1、引言
隨著儀表技術(shù)的發(fā)展 ,越來(lái)越多的流量測(cè)量手段被應(yīng)用到工業(yè)各領(lǐng)域中。 其中差壓式流量計(jì)以其較低的價(jià)格 ,廣泛的應(yīng)用場(chǎng)合 ,長(zhǎng)期的使用經(jīng)驗(yàn) ,以及越來(lái)越高的精度 ,在流量測(cè)量中一直占有非常重要的地位。根據(jù)安裝于管道中流量檢測(cè)件產(chǎn)生的差壓、已知的流體條件 ,以及檢測(cè)件與管道的幾何尺寸 ,可選擇不同的差壓計(jì) ,為提高檢測(cè)精度、穩(wěn)定性和延長(zhǎng)流量計(jì)的使用壽命。 筆者在長(zhǎng)期的工程實(shí)踐中 ,摸索出了一些工程實(shí)用經(jīng)驗(yàn)以供參考。
2、孔板
孔板是一種非常成熟的流量測(cè)量方式 ,根據(jù)各種不同的工況 ,會(huì)選用不同形式的孔板。 常見(jiàn)的有標(biāo)準(zhǔn)孔板 ,圓缺孔板 ,偏心孔板 , 1 /4圓孔板幾種。
2. 1 　 適用范圍
標(biāo)準(zhǔn)孔板適用一般潔凈 ,黏度不大的介質(zhì);圓缺孔板適用黏度較高 ,比較臟的介質(zhì) ; 1 /4圓孔板適用于黏度較高 ,流速較小的介質(zhì);偏心孔板適用于包含固體顆粒物流體的流量測(cè)量。
2. 2 　 計(jì)算和選型
目前在孔板計(jì)算中zui 的應(yīng)屬 化組織ISO 5167中的有關(guān)公式 ,根據(jù)不同流介特性選擇不同形式孔板 ,選型中非常重要的一點(diǎn)就是 ,在一種工況下 ,多種類型孔板都能夠采用的時(shí)候 ,盡量選用符合ISO 5167-2或 GB / T 2624-93規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)孔板 ,由于標(biāo)準(zhǔn)孔板的制造規(guī)范是經(jīng)長(zhǎng)期、大量實(shí)驗(yàn)推導(dǎo)出來(lái)的 ,有很高的可靠性。 在設(shè)定范圍內(nèi)流量與差壓的方根值 ,可以維持較好的線性度。 只要制造廠按標(biāo)準(zhǔn)加工 ,其流量是無(wú)需標(biāo)定的 ,而非標(biāo)準(zhǔn)孔板及大部分其它流量計(jì)出廠時(shí)必須要經(jīng)專門(mén)的檢測(cè)標(biāo)定。
在孔板設(shè)計(jì)計(jì)算中 ,重要的是要處理好刻度流量、差壓上限和β之間的關(guān)系。根據(jù)刻度流量 ,設(shè)定一常規(guī)β 值 ,計(jì)算ΔP值 ,再根據(jù)ΔP值適當(dāng)調(diào)整β值。刻度流量通常是正常操作流量的 1. 3倍與zui大流量的 1. 1倍 ,兩者 取zui大值 ,或是滿足正常流量是刻度流量的 70%左右 ,zui小流量不低于 25 % ;差壓上限一般推薦 10, 16,25, 40, 50kPa幾檔 ,β 值取 0. 5～ 0. 6為推薦值。
2. 3　 安裝
“小進(jìn)大出”是儀表行業(yè)人員對(duì)于孔板安裝流向的常用語(yǔ) ,其意思是孔板的銳邊應(yīng)迎著被測(cè)流體的流向 ,使流體從孔板的上游端流向孔板的下游端面。 這對(duì)于標(biāo) 準(zhǔn)孔板、圓缺孔板和偏心孔板都是正確的 ,然而 1/4圓孔板和錐形入口孔板卻恰恰相反 ,它們開(kāi)孔的鋒利端必須背著被測(cè)流體的流向 ,是“大進(jìn)小出”。
如何保證孔板有足夠長(zhǎng)的上、下游直管段 ,一直是工程設(shè)計(jì)、施工中一個(gè)較為頭痛的問(wèn)題。 我們?cè)诠ぷ髦凶⒁獾焦?jié)流元件只有在前后流體有充分發(fā)展的速度剖面基礎(chǔ)上 ,才能保證流體的測(cè)量精度。 直管長(zhǎng)的具體要求應(yīng)按《自動(dòng)化儀表工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》執(zhí)行。
3、V型錐流量計(jì)
V型錐流量計(jì)是一種新型差壓式流量計(jì) ,主要用于大流量的計(jì)量。 從結(jié)構(gòu)上看 , V 型流量計(jì)是一個(gè)圓錐體懸掛于管道的* ,流體從流體的頂部方向進(jìn)入 ,從底部方向流出。 它從根本上“將流體收縮到管道中心”的概念改變成“收縮到管道的內(nèi)邊壁”。 原理與孔板流量計(jì)相同 ,都是通過(guò)節(jié)流前后的壓差來(lái)測(cè)量流量。區(qū)別在于孔板流量計(jì)是管道四周節(jié)流 ,屬于突然收縮式節(jié)流裝置 , V型流量計(jì)是*節(jié)流 ,屬逐漸收縮式節(jié)流裝置。
V 型流量計(jì)的穩(wěn)定流量的計(jì)算公式為:

