噴嘴流量計(jì)與真空滴管流量計(jì)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(jì),電磁流量計(jì),v錐流量計(jì),污水流量計(jì),蒸汽流量計(jì),空氣流量計(jì)的儀表廠家，擁有自主的研發(fā)團(tuán)隊(duì)和生產(chǎn)線?？梢宰灾餮邪l(fā)設(shè)計(jì)滿足各行業(yè)、各環(huán)境下的高精度流量計(jì)。今天和大家分享一下噴嘴流量計(jì)與真空滴管流量計(jì)的區(qū)別。

　　本文對(duì)機(jī)械真空泵測(cè)試中常用的幾種流量計(jì)進(jìn)行了討論, 尤其對(duì)噴嘴流量計(jì)從測(cè)量原理上進(jìn)行了探討, 研究了減少測(cè)量誤差的措施。 著重對(duì)滴管流量計(jì)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(jì)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(jì)的特點(diǎn)。

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

　　轉(zhuǎn)子流量計(jì)存在精度低、 讀數(shù)不夠穩(wěn)定等缺點(diǎn)， 不宜作測(cè)量?jī)x表。 但由于價(jià)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(jì)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(duì)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(jì)， 最大量程已達(dá) 2000 SLM， 但連接口徑只有 10 mm， 故適宜于測(cè)量壓力氣體的流量； 用來測(cè)量真空泵則量程只有其額定值的幾分之一， 經(jīng)實(shí)際驗(yàn)證， 情況確實(shí)如此， 所以在真空行業(yè)中只能用來測(cè)量小流量。

　　孔板流量計(jì)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(duì)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(chǎng)合， 例如活塞式真空泵、水環(huán)式真空泵的測(cè)量中。 真空行業(yè)中使用最廣泛的是滴管流量計(jì)和噴嘴流量計(jì)，這是二種絕對(duì)流量計(jì)， 只要認(rèn)真操作， 完全可以獲得較高的精度。

　　1、 噴嘴流量計(jì)

　　噴嘴流量計(jì)是根據(jù)流體動(dòng)力學(xué)中的 Laval（拉瓦爾） 噴管原理設(shè)計(jì)的一種絕對(duì)流量計(jì)， 它在噴嘴出口壓力與入口壓力之比等于 0. 528 時(shí)， 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(jì)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(jì)算已不再遵循公式（1） ， 必需進(jìn)行壓力比校正。 具體計(jì)算參見 GB/T13930 水環(huán)真空泵和水環(huán)壓縮機(jī)氣量測(cè)定方法。

　　本噴嘴流量計(jì)測(cè)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(cè)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(cè)得的抽速偏差較大； 所以我們將測(cè)試罩長(zhǎng)度加長(zhǎng)，L/D=3~4， 同時(shí)取壓位置從測(cè)試罩上移到錐管下面的連接管上。 試驗(yàn)證明這項(xiàng)改進(jìn)效果顯著， 再也沒有出現(xiàn)抽速偏大的現(xiàn)象。

　　實(shí)際應(yīng)用中， 噴嘴流量計(jì)應(yīng)盡量避免在 3 kPa 壓力以下使用， 因?yàn)榇藭r(shí)測(cè)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(duì)抽速的測(cè)試產(chǎn)生很大的偏差。 測(cè)試罩中真空度越高， 這個(gè)偏差越大。

　　2、 滴管流量計(jì)

　　滴管流量計(jì)因其量程寬、 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 操作方便、 精度較高， 并且是絕對(duì)流量計(jì)而得到廣泛應(yīng)用。 滴管式流量計(jì)一直是國(guó)內(nèi)外真空標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測(cè)量真空泵抽速的一種流量計(jì)， 通過精確計(jì)量出滴管不同高度的容積， 就能準(zhǔn)確測(cè)量真空泵的流量， 至今仍為國(guó)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(jì)存在這樣一個(gè)突出的缺點(diǎn)： 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(cè)量小流量或小流量測(cè)得的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。

　　真空滴管式流量計(jì)具有以下特點(diǎn)：

　　(1) 滴管式流量計(jì)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(dòng)態(tài)穩(wěn)定的真空， 整個(gè)流量測(cè)量系統(tǒng)均處于真空狀態(tài)下， 擴(kuò)大了流量測(cè)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(gè)流量測(cè)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(cè)量范圍。

　　(3) 當(dāng)整個(gè)流量測(cè)量系統(tǒng)處于真空狀態(tài)下時(shí)， 流量測(cè)量系統(tǒng)的真空度必須低于 103 Pa， 以保證流量測(cè)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(hào)； 液面上升某高度所需的時(shí)間由計(jì)時(shí)儀記錄， 它受液位變送器發(fā)出的液位訊號(hào)所操控， 從而避免了手動(dòng)計(jì)時(shí)和眼睛觀察高度所引起的誤差， 進(jìn)一步提高了測(cè)試精度。

　　(5) 真空滴管式流量計(jì)在真空狀態(tài)下時(shí)， 特別適宜于測(cè)量小流量。 它可用較大直徑滴管來測(cè)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(cè)試值偏低的情況， 使測(cè)試更加準(zhǔn)確。

