【文章內(nèi)容簡介】 液箱6一直處于溢流狀態(tài)。試驗開始時，打開截止閥(或頂開單向閥)9，換向器液流流入泄漏管巧方向，此時稱重容器的質(zhì)量為初始值M0，當(dāng)流量穩(wěn)定后，啟動換向器，使得換向器液流流入稱重容器13，同時計時器觸發(fā)機構(gòu)12觸發(fā)計時器啟動計時。當(dāng)達到預(yù)定的液體重量時，換向器自動換向，使換向器液流流入泄漏管徑的方向，并同時停止計時器，記錄此時稱重容器的質(zhì)量M和計時器的測量時間T，則實際質(zhì)量流量為 （）由質(zhì)量流量換算為體積流量時，可由下式計算 （）在微小流量測量時，為了不降低測量質(zhì)量的電子秤的準(zhǔn)確度，測量的時間T必須足夠長，這使得測量效率降低。要得到被檢流量計的體積流量，還須經(jīng)過質(zhì)量與體積的換算，這樣又會引入密度測量的誤差。由于稱量的容器處于空氣中，砝碼密度和水的密度不同，受到的浮力不同，故存在浮力修正問題。 1 (或單向閥) 動態(tài)質(zhì)量法液體微小流量測量裝置動態(tài)質(zhì)量法是指在液體流入到稱量容器的流動過程中，稱量一段時間內(nèi)容器中的液體質(zhì)量的增量，從而計算出流量。圖2動態(tài)質(zhì)量法液體微小流量測量裝置 (杠桿)其工作原理為:先將水用水泵3打入置頂水箱5中，水注滿后，液體由溢流堰5溢流，經(jīng)過泄漏管8回水池1。為保證被試件處為定常流動，整個試驗過程中一直處于溢流狀態(tài)。試驗開始時，打開截止閥(或頂開單向閥)9，當(dāng)流量穩(wěn)定后，稱量容器底部放水閥11快速關(guān)閉，稱量容器內(nèi)的液體質(zhì)量開始增加，當(dāng)增加的總質(zhì)量達到預(yù)定的平衡質(zhì)量Ml時，杠桿抬起，觸發(fā)計時器啟動開始計時。當(dāng)稱量容器內(nèi)的液體質(zhì)量增加到第二個平衡質(zhì)量M2時，杠桿又抬起，觸動計時器停止計時，并記下計時器計時時間T，則質(zhì)量流量為 （）由于存在動態(tài)效應(yīng)，射流沖擊力對稱量結(jié)果造成影響，受杠桿系統(tǒng)慣性滯后影響，引起系統(tǒng)誤差的因素較多。 基于以上兩種測量方法，對比分析并選擇試驗系統(tǒng)靜態(tài)質(zhì)量法一般有較高的測量精度，%，但是測量系統(tǒng)復(fù)雜，測量過程中存在較大誤差。其中包括：10 靜態(tài)質(zhì)量法中有多處截止閥，測量過程中啟動或者停止需要人工操作，會帶來較大誤差；11 系統(tǒng)中使用了換向器，在停止換向時會對測量帶來一定的誤差；12 測量過程中存在流體向下流入稱重容器時產(chǎn)生沖量，對試驗測量帶來不可避免的誤差。動態(tài)質(zhì)量法的準(zhǔn)確度較靜態(tài)質(zhì)量法低，%%，%%。 動態(tài)質(zhì)量法不需要換向器，沒有換向誤差，結(jié)構(gòu)簡單，完成一次測量的時間短， 測量效率高； 動態(tài)質(zhì)量法由于本身容易實現(xiàn)密封，所以可用于有害液體或易揮發(fā)液體的流量測 量，這在微小流量測量時有特別的意義，因為揮發(fā)對微小流量的測量影響更大。 通過改進稱重容器可以有效減小稱重過程中流體沖量對試驗誤差的影響?？偟脕碚f，運用動態(tài)質(zhì)量法對小量程流量計測量的試驗最優(yōu)，其優(yōu)點是：精度高，可靠性好，流量范圍大，性能穩(wěn)定，運行成本低，操作方便，自動化程度高，對環(huán)境無污染。