淺述氣體流量的測量及應用

摘要 本文主要講述了氣體測量段的方案設計，通過分析均速管的測量原理，確定氣體測量段的方案；通過對氣體測量段的標定，得到氣體測量段的修正系數，最終使氣體測量段的流量測量精度達到1%以上，滿足了氣體測量的要求。

關鍵詞 ：氣體 測量 設計 標定

中圖分類號： TP274 文獻標識碼：A 文章編號1672-3791（2015）04（a）-0000-00

1 概述

本文論述的氣體測量是采用均速管流量計原理來測量氣體流量的，氣體測量段用于氣體流量的測量，由連接管路、測量段、壓力傳感器、溫度傳感器組成。

2 均速管的測量原理

絕對壓力是指不附帶任何條件起算的全壓力。靜壓是指在流體中不受流速影響而測得的表壓力值。動壓是指流體單位體積所具有的動能大小。

通常壓力用1/2 計算。

式中：ρ為流體密度， 為流體運動速度。

均速管流量計系統的組成實質是對差壓△P的測量，即采用差壓變送器把△P轉換成相應的機械信號或電信號，也可直接測量△p并進行相應處理。它是一根沿直徑插入管道中的中空金屬桿，在迎向流體流動方向有成對的測壓孔，一般說來是兩對，但也有一對或多對的，其外形似笛。迎流面的多點測壓孔測量的是總壓，與全壓管相連通，引出平均全壓p1，背流面的中心處一般開有一只孔，與靜壓管相通，引出靜壓p2。

3流量的測量

均速管在車臺上的應用，只是一個提供信息源的檢測環節，它的輸出所反映的流量信息，應正確無誤地反映流量的變化。均速管是根據皮托管測速原理，通過測總靜壓來推算流量，由于原理所致，輸出差壓為幾十帕，這是不可避免的。所以均速管在制作完成以后要在風洞中進行標定。標定完成后可以得到一個修正系數，這樣均速管的流量測量精度會明顯提高，一般精度在±1%。

均速管前具有20～30D（D為管內徑）的直管段，這時管內的流動為充分發展管流，流速分布的等速線為對稱于軸的同心圓，即處于相同徑向的流速是相等的，只有這樣，僅測直徑上幾點流速才可能反映整個截面的情況。均速管與管路一般以焊接的方式進行連接（如圖3-1所示），均速管的中心與管路的中心就會產生一定的偏差，在焊接的時候應盡量避免這種偏差。

4測量段的標定

標定的目的：標定氣體測量段安裝的氣體參數測量裝置的流量測量值與校準箱測量得到的流量值之間的比例修正系數；標定試驗的流量范圍為0.8kg/s～1.6kg/s。

4.1 校準箱測量的方法

試驗時將氣體測量段安裝在校準箱的前端板上，在氣體測量段入口處安裝喇叭口。環境空氣依次通過喇叭口、氣體測量段、校準箱內部、九個音速噴管組合并通過真空泵排出。空氣流通管路內的流量是完全一致的，分別測量喇叭口、氣體測量段、音速噴管流量，并以音速噴管或喇叭口流量為標準流量可得試驗件流量的修正系數。

4.2校準箱

校準箱是一個直徑為1.6m，長為4.2m的圓柱形容器。前端板是活動的，上面安裝試驗件。校準箱后部有九個低壓音速噴管，可用這九個低壓音速噴管作為箱體內氣體流量的裝置，九個音速噴管后面連接真空泵。理論上九個音速噴管的流量可達到20kg/s以上。

4.3校準箱的測量系統

試驗數據采集使用校準箱專用的基于VXI總線的數據采集系統，數據采集系統分別用于進氣喇叭口、氣體測量段和九個音速噴管前氣流總壓和靜壓的測量。測量儀器采用Scan3000壓力掃描閥，測量精度達0.1%。當氣流速度為亞音速的情況下，質量流量的計算公式為：

式中：R為氣體常數287； 為氣體總壓（Pa）； 為氣流總溫（K）； 為氣體靜壓（Pa）；k為氣體比熱比（常溫空氣值1.4）；A為測量點的截面積（ ）；m為質量流量（kg/s）。

4.4標定試驗數據

流量在0.8kg/s～1.6kg/s之間，氣體測量段標定時的一次試驗的數據如表4-1所示。

表4-1 標定試驗數據

單位kg/s

校準箱音速噴嘴流量喇叭口流量氣體測量段流量修正系數（音速噴嘴流量/氣體測量段的流量）修正系數（喇叭口流量/氣體測量段的流量）

0.799 0.8130.852 0.958 0.935

0. 9540.9521.0040.950 0.958

1.0891.0621.1340.9510.945

1.2561.260 1.2790.9510.946

1.4561.4491.5290.9530.948

1.5731.5711.6460.9620.960

5結論

根據氣體測量段標定的數據，氣體測量段所測流量值與標準測量裝置相比，數值偏高。除極個別點外，流量修正系數隨著流量的增大有增大的趨勢。通過在0.8kg/s～1.6kg/s之間的七次試驗數據，取修正值的平均值，繪制出了流量修正值的圖像。流量修正值可按表5-1進行取值，實際流量=氣體所測流量*修正值。

表5-1 引氣流量修正值

參考文獻

[1]空氣動力學，錢翼稷，北京航空航天大學出版社，2004年6月