集束效應(yīng)，氣流不容易均勻混和，壓力穩(wěn)定性差，按GB/T13930 規(guī)定的裝置測得的抽速偏差較大；所以我們將測試罩長度加長，L/D=3~4，同時取壓位置從測試罩上移到錐管下面的連接管上。試驗證明這項改進(jìn)效果顯著，再也沒有出現(xiàn)抽速偏大的現(xiàn)象。

　　實際應(yīng)用中，噴嘴流量計應(yīng)盡量避免在3 kPa壓力以下使用，因為此時測試罩中真空度較高，使用的都是小噴嘴，從噴嘴中進(jìn)入的超音速氣流的集束效應(yīng)更厲害，氣流的均勻性和穩(wěn)定性更差；再加上小口徑噴嘴的附面層影響也較大，將對抽速的測試產(chǎn)生很大的偏差。測試罩中真空度越高，這個偏差越大。

2、滴管流量計

　　滴管流量計因其量程寬、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、精度較高，并且是絕對流量計而得到廣泛應(yīng)用。滴管式流量計一直是國內(nèi)外真空標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測量真空泵抽速的一種流量計，通過精確計量出滴管不同高度的容積，就能準(zhǔn)確測量真空泵的流量，至今仍為國內(nèi)外有關(guān)真空標(biāo)準(zhǔn)所采用。

　　而現(xiàn)階段使用的滴管流量計存在這樣一個突出的缺點：由于毛細(xì)管現(xiàn)象的存在，在小直徑玻璃管中液面存在不同程度的壓低值，因此滴管直徑不能過小，也就是不能測量小流量或小流量測得的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。

　　真空滴管式流量計具有以下特點：

　　(1) 滴管式流量計安裝在密封油箱上，通過輔助真空泵的抽氣和真空（放氣）閥來達(dá)到和保持動態(tài)穩(wěn)定的真空，整個流量測量系統(tǒng)均處于真空狀態(tài)下，擴(kuò)大了流量測量范圍，特別是向小流量拓展。而且它的真空度可調(diào)控，以此來設(shè)置它的不同的流量范圍。

　　(2) 整個流量測量系統(tǒng)既可以處于真空狀態(tài)下，又可以處在大氣狀態(tài)下，擴(kuò)大了流量測量范圍。

　　(3) 當(dāng)整個流量測量系統(tǒng)處于真空狀態(tài)下時，流量測量系統(tǒng)的真空度必須低于103 Pa，以保證流量測量工作的正常進(jìn)行。

　　(4) 滴管中液面的上升高度是預(yù)先設(shè)定的，并通過超聲波液位變送器發(fā)出液位訊號；液面上升某高度所需的時間由計時儀記錄，它受液位變送器發(fā)出的液位訊號所操控，從而避免了手動計時和眼睛觀察高度所引起的誤差，進(jìn)一步提高了測試精度。

　　(5) 真空滴管式流量計在真空狀態(tài)下時，特別適宜于測量小流量。它可用較大直徑滴管來測量小流量，避免了小直徑滴管因毛細(xì)管作用引起的流量測試值偏低的情況，使測試更加準(zhǔn)確。

　　(6) 真空滴管式流量計整個系統(tǒng)處于真空狀態(tài)下，工作液（油）不會被灰塵和水蒸氣污染，保證了測量精確度。

　　真空滴管式流量計是最新研究成果，很可能存在考慮不周的地方，望批評指正。

本文來自：http://www.tj-yinhai.com/（本文原文：噴嘴流量計與真空滴管流量計的研究。）