13 動態(tài)質(zhì)量法測量裝置本文基于液態(tài)流動流體的稱重系統(tǒng)，為了減少誤差，進一步提高流量計的準(zhǔn)確性，選用的動態(tài)質(zhì)量法。動態(tài)質(zhì)量法水流量標(biāo)定是用動態(tài)稱重方法進行流量測量, 從而檢驗標(biāo)定電磁、渦輪、轉(zhuǎn)子等流量計。進一步解決靜態(tài)質(zhì)量法中流體沖量所引起的誤差。但實驗中應(yīng)該注意到液體流體的穩(wěn)定流動，這對實驗會產(chǎn)生較大誤差。 測量系統(tǒng)的原理及設(shè)計整個試驗系統(tǒng)的測量原理及設(shè)計：系統(tǒng)依靠水泵產(chǎn)生流量，使水流經(jīng)被檢流量計注入稱重容器，在設(shè)定的時間間隔t內(nèi)，電子秤測得水質(zhì)量m，求得流量q=m／t，從而確定被檢流量計的流量并進行流量標(biāo)定。圖41 動態(tài)質(zhì)量法測量裝置1液體源 2水泵 3試驗管路 4穩(wěn)壓溢流堰 5截止閥 6被測流量計 7稱重容器 8電子天平系統(tǒng)裝置主要由小型水泵、試驗管路、液體源、水塔式流量容器及循環(huán)系統(tǒng)、截止閥、稱重容器和電子天平等組成。 測量系統(tǒng)的優(yōu)化及改進 穩(wěn)壓源的改進溢流法在流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的設(shè)計中，稱為水塔穩(wěn)壓法，是用置頂容器溢流的方法來得到被測試件處的恒定水頭，如圖42所示，(l)為置頂溢流容器，(2)為被測試件，(3)為量杯。為保證被測試件(2)處為恒定水頭，容器(l)必須一直處于溢流狀態(tài)。由于恒定壓力由液柱產(chǎn)生，置頂容器的高度有限，這種方法不能測量壓力過高，管道流動雷諾數(shù)較低。 圖42溢流法原理圖溢流法穩(wěn)壓時，對于中、大流量測量的應(yīng)用一般只是供水泵的功率損耗問題，但是對于微小流量的精確測量，存在如下問題:第一、由于供水泵排量的變化和管道系統(tǒng)阻力的變化，進入置頂液箱的流量是波動的，溢流過程可看成是液體流過完全直角、并且沒有側(cè)向壓縮的銳邊溢流堰，高出溢流堰邊的液體高度隨流量而變化，造成穩(wěn)壓水頭實際上不穩(wěn)定；第二、由于溢流的液面不斷受到入流沖擊影響，所以存在液面沖擊干擾，這在測量微小流量時會引入動態(tài)流量造成的誤差；第三、不斷的液面入流會使氣泡混入測試液體且很難排出，引起氣泡干擾。第四、啟停瞬間造成流動狀態(tài)的干擾；第五、測試液體不可回收時，溢流造成測試液浪費。本課題可采用高位槽溢流的溢流穩(wěn)壓法（如下圖）對上述問題做出有效改進。圖43 穩(wěn)壓溢流堰 首先是采用了溢流堰，測量過程中能保持液位高度始終不變同時溢流液體可以回收，循環(huán)至液體源； 其次，本實驗中采用了可調(diào)升降的溢流堰，通過調(diào)節(jié)溢流堰的高度，可以方便有效的改變測量時所需要的不同流速，操作簡單、有效；最后是試驗起止及實驗過程中，都能有效保持相對穩(wěn)定流動，對動態(tài)測量只產(chǎn)生較小影響。 稱重容器的改進傳統(tǒng)的稱重容器都是測量時液體直接流進稱重容器，然后通過稱重裝置進行稱重，如圖圖44稱重容器1稱重容器 2電子天平但是采用該裝置，在測量過程中將產(chǎn)生不可避免的流體下落時產(chǎn)生的沖量問題，這會對試驗的測量精度產(chǎn)生較大誤差，因此如何改進稱重容器，是提高測量精度的關(guān)鍵問題。