朱經理(微信同號) ：
18015181778
18015181778
1 V錐流量計及其工作原理
內錐流量計源于美國麥克羅米特（McCrometer）公司，因其節(jié)流部件呈圓錐形，英文名稱為V－Cone Flowmeter；引入我國后被稱為內錐流量計（見圖1）。
圖1 內錐節(jié)流裝置原理示意圖
V錐流量計與孔板流量計同屬于差壓式流量計。其主要的理論基礎是密閉管道中能量守恒定律和流動連續(xù)性方程，即伯努力（Bernoulli）定理。定理的內容是在流量恒定的管段中，其流體的壓力與該管段中流體流速的平方成反比。
如圖1所示，流體在接近內錐節(jié)流件時其壓力為p1，取這一點壓力作為參照流速下的基準靜壓；當流體流經內錐節(jié)流區(qū)時，由于管道截面積變小而流速增大以維持能量恒定，并且在錐體末端取壓口處壓力降到zui小，引出該處壓力作為流速變化量p2。測取這兩處的壓力差 ；根據伯努力定理，由 即可計算出流速的大小。
2 V錐流量計的選型計算
節(jié)流裝置的選型計算及所涉及到的單位換算十分繁瑣，這里不再贅述。以下僅通過國標（GB/T2624－93）的方程式引述一下內錐流量計的選型計算。公式中的字母代號說明見表1。為便于比較，兩者的公式都采用單位制并經過形式上的處理。
孔板流量公式：
標準V錐流量公式：
可以看出內錐公式中的Y就是國標公式中的 ，CD就相當于C，可見它們是*一致的。
但是，首先這里要注意一個實質性的區(qū)別：同是節(jié)流裝置，孔板是外測圓環(huán)節(jié)流，內錐是中心圓錐節(jié)流。因此引出“節(jié)流比系數”這個概念，用以描述一個節(jié)流裝置的節(jié)流程度：它等于節(jié)流裝置在節(jié)流處的zui小流通面積與節(jié)流裝置內部截面積比值的平方根，同樣計為 。這比把 稱作直徑比在物理意義上更準確。對于孔板節(jié)流裝置，則有：
對于V錐節(jié)流裝置，則有：
＝
式中：d’是內錐節(jié)流裝置的等效開孔圓直徑。
其次，可膨脹性系數的公式也有點不同。不論國標用 來表示也好，美國氣體協會用Y來表示也好，它們都是：
（或Y）＝1－（0.41＋0.35
而標準V錐的可膨脹性系數計算公式為
Y＝1－（0.649＋0.696 ）
zui后，也是zui重要的是流出系數的求值問題。對于標準孔板節(jié)流裝置，國標給出：
C=0.5959+0.0312
對于V錐節(jié)流裝置，McCrometer公司公開給出的是一個估算式：
CD=1－（1－
從式中可以明顯看出此處的CD與雷諾數無關，僅僅是建立在節(jié)流裝置的幾何尺寸上；而且注明由該式求得的CD估算值與實際值的偏差為 ，適用條件是0.4< <0.85、0.025m<D<0.400m、ReD>8×103和Y>0.96。
事實上，內錐節(jié)流裝置和其它節(jié)流裝置一樣，都遵守相似定律，這就是說內錐流量計也可以象標準孔板一樣進行參比計算。比如迭代法，按照McCrometer公司的企業(yè)標準是用上述流出系數估算公式先確定一個CD初值，然后通過流量公式和雷諾數公式求出雷諾數，再從ReD－CD表中查出對應的新CD值，如此反復迭代，直到zui后兩次流量計算值的差的值小于0.01％為止。
然而，V錐流量計目前還存在著知識產權和市場利益的保護問題，生產商不提供ReD－CD表，這很不方便。經過對一些技術資料、實驗數據的分析，本文建議在流出系數估算公式中加入雷諾數修正項，從而得出下式來頂替ReD－CD表作迭代計算用：
CD=1－ 象這樣的選型計算*可以滿足編制工程建議書、確定流量計通徑和直管段長度的需要，所求得的計算CD值也可用于二級以下的計算應用，但這只是一種估算。
對于其余參數的計算，兩者的公式*相同，包括氣體體積的標準狀態(tài)與工作狀態(tài)的轉換、雷諾數、材料熱膨脹等。
公式中字母代號含意列于表1。
表1 字母代號含意
| C流出系數（國標命名法） | 工況下流體密度，kg/m3 |
| CD流出系數（內錐命名法） | p流體靜壓，pa |
| D工況下節(jié)流件孔徑或內錐外徑，m | 差壓，Pa |
| D工況下流量計內徑，m | 等熵指數 |
| 工況下節(jié)流比系數 | Y可膨脹性系數 |
| 可膨脹性系數 | qm質量流量，kg/s |
3 內錐流量計的特性
V錐流量計與標準孔板流量計相比有更多的優(yōu)勢、更廣泛的適用領域。從美國McCrometer公司的技術資料中可以查閱到大量的實驗、標準機構檢定和工業(yè)應用的報告及記錄。本文僅在表2中列出我國銀河儀表有限公司在內錐流量計的研制過程中5臺樣表檢定結果的部分數據。該項檢定是由中國航天集團公司第十一研究所計量室完成的，這些數據資料都無疑是對以下各項指標、特性的說明。
