音速噴嘴法氣體流量標準裝置的基本原理
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標準表法流量標準裝置的方法很多，下面介紹一種用音速文丘利噴嘴作標準表的氣體流量標準裝置。與用其它流量計作為標準表相比，用音速噴嘴作為標準表具有很多優(yōu)點，如結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、準確度高、無可動部件、維護方便、檢定周期長(五年)等等。音速噴嘴法氣體流量標準裝置適用于對各種氣體流量計的檢測和校準, 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準裝置的結(jié)構(gòu)如圖1所示。對于流量比較大的標準裝置，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準裝置
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，進而得到標準體積流量。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。當節(jié)流壓力比減小到一定值時，喉部流速達到最大流速----音速，即達到所謂的臨界流，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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