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壓縮空氣計量與分析

天罡摘  要： 介紹了幾種適合壓縮空氣流量的計量方法，研究了幾種流量計量方法和測量儀表的原理和特點，分析了流量計量的趨勢，并提出流量計量方法的選擇和流量計選型時應考慮的因素。 
一、前言

壓縮空氣流量是表述空氣壓縮機性能的重要參數(shù)，也是工業(yè)過程中測量的重要參數(shù)。隨著空氣壓縮機的廣泛應用，其流量的準確測量對于產品升級、工業(yè)生產過程的控制和監(jiān)測以及節(jié)能減排都顯得至關重要。壓縮空氣流量是指在短暫時間內流過某*通截面的壓縮空氣數(shù)量與通過時間之比。壓縮空氣數(shù)量以體積表示稱為體積流量，以質量表示稱為質量流量。

二、流量測量

流量計量方法大致可以歸納為以下四種：①利用伯努利方程原理，通過測量流體差壓信號反映流量的差壓式流量測量法，用這種方法制成的儀表。②通過直接測量流體流速得出流量的速度式流量測量法，用這種方法制成的儀表如、渦街流量計、電磁流量計和超聲波流量計等。③利用標準小容積連續(xù)測量流量的容積式測量法，用這種方法制成的儀表如橢圓齒輪流量計、腰輪流量計和刮板流量計等。④以測量流體質量流量為目的的質量流量測量法，用這種方法制成的儀表如熱式質量流量計、科氏質量流量計和沖量式質量流量計等。但并非所有測量方法或測量儀表都適合壓縮空氣流量的測量，應根據(jù)壓縮空氣本身的特性、測量要求和使用條件不同，選擇合適的測量方法或儀表。以下就幾種適合壓縮空氣的常用的流量計量方法和流量計進行介紹。

1.節(jié)流裝置流量測量

節(jié)流裝置測量流量是差壓式流量測量法的一種，在壓縮空氣流量計量中，該方法使用zui為普遍，其精度和穩(wěn)定性也較好。其測量原理為在充滿流體的管線中安裝節(jié)流裝置，則該裝置的上游側與喉部或下游側之間產生一個靜壓差，該壓差與壓縮空氣流量之間有確定的數(shù)值關系，通過測量差壓值可以求得流量。    

    qm=C（1－β4）-1/2 επ（d/2）2（2Δpρ1）1/2    （1）

    其體積流量可用下面的公式確定：

    qv=qm/ρ

    式中  qm——單位時間內流過節(jié)流裝置的流體質量流量，單位為kg/s；

    d——工況條件下一次裝置節(jié)流孔直徑，單位為m；

    β——直徑比，指工作條件下一次裝置節(jié)流孔或喉部直徑與上游管道內徑之比；

    Δp——差壓，單位為Pa；

    ρ——流體密度，單位為kg/m3；

    ε——流體可膨脹性系數(shù)；

    C——流出系數(shù)。

常用的節(jié)流測量裝置有：ASME噴嘴測量裝置、ISA1932噴嘴測量裝置、孔板測量裝置和文丘里噴嘴測量裝置。其中ASME噴嘴和ISA1932噴嘴測量裝置的氣體流出系數(shù)值較大，精度也較高，使用也較多。ASME噴嘴測量裝置由于氣體通常直接排空，且要求測量噴嘴壓差的壓差計量程較小，因此測量大流量時，該裝置的尺寸也比較大，不便于移動測量，如圖1所示。
 ISA1932噴嘴測量裝置則相對緊湊，體積小，便于攜帶和安裝，測量范圍也相對較廣，如圖2所示。
為了研究ISA1932噴嘴測量裝置與ASME噴嘴測量裝置的重復性和一致性，將兩段ISA1932噴嘴測量段串接，再與ASME測量段串接。試驗中，進行了ISA1932噴嘴前后測量段的差異試驗和ISA1932噴嘴前后測量段兩組壓力表的偏差試驗，將儀表帶來的誤差盡可能地減小，為更好地進行比對試驗準備了條件。