| 二、孔板流量計(jì) |
| 在管道里插入一片與管軸垂直并帶有通常為圓孔的金屬板，孔的中心位于管道的中心線上，如圖1-31所示，這樣構(gòu)成的裝置，稱為孔板流量計(jì)，孔板稱為節(jié)流元件。 |
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圖1-31 孔板流量計(jì)
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| 當(dāng)流體流過小孔以后,由于慣性作用，流動(dòng)截面并不立即擴(kuò)大到與管截面相等，而是繼續(xù)收縮一定距離后才逐漸擴(kuò)大到整個(gè)管截面。流動(dòng)截面最小處(如圖中截面2-2′)稱為縮詠。流體在縮詠處的流速最高，即動(dòng)能最大，而相應(yīng)的靜壓強(qiáng)就最低。因此，當(dāng)流體以一定的流量流經(jīng)小孔時(shí)，就產(chǎn)生一定的壓強(qiáng)差，流量愈大，所產(chǎn)生的壓強(qiáng)差也就愈大。所以利用測(cè)量壓強(qiáng)差的方法來度量流體流量。 |
| 設(shè)不可壓縮流體在水平管內(nèi)流動(dòng)，取孔板上游流體流動(dòng)截面尚未收縮處為截面1-1′，下游截面應(yīng)取在縮脈處，以便測(cè)得最大的壓強(qiáng)差讀數(shù)，但由于縮脈的位置及其截面積堆于確定，故以孔板處為下游截面o-o′。在截面1-1′與o-o′間列拍努利方程式，并暫時(shí)略去兩截面間的能量損失，得： |
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| 對(duì)于水平管，Z1=Z0，簡(jiǎn)化上式并整理后得： |
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 （1-63）
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| 推導(dǎo)上式時(shí)，暫時(shí)略去兩截面間的能量損失。實(shí)際上，流體流經(jīng)孔板的能量損失不能忽略，故式1-63應(yīng)引進(jìn)一校正系數(shù)C1，用來校正因忽略能量損失所引起的誤差，即：
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 （1-63a）
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| 此外，由于孔板的厚度很小，如標(biāo)準(zhǔn)孔板的厚度≤0.05d1，而測(cè)壓孔的直徑≤0.08d1，一般為6～12mm。所以不能把下游測(cè)壓口正好裝在孔板上，比較常用的一種方法是把上、下游兩個(gè)測(cè)壓口裝在緊靠著孔板前后的位置上，如圖1-31所示。這種測(cè)壓方法稱為角接取壓法，所測(cè)出的壓強(qiáng)差便與式1-63a中的(p1-p0)有區(qū)別。若以(pa-pb)表示角接取壓法所測(cè)得的孔板前后的壓強(qiáng)差，并以其代替式中的(p1-p0)，則又應(yīng)引進(jìn)一校正系數(shù)C2,用來校正上、下游測(cè)壓口的位置，于是式1-63a可寫： |
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 （1-63b）
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| 以A1、A0分別代表管道與孔板小孔的截面積，根據(jù)連續(xù)性方程式，對(duì)不可壓縮流體則有u1A1=u0A0 |
| 則 |
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| 則 |
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（1-64）
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| 式1-64就是用孔板前后壓強(qiáng)的變化來計(jì)算孔板小孔流速u0的公式。若以體積或質(zhì)量流量表達(dá)，則為 |
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（1-65）
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（1-66）
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| 上列各式中(pa-pb)可由孔板前、后測(cè)壓口所連接的壓差計(jì)測(cè)得，若采用的是U管壓差計(jì)，其上讀數(shù)為R，指示液的密度為ρA，則 |