方案一 采用帶檔板的稱重容器圖45稱重容器1爬梯 2稱重容器 3電子天平如圖所示，當(dāng)液體流入稱重容器時，流體首先落在了檔板上，抵消了一部分沖量，如此往復(fù)可以有效降低液體流入容器時的速度，到進入稱重容器的液面時，速度基本將為0。雖然該裝置有效降低了液體下落時帶來的沖量問題，但是，在容器液面較低時，仍然會有一定的影響。方案二 采用雙套稱重容器圖46稱重容器1水頭 2小量杯 3吸附性海綿 4稱重容器如圖所示，此方案是采用兩個容器，將小量杯固定在大量杯內(nèi)，再在小量杯外側(cè)固定海綿或者細絲密實網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（根據(jù)測量液體的粘性選擇）。本試驗測量的是液態(tài)水，因此在小量杯外側(cè)固定上厚度為2 cm的吸附性海綿。試驗過程中，保持水頭在小量杯的上方且固定不動，并且小量杯內(nèi)液體始終是滿的。該過程可使液體流入稱重容器所產(chǎn)生的沖量始終保持不變，對測量結(jié)果基本不產(chǎn)生影響；同時，對于標(biāo)準(zhǔn)液體稱重系統(tǒng)中存在的多收集了一段水柱的問題，應(yīng)用該裝置，測量前后都是同樣多收集了一段，可以抵消不計，對試驗測量誤差影響較小。最后是，當(dāng)液體從小量杯溢流流入大量杯時，因為外側(cè)有吸附性海綿，可以降低流速，使流速基本接近于0，對試驗基本沒有影響。綜上所訴，本實驗選取方案二稱重系統(tǒng)，該方案有效降低了傳統(tǒng)模式下的兩個誤差問題，能有效提高小量程流量計的測量精度，對試驗有較大的提高。 稱重裝置的改進傳統(tǒng)的稱重裝置都是天平式的稱重容器，如圖圖47 稱重裝置1稱重容器 2平衡梁(杠桿) 3計時器啟停觸動機構(gòu) 4砝碼該裝置采用杠桿觸發(fā)結(jié)構(gòu)的動態(tài)質(zhì)量法測量，雖然該裝置測量簡單，且計時也相對準(zhǔn)確，但是在測量過程中存在兩方面的誤差：在測量過程中，添加砝碼需要人工操作，會有一定的人工延遲誤差，造成計時偏大，測量結(jié)果偏小；動態(tài)測量過程中，由于存在動態(tài)效應(yīng)，射流沖擊力對稱量結(jié)果造成影響，受杠桿系統(tǒng)慣性滯后影響，引起系統(tǒng)誤差。改進方法為改平衡梁式天平為電子天平。（J B 2102電子天平），其優(yōu)點是不需要人工添加砝碼，及沒有砝碼所帶來的準(zhǔn)確性方面的誤差；二是測量過程中，雖然有動態(tài)沖量的存在，但是系統(tǒng)滯后性及穩(wěn)定性所帶來的誤差較小；三是操作更簡單方便，測量及計時可通過連接電腦操作控制，使測量精度更高。14 流量計標(biāo)定技術(shù) 流量標(biāo)定技術(shù)分類按要求將被檢流量計安裝到裝置上，啟動液體循環(huán)系統(tǒng)，使液體流經(jīng)被檢流量計和流量工作標(biāo)準(zhǔn)，同步操作被檢流量計和流量工作標(biāo)準(zhǔn)，比較兩者的輸出流量值，從而確定被檢流量計的計量準(zhǔn)確度和重復(fù)性。按流量工作標(biāo)準(zhǔn)的取值方式，裝置可分為四種類型：靜態(tài)質(zhì)量法(含啟停質(zhì)量法):在靜止?fàn)顟B(tài)下，稱量一段時間內(nèi)容器中的液體質(zhì)量，從而計算出流量。