噴嘴流量計與真空滴管流量計的區別

　　西安華恒儀表制造有限公司是主要生產孔板流量計,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，擁有自主的研發團隊和生產線?？梢宰灾餮邪l設計滿足各行業、各環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別。

　　本文對機械真空泵測試中常用的幾種流量計進行了討論, 尤其對噴嘴流量計從測量原理上進行了探討, 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行了深入的研究, 提出了真空滴管式流量計的設想, 完善了結構設置和操作規程, 總結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、 轉子流量計、 質量流量計、 孔板流量計、 噴嘴流量計和滴管流量計等等， 真空行業中常用的是后面幾種。

　　轉子流量計存在精度低、 讀數不夠穩定等缺點， 不宜作測量儀表。 但由于價格低廉、 使用方便、 讀數直觀并可遠傳， 常常被應用于生產流程中的流量顯示。質量流量計精度高、 響應速度快、 穩定可靠、 操作使用方便， 因此得到了廣泛的應用。 但對真空設備行業而言， 卻存在流導不足的問題。 例如目前最大的質量流量計， 最大量程已達 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， 經實際驗證， 情況確實如此， 所以在真空行業中只能用來測量小流量。

　　孔板流量計曾被廣泛應用于水泵行業， 因其體積較大， 安裝和使用相對比較麻煩， 應用得較少。 主要使用在低真空和中、 大流量的場合， 例如活塞式真空泵、水環式真空泵的測量中。 真空行業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

　　噴嘴流量計是根據流體動力學中的 Laval（拉瓦爾） 噴管原理設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， 噴嘴中氣流速度達到超音速， 通過的氣體流量達到最大值。 噴嘴出口壓力繼續降低， 上述壓力比將開始小于 0. 528 并繼續下降， 氣體流量保持不變。

　　上述流量的計算還需經換算和校正， 如大氣壓力換算、 氣體常數換算、 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增加， 噴嘴中的氣流速度進一步下降， 在此狀態下的流量計算已不再遵循公式（1） ， 必需進行壓力比校正。 具體計算參見 GB/T13930 水環真空泵和水環壓縮機氣量測定方法。

　　本噴嘴流量計測試裝置與 GB/T13930 規的不同之處在于， 各噴嘴中的超音速氣流進入到測試罩后， 由于集束效應， 氣流不容易均勻混和， 壓力穩定性差，按 GB/T13930 規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。 試驗證明這項改進效果顯著， 再也沒有出現抽速偏大的現象。

　　實際應用中， 噴嘴流量計應盡量避免在 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， 從噴嘴中進入的超音速氣流的集束效應更厲害， 氣流的均勻性和穩定性更差； 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、 結構簡單、 操作方便、 精度較高， 并且是絕對流量計而得到廣泛應用。 滴管式流量計一直是國內外真空標準規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， 就能準確測量真空泵的流量， 至今仍為國內外有關真空標準所采用。

　　而現階段使用的滴管流量計存在這樣一個突出的缺點： 由于毛細管現象的存在， 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據不準確。

　　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）閥來達到和保持動態穩定的真空， 整個流量測量系統均處于真空狀態下， 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控， 以此來設置它的不同的流量范圍。

　　(2) 整個流量測量系統既可以處于真空狀態下， 又可以處在大氣狀態下， 擴大了流量測量范圍。

　　(3) 當整個流量測量系統處于真空狀態下時， 流量測量系統的真空度必須低于 103 Pa， 以保證流量測量工作的正常進行。

　　(4) 滴管中液面的上升高度是預先設定的， 并通過超聲波液位變送器發出液位訊號； 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， 進一步提高了測試精度。

　　(5) 真空滴管式流量計在真空狀態下時， 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管作用引起的流量測試值偏低的情況， 使測試更加準確。

　　(6) 真空滴管式流量計整個系統處于真空狀態下， 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、 轉子流量計、 質量流量計、 孔板流量計、 噴嘴流量計和滴管流量計等等， 真空行業中常用的是后面幾種。

　　轉子流量計存在精度低、 讀數不夠穩定等缺點， 不宜作測量儀表。 但由于價格低廉、 使用方便、 讀數直觀并可遠傳， 常常被應用于生產流程中的流量顯示。

　　質量流量計精度高、 響應速度快、 穩定可靠、 操作使用方便， 因此得到了廣泛的應用。

　　但對真空行業而言， 卻存在流導不足的問題。

　　例如目前最大的質量流量計， 最大量程已達 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， 經實際驗證，情況確實如此， 所以在真空行業中只能用來測量小流量。

　　孔板流量計曾被廣泛應用于水泵行業， 因其體積較大， 安裝和使用相對比較麻煩， 應用得較少。 主要使用在低真空和中、 大流量的場合， 例如活塞式真空泵、 水環式真空泵的測量中。

　　真空行業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

　　噴嘴流量計是根據流體動力學中的 Laval(拉瓦爾) 噴管原理設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， 噴嘴中氣流速度達到超音速， 通過的氣體流量達到最大值。 噴嘴出口壓力繼續降低， 上述壓力比將開始小于 0. 528 并繼續下降， 氣體流量保持不變。

　　噴嘴的流量按下式計算：

　　噴嘴效率系數， 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和：

　　上述流量的計算還需經換算和校正， 如大氣壓力換算、 氣體常數換算、 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增加， 噴嘴中的氣流速度進一步下降， 在此狀態下的流量計算已不再遵循公式(1) ， 必需進行壓力比校正。 具體計算參見GB/T13930 水環真空泵和水環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 規定的不同之處在于， 各噴嘴中的超音速氣流進入到測試罩后， 由于集束效應， 氣流不容易均勻混和， 壓力穩定性差， 按 GB/T13930 規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。 試驗證明這項改進效果顯著， 再也沒有出現抽速偏大的現象。

　　實際應用中， 噴嘴流量計應盡量避免在 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， 從噴嘴中進入的超音速氣流的集束效應更厲害， 氣流的均勻性和穩定性更差; 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、 結構簡單、 操作方便、 精度較高， 并且是絕對流量計而得到廣泛應用。 滴管式流量計一直是國內外真空標準規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， 就能準確測量真空泵的流量， 至今仍為國內外有關真空標準所采用。

　　而現階段使用的滴管流量計存在這樣一個突出的缺點： 由于毛細管現象的存在， 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據不準確。

　　表 1 是在同樣狀態下用直徑  1. 5 滴管與直徑 5 滴管測得的數據比較， 如表 1 所示。 試驗數據表明， 滴管內徑 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 16%以上， 如將內徑 1. 5 mm 的滴管與 12 mm 內徑滴管相比， 測量誤差還要大。

　　因此國外如德國標準就規定滴管的內徑不得小于 12 mm， 這樣就把測量誤差限制在一定范圍內， 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， 假設測量過程是在等溫條件下進行的。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， 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 相對應的函數增量， 也就是泵所抽取的氣體量的增量， 即所以 就是在  t 時間內， 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 是負增量， 所以(2) 式應改寫成則平均流量

　　式中 Q流量

　　P測量開始前滴管內壓力， 常規為大氣壓

　　 P測量過程中滴管內壓力的變化

　　V測量開始前滴管內油面以上的容積

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