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| 各式中的C0稱為流量系數(shù)或孔流系數(shù)，無因次，由以上各式的推導(dǎo)過程中可以看出： |
| （1）C0與C1有關(guān)，故C0與流體流經(jīng)孔板的能量損失有關(guān)，即與Re準(zhǔn)數(shù)有關(guān)。 |
| （2）不同的取壓法得出不同的C2，所以C0與取壓法有關(guān)。 |
| （3）C0與面積比A0/A1有關(guān)。 |
| C0與這些變量間的關(guān)系由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。用角接取壓法安裝的孔板流量計(jì)，其C0與Re、A0/A1的關(guān)系，如圖1-32所示。圖中的Re準(zhǔn)數(shù)為d1u1ρ/μ，其中的d1與u1是管道內(nèi)徑和流體在管道內(nèi)的平均流速。由圖可見，對(duì)于某一A0/A1值，當(dāng)Re值超過某一限度值Rec時(shí)，C0就不再改變而為定值。流量計(jì)所測(cè)的流量范圍，最好是落在C0為定值的區(qū)域里，這時(shí)流量Vs(或Ws)便與壓強(qiáng)差(pa-pb)(或壓差計(jì)讀數(shù)R)的平方根成正比。設(shè)計(jì)合適的孔板流量計(jì)，其C0值為0.6～O.7。 |
| 用式l-65與1-66計(jì)算流體的流量時(shí)，必須先確定流量系數(shù)C0的數(shù)值，但是C0與Re有關(guān)，而管道中的流體流速u1又為未知，故無法計(jì)算Re值。在這種情況，可采用試差法，即先假設(shè)Re值大于限度值Rec，由已知的A0/A1值從圖l-32中查得C0，然后根據(jù)式1-65與1-66計(jì)算出流體的流量Vs或Ws，再通過流量方程式算出流體在管道內(nèi)的流速u1，并以u(píng)l值計(jì)算Re值。若所計(jì)算的Re值大于限度值Rec，則表示原來的假定是正確的，否則須重新假設(shè)Re值，重復(fù)上述計(jì)算，直到所設(shè)Re值與計(jì)算的Re值相符為止。 |
| 孔板流量計(jì)已在某些儀表廠成批生產(chǎn)，其系列規(guī)格可查閱有關(guān)手冊(cè)。當(dāng)管徑較小或有其它特殊要求時(shí)，孔板流量計(jì)也可自行設(shè)計(jì)加工。若按照標(biāo)準(zhǔn)圖紙加工出來的孔板流量計(jì)，在保持清潔并不受腐蝕的情況下，直接用式1-65或1-66算出的流量，誤差僅為1～2％。否則要用稱量法或用標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)加以校核，作出這個(gè)流量計(jì)專用的流量與壓差計(jì)讀數(shù)的關(guān)系曲線。這曲線稱為校正曲線，供實(shí)驗(yàn)或生產(chǎn)操作時(shí)使用。 |
| 在測(cè)量氣體或蒸氣的流量時(shí)，若孔板前，后的壓強(qiáng)差較大，需考慮氣體密度的變化，在式1-65中應(yīng)加入一校正系數(shù)εk并應(yīng)以流體的平均密度ρm。代替式中的ρ，則式1-65可改寫成： |
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（1-65b）
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| 孔板流量計(jì)安裝位置的上、下游都要有一段內(nèi)徑不變的直管，以保證流體通過孔板之前的速度分布穩(wěn)定。若孔板上游不遠(yuǎn)處裝有彎頭、閥門等，流量計(jì)讀數(shù)的精確性和重現(xiàn)性都會(huì)受到影響。通常要求上游直管長(zhǎng)度為50d1，下游直管長(zhǎng)度為lOd1。若A0/A1較小，則這段長(zhǎng)度可縮短一些。 |
| 孔板流量計(jì)是一種容易制造的簡(jiǎn)單裝置。當(dāng)流量有較大變化時(shí)，為了調(diào)整測(cè)量條件，調(diào)換孔板亦很方便。它的主要缺點(diǎn)是流體經(jīng)過孔板后能量損失較大，并隨A0/A1的減小而加大。而且孔口邊緣容易腐蝕和磨損，所以流量計(jì)應(yīng)定期進(jìn)行校正。 |
| 孔板流量計(jì)的能量損失(或稱永久損失)可按下式估算： |
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（1-67）
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（1-62）
（1-62a）