靜態(tài)容積法(含啟停容積法):在靜止?fàn)顟B(tài)下，測量一段時間內(nèi)工作量器中的液體體積量，從而計算出流量。動態(tài)質(zhì)量法:在液體流動過程中，稱量一段時間內(nèi)容器中的液體質(zhì)量變量，從而計算出流量。動態(tài)容積法:在液體流動過程中，測量一段時間內(nèi)工作量器中的液體體積變量，從而計算出流量。 切向渦輪流量計的標(biāo)定由于靜態(tài)法必須等待容器中的液體靜止后才能測量, 另外容器中不能存在殘留液體, 所以效率低。動態(tài)標(biāo)定法是在液體流動情況下進行質(zhì)量或容積測量；一般先把容積或質(zhì)量固定, 只測量時間, 操作簡便, 效率高。下圖為一種動態(tài)質(zhì)量法標(biāo)定系統(tǒng), 可在連續(xù)運行狀態(tài)下對流量計進行標(biāo)定。圖51 動態(tài)質(zhì)量法測量裝置1液體源 2水泵 3試驗管路 4穩(wěn)壓溢流堰 5截止閥 6被測流量計 7稱重容器 8電子天平其工作過程為: 打開5截止閥，然后開啟2水泵，使測量液體在3試驗管路中流動循環(huán)起來，并開始流入7稱重容器。在這過程中，液體首先流入4穩(wěn)壓溢流堰，待液體高出擋板后經(jīng)過管路又循環(huán)回流到了1液體源里；然后液體經(jīng)過6被測流量計后流入了7稱重容器，測量時要保持液體盛滿稱重容器里的小量杯，并且溢流將外側(cè)的吸附性海綿完全滲透使大量杯里有一定量的液體；此時開始記錄8電子天平此時的讀數(shù)M并立刻開始計時；當(dāng)測量一定的時間t后（稱重容器里的液面不能將吸附性海綿完全淹沒），即使記錄8電子天平的讀數(shù)m，并關(guān)閉5截止閥和2水泵。由測量的時間t和稱重質(zhì)量（Mm）則可求出質(zhì)量流量。 （）當(dāng)被測流體通過切向渦輪流量傳感器時，流體通過噴嘴沖擊葉片，流體的沖擊力對渦輪產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩，使葉輪克服機械摩擦阻力矩和流動阻力矩而轉(zhuǎn)動。實踐表明，在一定的流量范圍內(nèi)，對于一定的流體介質(zhì)粘度，葉輪的旋轉(zhuǎn)角速度與通過傳感器腔體的流量成正比。所以，可以通過傳感器測量葉輪的旋速度，然后傳輸?shù)绞静ㄆ魃?，記錄下通過的完整波形的個數(shù)來測量流量。測量前先對示波器進行設(shè)置，使其在葉輪轉(zhuǎn)動一周時，剛好記錄一個完整的正弦波形。當(dāng)測量流體通過葉輪時，驅(qū)動葉輪轉(zhuǎn)動，并引起電磁傳感器跟蹤記錄，并將測量的信號傳輸?shù)竭B接的示波器上。調(diào)節(jié)示波器，使其接收的波形大小合適，頻率穩(wěn)定，此時開始記錄，采集在時間t內(nèi)，示波器接收的完整波形數(shù)。輸出波形數(shù)與葉輪轉(zhuǎn)速相等，葉輪轉(zhuǎn)速又與流量正相關(guān)，所以輸出波形數(shù)與流過傳感器的流量正相關(guān)。切向渦輪流量傳感器的波形頻率 f（次/秒）與流過管道的體積流量 (）正相關(guān)時，其比例系數(shù)即為傳感器的儀表系數(shù) K（ ），如式（7）所示： （）即 （）在同一時間內(nèi)，傳感器的脈沖數(shù) N 與流過管道的液體體積 V（）也成正相關(guān)，其比例系統(tǒng)也為傳感器的儀表系數(shù) K（），如式（9）所示： （）圖52切向渦輪流量傳感器的工作原理1－噴嘴；2－渦輪；3－電感