其中: K為常數(shù); Y為氣體膨脹系數(shù) ,在非壓縮應(yīng)用時(shí)Y= 1 。
雖 然 V 型流量計(jì)流量測(cè)量公式與孔板相似 ,但幾何結(jié)構(gòu)*不同 ,因而相對(duì)孔板具有以下一些特點(diǎn):
( 1)無(wú)苛刻的直管段要求
V型流量計(jì)的錐體本身重新安排了上游的流速分布 ,相當(dāng)于自帶了整流器 ,從而大大的縮短了直管段的長(zhǎng)度要求。 按照新規(guī)范 ,孔板的上下游直管段至少要保證 ( 22) D,而 V 型流量計(jì)一般上游只需 ( 1～ 2) D直管段長(zhǎng) ,而下游需 (3～ 5) D或更小的直管段。
( 2)相對(duì)壓損小
由于沒(méi)有銳利的邊口 , V型流量計(jì)到來(lái)的壓力損失是恒定的 ,且遠(yuǎn)比孔板的壓損小。 V 型錐流量計(jì)背壓穩(wěn)定 ,所以可把正常使用的差壓放在較低的范圍內(nèi) ,滿量程差壓一般為 4 ～ 5kPa或更低 ,正常流量對(duì)應(yīng)的差壓大概在 2 kPa 左右 ,*壓損在 1 kPa 左右。
( 3)改變流速輪廓
一 個(gè) V 型錐體懸掛在管道中心 ,改變了管道內(nèi)流體速度分布 ,從而達(dá)到使流速相對(duì)“勻化”的效果 ,這使得 V 型錐體流量計(jì)在流速較低時(shí) ,仍能產(chǎn)生足夠的壓差 ,隨著流速的降低 ,傳統(tǒng)的差壓儀表早已不能測(cè)量了 ,而 V型錐體流量計(jì)作用卻更加顯著。
4、威力巴流量計(jì)
威力巴流量計(jì)的探頭為單片雙腔結(jié)構(gòu) ,在其前部表面進(jìn)行了粗糙化處理 ,通過(guò)面積積分所得的多對(duì)取壓孔遍及整個(gè)管道的速度剖面。 迎面流體的取壓孔讀取高壓平均信號(hào) ,在探頭的側(cè)后兩邊 ,流體與探頭的分離點(diǎn)之前的低壓取壓孔讀取低壓平均信號(hào)。
威力巴流量計(jì)與其它差壓流量計(jì)一樣都遵循伯努利方程:

Q V 為流體的體積流量 , K為流量系數(shù) , C為流量常數(shù);Δ P為探頭所產(chǎn)生的差壓。
K = 1 /[1/( 1- C b B v )+ C ]
C b 為邊界層系數(shù) , B v 為阻塞系數(shù)。
相對(duì)于常規(guī)的差壓式流量計(jì) ,威力巴流量計(jì)具有以下一些特點(diǎn):
可在各種管徑的管道上進(jìn)行安裝 ,尤其適用于管徑較大的管道中氣體流量測(cè)量 ;可在圓管或方管上進(jìn)行測(cè)量;威力巴在安裝過(guò)程中 ,只需要進(jìn)行簡(jiǎn)單的焊接 ,焊接的工作量從幾厘米到十幾厘米不等 ,基本上與管道的大小無(wú)關(guān);因?yàn)橥Π筒捎梅鞘湛s節(jié)流設(shè)計(jì) ,比起孔板大大減少了*壓損。
孔板壓損經(jīng)驗(yàn)公式:
當(dāng)β= 0. 6時(shí) , PPL0= 0. 6×ΔP
β = 0. 7時(shí) , PPL 0= 0. 5× ΔP
威力巴壓損經(jīng)驗(yàn)公式:
PPL0= 0. 3 ×Δ P
由于威力巴的壓差 Δ P 的孔徑的差壓 Δ P 小一個(gè)數(shù)量級(jí) ,而壓損比例又小一個(gè)數(shù)量級(jí) ,所以威力巴的壓損和孔板的壓損相比是微不足道 ,因而威力巴流量計(jì)的運(yùn)行成本大大低于孔板的運(yùn)行成本。
5、選型實(shí)例
在自備熱電站的化工工程中 ,流量測(cè)量全部采用差壓式流量計(jì),根據(jù)不同介質(zhì)和不同工況作了以下選型:高壓蒸汽及給水部分: 考慮到*壓損低 ,長(zhǎng)期運(yùn)行成本低 ,以及不易泄漏等特點(diǎn) ,選用威力巴流量計(jì);背壓蒸汽及給水部分: 考慮到一次性投資低 ,流體較穩(wěn)定等特點(diǎn) ,選用標(biāo)準(zhǔn)孔板;

3 　 準(zhǔn)直透鏡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定對(duì)于準(zhǔn)直透鏡系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)參數(shù)利用 ZEM AX 軟件進(jìn)行確定。
首先設(shè)計(jì)出光學(xué)特性與所要求相接近的光學(xué)結(jié)構(gòu)作為初始結(jié)構(gòu) ,通過(guò)逐步修改 ,達(dá)到滿足光學(xué)特性要求的成像質(zhì)量。經(jīng)過(guò)多次修改 ,zui終確定其結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示。

準(zhǔn)直透鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖 2所示。

干擾光發(fā)射系統(tǒng)采用高壓氙燈、橢球面反光鏡及負(fù)透鏡準(zhǔn)直技術(shù)形成平行光 ,再通過(guò)庫(kù)德反射鏡和發(fā)散反射棱鏡發(fā)出具有 3 ° 發(fā)散角的強(qiáng)干擾光 ,其作用距離在中等氣象條件下 ,為 1km ≤ L≤ 5km。