噴嘴流量計與真空滴管流量計的區(qū)別

　　西安華恒儀表制造有限公司是主要生產(chǎn)孔板流量計,電磁流量計,v錐流量計,污水流量計,蒸汽流量計,空氣流量計的儀表廠家，擁有自主的研發(fā)團隊和生產(chǎn)線?？梢宰灾餮邪l(fā)設(shè)計滿足各行業(yè)、各環(huán)境下的高精度流量計。今天和大家分享一下噴嘴流量計與真空滴管流量計的區(qū)別。

　　本文對機械真空泵測試中常用的幾種流量計進(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)壓縮機氣量測定方法。

　　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。

　　噴嘴流量計與真空滴管流量計的研究

　　測量機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。

　　噴嘴的流量按下式計算：

　　噴嘴效率系數(shù)， 取 0. 97

　　P b 大氣壓力， 1013. 25hPa

　　d 0 噴嘴的孔徑， mm

　　T室溫， K

　　測試時總流量等于各個開啟噴嘴流的算術(shù)和：

　　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)定的不同之處在于， 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。

　　表 1 是在同樣狀態(tài)下用直徑  1. 5 滴管與直徑 5 滴管測得的數(shù)據(jù)比較， 如表 1 所示。 試驗數(shù)據(jù)表明， 滴管內(nèi)徑 1. 5 mm 與 5 mm 相比， 小直徑滴管所測得抽速偏小， 抽速測量誤差(偏小) 最大達(dá) 16%以上， 如將內(nèi)徑 1. 5 mm 的滴管與 12 mm 內(nèi)徑滴管相比， 測量誤差還要大。

　　因此國外如德國標(biāo)準(zhǔn)就規(guī)定滴管的內(nèi)徑不得小于 12 mm， 這樣就把測量誤差限制在一定范圍內(nèi)， 但這也存在著一個問題， 抽速小的真空泵無法用這種方法測量， 使滴管流量計在測試小流量方面存在一定的局限性。

　　針對上述問題， 我們研究了一種新穎的量程向小流量方向拓展的滴管流量計真空滴管流量計 (已申請專利， 專利號 201120369254. 2) ， 它能很好的解決上述問題。

　　3 真空滴管式流量計工作原理

　　為了便于說明， 我們先從流量計算公式說起， 假設(shè)測量過程是在等溫條件下進(jìn)行的。真空泵所抽取的氣體量 G 是隨時間 t 的變化而變化的， 所以 G 是 t 的函數(shù)， 即由此時間 t 時， 泵所抽取的氣體量為 G = f(t) ; 則 在 t + t 時間后 ， 泵所抽取的氣體量就是 G1 =f(t+ t) 。因而， 與時間增量  t 相對應(yīng)的函數(shù)增量， 也就是泵所抽取的氣體量的增量， 即所以 就是在  t 時間內(nèi)， 泵所抽取的  G 氣體量時的平均流量 Q。

　　對滴管流量計而言， 這個氣體增量  G 是負(fù)增量， 所以(2) 式應(yīng)改寫成則平均流量

　　式中 Q流量

　　P測量開始前滴管內(nèi)壓力， 常規(guī)為大氣壓

　　 P測量過程中滴管內(nèi)壓力的變化

　　V測量開始前滴管內(nèi)油面以上的容積

　　以上就是噴嘴流量計與真空滴管流量計的區(qū)別的全部內(nèi)容，如有疑問，可以隨時聯(lián)系我們。