音速噴嘴法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的基本原理
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標(biāo)準(zhǔn)表法流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的方法很多，下面介紹一種用音速文丘利噴嘴作標(biāo)準(zhǔn)表的氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置。與用其它流量計作為標(biāo)準(zhǔn)表相比，用音速噴嘴作為標(biāo)準(zhǔn)表具有很多優(yōu)點，如結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、準(zhǔn)確度高、無可動部件、維護(hù)方便、檢定周期長(五年)等等。音速噴嘴法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置適用于對各種氣體流量計的檢測和校準(zhǔn), 可以檢測質(zhì)量流量計、速度式流量計、容積式流量計、轉(zhuǎn)子流量計、差壓式流量計或其它種類的流量計。
裝置結(jié)構(gòu)
音速噴嘴法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的結(jié)構(gòu)如圖1所示。對于流量比較大的標(biāo)準(zhǔn)裝置，需選用水環(huán)式真空泵，因此還需冷卻塔、離心泵、地下水池、消音器。為了調(diào)整入口氣體流場和降低噪音，還應(yīng)在入口處安裝喇叭形入口。被檢表的前后直管段應(yīng)足夠長。此外，還應(yīng)配備配電柜、計算機、夾表器、控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
1. 真空泵 2.儲氣罐 3. 匯流管(容器) 4.開關(guān)閥 5. 音速文丘利噴嘴 6. 滯止容器溫度計 7. 滯止容器壓力計 8.滯止容器 9.流量調(diào)節(jié)閥 10.被檢表后溫度計 11.被檢流量計 12.被檢表前壓力計
圖1 音速噴嘴法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置
如圖1所示, 用真空泵1將空氣由被檢表的上游直管段入口吸入，經(jīng)過被檢表前直管段、被檢表11和被檢表下游直管段進(jìn)入滯止容器8，在滯止容器的下游，有一組音速噴嘴5，控制音速噴嘴下游的開關(guān)閥門4，可以任意選擇所要開關(guān)的音速噴嘴，以達(dá)到改變被檢表流量的目的，滯止容器需要測溫6測壓7，代入公式計算可以得到通過音速噴嘴的質(zhì)量流量，亦即通過被檢表處的質(zhì)量流量。通過測量被檢表處的溫度10和壓力12，可以計算出空氣密度，進(jìn)而得到標(biāo)準(zhǔn)體積流量。流量調(diào)節(jié)閥9一般只用于開關(guān)，也可作為調(diào)節(jié)流量的輔助手段。在進(jìn)行小流量檢定時，可以不用開啟真空泵，只要儲氣罐2的真空度能夠滿足要求即可。真空泵的能力應(yīng)滿足下列兩個條件：第一，真空泵所提供的流量應(yīng)大于被檢流量計的最大流量；第二，在測量過程中，真空泵所提供的真空度應(yīng)滿足音速噴嘴的臨界壓力比。
流量計算公式
1.臨界壓力比及其計算公式
當(dāng)氣流處于亞音速時，喉部的氣體流速將隨節(jié)流壓力比(即出口壓力P1與上游滯止壓力P0之比)的減小而增大。當(dāng)節(jié)流壓力比減小到一定值時，喉部流速達(dá)到最大流速----音速，即達(dá)到所謂的臨界流，此時，如果P0不變，再減小P1(即再減小節(jié)流壓力比)流速將保持不變，也就是說，流速不再受下游壓力的影響。此時的文丘利噴嘴稱為音速文丘利噴嘴，又稱臨界流文丘利噴嘴，此時的節(jié)流壓力比稱為臨界壓力比。
在理想條件下，即氣流是一維流動、等熵、完全氣體，則從理論上可導(dǎo)出臨界壓力比的計算公式：
對于空氣，k=1.4，則(P1 /P0)= 0.528
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