3.1 測量精度
如果不考慮壓力傳感儀表和二次儀表的誤差，內錐流量計和標準孔板流量計一樣，裝置本身的不確定度都可以達到±0.5％，符合國標對氣體商用計量的要求。
3.2 重復性
V錐流量計的重復性小于±0.1％。即使在低雷諾數的非線性段，測量重復性也非常好。這意味著可以利用數據處理技術進一步擴展流量計的測量范圍。標準孔板的復現性包括在不確定度里，不單列。
3.3 量程比
V錐流量計的典型單表量程比是10∶1。這項指標比標準孔板流量計的3∶1要寬得多。從表2可以看出它還能夠達到更高的量程比。
表2 銀河內錐流量計檢定結果表
| 計算公式 | Q=A+B | |||||||||
| D/mm | 50.000 | 50.000 | 50.000 | 100.000 | 200.00 | |||||
| 0.452 | 0.650 | 0.854 | 0.850 | |||||||
| A | 0.05994628 | -0.01709265 | -0.01640338 | 0.75247742 | 1.05969451 | |||||
| B | 1.71625861 | 4.04465749 | 8.60156801 | 15.08579841 | 59.88791366 | |||||
| 流量/差壓 | ||||||||||
| 2.351 | 1.787 | 0.544 | 0.019 | 3.320 | 0.151 | 6.397 | 0.141 | 19.914 | 0.104 | |
| 3.336 | 3.634 | 2.010 | 0.250 | 11.567 | 1.810 | 18.060 | 1.325 | 67.677 | 1.222 | |
| 測量值 | 4.428 | 6.501 | 6.976 | 2.988 | 19.439 | 5.098 | 35.172 | 5.223 | 123.031 | 4.092 |
| 5.471 | 9.942 | 11.122 | 7.603 | 27.437 | 10.177 | 47.587 | 9.553 | 173.453 | 8.325 | |
| 6.593 | 14.502 | 14.679 | 15.063 | 33.315 | 15.073 | 61.366 | 16.160 | 233.034 | 15.078 | |
| 不確定度 | 0.30% | 0.27% | 0.32% | 0.47% | 0.57% | |||||
| 精度等級 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 1.0 | |||||
| 量程比 | 2.8:1 | 28.8:1 | 10:1 | 9.6:1 | 11.7:1 | |||||
3.4 節(jié)流比系數 （直徑比）
標準內錐裝置的 值取值范圍從0.45到0.85。標準孔板裝置的 值取值范圍從0.20到0.75。內錐裝置的 值在低端不占優(yōu)勢，這是因為內錐在管道中心節(jié)流，而在同樣空隙的條件下，周邊有效面積要比中心的大。例如，當 ＝0.45時，在孔板裝置中d/D就是0.45；可是在內錐裝置中d/D卻等于0.893，再小于這個空隙就會產生波的干涉現象了。但是從這項指標的另一個方面看，顯然同樣通徑的流量計，內錐節(jié)流裝置的流通能力要大出28.4％，而這種優(yōu)勢是工程上所追求的。
3.5 雷諾數Re
V錐裝置的雷諾數允許范圍為5×103～1×107。對于角接取壓的孔板裝置，當0.20≤ ≤0.45時，要求ReD≥5×103；當 >0.45時,要求ReD≥1×104對于法蘭取壓的孔板裝置,要求ReD≥1.26×106 2D；為了與內錐裝置對照,取 =0.45、D=0.100m,則有ReD≥2.55×104。顯然,內錐裝置在雷諾數的低端有更加寬闊的工作范圍,從而也解釋了為什么內錐流量計的適用領域更廣、量程更寬,尤其是當介質粘度較大,造成雷諾數較低時.
雷諾數的,雖然孔板裝置可以達到無窮大,但是對于一般的工廠計量應用來說,1 已經夠了.規(guī)范對介質在管道中的zui大流速是有限制的,極少會超過這個數值。
3.6 壓力損失
由于內錐裝置不是采用與流向成直角的立面節(jié)流,避免了正向沖擊損失,所以造成的*性壓力損失自然就小。此外,內錐裝置的信號噪聲影響很小(見3.10),其差壓的允許下限值可以更低,這也是減小壓力損失的設計策略之一。從內錐和孔板的壓損公式及其曲線圖(如圖2所示)看,可以定量地得出內錐的壓損是小一點,但差別不大。
圖2 節(jié)流比系數-壓損曲線圖
孔板壓損公式:
內錐壓損公式:
上一篇 : 渦街流量計的特性
下一篇 : 電磁流量計的校準與比對
咨詢電話