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第3卷第3期
仪器仪表学报
Vol.3N?3
1 9 8 24F8A CHINESE JOURNAL OF SCIENTIRIC INSTRUMENT
Aug
多量程气体流量计
陈永盛
张唯
(东北林学院)(哈尔滨船舶工程学院)
目前在实验室和野外测试气体流量中,通常采用玻璃转子流量计。这种流量计测试范固
小、最小检测量较大,不能满足大范围和微小流量准确测试的需要。热式质量流量计有所提
高(上、下限流量比值达100,最小检测量为0.06升/小时),但成本高昂,难于普及应用。
本文介绍的流量计利用压差式流量计灵敏度高的特点,克服压差指示液易冲出的弊病,
采用多根节流管并联组合方案,设计组装具有多量程(段)的气体流量计。测试表明上、下
限流量的比值达2000以上,最小检测量为0.005升/小时。这种流量计结构简单,可以根据
需要用实验室常用材料装配。
工作原理
如图1所示,将单根节流管串联在气体管路上,测试时气体是作为一维定常流动的,连
续方程为
d (py
=0即pA=常数
(1)
式中P一一管路内气体密度」アー一气体流速』Aー一管路横截面积なー一时间。气体
在管路内流动的马赫数一般较低,并可忽略流动中的热交换,则可将(1)式写为
D
ェD
yA=常数或Q
。=
式中Q气体的容积流量(文中以下称流量)D、D2、d一一分别为a-截面、b
截面、节流管的内径」、7m、7。一分别为a-a、节流管、bb处的流速。
气体在节流管两端的压力差ムP可表示为〔1〕、C2
本文于1981年8月收到。
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Ap
(3)
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式中」ー一节流管内沿程损失系数、d一分别为节流管的长度和内径」Σー一局
部损失系数之和g一一重力加速度。当/d足够大时2可以忽略,则
d
2g△P
f (I/d)+>E
=C△P
与雷诺数有关,如果管路尺寸一定,二者无关或影响很小时,可以认为C近似为常数[1]、
〔2],故△P反映流量Q的大小。图1可见,△P使内管液柱下降,产生位差h,并与压差指
示液的重度Y有关,即
△p=Yh
当1、d、Y一定时,Q值由h决定,其变动范围受h可能显示的距离的限制。由于流
量计上这一距离不宜过长,只有单根节流管的流量计测量范围不可能很大。
根据 Hagen等人对管内层流分析〔1、〔3],可得
△户=32H-
式中μ一温度为T时气体的动カ粘性系数。由(6)式可导出:
Q
△p
128u
(7)
(7)式表明AP(即)限定时,Q与d/成比例,加大d能提高Q值的上限,但这种情
况下测试小Q值时,因ん(ムP)很小则取值的误差可能很大。只有采用d值小的节流管才能
提高小Q值的测试精度。采用多根节流管并联组合方案,制成具有多个量程段的流量计,可
以在很大范围内准确测定任意流量。工作原理如图2所示。
d
Q dr
1一套管?.2一内管3一节流管4一压差指示液
图1{单根节流管气体流量计工作原理
图2多量程流量计工作原理
多量程流量计如果有根节流管同时工作,因并联则各管的△P相等,管路中气体的:总
流量应是各工作节流管流量之和〔13,即
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多量程气体流量计
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Q=,=∑ Cry AP=vP∑c
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式中Q表示第根节流管的流量,ム户及1一定时,Q,主要决定于节流管的内径d,。如果
n根节流管内径各不相同,则可以有2"-1个组合(数学组合),即有2"-1个流景组,当
然一些组在流量上会出现重复部分。通过选择节流管的内径,并适当地组合,便可以从中选
取由1至m根节流管组成并在量程上衔接的某些组合(工作组合),构成流量计的总测量范
围。显然,这个范围的下限是内径最小的节流管单根工作时内管液面差h的最小取值(如
0.5厘米)所对应的流量,而上限则是根节流管并联工作时达到h最大取值所对应的流
量
、结构和装配
图3、图4是两种构型的多量程流量计。仪表压差指示部分由套在一起的两支玻璃管构
成,根据内管液柱下降距离获取压差读数,工作时压差指示液不会冲出。流量计正背两面的
构件固定在胶合板上(C-3型板面为15厘米x25厘米)。使用的量程段由三通活塞调控。
为了标定和使用方便,三通活塞塞翼横向通气一侧应作永久性标记,并编制流量组、塞向与
节流管组合的关系,如表1。该表经标定可只保留工作组合,并将其固定在板面上。压差指
示液采用液体石蜡为隹〈性质稳定,不与空气及其它介质反应)。使用时,用套倥下端活塞调
准液位零点。
の?心?『
A一正面
B一背面
I一三週活塞2一带有活塞的套管3一内管
图4C-3型气体流量计
4一压差标尺5一并联节流管
图3C-2型气体流量计
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