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

　　真空滴管式流量計(jì)是最新研究成果， 很可能存在考慮不周的地方， 望批評(píng)指正。

　　噴嘴流量計(jì)與真空滴管流量計(jì)的研究

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

　　轉(zhuǎn)子流量計(jì)存在精度低、 讀數(shù)不夠穩(wěn)定等缺點(diǎn)， 不宜作測(cè)量?jī)x表。 但由于價(jià)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(jì)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(duì)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(jì)， 最大量程已達(dá) 2000 SLM， 但連接口徑只有 10 mm， 故適宜于測(cè)量壓力氣體的流量; 用來測(cè)量真空泵則量程只有其額定值的幾分之一， 經(jīng)實(shí)際驗(yàn)證，情況確實(shí)如此， 所以在真空行業(yè)中只能用來測(cè)量小流量。

　　孔板流量計(jì)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(duì)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(chǎng)合， 例如活塞式真空泵、 水環(huán)式真空泵的測(cè)量中。

　　真空行業(yè)中使用最廣泛的是滴管流量計(jì)和噴嘴流量計(jì)， 這是二種絕對(duì)流量計(jì)， 只要認(rèn)真操作， 完全可以獲得較高的精度。

　　1 噴嘴流量計(jì)

　　噴嘴流量計(jì)是根據(jù)流體動(dòng)力學(xué)中的 Laval(拉瓦爾) 噴管原理設(shè)計(jì)的一種絕對(duì)流量計(jì)， 它在噴嘴出口壓力與入口壓力之比等于 0. 528 時(shí)， 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(jì)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(cè)試時(shí)總流量等于各個(gè)開啟噴嘴流的算術(shù)和：

　　上述流量的計(jì)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(jì)算已不再遵循公式(1) ， 必需進(jìn)行壓力比校正。 具體計(jì)算參見GB/T13930 水環(huán)真空泵和水環(huán)壓縮機(jī)氣量測(cè)定方法。

　　噴嘴流量計(jì)的測(cè)試裝置如圖 1 所示。

　　本噴嘴流量計(jì)測(cè)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(cè)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(cè)得的抽速偏差較大; 所以我們將測(cè)試罩長(zhǎng)度加長(zhǎng)， L/D=3~4， 同時(shí)取壓位置從測(cè)試罩上移到錐管下面的連接管上。 試驗(yàn)證明這項(xiàng)改進(jìn)效果顯著， 再也沒有出現(xiàn)抽速偏大的現(xiàn)象。

　　實(shí)際應(yīng)用中， 噴嘴流量計(jì)應(yīng)盡量避免在 3 kPa 壓力以下使用， 因?yàn)榇藭r(shí)測(cè)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(duì)抽速的測(cè)試生很大的偏差。 測(cè)試罩中真空度越高， 這個(gè)偏差越大。

　　2 滴管流量計(jì)

　　滴管流量計(jì)因其量程寬、 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 操作方便、 精度較高， 并且是絕對(duì)流量計(jì)而得到廣泛應(yīng)用。 滴管式流量計(jì)一直是國(guó)內(nèi)外真空標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測(cè)量真空泵抽速的一種流量計(jì)， 通過精確計(jì)量出滴管不同高度的容積， 就能準(zhǔn)確測(cè)量真空泵的流量， 至今仍為國(guó)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(jì)存在這樣一個(gè)突出的缺點(diǎn)： 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(cè)量小流量或小流量測(cè)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(cè)得的數(shù)據(jù)比較， 如表 1 所示。 試驗(yàn)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(cè)得抽速偏小， 抽速測(cè)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(cè)量誤差還要大。

　　因此國(guó)外如德國(guó)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(cè)量誤差限制在一定范圍內(nèi)， 但這也存在著一個(gè)問題， 抽速小的真空泵無法用這種方法測(cè)量， 使滴管流量計(jì)在測(cè)試小流量方面存在一定的局限性。

　　針對(duì)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(jì)真空滴管流量計(jì) (已申請(qǐng)專利， 專利號(hào) 201120369254. 2) ， 它能很好的解決上述問題。

　　3 真空滴管式流量計(jì)工作原理

　　為了便于說明， 我們先從流量計(jì)算公式說起， 假設(shè)測(cè)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(shí)間 t 的變化而變化的， 所以 G 是 t 的函數(shù)， 即由此時(shí)間 t 時(shí)， 泵所抽取的氣體量為 G = f(t) ; 則 在 t + t 時(shí)間后 ， 泵所抽取的氣體量就是 G1 =f(t+ t) 。因而， 與時(shí)間增量  t 相對(duì)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(shí)間內(nèi)， 泵所抽取的  G 氣體量時(shí)的平均流量 Q。

　　對(duì)滴管流量計(jì)而言， 這個(gè)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(cè)量開始前滴管內(nèi)壓力， 常規(guī)為大氣壓

　　 P測(cè)量過程中滴管內(nèi)壓力的變化

　　V測(cè)量開始前滴管內(nèi)油面以上的容積

　　以上就是噴嘴流量計(jì)與真空滴管流量計(jì)的區(qū)別的全部?jī)?nèi)容，如有疑問，可以隨時(shí)聯(lián)系我們。